Ano Letivo: 2013/2014 1ºSemestre

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1 Ano Letivo: 2013/2014 1ºSemestre Trabalho Realizado pelo Grupo MIEMM 22: Ana Marques Diana Leal Francisco Matos Joana Silva João Silva Pedro Silva Roberto Nogueira

2 Projeto FEUP Mapeamento do campo experimental de Geofísica (CEG) Professor: José Pedro Carvalho Alexandre Leite Monitores: Miguel Mendanha José Pedro Gomes Estudantes: Ana Marques - up @fe.up.pt Diana Leal - up @fe.up.pt Francisco Matos - up @fe.up.pt Joana Silva - up @fe.up.pt João Silva - up @fe.up.pt Pedro Silva - up @fe.up.pt Roberto Nogueira - up @fe.up.pt Página 2

3 Índice Lista de Figuras... 4 Lista de Tabelas... 5 Agradecimentos... 6 Glossário... 7 Resumo... 8 Introdução... 9 Conceitos Teóricos e Técnicas Procedimento Análise de Resultados Tabela 1 Registo das medições efetuadas no campo... Erro! Marcador não definido. Conclusão Recomendações Bibliografia Página 3

4 Lista de figuras Figura 1 - Resistivímetro Figura 2 - Georg Ohm Figura 3 - Dispositivo tipo Schlumberger Figura 4 - Campo de trabalho ainda não trabalhado, propriedade FEUP (adjacente à cantina). Figura 4 - Campo de trabalho a ser trabalhado, Propriedade FEUP (adjacente à cantina). Figura 5 - Campo de trabalho depois de trabalhado e completo para medições, Propriedade FEUP (adjacente à cantina). Figura 6 Malha do Campo Figura 7 - Gráfico Tridimensional dos valores de resistividade Figura 8 Isolinhas dos Valores de Resistividade Página 4

5 Lista de Tabelas Tabela 1 Registo de valores da resistividade aparente Página 5

6 Agradecimentos Ao longo da elaboração deste trabalho de grupo pudemos contar com alguns docentes e alunos para a realização do projecto. A equipa gostaria, assim, de agradecer ao Professor Alexandre Leite que sendo reponsável pelo Projecto FEUP nos proprocionou uma semana de actividades para a devida integração e familiarização com a Faculdade de Engenharia e também com diversas palestras, as quais nos foram bastante úteis para grande parte da realização deste trabalho; ao Professor José Feliciano que, como Professor de Geologia, nos deu as bases necessárias para a compreensão do trabalho de campo. Ao Professor Jorge Carvalho de Geo-Fisica que introduziu conceitos como resistividade e dispersão iónica. Por fim, um especial agradecimento pela compreensão e paciência dos monitores José Pedro Gomes e Miguel Mendanha que sendo alunos da FEUP e tendo já esta unidade curricular concluída, nos ajudaram tanto no trabalho de campo como na elaboração deste relatório. Página 6

7 Glossário Minério: Materiais dos quais são extraídos metais com interesse económico. Resistividade: define a quantidade de corrente elétrica que atravessa uma camada quando aplicado uma diferença de potencial. Eletroresistividade: método geoeléctrico que consiste na resistividade elétrica dos materiais, tendo sido utilizado nos mais variados campos de aplicação das geociência. Eléctrodo: Condutor por onde a corrente elétrica entra ou sai. elétrodo In Infopédia [Em linha]. Porto: Porto Editora, [Consult ]. Resistivímetro: Equipamento geofísico que emite corrente elétrica entre elétrodos. No percurso dentro do solo, tem uma queda de potencial dependente da resistividade do solo. Figura 1 - Resistivímetro Página 7

8 Resumo No âmbito da unidade curricular do Projeto FEUP foi proposto aos alunos do M.I. Engenharia Metalúrgica e Materiais e Licenciatura Engenharia de Minas e Geoambiente que estudassem o campo geofísico da FEUP pelo método da resistividade. Após a preparação do terreno e de um estudo aprofundado do tema, foram feitas várias sessões de medições com instrumentos apropriados, nomeadamente, a luneta topográfica e o resistivímetro. A realização deste projeto só se tornou possível devido à organização e participação de todo o grupo. É necessario referir que consideramos que os objetivos desta unidade curricular foram cumpridos com êxito, pois serviu para aperfeiçoar as nossas técnicas de trabalho em equipa, valorizar ainda mais o espírito crítico e de cooperação. Palavras-chave: dispersão Iónica; resistivímetro; resistividade; condutividade; resistividade aparente; campos eléctricos artificiais; diferença de potencial; lei de Schulmberger. Página 8

9 Introdução Atualmente, são vários os métodos a que podemos recorrer para explorar o interior da Terra, podendo ser diretos ou indiretos. Os métodos diretos baseiam-se na observação das rochas ou fenómenos geológicos, fazendo parte destes métodos a análise de episódios de vulcanismo, visualização da superfície terreste, a exploração de jazigos e sondagens. Por outro lado, os métodos indiretos baseiam-se na realização de cálculos e interpretação de dados sendo, posteriormente, possível tirar conclusões acerca do interior da Terra. No entanto, estes métodos estudam uma pequena parte abaixo da crusta terreste, ou seja, existe um mundo desconhecido para explorar. O projeto que desenvolvemos estas últimas semanas no campo da Faculdade de Engenharia foi possível através da adoção de um método de exploração indirecto, nomeadamente, o método de Schlumberger. Este método permitiu determinar valores de resistividade, ou seja, a medida de dificuldade que um material impõe à passagem de corrente elétrica, sendo também, assim, o inverso da condutividade (facilidade de passagem de corrente elétrica num dado material). Para além de tudo isto, foi após uma pesquisa afincada e precisa sobre o tema que conseguimos mapear o campo de geofísica da FEUP e determinar os valores de resistividade aparente a diferentes profundidades, seguindo os princípios, técnicas, instrumentos do método de Schlumberger. Página 9

10 Conceitos Teóricos e Técnicas A eletrorresistividade é um método que se resume na introdução de uma corrente elétrica no subsolo e na determinação das resistividades dos materiais em diferentes profundidades. Surgiu por volta do século XVII devido ao contributo de Gray e Wheeler e que, ainda hoje, influencia vários estudos relacionados com a condutividade dos solos e com a resistividade das rochas. Este tema engloba o estudo do potencial elétrico na superfície e, a partir das medições efetuadas, foi possível efetuar o mapeamento do local em estudo. Neste trabalho, o conceito de resistividade está bem patente. De modo qualitativo, a resistividade é uma medida que se caracteriza pela oposição de um material à passagem de corrente elétrica. Este conceito, relacionado com as rochas e minerais, constitui uma propriedade condicionada por diversos fatores. Nomeadamente, um fator que influenciou diretamente o projeto foi a água. Esta, que circula através das fraturas e poros existentes nas rochas, vai diminuir de forma acentuada a resistividade da mesma. Por outro lado, a presença de sais minerais dissolvidos nas fendas das rochas vai fazer baixar, também, a sua resistividade. É também importante definir e explicitar o conceito da condutividade, que se representa por (σ) e é expressa em S/m Esta propriedade está inversamente relacionada com a resistividade. Enquanto a segunda, como já definimos, se relaciona com a oposição do material face à corrente elétrica, a primeira, por outro lado, relaciona-se com a facilidade que o material tem em conduzir a corrente elétrica. O físico alemão Georg Simon Ohm formulou a Lei de Ohm, lei essa que permite determinar o valor da resistividade (ρ), dada em ohm.m (Ωm), com a seguinte expressão: Figura 2 - Georg Ohm Em que A corresponde à área da fração de material, V é a diferença de potencial, I é a intensidade de corrente que passa através da fração de material e, por fim, L que é o comprimento do material. Página 10

11 Por meio da injeção de corrente elétrica no solo podem surgir algumas adversidades. Primeiramente, os valores das dimensões do material, ou seja, área (A) e comprimento (L), encontram-se dependentes da geometria do arranjo dos elétrodos no local em estudo. De modo que, na fórmula da resistividade, vão ser substituídos por uma constante k que varia de arranjo para arranjo. Em segundo lugar, dado que o meio engloba o solo, é influenciado pelos lençóis de água subterrânea e pelas restantes rochas interpostas, não pode ser considerado um meio homogéneo. Desta forma, a resistividade a ser calculada é designada por resistividade aparente (ρa) e pode ser definida como sendo a resistividade que um meio teria se fosse homogéneo, com uma resposta semelhante à do meio heterogéneo, possuindo a seguinte expressão: A resistividade aparente demonstra, assim, as propriedades médias do pacote de rochas por onde a corrente elétrica passou, sendo que depende do tipo de arranjo dos elétrodos utilizado na sondagem, da natureza do subsolo e das condições de conservação em que o material geológico se encontra. Para além disto, foi essencial para cumprir o objetivo da nossa tarefa adotarmos o método de Schlumberger. Este método é indireto e visa a exploração do interior da Terra, permitindo descobrir e analisar a resistividade/condutividade de rochas e minerais abaixo da crusta. A sua metodologia é bastante precisa e clara, são necessários dois elétrodos de potencial e dois elétrodos de corrente. Os elétrodos de potencial são colocados entre os de corrente e distribuídos de forma simétrica em relação a um ponto referencial.. Figura 3 Dispositivo tipo Schlumberger Página 11

12 O resistivímetro emite corrente elétrica entre os elétrodos e, posteriormente, a resposta é medida na forma de diferença de potencial, ou seja, voltagem. Todo este procedimento só seria possível com a utilização de um equipamento geofísico adequado ao projeto, nomeadamente, do resistivímetro. Este mede a resistência entre dois pontos e depois de termos o valor esperado é possível, calcular a resistividade do solo. A utilização do resistivímetro possui como vantagem determinar através de cálculo qual solo ou rocha em estudo. Para além disto, através da análise dos valores obtidos do aparelho e possível detetar facilmente contrastes, como nível de água e localiza divisões entre solo e rocha. Página 12

13 Procedimento Material: Resistivímetro Elétrodos Estacas Espias Martelo Fios Condutores Fita métricaelásticos Luneta topográfica Procedimento: I. Limpeza do espaço (40mx20m). II. Marcação dos vários pontos no espaço (com 2 metros de distância entre cada ponto). III. IV. Colocação de estacas em cada um dos diferentes pontos. Colocação dos elásticos que demarcam cada uma das filas. Figura 4 Limpeza do espaço V. Colocar o resistivímetro no primeiro ponto e colocar dois dos elétrodos distanciados 0.25m e outros dois na mesma direção dos primeiros mas estes distanciados a 1.25m dos primeiros. VI. VII. VIII. Observar o valor no resistivímetro (entre os dois pontos cravados no solo através dos elétrodos). Através da fórmula de Schlumberger (passar formula para aqui) calcular a resistividade aparente. Obter gráfico através dos vários valores da resistividade aparente dos vários pontos. Figura 5 Colocação das estacas Página 13

14 Análise de Resultados Mestrado Integrado em Engenharia Metalúrgica e Materiais Todo o nosso terreno foi previamente preparado, tendo sido colocadas 5 estacas segundo o eixo dos xx e 10 estacas segundo o eixo dos yy, com intervalo de dois metros entre cada. Figura 6 Malha do Campo Após todas as medições terem sido feitas, foi possível a construção do gráfico de resultados. Este foi obtido a partir do software Surfer8 e podemos analisar a resistividade do subsolo nas diferentes coordenadas. Página 14

15 X Y Resistência Resisitividade Aparente Página 15

16 Tabela 1 Registo das medições efetuadas no campo Esta tabela contêm as coordenadas (x,y) de todos os pontos do local estudado. Para além disto é possível observar os valores dados pelo resistivímetro e os valores de resisitividade aparente para cada ponto. Figura 7 Gráfico Tridimensional dos Valores de Resistividade Página 16

17 Pela observação cuidada do gráfico é possível tirar conclusões. Existem, de facto, dois picos mais relevantes. Um deles está situado na posição (10,2), cuja resistividade corresponde ao valor máximo registado, 667, o que significa que o material que constitui esta porção de solo apresenta a maior resistividade e, portanto, a menor condutividade face aos restantes pontos do gráfico. O outro pico encontra-se no ponto (4,16) e tem como valor de resistividade correspondente, 112. Da mesma forma, podemos dizer que o material que constitui a zona relativa ao ponto em questão apresenta uma menor condutividade. Figura 8 isolinhas dos Valores de Resistividade Algumas depressões são também bem visíveis, nomeadamente a que se encontra no ponto (2,14), cuja resistividade corresponde ao valor de 57. Nesta zona, contrariamente aos valores dos pontos do parágrafo anterior, o valor de resistividade é o menor registado e, por isso, traduz a elevada condutividade do material em questão. Nas restantes cavidades, como por exemplo, as localizadas nos pontos (4,12), (6,8) e (6,4), obtém-se a mesma conclusão. Os valores das resistividades são mais baixos, traduzindo, assim, uma maior condutividade do material envolvente. Página 17

18 Conclusão Podemos tecer algumas considerações acerca da pesquisa e do trabalho realizado em campo. Um aspeto negativo e que, de certa forma, influenciou o resultado, terá sido a precipitação que se fez sentir em certos dias das medições. O elevado teor de água no subsolo terá, efetivamente, condicionados valores de resistividade obtidos experimentalmente. Em suma, com base nos dados recolhidos e analisados pelo grupo, podemos concluir que no ponto de coordenadas (2, 10), existe algum material àquela profundidade que apresenta uma resistividade aparente muito maior do que em qualquer outro ponto do campo avaliado. Deste modo, seria interessante fazer uma sondagem nesse respetivo local para analisar de uma forma direta e poder afirmar, com maior certeza, a natureza do material em questão. Página 18

19 Recomendações Tivemos o prazer de trabalhar durante cerca de 2 meses neste projeto, no qual se tentou mapear e interpretar os diferentes valores da resistividade encontrados no campo adjacente ao edifício da cantina. Todos os elementos fizeram um trabalho responsável e competente, superando as dificuldades que surgiram no decurso do trabalho, sempre com vista ao bem da equipa e o sucesso da mesma, no que concluiu à obtenção de resultados fiáveis. Neste sentido, pode-se afirmar que foi um trabalho enriquecedor tanto a nível intelectual como social, obrigando nos a adaptar a este novo ambiente de cooperação com colegas e pesquisa correta e específica, no qual o sucesso dos engenheiros da FEUP se baseia. Página 19

20 Bibliografia Infopédia. Infopédia Nascimento, Sandra. Slideshare Novais, Rosa. Universidade do Algarve Silveira, Aline. 20 de Abril de QFjAA&url=http%3A%2F%2Fmoodle.fct.unl.pt%2Fpluginfile.php%2F32330%2Fmod_fol der%2fcontent%2f0%2febooks%2fresistividade_eletrica_do_solo.pdf%3fforcedownloa d%3d1&ei=jnduut-vaqid7g. Página 20