Eléctrica DC

Geofísica Ambiental – Método Eléctricos Engenharia do Ambiente

3. Métodos eléctricos Existem vários métodos de prospecção eléctrica. Uns usam os campos naturais da Terra, enquanto que outros se servem da introdução de campos artificiais (correntes eléctricas) no solo. Os métodos resistivos são usados para estudar as descontinuidades horizontais e verticais das propriedades eléctricas do solo e também na detecção de corpos 3D. Estes métodos têm grande uso em geotécnica, hidrologia e no estudo da geologia sub-superficial de pouca profundidade. Nos métodos resistivos, uma corrente artificial é introduzida no solo e a diferença de potencial resultante é medida à superfície. Os desvios do padrão de ΔV esperados de um solo homogéneo fornecem informação sobre a forma e propriedades eléctricas das heterogeneidades. Resistividade das rochas e minerais A resistividade de um material é definida como a resistência em Ohms entre as faces opostas de um cubo de aresta unitária desse material. Num cilindro conductor de resistência δR, comprimento δL e área δA, a resistividade ρ é dada por

LAR

δδδρ = (3.1)

A unidade S.I. da resistividade é o ohm-metro e o inverso da resistividade é designada por conductividade, cujas unidades são o Siemen/metro. A resistividade é uma das propriedades físicas que apresenta maior variabilidade. Alguns minerais conduzem a electricidade via

deslocamento dos electrões (condução electrónica). No entanto, a maioria dos minerais das rochas são isolantes eléctricos e a corrente eléctrica é transportada principalmente pela passagem de iões nas águas intersticiais. Os iões que conduzem a corrente eléctrica resultam da dissociação de sais resultante da dissolução desses sais na água. Dado que cada ião transporta uma diminuta quantidade de carga, quantos mais estiverem presentes na solução, maior é a carga eléctrica transportada. Deste modo, as soluções que tiverem um maior número de iões terão uma conductividade mais elevada. De uma maneira geral, para uma dada porosidade, uma rocha cujos poros estrão impregnados com uma água salina será tanto mais conductiva quanto maior for a salinidade dessa água. A salinidade é assim um dos dois factores principais que condicionam a resistividade das rochas. O outro é, obviamente, a porosidade já que quanto maior ela for, maior poderá ser o número

Figura 1

Universidade do Algarve 1


de iões dissolvidos nas águas intersticiais. Temos, no entanto, de ter em atenção que a porosidade, por si só, não tem uma relação tão directa com a conductividade como aquela que se poderia depreender pela afirmação anterior. É que, sendo a condução eléctrica processada por via electrolítica, é necessário que exista uma interconecção dos vários poros, de maneira a que a corrente eléctrica possa circular ao longo das rochas. Tecnicamente, a este efeito chama-se a turtuosidade dos poros que tem uma relação estreita com a textura dos materiais.

A figura 2 mostra alguns exemplos de texturas de rochas que encontramos com frequência. Da sua análise podem-se tirar algumas conclusões qualitativas.

Figura 2 Várias texturas de rochas.

a) arenitos grosseiros têm com uma grande percentagem de espaços vazios, e por isso uma baixa resistividade.

b) arenitos com grãos de várias dimensões têm uma porosidade mais reduzida e, logo, uma maior resistividade.

c) a dissolução de rochas calcáreas ao longo de fracturas aumenta a porosidade e baixa a resistividade.

d) a precipitação de minerais baixa a porosidade e aumenta a resistividade. e) as rochas graníticas conduzem a electricidade ao longo de fissuras. As porosidades

são, nestes casos, baixas e as resistividades elevadas. f) os basaltos têm frequentemente a característica de os seus poros estarem isolados uns

dos outros. Assim, mesmo se tiverem uma elevada porosidade eles podem exibir uma alta resistividade.

As rochas comuns e os solos típicos apresentam uma considerável gama de resistividades (figura 3) que reflectem, em parte, os vários tipos texturas que acabámos de mencionar, o que faz com que seja impossível identificá-las só através da análise deste parâmetro.



Figura 4 Representação esquemática dos iões adsorvidos por uma partícula de argila.

Figura 3 Variação típica da resistividade das rochas.

Efeito dos minerais de argila As partículas de argila fornecem, em relação ao percurso electrolítico, um percurso alternativo de baixa resistência para a condução de electricidade. A origem da conductividade anormalmente elevada dos minerais de argila assenta na distribuição de catiões em torno desses minerais que está representada na figura 4. As dimensões finitas dos catiões impedem a formação de uma camada única em torno do mineral. Em vez disso, forma-se uma camada dupla constituida por uma camada fixa nas imediações do mineral e uma camada difusa, cuja densidade decai exponencialmente com a distância à camada fixa. Contrariamente à camada fixa, a camada difusa tem liberdade para se mover quando é sujeita à acção de um campo eléctrico exterior. O efeito resultante é o do aumento da conductividade, que neste caso se chama conductividade superficial. Todas as rochas que têm minerais de argila possuem uma elevada conductividade devido a este efeito. Voltando de novo à equação (3.1) ela refere-se, de um modo estrito, só à condução electrónica, mas é também possível usá-la para descrever a resistividade efectiva de uma rocha, isto é, a resistividade da rocha e da água intersticial. A resistividade efectiva pode também ser expressa em termos da resistividade e volume da água intersticial, de acordo com a fórmula empírica (Archie) w

cb fa ρφρ −−= onde φ é a porosidade, f a fracção de poros que contêm água de resistividade ρw e a, b e c são constantes empíricas. ρw pode variar consideravelmente consoante a quantidade e conductividades dos materiais dissolvidos. A razão de ser do uso desta expressão, e



outras do género, prende-se com o propósito de tentar estimar a quantidade de água presente num aquífero a partir de medições da sua resistividade. Fluxo de corrente no solo

Consideremos o elemento cilíndrico da figura anterior. A corrente I que passa pelo cilindro provoca uma queda de potencial δV entre as extremidades do elemento. A lei de Ohm diz que δV = IδR e a partir da equação (3.1) sabemos que δR = (ρδL)/δA, substituindo:

iAI

LV ρ

δρ

δδ

== (3.3)

δV/δL, representa o gradiente do potencial através do elemento do volume (em volt/m) e i é a densidade de corrente em A/m2. Em geral a densidade de corrente numa direcção qualquer é dada pela derivada parcial do potencial nessa direcção, dividida pela resistividade. Consideremos agora, um único eléctrodo de corrente na superfície de um meio de resistividade uniforme.

O circuito é fechado a uma grande distância do eléctrodo. A corrente flui radialmente, do eléctrodo de tal modo que a distribuição de corrente é uniforme em calotes hemisféricas centradas na fonte. A uma distância r do eléctrodo a calote tem de área 2πr² e a densidade de corrente será

Figura 5 Fluxo de corrente a partir de um único electrodo à superfície.

22 rIi

π= (3.4)

Da equação (3.3) o gradiente de potencial associado à densidade de corrente i é dado por:

22 rIi

rV

πρρ

δδ

== (3.5)

O potencial Vr à distância r é obtido por integração:

rIdr

rIVVr

r r πρ

πρδ

22 2 === ∫ ∫∞ ∞

(3.6)



A equação (3.6), permite-nos o cálculo do potencial num ponto qualquer do hemi-espaço. As calotes da figura são equipotenciais. Consideremos agora o caso do outro eléctrodo de corrente estar a uma distância finita da fonte.

O potencial VC no eléctrodo interno C é dado pela soma das contribuições devidas aos potenciais VA e VB dos eléctrodos de corrente A e B.

Figura 6

BAC VVV += Da equação (3.6)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

BA rrIVc 11

2πρ

e ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

BAD RR

IV 112πρ

Os potenciais absolutos são difíceis de medir, por isso, o que se costuma medir é a diferença de potência ΔV entre os eléctrodos C e D.

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=−=Δ

BABADC RRrr

IVVV 11112πρ (3.8)

ou seja

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

Δ=

BABA RRrrI

V1111

2πρ (3.9)

Quando o solo é homogéneo, a resistividade calculada pela equação anterior deverá ser constante e independente do espaçamento dos eléctrodos e da localização espacial. Quando existem heterogeneidades, porém, a resistividade irá variar com a posição relativa dos eléctrodos. O valor calculado chama-se então resistividade aparente ρa, que é função da forma da heterogeneidade.

kIV

aΔ

=ρ ,

onde k é chamado o factor geométrico do dispositivo.



Num solo homogéneo a profundidade de penetração de corrente aumenta com a separação dos eléctrodos de corrente. A figura mostra a percentagem de corrente que flui abaixo de uma dada profundidade Z em função da razão de separação L dos eléctrodos de corrente e a profundidade Z.

Quando L=Z cerca de 30% da corrente flui abaixo de Z e quando L=2Z cerca de 50% flui abaixo de Z. Assim, para pequenos valores de L/Z só a parte superficial é sondada, enquanto que para grandes L/Z só as maiores profundidades são sondadas. A separação dos eléctrodos de corrente tem que ser escolhida de modo a que o solo seja “energetizado” até à profundidade requerida e deve ser pelo menos igual a essa profundidade. Este facto coloca um limite prático à profundidade de

sondagem que se consegue nos métodos resistivos (tipicamente da ordem de 1 km). Existem dois tipos de procedimentos que são empregues nos métodos resistivos.

Sondagens eléctricas verticais – são usadas sobretudo para estudar a estratificação horizontal das interfaces. Neste procedimento os eléctrodos de corrente e potencial são mantidos com o mesmo espaçamento relativo e todo o aparato é expandido em torno de um ponto central que é mantido fixo. Em consequência as leituras são feitas para profundidades de penetração progressivamente maiores. O grande problema é que a natureza não é muito estratificada. No entanto, este procedimento encontra boas aplicações na hidrogeologia para definir zonas horizontais de estratos porosos.

Perfis eléctricos – são usados para determinar variações laterais de resistividade. Nestes casos, os potenciais de corrente e de potencial são mantidos com uma separação fixa e deslocados progressivamente ao longo do perfil. Figura 8 Dispositivos mais comuns usados nos métodos resistivos e respectivos factores geométricos.


Figura 7 Fracção de corrente que passa abaixo da profundidade Z para uma separação de electrodos L


Equipamentos dos métodos resistivos – basicamente são voltímetros e geradores de corrente porque o que se quer medir é o quociente ΔV/I. Os aparelhos modernos usam correntes alternas de baixa frequência para evitar a polarização dos eléctrodos de potencial e para anular os efeitos das correntes telúricas. Para uma penetração de aproximadamente 10 m podem-se usar frequências de 100 Hz que deverão decrescer para 10 Hz para uma penetração de 100 m. Interpretação das S.E.V. – os levantamentos eléctricos estão entre os mais difíceis métodos geofísicos de interpretar quantitativamente devido aos fundamentos teóricos da técnica. Mesmo assim, as S.E.V. ainda são as mais fáceis. Considere-se o resultado medido com um dispositivo de Wenner sobre uma interface única e infinita entre dois meios com resistividades ρ1>ρ2.

Figura 9 Variação da resistividade aparente em função da separação dos electrodos a.

Ao passar pela interface, as linhas do fluxo de corrente são deflectidas em direcção à interface de um modo semelhante à refracção das ondas sísmicas, já que a camada inferior, mais conductiva, fornece um percurso “mais atractivo” para a corrente. Quando a separação dos eléctrodos é pequena a maior parte da corrente flui pela camada superior, com a consequência de que a resistividade aparente tende para ρ1. Quando a separação dos eléctrodos aumenta progressivamente, mais corrente passa através da camada inferior e ρa→ρ2. Uma situação semelhante ocorre quando ρ2>ρ1, embora neste caso a ρa→ρ2 mais lentamente já que a camada inferior é mais resistiva. Quando temos três camadas horizontais as curvas de ρa são mais complexas.

Apesar de ρa tender para ρ1 e ρ3 para pequenos e grandes espaçamentos dos eléctrodos, a presença de uma camada intermédia provoca a deflexão da curva de ρa para os espaçamentos intermédios. O modo tradicional de representar as curvas de ρ é num

Universidade do Algarve 7 Figura 10 Variação da resistividade aparente com a separação dos electrodos para uma situação de 3 camadas horizontais.


gráfico logarítmico (ln ρa→ln(L/2)). Nesta representação os casos das figuras anteriores são classificados em 4 tipos:

Na prática o que se faz é uma inversão matemática que pretende calcular o número de camadas, a sua espessura e a sua resistividade. Estas soluções não se livram da indeterminação devido ao problema inverso ( 111 t1t ′′= ρρ ). Camadas muito finas não podem ser detectadas em curvas de sondagens a grande profundidade .

Figura 11 Quatro tipos básicos de curvas de resistividade.

Figura 12 SEV obtida com um dispositivo de Schlumberger e modelo calculado para uma curva tipo H.



Interpretação dos perfis eléctricos – Os perfis fazem-se movendo o dispositivo (isto é, mantendo fixa posição relativa dos quatro eléctrodos ) ao longo de uma linha. A ideia é, como vimos, detectar contrastes de resistividade. Os resultados obtidos referem-se a um nível constante de penetração.

Figura 13 Perfil de resistividade aparente ao longo de uma descontinuidade vertical.

A curva da ρa varia suavemente de ρ1 para ρ2 através da zona de contacto dos dois corpos. Se existirem mais discontinuidades laterais o princípio é o mesmo.

A figura 14 mostra o exemplo de vários perfis calculados para o caso de uma esfera conductiva enterrada a uma certa profundidade, usando três dispositivos diferentes. O método que melhores resultados dá é o do dipólo-dipólo.

Figura 14 Perfis de resistividade sob uma esfera enterrada.

Combinação de sondagem vertical e perfil Nestes casos o que procuramos estudar são os contrastes verticais e horizontais da resistividade (muito mais interessante) e os dispositivos mais utilizados são o dipólo- dipólo e pólo-dipólo.



A figura 15 apresenta o método mais comum que é usado para representar os resultados. É conhecido por pseudo-secção. Os dipólos de injecção são primeiro colocados nas posições 1 e 2 e os dipólos de recepção em 3 e 4 e o ρa= (ΔV/I)k é calculado. Esta resistividade é então representada na intersecção das linhas traçadas a 45º (ver figura) e por aí além. A pseudo-secção não é uma verdadeira representação da

distribuição da resistividade em profundidade. A interpretação consiste na modelação iterativa (ou modelo inverso) de um modelo 2D até que as pseudo-secções teóricas e observadas coincidam o melhor possível (figura 16).

Figura 15 Método de representação de uma pseuso-secção.



Limitações dos métodos resistivos

Os métodos resistivos são eficientes na delineação de sequências estratificadas de baixa profundidade e na detecção de descontinuidades verticais, que envolvem variações de resistividade. Têm contudo algumas limitações :

1. A interpretação pode ser ambígua 2. A interpretação é limitada a configurações estruturais simples 3. A topografia e os efeitos das variações resistivos muito superficiais podem mascarar

(esconder) os efeitos das variações mais profundas. 4. A profundidade de penetração do método está limitada pela máxima potência

eléctrica que pode ser introduzida no solo. Um limite prático anda pelos 1 km. Aplicação dos métodos resistivos

Os métodos resistivos são usualmente restritos a zonas relativamente pequenas devido ao trabalho que dá fazer estes levantamentos. São muito usados em engenharia (geotécnia) para investigar sítios antes das construções. As SEV são métodos muito convenientes (não destrutivos) para determinar a profundidade das rochas para propósitos de determinar a profundidade das fundações e fornecem também informação sobre o grau de saturação do solo.

No campo ambiental podem ter muita utilidade na detecção dos limites de lixeiras contendo materiais contaminados e inclusive poder seguir eventuais fugas nos lençóis freáticos (prospecção de água, invasões de águas salinas, etc…)

Figura 16 (a) Pseudo-secção observada. (b) Pseudo-secção calculada. (c) modelo usado no cálculo de (b).

A figura 17 representa uma

situação de um terreno de cultivo que sufreu vários episódios de salinização-dessalinização. A salinização vem da irrigação-evaporação que provoca a subida dos sais à superfície. A dessalinização vem da fuga de água doce do canal de irrigação.


Figura 17 Contornos da resistividade aparente de um solo sujeito a efeitos de salinização.


Figura 18 - profis com o dispositivo de Schlumberger (AB=100m e MN=5m) de uma zona de chistos e gneisses. As regiões de baixa resistividade pensam-se estar associadas com descontinuidades devidas a falhamentos nos quais a água se pode acumular.

Figura 18 Perfis de Schlumberger sobre uma zona de falha em chistos.

Figura 19 Espessura estimada de um aquífero conhecido.

Figura 20 Espessura estimada de um aquífero potencial.

Figura 19 – Espessura calculada por SEV de um aquífero que se sabia existir. Figura 20, o mesmo para um aquífero potencial. Estes mapas de espessura dos aquíferos foram calculados por inversão de 112 curvas de sondagens verticais.



Figura 21 Perfil da resistividade aparente numa zona kársica.

A figura 21 mostra mínimos de resistividade associados às argilas que preenchem as cavidades de uma rocha calcárea. A figura mostra também um grande máximo que marca a presença de uma caverna.

Aterros e Lixeiras - Dever-se-á esperar que tenham uma resistividade baixa (os lixos são normalmente salinos, têm metais que são pouco resistivos, etc.) →Figura 22 – neste caso o conteúdo é muito resistivo .

Deslizamentos de terreno (a parte central está mais saturada de água e por isso será mais fluída)

A figura 24 mostra uma situação na Sibéria onde a injecção de contaminantes líquidos industriais é claramente revelada pela variação da resistividade pré e pós injecção.


Figura 22 Perfil da resistividade aparente sob uma lixeira

Figura 23 Contornos da resistividade sob uma zona sujeita a deslizamentos de terreno.

Figura 24 Mudança nas condições de um permafrost numa zona de depósito de lixos industriais na Sibéria.


A figura 25 mostra o caso de uma lixeira doméstica mapeada com um dispositivo do Wenner com uma separação de electrodos de 10 m. O mínimo ocorre no centro e diminui para a periferia. Os elementos eléctricos do lixo integram-se todos para formar uma única anomalia. Segundo Vogeslang quase todos os lixos domésticos exibem esta característica de possuírem uma baixa resistividade. Admite-se que não só os componentes sólidos do lixo baixam a resistividade da lixeira, mas também os efluentes líquidos contribuem para esse efeito devido ao alto conteúdo em sal dos lixos domésticos. Assim, a

salinidade das plumas originadas nas lixeiras podem ser usadas como traçadores eléctricos (figura 26).

Figura 25 Resistividade aparente numa lixeira de lixos domésticos.

Figura 26 Resistividade aparente numa lixeira de lixos domésticos. As setas indicam possíveis canais de escoamento de líquidos.



Figura 27 Mapa da resistividade aparente a 10 m de profundidade

Figura 28 Mapa da resitividade aparente a 30 m de profundidade.



O canal “Cross-Florida” foi um projecto maluco dos militares americanos que quiseram abrir um canal na península da florida, para não terem de ir à volta. O canal , de 4 m de profundidade, começou a ser aberto através do solo kársico e foi depois interrompido quando o pessoal civil começou a protestar muito. Em resultado desta brincadeira, e devido também à grande extracção de água doce, a pressão hidráulica da água salgada fez com que esta se começasse a introduzir no solo. Fizeram-se 70 SEV com o dispositivo de Schumberg (AB=536-1440m e AB/2 = 268-720). A figura 27 mostra a resistividade a 10m de profundidade. As resistividades são elevadas (> 200Ωm ) a norte e sul do canal e decrescem em direcção ao Golfo do México. A figura 28 mostra as mesmas resistividades a 30m de fundo. A distribuição é muito semelhante à dos 10m. No entanto o contorno dos 25 e 75 Ωm estão mais próximos ao longo do canal, indicando que a fronteira entre as baixas resistividades devidas à água salgada e as mais altas da zona circundante, está melhor definida.

Figura 29 Mapa da resitividade aparente a 90 m de profundidade.

A figura 29 mostra as resistividades a 90 m de profundidade. Tal como nos mapas precedentes as resistividades mais baixas estão do lado do Golfo do México e no canal. Contudo, aos 90 m o contorno dos 75 Ωm não está restrito às fronteiras do canal . As figuras 30 e 31 mostram os resultados da investigação da intrusão de água salgada no aquífero segundo uma direcção paralela e perpendicular ao canal. Descobriu-se também que, para além da intrusão de água salina, ocorria um afloramento de água sulfatada a partir de baixo(figura 31 ).



Figura 30 Perfil geoeléctrico longitudinal ao Canal da Florida.

Figura 31 Perfil geoeléctrico transversal ao canal. As setas indicam a posição das SEV.



A intrusão da água do mar sob o canal é delineada pela linha dos 25Ωm e a zona de mistura pela linha dos 75. A sua área de influência é estreita mas profunda (40m). A maior profundidade sob o canal, um poço detectou que o contorno do 75Ωm define uma zona onde a água tem uma concentração elevada em sulfatos.

Figura 30 Perfil de resistividade obtido por um dispositivo de dipólo-dipólo numa lixeira de resíduos químicos.

- Um dispositivo de dipólo-dipólo usado sobre uma lixeira de resíduos químicos deu os resultados representados na figura 32.



Enquanto que a secção superior dos dados observados mostra uma baixa resistividade sobre os “ditches” o modelo numérico mostra claramente que resistividades < 10 Ωm ocorrem também numa camada espessa a maiores profundidades. Figura 32d → interpretação geológica. As resistividades elevadas > 1000Ω m perto da superfície são atribuídas a hidrocarbonetos visíveis à superfície e em furos de controle.



Polarização induzida Usando um método standard de quatro eléctrodos (dois para a injecção de corrente e dois para medir a tensão) em corrente contínua e se desligar-mos a corrente, o potencial entre os eléctrodos de potencial não se anula instantaneamente. O que se verifica é que após um decréscimo inicial elevado a voltagem decai gradualmente para zero.

Figura 31

Um fenómeno semelhante ocorre quando se liga a corrente. Primeiro a tensão aumenta subitamente e depois mais devagar. Quer isto dizer que o solo actua como um condensador que armazena carga eléctrica, ou seja, fica polarizado electricamente. Mecanismo da Polarização Induzida Experiências laboratoriais indicam que a energia eléctrica é armazenada nas rochas sobretudo por processos electroquímicos. Isto acontece por dois modos: A passagem de corrente através das rochas (devido a uma diferença de potencial a elas aplicada) ocorre sobretudo por fluxos electrolíticos através dos poros cheios de fluído. A maioria dos minerais das rochas têm uma resultante de cargas negativas na sua interface com o fluído dos poros e atraem iões positivos a essa interface (fig.34a).

Figura 32



A concentração de iões positivos estende-se a uma distância de cerca de 100 μm no poro e, se essa distância for da mesma ordem do diâmetro do estrangulamento do poro, a movimentação dos iões no fluído resultante da diferença de potencial é inibida. Os iões positivos e negativos acumulam-se em ambos os lados do estrangulamento e, com a remoção da ΔV, regressam às suas posições originais ao fim de um período de tempo finito, provocando assim um decréscimo gradual da voltagem.

Este efeito, designado por polarização de membrana é mais acentuado na presença de minerais de argila (figura 35), caso em que os poros são particularmente pequenos, mas o seu efeito decresce com o aumento da salinidade do fluído nos poros.

Quando existem minerais metálicos nas rochas estabelece-se um caminho electrónico, por onde a corrente pode fluir (fig. 34b). Quando uma diferença de potencial é aplicada, cargas positivas e negativas são impressas (induzidas) nos lados opostos do grão. Em consequência disso, acumulam-se iões positivos e negativos em ambos os lados do grão, que tentam tanto libertar como capturar electrões conduzidos através do grão. Quando a ΔV exterior é removida os iões difundem-se lentamente para as suas posições originais, provocando um decaimento da voltagem. Este efeito é designado por polarização metálica ou de eléctrodo. A magnitude deste efeito depende da intensidade da ΔV e da concentração de minerais metálicos. Este efeito diminui com o aumento da porosidade, já que neste caso há mais caminhos alternativos para a condução iónica (que é mais eficiente).

Figura 33 Ilustração do efeito de polarização de membrana. (a) antes da aplicação do campo. (b) depois de aplicar o campo.

As medições de I.P no domínio temporal envolvem a medição do decréscimo da voltagem após a corrente ter sido desligada. O parâmetro mais usado é a cargabilidade M, definida como a área A abaixo da curva de decaimento, estendida a um certo intervalo de tempo Δt, normalizada pela ΔVc contínua (porque o M depende da ΔV inicial).

∫Δ=

Δ=

2

1

)(1 t

tcc

dttvVV

AM

A cargabilidade M, é medida num dado intervalo de tempo pouco depois de a corrente ter sido desligada. A área A é medida pelo aparelho. Quando se planeia um levantamento de I.P. é importante saber que a voltagem de decaimento normalmente só atinge 1-2% da voltagem primária. Como em muitas áreas, o ruído telúrico e/ou industrial é elevado, a corrente primária deve ser aumentada de modo a manter a voltagem transiente acima de 1 mV.



Para aplicações ambientais é importante que as águas salinas dificultem a polarização induzida, já que a sua alta condutividade não permite a acumulação de iões. Este efeito permite a discriminação entre a água subterrânea salina e argilas com a mesma resistividade. O sinal I.P. desaparece quando entramos nas águas salinas, mas pode aumentar, ou permanecer constante, quando se vai para as argilas.

As aplicações ambientais da I.P. são a determinação dos limites dos lixos perigosos e o solo não contaminado; a localização de depósitos especiais de materiais com grande M no meio do lixo; e a determinação de plumas salinas em rochas com muitas argilas. Os dispositivos usados para fazer levantamentos de I.P. são os mesmos dos métodos de corrente contínua, mas o mais usado é dipólo-dipólo. No entanto, tecnicamente este método é muito mais complicado que as medições com corrente contínua e só deve ser usado quando se suspeita a presença de materiais polarizáveis (metálicos) que muitas vezes se encontram nas lixeiras. A pseudo-secção (dipólo-dipólo) da M na figura 36, mostra um padrão que é completamente diferente do da pseudo-secção da resistividade. Os valores muito elevados de M dos resíduos galvânicos correspondem apenas a um ligeiro aumento da ρa de 25 a 50 Ωm. Neste , tal como noutros casos, só os métodos de I.P. são capazes de fornecer informação acerca de depósitos de materiais especiais numa lixeira.

Figura 34 Pseudo-secção de IP sob uma lixeira de resíduos tóxicos.

Os contornos de resistividade sobre uma lixeira (figura 25), mostram só um máximo. O mapa da I.P. da mesma lixeira (figura 37) apresenta dois máximos. A pseudo-secção da figura 38 atravessa o máximo a sul.



Figura 35 Contornos da cargabilidade sob uma lixeira

Figura 36 Pseudo-secção de IP da lixeira da figura anterior. As cargabilidades mais elevadasmostram um maior detalhe sobre o material depositado que as baixas resistividades.



As diferenças entre ρa e a M, quer em localização quer em valor, mostram que as anomalias de I.P. devem ser originadas por outras fontes que as das anomalias de resistividade. Não se sabe que tipo de material no lixo provocou as fontes de M. Para responder a esta questão é preciso determinar as cargabilidades e as resistividades aparentes dos diferentes tipos de lixo em laboratório e compará-las com medições no campo onde se reconhecem as composições dos depósitos.

Figura 37 Carta de contornos de IP (η(%)) e extensão da pluma contaminante. O ponto A é fonte da contaminação.



A figura 39 e tabela mostra o caso de uma lixeira da Bohémia que largava contaminantes de metais pesados (chumbo, crómio, cádmio e níquel). A contaminação foi descoberta depois de se alargar a estrada para fazer uma auto-estrada. Foram feitas medições em laboratório em materiais do tipo dos da lixeira →tabela. Estas medições indicam que tanto a resistividade como a polarizabilidade (η= ΔVIP/ΔV * 100%) eram mais elevadas que o material do sub-estrato. No entanto as medições de campo da resistividade não revelaram anomalias (provavelmente as condições do laboratório não reproduziram as do terreno, possivelmente por diferenças do grau da saturação de água) e porque eles ainda não estariam oxidados, como será o caso dos da lixeira. No entanto, os metais pesados, com boa conductividade electrónica, disseminaram-se no resto do material provocando um boa anomalia de η. A figura 39, diz respeito à zona de contaminação da lixeira. Considerou-se que η< 0.75 significava uma não contaminação. O grande interesse deste caso é ele ter sido feito acompanhado de medições em laboratório, indicando a boa aplicabilidade do métodos I.P para o estudo de contaminação de minerais pesados.


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