UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS

Felipe Coelho Teixeira

João Paulo Barbosa

MÉTODO DE SONDAGEM – GPR (GROUND PENETRATING RADAR)

PALMAS

2015

GROUND PENETRATING RADAR

INTRODUÇÃO

O Ground Penetrating Radar (GPR), também conhecido, no Brasil, como Georradar, é

um ensaio geofísico ativo, não-intrusivo, que visa analisar a propagação de pulsos

eletromagnéticos em um meio material.

Pulsos eletromagnéticos de curta duração e alta frequência central, geralmente

contemplada na faixa de 1 a 2600 MHz, são repetidamente irradiados para o subsolo

através da antena transmissora. Durante o percurso dos pulsos no sentido descendente,

eles vão perdendo amplitude e, à medida que atingem materiais de propriedades

eletromagnéticas contrastantes entre si, sofrem reflexões, refrações e difrações, sendo,

por consequência, parcialmente captados pela antena receptora. Os sinais recebidos são

amplificados, digitalizados e armazenados, podendo ser processados em uma etapa

posterior. Os dados do GPR são apresentados na forma de radargramas semelhantes aos

sismogramas do método geofísico da Sísmica de Reflexão. Cada posição de medida em

superfície contempla um traço, o qual representa o registro das amplitudes dos sinais

captados a partir da emissão de um único pulso por parte do Georradar, associadas ao

período compreendido entre sua transmissão e captação, denominado tempo de viagem

(time travel). Para visualizar os dados do GPR, podem ser utilizados 2 padrões de

apresentação: wiggle e scan. No primeiro, as amplitudes registradas podem ser

realçadas pelo preenchimento parcial ou total dos traços com uma única cor

(comumente preta), enquanto que, no segundo, este preenchimento é realizado com base

em uma escala de cores (tais como em tons de cinza, colorida, etc.). Conhecendo-se as

velocidades de propagação da onda no meio, pode-se obter, a partir dos tempos das

ondas refletidas identificados no radargrama, a profundidade de cada interface

prospectada.

HISTÓRICO

A tecnologia do GPR foi pouco utilizada até o final da década de 60, devido às

limitações do instrumento. Nesta década, um dos maiores sucessos da prospecção

realizada com o GPR consistiu na sua utilização para determinação da espessura de

placas de gelo no Ártico e na Antártida. Na década de 70, houve uma intensificação das

atividades de pesquisa relacionadas ao método, incentivada pela missão à Lua com a

nave Apollo 17, em 1972, a primeira a que contou com um geólogo na tripulação,

chamado Harrison Schmitt, resultando em novas pesquisas, publicações e aplicações,

iniciando-se, assim, a aplicação de pulsos eletromagnéticos para investigações de

ambientes sem gelo, com o intuito de identificar tubulações enterradas, escavações,

profundidade do lençol d’água, etc.

A partir da década de 80, devido às inovações eletrônicas e computacionais, a utilização

do GPR passou a ser muito mais simples e de menor custo, adquirindo uma significativa

gama de opções no que se refere à aquisição, ao processamento dos dados e, por

consequência, às aplicações, difundindo-se pelo mundo. Estes acontecimentos fizeram

com que o GPR fosse reconhecido como método de investigação geofísica pela

comunidade geocientífica mundial. A aplicação da técnica do GPR, no Brasil, teve seu

início no Centro de Pesquisas da Petrobras em 1994.

FUNCIONAMENTO

Quando um material geológico é submetido a um campo elétrico externo, este provoca

uma diferença de potencial sobre as cargas elétricas livres daquele, as quais adquirem

movimento quase instantâneo até atingir uma velocidade constante, gerando a corrente

de condução. Após a retirada do campo elétrico, as mesmas cargas cessam seu

movimento e mantêm a posição. A corrente de condução implica o efeito Joule, o qual

corresponde ao mecanismo de dissipação de energia, sob a forma de calor, de cargas

elétricas livres submetidas a um campo elétrico e que é provocado pelas colisões entre

as mesmas (apresentando a movimentação adquirida, conforme explicitado

anteriormente) e os átomos do condutor, que resultam em uma maior vibração destes e,

consequentemente, no aquecimento do material. Meios condutivos são, portanto,

inadequados à aplicação do GPR, uma vez que dissipam grande quantidade do sinal

emitido pela antena transmissora, diminuindo consideravelmente a profundidade

máxima de investigação a partir do emprego desta metodologia.

Fenômenos que afetam os sinais do GPR:

Reflexão é o fenômeno que possibilita ao GPR identificar interfaces de diferentes tipos

de solo e/ou rocha. Ocorre quando a onda eletromagnética atinge materiais de

propriedades eletromagnéticas contrastantes entre si.

Atenuação é o fenômeno caracterizado pela diminuição da amplitude da onda conforme

se aumenta a distância ao ponto em que foi gerada, e que depende basicamente do feixe

de energia irradiado pela antena transmissora, da frequência de operação do GPR e,

principalmente, das propriedades eletromagnéticas do meio através do qual a onda se

propaga.

Refração É o fenômeno que confere a cada pulso emitido pela antena transmissora do

GPR a capacidade de atingir mais de um refletor. Assim como a reflexão, a refração

ocorre quando a onda eletromagnética atinge materiais de propriedades

eletromagnéticas contrastantes entre si.

APLICAÇÕES

Dentre as principais aplicações do GPR, podem ser citadas:

Definição da estratigrafia do subsolo;

Identificação do lençol freático;

Inspeção de concreto armado e alvenaria (detecção e mapeamento de armaduras,

tubulações, fiações, defeitos no concreto, etc.);

Verificação das espessuras das diferentes camadas de uma rodovia;

Mapeamentos geológicos (determinação do topo rochoso, das zonas de fraturamento,

da mudança de litologia);

Estimativa do teor de umidade do terreno em subsuperfície;

Localização de feições anômalas enterradas (tubulações, cabos, minas, tanques de

armazenamento, fundações, etc.);

Identificação de cavernas, túneis, galerias enterradas ou qualquer outro vazio

subterrâneo de dimensões significativas;

Batimetria (definição do leito de rios e lagos);

Cubagem em aterros e lixões;

Investigação de contaminantes (orgânicos ou inorgânicos) no solo e na água

subterrânea.

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DE GPR

A seguir, são apresentadas as principais vantagens e desvantagens da técnica do

Georradar.

Vantagens:

Cobertura de grandes áreas;

Método de rápida execução;

Alta resolução espacial;

Técnica geralmente não-destrutiva.

Desvantagens:

A presença de camadas saturadas e/ou aterros mal compactados reduz fortemente a

capacidade de visualizar a estratigrafia do subsolo com o GPR;

Atenuação das ondas eletromagnéticas em meios condutivos (com, por exemplo,

presença de argila).