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Mapeamento do Campo Experimental de Geofísica (CEG) da FEUP pelo método da resistividade elétrica
Trabalho realizado por:
Alexandra Oliveira
Brígida Alves
João Azevedo
João Sá
Ricardo Araújo
Unidade curricular: Projeto
FEUP
Supervisores:
Alexandre Leite
Feliciano Rodrigues
Jorge Carvalho
Monitores:
Miguel Mendanha
José Pedro Gomes
1
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 ........................................................................................................... 10
Trabalho de Campo ................................................................................................................. 11
Procedimento ........................................................................................................................ 12
Resultados ................................................................................................................................. 16
Conclusão .................................................................................................................................. 19
Bibliografia ................................................................................................................................. 20
Bibliografia de imagem e tabelas ........................................................................................... 20
2
Índice de tabelas
Tabela 1. Tabela de Resistividade de Rochas ou Solo (www.if.ufrgs.br)....................... 6
Tabela 2. Tabelas de Resistividade de Metais (Fernandes, 1984) ................................ 6
Tabela 3. Tabela dos valores obtidos nas medições de campo. ................................. 17
Índice de Figuras
Figura 1. Variação da profundidade relativa com o afastamento dos elétrodos. ............ 8
Figura 2. Reação oxidação-redução.. ......................................................................... 10
Figura 3. Pilhas Duracell…………………………………………………………………….10
Figura 4. Referencial usado nas medições. ................................................................ 13
Figura 5. Resistivimetro.. ............................................................................................ 15
Figura 6. Isolinhas. ..................................................................................................... 18
Figura 7. Gráfico 3D.................................................................................................... 18
3
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.
4
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.
5
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.
6
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 3x102 a > 10³
Diabásio de 20 a 2x104
Sienito de 102 a 105
Folhelho de 10 a 104
Calcário de 50 a 5x105
Areia de 1 a 5x103
Silte de 20 a 1,5x103
Argila de 5 a 1,5x103 Tabela 1. Tabela de Resistividade de Rochas ou Solo (www.if.ufrgs.br).
Tabela 2. Tabelas de Resistividade de Metais (Fernandes, 1984)
7
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.
8
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 www.monografias.com.
9
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)
10
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).
11
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 http://minas-
gerais.all.biz/supersting-r8-ip-
resistivmetro-g81105.
12
Procedimento
1º Inicialmente o terreno estava impróprio para a mediação devido á relva alta por isso
tivemos que a cortar
13
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.
14
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.
Nota 2: O auxílio da mira teve como objectivo aumentar o rigor do alinhamento das
estacas;
2 metros 2 metros
15
3º Medição com o resistivimetro.
Figura 5. Resistivimetro. Retirado de www.alphageofisica.com.br.
16
Resultados
Resultados obtidos nas medições de campo.
Coordenadas (x)
Coordenadas (y) Resistividade
Resistividade Aparente
0 0 17,78 104,7328451
0 2 17,63 103,8492722
0 4 21 123,7002107
0 6 23,8 140,1935722
0 8 19,3 113,6863842
0 10 21,5 126,6454538
0 12 22,3 131,3578428
0 14 15,74 92,71625319
0 16 18,94 111,5658091
0 18 16,36 96,36835465
0 20 21,5 126,6454538
2 0 20,4 120,165919
2 2 15,22 89,65320035
2 4 21,6 127,2345025
2 6 18,06 106,3821812
2 8 17,63 103,8492722
2 10 21,1 124,2892594
2 12 22,9 134,8921346
2 14 8,85 52,1308031
2 16 14,85 87,47372045
2 18 25,8 151,9745446
2 20 22 129,590697
4 0 17,41 102,5533652
4 2 20,3 119,5768704
4 4 22,6 133,1249887
4 6 27,5 161,9883712
4 8 18,33 107,9726125
4 10 15,73 92,65734833
4 12 15,93 93,83544557
4 14 17,52 103,2013187
4 16 10,86 63,97068041
4 18 21,4 126,0564052
4 20 21,3 125,4673566
6 0 15,53 91,47925108
6 2 19,67 115,8658641
6 4 16,17 95,24916227
6 6 18,95 111,624714
6 8 16,75 98,66564428
6 10 18,45 108,6794709
6 12 23,7 139,6045235
17
6 14 21,5 126,6454538
6 16 21,8 128,4125997
6 18 17,16 101,0807436
6 20 23,2 136,6592804
8 0 20,1 118,3987731
8 2 18,94 111,5658091
8 4 18,05 106,3232764
8 6 15,55 91,59706081
8 8 21,5 126,6454538
8 10 19,6 115,45353
8 12 16,4 96,6039741
8 14 21,4 126,0564052
8 16 20,4 120,165919
8 18 22 129,590697
8 20 36,7 216,1808445
10 0 31,4 184,9612675
10 2 436 2568,251994
10 4 22,4 131,9468915
10 6 21,9 129,0016483
10 8 16,5 97,19302272
10 10 17,74 104,4972256
10 12 17,63 103,8492722
10 14 20,8 122,5221135
10 16 24,7 145,4950098
10 18 23,9 140,7826208
10 20 26 153,1526419
Tabela 3. Tabela dos valores obtidos nas medições de campo.
18
Gráficos obtidos através dos das medições de campo.
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.
Figura 6. Isolinhas.
Figura 7. Gráfico 3D.
19
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.
20
Bibliografia
Fernandes, C. E. de M. Fundamentos de Prospecção Geofísica. 1984.
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. www.alphageofisica.com.br (acedido em 19 de Outubro de 2013).
s.d. www.brasilescola.com/quimica/conceito-eletrolise.htm. (acedido em 19 de Outubro de
2013).
s.d. http://fazer-euros-na-net.blogspot.pt/2012/03/pilhas-boas-nao-deite-fora.html. (acedido
em 19 de Outubro de 2013).
s.d. www.monografias.com. (acedido em 3 de Novembro de 2013).
s.d. http://minas-gerais.all.biz/supersting-r8-ip-resistivmetro-g81105(acedido Novembro 2013)