Mapeamento do Campo Experimental de Geofísica (CEG) da FEUP pelo método da resistividade elétrica

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1 Mapeamento do Campo Experimental de Geofísica (CEG) da FEUP pelo método da resistividade elétrica Unidade curricular: Projeto FEUP Supervisores: Alexandre Leite Feliciano Rodrigues Jorge Carvalho Monitores: Trabalho realizado por: Alexandra Oliveira Brígida Alves João Azevedo João Sá Ricardo Araújo Miguel Mendanha José Pedro Gomes

2 Índice Índice de tabelas... 2 Índice de Figuras... 2 Resumo... 3 Introdução... 4 Objetivo... 5 Enquadramento Teórico... 6 Resistividade... 6 Método geofísico da resistividade eléctrica (método de Schlumberger)... 8 Soluções Eletrolíticas Trabalho de Campo Procedimento Resultados Conclusão Bibliografia Bibliografia de imagem e tabelas

3 Índice de tabelas Tabela 1. Tabela de Resistividade de Rochas ou Solo ( 6 Tabela 2. Tabelas de Resistividade de Metais (Fernandes, 1984)... 6 Tabela 3. Tabela dos valores obtidos nas medições de campo Índice de Figuras Figura 1. Variação da profundidade relativa com o afastamento dos elétrodos Figura 2. Reação oxidação-redução Figura 3. Pilhas Duracell.10 Figura 4. Referencial usado nas medições Figura 5. Resistivimetro Figura 6. Isolinhas Figura 7. Gráfico 3D

4 Resumo Através deste trabalho, realizado no âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, pretende-se mapear o campo experimental de geofísica (CEG) da FEUP, através do método da resistividade eléctrica (neste caso, método de Schlumberger). Como tal foi realizado um trabalho de campo, cujo resultado final esperado seria um mapa 3D do CEG. 3

5 Introdução Com este trabalho, e com a aplicação do método de Schlumberger, pretendemos saber qual a resistividade do campo de Geofísica. A resistividade consiste no quanto o material se opõe à passagem da corrente elétrica. Com isto chegamos à conclusão de que, quanto menor for o valor da resistividade de um material, melhor condutor ele será, e mais facilmente permitirá a passagem da corrente elétrica. 4

6 Objetivo O objectivo deste trabalho versa, pelo mapeamento do campo experimental de Geofísica (CEG) da FEUP através do método de prospecção geofísica da resistividade eléctrica, neste caso o método de Schlumberger. 5

7 Enquadramento Teórico Resistividade A resistividade elétrica é uma medida da oposição de um material ao fluxo de corrente eléctrica. Quanto mais baixa for a resistividade mais facilmente o material permite a passagem de uma carga eléctrica. A unidade SI da resistividade é o ohm metro (Ωm). (Fernandes 1984) A resistividade elétrica depende de vários fatores. Exemplo disso é o facto de a rocha ser porosa ou não. As rochas porosas podem armazenar ou facilitar a circulação de água dentro delas que por sua vez pode conter sais diminuindo, por isso, a resistividade. Devido a este fator é normal encontrar uma resistividade maior em rochas cristalinas (pouco porosas).... a presença de minerais condutivos faz baixar o valor da resistividade. No entanto, esta mudança só se faz notar quando a quantidade de minerais condutivos excede 10% do volume da rocha (Fernandes, 1984). (moodle.fct.unl.pt) ROCHA OU SOLO Resistividade (ohm.m) Granito de 3x10 2 a > 10³ Diabásio de 20 a 2x10 4 Sienito de 10 2 a 10 5 Folhelho de 10 a 10 4 Calcário de 50 a 5x10 5 Areia de 1 a 5x10 3 Silte de 20 a 1,5x10 3 Argila de 5 a 1,5x10 3 Tabela 1. Tabela de Resistividade de Rochas ou Solo ( Tabela 2. Tabelas de Resistividade de Metais (Fernandes, 1984) 6

8 Os campos elétricos estudados em prospeção geofísica tem várias aplicações sendo algumas delas relacionadas com mapeamentos geológicos, mineração, engenharia civil e meio ambiente sendo um método de baixo custo. Ao medir a resistividade vamos encontrar um problema óbvio que é o facto de o solo não ser completamente homogêneo. Mesmo medindo numa mesma camada é possível encontrar impureza (algo que tenha sido enterrado propositadamente). Por isso a medida da resistividade não será a resistividade de uma rocha ou camada e sim uma resistividade média do pacote de rochas (incluindo o solo) (Fernandes, 1984) denominando-se resistividade aparente. 7

9 Método geofísico da resistividade eléctrica (método de Schlumberger) Existem dois métodos principais para determinar a resistividade do solo. Um deles é o método de Wenner o outro é o método de Schlumberger, embora o primeiro seja mais popular entre a comunidade científica, o segundo usa-se para fazer as medições no terreno devido a ser mais pratico quando as medições tem de ser feitas a varias profundidades como era o caso. (Fernandes 1984) O método de Schlumberger consiste em colocar quatro eléctrodos no terreno sendo que dois deles estão à mesma distância de um ponto fixo e os outros dois vão-se afastando do ponto. Este tem como objetivo avaliar a variação da resitividade de vários pontos no solo (na mesma área) que estão a profundidades idênticas (admitindo que a superfície do solo, que, neste caso, é inclinada, tem profundidade 0). (Fernandes, 1984) Para adquirir a resistividade usamos o resistivimetro. É a neste aparelho onde ligamos os eletródos sendo que dois deles (AB fig.1) é responsável por enviar a corrente para o solo e os outros (P1 e P2 fig1) é usado para medir a diferença de potencial entre eles (valor dado pelo resistivimetro). Quando mais profundo for a aquisição de dados mais afastados terão de estar os eléctrodos exteriores como ilustrado na seguinte fig 1: Figura 1. Variação da profundidade relativa com o afastamento dos elétrodos. Adaptado de 8

10 Após lido o valor da voltagem e sabendo a intensidade da corrente usada (que o próprio utilizador indica ao resistivimetro) para conseguirmos a resistividade aparente (ρ) temos de nos guiar pela seguinte fórmula: Depois de calcular esse valor compara-se com valores tabelados e permite assim qual o material que esta no subsolo. (Fernandes 1984) 9

11 Soluções Eletrolíticas Soluções eletrolíticas são soluções aquosas que são boas condutoras de energia elétrica. Como exemplo podemos considerar soluções de NaCl, KL, NAOH, HCL, etc. Estes compostos libertam iões na água, o que torna este tipo de soluções em excelentes condutores de energia eléctrica. A presença de metais livres no solo é rara, mas o mesmo já não se pode dizer das soluções electrolíticas. Com isto conclui-se que muita da corrente elétrica detetável no subsolo justifica-se pela presença destas soluções. (Rodrigues 2013/2014) Figura 2. Reação oxidação-redução. Figura 3. Pilhas Duracell. Para perceber melhor a capacidade de criar corrente deste tipo de soluções basta olhar para as pilhas que usamos no nosso dia-a-dia (Fig 3). À esquerda temos uma eletrólise facilitada pela condutividade de uma solução eletrolítica. Este processo baseia-se na passagem de uma corrente elétrica através de um sistema líquido que tenha iões presentes, gerando assim reações químicas (neste caso oxidação redução). 10

12 Trabalho de Campo Para realizarmos o trabalho de campo necessitamos de alguns materiais e seguimos um procedimento planeado para facilitar as medições e as rentabilizar. Material: 1-Estacas; 2-Elásticos; 3-Elétrodos; 4-Resistivítimetro; 5-Fita-métrica; 6-Martelo; 7-Mira; 8-Combustível e luvas 9-Cortador de relva Retirado de 11

13 Procedimento 1º Inicialmente o terreno estava impróprio para a mediação devido á relva alta por isso tivemos que a cortar 12

14 2º Usamos a mira para marcar o comprimento e a largura da área do campo que iria ser trabalhada e de seguida colocamos as estacas em vários pontos do campo orientados por um referencial, que definimos antes da experiencia. Aplicamos os elásticos nas estacas que constituem linhas onde cruzamento define um ponto de medição Figura 4. Referencial usado nas medições. 13

15 Nota 1: Para a mira ficar alinhada de acordo com a nossa linha do referencial imaginário tivemos que centrar o pendulo no ponto (0,0) (ponto do campo escolhido ao acaso) onde colocamos a primeira estaca e equilibrámos a mira. A figura do canto inferior direito mostra-nos um nível de bolha de ar onde, ao certificarmo-nos que a bolha estava centralizada após os ajustamentos, víamos que a mira não estava inclinada. 2 metros 2 metros Nota 2: O auxílio da mira teve como objectivo aumentar o rigor do alinhamento das estacas; 14

16 3º Medição com o resistivimetro. Figura 5. Resistivimetro. Retirado de 15

17 Resultados Resultados obtidos nas medições de campo. Coordenadas (x) Coordenadas (y) Resistividade Resistividade Aparente ,78 104, ,63 103, , ,8 140, ,3 113, ,5 126, ,3 131, ,74 92, ,94 111, ,36 96, ,5 126, ,4 120, ,22 89, ,6 127, ,06 106, ,63 103, ,1 124, ,9 134, ,85 52, ,85 87, ,8 151, , ,41 102, ,3 119, ,6 133, ,5 161, ,33 107, ,73 92, ,93 93, ,52 103, ,86 63, ,4 126, ,3 125, ,53 91, ,67 115, ,17 95, ,95 111, ,75 98, ,45 108, ,7 139,

18 ,5 126, ,8 128, ,16 101, ,2 136, ,1 118, ,94 111, ,05 106, ,55 91, ,5 126, ,6 115, ,4 96, ,4 126, ,4 120, , ,7 216, ,4 184, , ,4 131, ,9 129, ,5 97, ,74 104, ,63 103, ,8 122, ,7 145, ,9 140, , Tabela 3. Tabela dos valores obtidos nas medições de campo. 17

19 Gráficos obtidos através dos das medições de campo. Figura 6. Isolinhas. Figura 7. Gráfico 3D. Coordenadas (14,2) Existe uma depressão no gráfico que representa um decréscimo de resistividade, o que significa que existe um material bom condutor ou uma solução electrolítica. (6,4), (20,8), (10,8), (2,10) Existe um pico de resistividade, o que significa que pode existir um material mau condutor naquele ponto. 18

20 Conclusão Com a realização deste trabalho concluímos que quanto maior resistividade tiver o material, pior condutor este será. O método geofísico da resistividade elétrica, ou simplesmente, método de Schlumberger, consiste na colocação de quatro elétrodos no terreno, em que dois deles estão a mesma distância de um ponto fixo e os outros dois vão-se afastando progressivamente do ponto. Com a aplicação deste método, e com os resultados obtidos, deduzimos que o solo não é homogéneo, isto é, o material que constitui o solo é diferente. A utilização deste método tem vantagens para a sociedade, para além de ser um método de baixo custo, têm aplicações em várias áreas importantes para o bem-estar da população. 19

21 Bibliografia Fernandes, C. E. de M. Fundamentos de Prospecção Geofísica Rodrigues, Professor Feliciano. PROJECTO FEUP LCEEMG + MIEMM. Breve nota sobre mobilização de iões em águas superficiais e subsuperficiais. 2013/2014. Bibliografia de imagem e tabelas s.d. (acedido em 19 de Outubro de 2013). s.d. (acedido em 19 de Outubro de 2013). s.d. (acedido em 19 de Outubro de 2013). s.d. (acedido em 3 de Novembro de 2013). s.d. Novembro 2013) 20