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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);