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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
EMM13 - Mapeamento do campo experimental de Geofísica da Feup Página 1
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Mapeamento do campo experimental de
Geofísica da FEUP pelo método da resistividade
elétrica
Projeto FEUP 2013/2014 -- MIEMM :
Dr. Alexandre Leite Dr. Feliciano Rodrigues Dr. Jorge Carvalho
Equipa EMM13:
Supervisor: José Pedro Gomes Monitor: Miguel Mendenha
Estudantes & Autores:
Ana Cunha up201305636@fe.up.pt Gabriel Reis up201307671@fe.up.pt
António Rodrigues up201303055@fc.up.pt Gonçalo Fonseca up201304689@fe.up.pt
Artur Pinto up201305845@fe.up.pt João Pereira up201303799@fe.up.pt
Margarida Gaiteiro up201306190@fe.up.pt
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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.
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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.
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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
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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:
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Em que:
Ρ = Resistividade
U = Resistência
I = Intensidade de corrente
a = 0,5 m
b= 3 m
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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
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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
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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 2013. http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAEXoAG/metodos-diretos-indiretos-investigacao-marinha
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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.
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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.
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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 400m2, 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.
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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 2013. http://www.fluke.com/fluke/brpt/solutions/earthground/medi%C3%A7%C3%A3o+da-resistividade-do-solo.htm
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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
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(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
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Fig. 5 Mapa de resistividade em
2D
Tratamento de Resultados
Fig. 6 Mapa de resistividade em
3D
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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 10000
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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.
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Bibliografia
http://www.fluke.com/fluke/brpt/solutions/earthground/medi%C3%A7%C3%A3o+da-
resistividade-do-solo.htm (Acedido a 20 de Outubro de 2013);
http://www.qenergia.pt/content/index.php?action=detailfo&rec=148 (Acedido dia 17
de Outubro de 2013);
http://paginas.fe.up.pt/~ee94056/RelatorioFinalcap4_5_6.pdf (acedido dia 23 de
Outubro de 2013);
http://www.iee.usp.br/biblioteca/producao/2011/Artigos%20de%20Periodicos/mode
nomedicaoXI.pdf (Acedido dia 23 de Outubro de 2013);
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