Mapeamento do campo experimental de Geofísica da FEUP pelo método da resistividade elétrica

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1 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Mapeamento do campo experimental de Geofísica da FEUP pelo método da resistividade elétrica Projeto FEUP 2013/ MIEMM : Dr. Alexandre Leite Dr. Feliciano Rodrigues Dr. Jorge Carvalho Equipa EMM13: Supervisor: José Pedro Gomes Monitor: Miguel Mendenha Estudantes & Autores: Ana Cunha up @fe.up.pt António Rodrigues up @fc.up.pt Artur Pinto up @fe.up.pt Gabriel Reis up @fe.up.pt Gonçalo Fonseca up @fe.up.pt João Pereira up @fe.up.pt Margarida Gaiteiro up @fe.up.pt EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 1

2 Resumo Neste trabalho de grupo, em que tivemos de efetuar medições em campo da resistividade elétrica do campo experimental de geofísica da FEUP, deparamo-nos com diversos obstáculos. O facto de se tratar de um trabalho experimental com uma componente de trabalho de campo envolveu uma série de condicionantes que não nos foi possível controlar. Para a realização deste mesmo trabalho, começamos por ter aulas introdutórias ao tema, sobre o qual necessitávamos de ter noções básicas, para realizar a parte prática do trabalho. Quando finalmente passámos para a parte prática, em que tivemos de nos deslocar para o terreno para efetuar medições, começaram a surgir os primeiros problemas, entre eles as más condições meteorológicas. Apesar de todas as adversidades, conseguimos concretizar o trabalho em campo, tendo sido efetuadas todas as medições necessárias para a realização dos cálculos. É de referir, que toda a parte prática deste trabalho foi realizada tendo como base a configuração de Schlumberger. O arranjo de Schlumberger é uma configuração do arranjo de 4 pontos em que o espaçamento central é mantido fixo (geralmente a uma distância de 1 metro, mas neste trabalho experimental, a distância foi de 0,5 metros), enquanto os outros espaçamentos variam de forma uniforme. Após termos concluído os cálculos baseados nos resultados obtidos, como era de esperar, houve uma serie de condicionantes que afetaram a resistividade do solo. Fatores como a temperatura, o teor em água e a porosidade (que se devem ao facto do solo não ser homogéneo), são relevantes no que diz respeito aos valores que se obteve para a resistividade. EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 2

3 Agradecimentos A equipa agradece a todos os professores pela formação recebida nas palestras durante a semana de receção, pois foram muito importantes para a realização deste trabalho. Queremos também agradecer aos professores que nos acompanharam ao longo do projeto, professores Alexandre Leite, Feliciano Rodrigues e Jorge Carvalho, bem como ao supervisor José Pedro Gomes e monitor Miguel Mendenha. EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 3

4 Índice 1. Introdução 2. Métodos Diretos e Indiretos 3. Material utilizado 4. Esquema de montagem 1. Procedimento experimental 2. Registo de dados e observações 3. Tratamento de resultados 4. Discussão de resultados 5. Conclusão 6. Bibliografia EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 4

5 Introdução No âmbito da unidade curricular Projeto FEUP e no desenvolvimento do tema Mapeamento do Campo Experimental de Geofísica da FEUP pelo método da resistividade elétrica, foram abordados e trabalhados vários conceitos relacionados com o mesmo. Para além de esta unidade curricular primar pela ajuda que fornece aos novos estudantes da FEUP em termos de integração face a todo este novo ambiente com que se depararam, oferece também uma grande apoio em termos de métodos de trabalho e espírito crítico. Como objetivo para este trabalho tínhamos então de calcular a resistividade. Para tal é importante definir alguns conceitos cruciais para o entendimento deste trabalho, definindo primordialmente resistividade. Este conceito pode ser entendido como uma medida inversamente proporcional ao fluxo de corrente elétrica, i.e., quanto mais baixa for a resistividade, mais facilmente o material permite a passagem de uma corrente elétrica. A unidade SI da resistividade é o ohm metro (Ωm). Outro conceito importante para este trabalho é a resistência elétrica. Resistência elétrica é a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica mesmo quando existe uma diferença de potencial aplicada. O seu cálculo é dado pela Primeira Lei de Ohm, e, segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), é medida em ohms. Quando uma corrente elétrica é estabelecida num condutor metálico, um número muito elevado de eletrões livres passa a deslocar-se nesse condutor. Nesse movimento, os eletrões colidem entre si e também contra os átomos que constituem o metal. Portanto, os eletrões encontram uma certa dificuldade para se deslocar, isto é, existe uma resistência à passagem da corrente no condutor. Para medir essa resistência, os cientistas definiram uma grandeza que denominaram resistividade elétrica. Este valor pôde e foi calculado após todo o nosso trabalho de campo, em que a configuração de Schlumberger foi a escolhida (sendo este um método direto do estudo do subsolo) e em que retiramos dados como a geometria, a resistência e a intensidade, utilizando-os desta forma: EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 5

6 Em que: Ρ = Resistividade U = Resistência I = Intensidade de corrente a = 0,5 m b= 3 m EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 6

7 Métodos Diretos e Indiretos O estudo dos fenómenos geológicos que ocorrem na Terra reveste-se de especial importância, não só pelo conhecimento do interior da Geosfera, mas pela prevenção e minimização de riscos. Os geólogos usam diversos instrumentos e recolhem informações nos mais variados pontos do globo. Seja para o conhecimento adequado do interior da Terra, seja para o mapeamento de recursos ou mesmo para construções, é necessário ao Homem recorrer a métodos de investigação, os quais são divididos em indiretos e diretos. Fig 1 Estrutura Interna da Terra EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 7

8 Métodos Diretos OS MÉTODOS DIRETOS PERMITEM OBTER DADOS REFERENTES ÀS PROPRIEDADES DE CAMADAS PERTO DA SUPERFÍCIE. A observação da superfície da Terra e o estudo das rochas superficiais que a compõe possibilitou aos geólogos constatar que muitas das rochas se encontram num ambiente diferente daquele em que se formaram. Assim, o estudo destas rochas permite-nos obter dados acerca das propriedades de camadas da Geosfera mais profundas, onde se formaram. Existem vários tipos de métodos diretos tais como: as escavações, as perfurações, as sondagens, a recolha de materiais expelidos pelos vulcões, assim como os materiais recolhidos nas minas. Fig. 2 Sondagens EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 8

9 Métodos Indiretos OS MÉTODOS INDIRETOS PERMITEM ESTUDAR E COMPREENDER A ESTRUTURA DA GEOSFERA NAS CAMADAS MAIS INTERNAS DO PLANETA. Como vimos, os métodos diretos apenas permitem estudar a constituição e estruturas das camadas mais externas do planeta Terra. Para obterem mais informações sobre o interior do nosso planeta, os geólogos recorrem a uma série de ferramentas, apoiadas essencialmente na Geofísica e na Astrogeologia. Os métodos indiretos são aqueles que nos permitem retirar informações do interior da Terra sem que necessitemos de uma amostra do material. São os primeiros a serem empregados na área em investigação, pois orientam a aplicação dos métodos diretos, além de revelar a geologia da área em estudo. Existem vários tipos de métodos indiretos em que se consegue captar vários tipos de informações. Estes métodos são: a sismologia, a gravimetria, a densidade, o magnetismo e a geotermia. Fig. 3 Geometria de um sistema sísmico. Métodos diretos e indiretos de investigação marinha. Acedido dia 2 de novembro de EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 9

10 Trabalho Prático Objetivo Esta componente prática teve como principal objetivo a obtenção de valores da resistividade, através do valor da resistência calculada pelo resistivímetro, no subsolo do campo experimental de Geofísica da FEUP. Foram-nos dados pontos específicos, nos quais obtivemos estes mesmos valores. EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 10

11 Material Utilizado 1. Resistivímetro; 2. Cabos de ligação; 3. Elétrodos; 4. Martelo; 5. Fita-métrica; 6. Estacas; 7. Luneta de topografia; 8. Bandeiras de sinalização; 9. Elásticos. EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 11

12 Procedimento Experimental 1) Foi efetuada a preparação do campo experimental de geofísica para levar a cabo todas as medições necessárias para o trabalho; 2) Efetuaram-se as medições do campo experimental de geofísica usando uma luneta de topografia para que estas fossem rigorosas; 3) O campo experimental de geofísica, de área igual a 400m 2, foi dividido em duas áreas de trabalho; 4) Colocaram-se estacas no terreno às quais se prenderam elásticos, para que se pudesse delimitar a zona de medição, dividindo o espaço segundo uma malha de pictagem 2x2; 5) Colocaram-se bandeiras de sinalização ao longo do elástico com o espaçamento de 2m entre cada uma delas. As bandeiras foram usadas para indicar onde iria ser colocado o material necessário para efetuar as medições; 6) Inseriram-se 4 elétrodos em linha reta sendo que a distância entre os elétrodos interiores era de 0,5m e a dos elétrodos exteriores era de 1,50m; 7) Programou-se resistivímetro configurando-se uma intensidade de corrente constante de 0,5mA; 8) Estabeleceu-se ligação entre o resistivímetro os 4 elétrodos, sendo os eléctrodos exteriores, eléctrodos de potencial e os eléctrodos interiores, eléctrodos de corrente, recorrendo a cabos de ligação; 9) Ligou-se o Resistivímetro para induzir uma corrente elétrica; 10) Registou-se o valor da resistência do solo calculada pelo resistivímetro; 11) Calculou-se a resistividade. EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 12

13 Esquema de Montagem Fig. 4 Resistivímetro - Esquema de montagem de um sistema para medir a resistividade no solo. Medição da resistividade. Acedido a 2 de novembro de EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 13

14 Registo de Dados e Observações Geometria Intensidade da Corrente Resistência Resistividade (0, 0) 0,5 ma 5,25 129,8852 (2, 0) 0,5 ma 6,44 159,3258 (4, 0) 0,5 ma 5,7 141,0182 (6, 0) 0,5 ma 6,54 161,7998 (8, 0) 0,5 ma 6,12 151,4090 (10, 0) 0,5 ma 7,65 189,2613 (12, 0) 0,5 ma 5,99 148,1928 (14, 0) 0,5 ma 4,58 113,3093 (16, 0) 0,5 ma 6,34 156,8518 (18, 0) 0,5 ma 4,05 100,1971 (20, 0) 0,5 ma 6,53 161,5524 (0, 2) 0,5 ma 5,72 141,5130 (2, 2) 0,5 ma 3,82 94,50696 (4, 2) 0,5 ma 5,38 133,1014 (6, 2) 0,5 ma 4,6 113,8041 (8, 2) 0,5 ma 6,26 154,8726 (10, 2) 0,5 ma 8,34 206,3319 (12, 2) 0,5 ma 5,34 132,1118 (14, 2) 0,5 ma 8,74 216,2279 (16, 2) 0,5 ma 9,27 229,3401 (18, 2) 0,5 ma 6,93 171,4484 (20, 2) 0,5 ma 5,17 127,9060 (0, 4) 0,5 ma 6,12 151,4090 (2, 4) 0,5 ma 6,54 161,7998 (4, 4) 0,5 ma 6,24 154,3778 (6, 4) 0,5 ma 6,16 152,3986 (8, 4) 0,5 ma 9,1 225,1343 (10, 4) 0,5 ma 7,46 184,5607 (12, 4) 0,5 ma 6,11 151,1616 (14, 4) 0,5 ma 8,26 204,3527 (16, 4) 0,5 ma 7,68 190,0035 (18, 4) 0,5 ma 7,13 176,3965 (20, 4) 0,5 ma 5,63 139,2864 (0, 6) 0,5 ma 5,51 136,3176 (2, 6) 0,5 ma 7,09 175,4068 (4, 6) 0,5 ma 5,77 142,7500 (6, 6) 0,5 ma 7,67 189,7561 (8, 6) 0,5 ma 8,15 201,6313 (10, 6) 0,5 ma 7,61 188,2717 (12, 6) 0,5 ma 7,91 195,6937 EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 14

15 (14, 6) 0,5 ma 6,61 163,5316 (16, 6) 0,5 ma 10,14 250,8640 (18, 6) 0,5 ma 7,58 187,5295 (20, 6) 0,5 ma 5,94 146,9558 (0,8) 0,5 ma 6,61 163,5317 (2,8) 0,5 ma 6,12 151,4091 (4,8) 0,5 ma 6,16 152,3987 (6,8) 0,5 ma 7,2 178,1283 (8,8) 0,5 ma 6,73 166,5005 (10,8) 0,5 ma 6,8 168,2323 (12,8) 0,5 ma 6,52 161,3051 (14,8) 0,5 ma 7,29 180,3549 (16,8) 0,5 ma 8,18 202,3735 (18,8) 0,5 ma 6,8 168,2323 (20,8) 0,5 ma 4,67 115,536 (0,8) 0,5 ma 4,82 119,247 (2,8) 0,5 ma 5,35 132,3592 (4,8) 0,5 ma 6,08 150,4195 (6,8) 0,5 ma 6,58 162,7895 (8,8) 0,5 ma 7,99 197,6729 (10,8) 0,5 ma 6,85 169,4693 (12,8) 0,5 ma 5,7 141,0182 (14,8) 0,5 ma 7,32 181,0971 (16,8) 0,5 ma 8,77 216,9702 (18,8) 0,5 ma 8,51 210,5378 (20,8) 0,5 ma 6,98 172,6855 EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 15

16 Tratamento de Resultados Fig. 5 Mapa de resistividade em 2D Fig. 6 Mapa de resistividade em 3D EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 16

17 Discussão de Resultados Após todas as medições efetuadas, foram calculados os valores da resistividade do solo nos respetivos pontos do campo experimental de geofísica. É de referir, que a resistividade obtida não corresponde a uma única unidade litológica, mas sim a um conjunto de materiais que foram afetados pela passagem da corrente, sendo a resistividade obtida, a resistividade aparente. No caso do nosso grupo, os valores da resistividade variam entre os 90 ohm/m e os 250 ohm/m. É certo que pelo processo não nos é permitido afirmar com toda a certeza que, possivelmente, o terreno em causa se trata de areia argilosa. Dado que a resistividade de um terreno de areia argilosa varia entre os 50 a 500 ohm/m. Apesar do valor mais alto registado no terreno em causa ser metade do valor mais alto da resistividade de um terreno constituído por areia argilosa, este é o solo com que mais se assemelham os valores da resistência medida do terreno e da areia argilosa. É de notar que a composição do solo, o valor de humidade, a temperatura e a variação da profundidade, afetam a resistividade do solo. Valores aproximados de resistividade em diferentes terrenos Natureza do Terreno Resistividade (ohm/metro) Terreno Pantanoso 0 a 30 Lodo 20 a 100 Terra Vegetal 10 a 150 Turfa Húmida 5 a 100 Agila Plástica 50 Terra Calcária 100 a 200 Areia argilosa 50 a 500 Areia de Sílica 200 a 3000 Solo Rochoso nu 1500 a 3000 Calcário Mole 100 a 300 Calcário Compacto 1000 a 5000 Xistos 50 a 300 Micaxisto 800 Granitos 1500 a EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 17

18 Conclusão Com a realização deste trabalho concluiu-se que o terreno da FEUP é, possivelmente, um terreno de cariz argiloso. Foram adquiridos para o solo analisado valores entre os 90 ohm/m e os 250 ohm/m. O que nos leva a deduzir que o terreno da FEUP poderá possuir uma consistência fina, sendo bastante impermeável à água, ao contrario do que acontece com os solos arenosos, (que são permeáveis à água). Este tipo de solo, ao contrário do solo calcário apresenta, ainda características que o tornam bom para a prática da agricultura. Em suma, é de salientar que o objetivo principal deste trabalho, de calcular a resistividade do campo experimental de geofísica e classifica-lo com base nos valores obtidos para a resistividade foi alcançado. Como vantagens a extrair de todo este trabalho podemos enumerar o facto de ser um trabalho relacionado com o curso da maior parte dos elementos do grupo e também o facto de termos tido uma primeira experiencia de como se elabora um relatório específico e de termos tido uma noção de como funciona a mecânica de trabalhar em grupo num meio diferente da escola secundária com o qual estávamos mais familiarizados. EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 18

19 Bibliografia (Acedido a 20 de Outubro de 2013); (Acedido dia 17 de Outubro de 2013); (acedido dia 23 de Outubro de 2013); nomedicaoxi.pdf (Acedido dia 23 de Outubro de 2013); EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 19