Utilização do Radar de Penetração nos Solos (GPR) na detecção

Departamento de FísicaDepartamento de Física

Vânia Lopes Lourenço Lic. Física – Departamento de Física da Universidade de Évora

Coordenador: Prof. Bento Caldeira (1,2)

(1) Centro de Geofísica de Évora e Departamento de Física, Universidade de Évora

(2) Departamento de Física da Universidade de Évora

Utilização do Radar de Penetração Utilização do Radar de Penetração nos Solos (GPR) na detecção de nos Solos (GPR) na detecção de

estruturas no âmbito nas Ciências estruturas no âmbito nas Ciências ForensesForenses

Ground Penetrating Radar for Forensic Applications

Centro Geofísica de Évora

Utilização do GPR na detecção de estruturas no âmbito nas Ciências Forenses

- 2 -

Agradecimentos

Para a elaboração deste trabalho agradeço à FCT pela bolsa BII concedida; ao

projecto SISMOD/LISMOT PTDC/CTE-GIN/82704/2006 e ao CGE pelo

acolhimento e cedência do equipamento de Georadar; à Sociedade Agrícola ZEA pela

disponibilização do campo de ensaios e abertura da cova; ao Hospital Veterinário da

Universidade de Évora pela cedência dos cadáveres dos porcos; ao Professor Bento

Caldeira da Universidade de Évora que sempre esteve disponível para ajudar apoiar

neste projecto de investigação; aos Professores Mourad Bezzeghoud e José Borges

pelo incentivo, ideias que muito contribuíram para enriquecer o projecto; ao

Engenheiro João P. Rocha por toda ajuda na preparação dos ensaios e interpretação

dos dados; aos auxiliares dos laboratórios de Física (Sérgio Aranha e Teresa Foito) da

Universidade de Évora pela ajuda de obtenção de alguns materiais utilizados

laboratorialmente no processo da investigação; e a todos aqueles que sempre

estiveram comigo e me apoiaram nos bons e maus momentos, conforme o projecto ia

avançando.


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Índice

INTRODUÇÃO ------------------------------------------------------------------------------- 4

GEORADAR(GPR) --- ---------------------------------------------------------------------- 6

FUNDAMENTOS ------------------------------------------------------------------- 6

APLICAÇÕES FORENSE --------------------------------------------------------- 11

SITUAÇÕES ESTUDADAS -------------------------------------------------------------- 13

METODOLOGIA E EQUIPAMENTO------------------------------------------- 13

CARACTERIZAÇÃO DE ENSAIOS ---------------------------------------------14

ENSAIOS LABORATORIAIS------------------------------------------------ 14

ENSAIOS DE CAMPO ------------------------------------------------------ 17

SEPULTURA ---------------------------------------------------------- 19

ARMAS --------------------------------------------------------------- 20

“PISTOLA” ---------------------------------------------------- 20

“BAZUCA” ---------------------------------------------------- 21

TRATAMENTO DE DADOS E A ANÁLISE DOS RESULTADOS --------------22

DISCUSSÃO E CONCLUSÃO ------------------------------------------------------------24

BIBLIOGRAFIA -----------------------------------------------------------------------------28

ANEXOS ---------------------------------------------------------------------------------------29

Anexo I ---------------------------------------------------------------------------------30

Anexo II---------------------------------------------------------------------------------31

Anexo III--------------------------------------------------------------------------------34


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Introdução

A ciência forense surge na investigação criminal especializada com o

objectivo de pesquisar indícios que possam conduzir às provas finais depois de

submetidos a exames laboratoriais. A sua aplicação justifica-se porque parte dos

indícios encontrados durante os trabalhos de campo não são visíveis a olho nu, e/ou

precisam de algum tratamento. [12]

Os criminosos apresentam esquemas cada vez mais engenhosos de fuga à lei e

ao dever cívico, que as novas forças policiais (criminalistas), de modo a submetê-los

ao poder judicial, precisam de desmontar, idealizando novos métodos de investigação.

Actualmente, apesar da sofisticação usada na camuflagem de indícios pelos

criminosos, as forças policiais, mercê da utilização de novas técnicas desenvolvidas,

consegue malograr essas as tentativas de despiste, encontrando indícios, como

contactos estabelecidos, lugares frequentados, objectos manuseados, etc., servindo

estes, após os devidos tratamentos, como provas, utilizadas posteriormente para

provar ou refutar a presença de um suspeito. [12]

Um dos campos da investigação forense prende-se com a localização de

provas ocultadas no subsolo onde as buscas através de escavações são inviáveis por

várias razões (envolverem estruturas complexas, risco de destruir evidências,

dimensão das áreas de investigação...). A investigação em Geofísica Forense tem por

missão localizar, identificar, recolher e catalogar essas provas (físicas) com a

finalidade de as apresentar em tribunal. Qualquer método não invasivo, capaz de

reduzir o tempo gasto em pesquisas e escavações, que aumente a probabilidade da

localização física das provas, deve ser de primordial interesse para a aplicação da lei

na comunidade. [11]

Um dos métodos que se enquadra nesse campo é o GPR (Ground Penetrating

Radar), que ultimamente tem vindo a dar provas da sua eficácia. Este método é

utilizado numa larga gama de aplicações, tais como [1]:

• determinação e localização (incluindo profundidade) de materiais de

metal e plástico, condutas, cabos, e outros objectos, sendo capaz de


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determinar a sua orientação, tamanho e forma (por exemplo, barris e

fundações);

• detecção de cavidades de massas rochosas; investigação das estruturas

de solos e sedimentos, distinguindo entre áreas homogéneas e não

homogéneas;

• mapeamento de sedimentos de lagos e leitos de rio;

• investigação geológica dos depósitos glaciares;

• localização de falhas, juntas, e fissuras na rocha consolidada;

• localização de lentes de argila, cunhas de gelo, pequenos depósitos de

turfa, etc;

• determinação da profundidade da água (tabela do cascalho, areia e

arenito);

• mapeamento do aquífero base;

• determinação da estrutura rochosa em minas de sal a serem

investigadas para utilização como um depósito de resíduos;

• detecção e controlo da contaminação de plumas, a estimativa do teor de

humidade do solo;

• investigações em “permafrost” (congelação permanente, solo abaixo

0º);

• inquéritos de glaciologia (por exemplo, mapeamento da espessura do

gelo), identificação de minas terrestres e munições não deflagradas

enterradas (UXO);

• análises rodoviárias;

• ensaios e integridade da humidade de materiais de construção;

• ensaios de cimento e verificar a localização das barras reforço (

"Varões para betão") no mesmo, e localização de estruturas e objectos

ocultos antes e / ou entre escavações arqueológicas.

Neste trabalho, utilizando a informação disponível sobre todas estas áreas de

aplicação, procurámos estudar a aplicabilidade da técnica GPR em situações

semelhantes às encontradas na investigação forense. Para isso concebemos e

desenvolvemos um conjunto de situações experimentais que envolveram o

enterramento de artefactos metálicos e cadáveres de animais para posterior detecção

por GPR mediante diferentes condições de terreno e das amostras enterradas.


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GeoRadar (GPR)

Fundamentos:

O GPR é actualmente o método geofísico activo mais indicado para análise da

estrutura em superfícies planas, apresentando excelentes resultados sobre muitas

características/tipos geológicos. Diferencia-se dos demais métodos geofísicos pela

visualização detalhada das camadas próximas da superfície, possibilitada pelas ondas

electromagnéticas utilizadas. Outra característica que destaca este método geofísico é

a enorme versatilidade operacional (equipamento leve e portátil) que permite a

cobertura de grandes áreas num curto intervalo de tempo, visualizando desta forma

uma amostragem espacial bastante detalhada. [ 4]

A tecnologia GPR é constituída por um gerador que emite impulsos de energia

electromagnética para o subsolo através de uma antena transmissora (Tx); esse sinal

ao penetrar no subsolo sofre refracção, e também reflexão, ao atingir as

descontinuidades presentes no meio de propagação. A radiação reflectida é depois

captada ao retornar à superfície por uma antena receptora (Rx). Tal como na sísmica

de reflexão, a informação que se obtém das estruturas é obtida da interpretação do

tempo que o sinal demora a ser detectado após ter sido reflectido numa interface. [ 4]


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Figura 1 - Diagrama ilustrando a aquisição de dados GPR

O GPR pode operar com diversas frequências, a cada uma dessas frequências é

correspondida uma antena. A escolha da antena a utilizar depende do objectivo do

levantamento (dimensões e profundidade do alvo) assim como das condições

geológicas locais. Sinais de alta - frequência produzem alta resolução com pouca

penetração, ocorrendo o inverso para sinais de baixa frequência (tabela 1).

Tabela 1 – Opções de Antenas [13]

As propriedades electromagnéticas dos materiais, relacionadas com a sua

composição e teor de água, controlam tanto a velocidade de propagação das ondas

electromagnéticas (de rádio) como a sua atenuação em materiais. [9]

A velocidade das ondas de rádio (Vm) em qualquer meio é função da

velocidade da luz no vazio (c = 0.3 m/ns), da constante dieléctrica relativa (K –

valores tabelados, ver tabela 2), e da permeabilidade magnética relativa (µ =1, para

materiais não magnéticos).

Vm = c /{ (K µ/2)[(1+P2)+1]}1/2 (1)

Frequência Aplicações Profundidade de penetração

aproximada (m) 2.6 GHz Inspecções em Cimento

0 – 0.30

1.5 / 1.6 GHz Inspecções em Cimento

0 – 0.50

900 MHz Inspecções em Cimento, Identificação de vazios, Solos superficiais

0 - 1

400 MHz Engenharia, Meio Ambiente, Identificação de vazios, Arqueologia

0 - 4

270 MHz Geologia, Engenharia, Meio Ambiente, Arqueologia

0 - 6

200 MHz Geologia, Engenharia, Mineração, Meio Ambiente, Arqueologia

0 – 9

100 MHz Geologia, Meio Ambiente, Mineração, Arqueologia

0 - 15

16 – 80 MHz Geologia

0 - 50


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Em que P é o factor de perda, de tal forma que P = σ/ωε; σ é a condutividade,

ω=2πf onde f é a frequência e ε é a permissividade do meio, ε = K ε0, onde ε0 é a

permissividade do vazio (8.854 x 10 -12 F/m).

Em materiais de perdas baixas, P ≈ 0, a velocidade das ondas de rádio,

Vm = c / √K. (2)

A aplicabilidade dos métodos de radar em determinado local depende da

permeabilidade1 do terreno para permitir a transmissão das ondas electromagnéticas

de GPR. [9]

1 Permeabilidade – Sendo a constante dieléctrica relativa da água elevada (81) relativamente à da rocha seca, uma pequena quantidade de água pode aumentar a permeabilidade da rocha. Ou seja, a permeabilidade é a capacidade de não receber água.


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Tabela 2 – Tabela da constante dieléctrica relativa e das velocidades das ondas

electromagnéticas usadas pelo GPR para uma gama de materiais geológicos e

sintéticos. [9]

Material Const. Diel. Relativa - K Velocidade (mm/ns)

Ar 1 300

Água de nascente 81 33

Água do mar 81 33

Neve Polar 1.4 - 3 194 – 252

Gelo Polar 3 – 3.15 168

Gelo Temperado (Temperate ice) 3.2 167

Gelo Puro 3.2 167

Lago gelado 4 150

Mar gelado (Sea ice) 2.5 – 8 78 – 157

“Permafrost” ( solo abaixo dos 0º) 1 – 8 106 – 300

Areia seca da costa 10 95

Areia (seca) 3 – 6 120 – 170

Areia (molhada) 25 – 30 55 – 60

Sedimentos (molhados) 10 95

Argila (molhada) 8 – 15 86 – 110

Solo argiloso seco 3 173

Pântano 12 86

Terra Agrícola 15 77

Terra Pastoral 13 83

Solo ameno 16 75

Granito 5 – 8 106 – 120

Pedra Calcaria 7 – 9 106 – 113

Dolomite 6.8 – 8 106 – 115

Basalto (molhado) 8 106

Xisto (molhado) 7 113

Arenito (molhado) 6 112

Carvão 4 – 5 134 – 150

Quartzo 4.3 145

Cimento 6 – 30 55 – 112

Asfalto 3 – 5 134 – 173


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PVC, Poliésteres, Epoxy 3 173

É o contraste do valor da constante dieléctrica entre camadas adjacentes que

determina a reflexão da radiação electromagnética incidente. Quanto maior for esse

contraste, maior será a quantidade de energia electromagnética aí reflectida. [9]

Em grande parte das utilizações de GPR, e também neste estudo, os dados são

adquiridos mediante uma técnica denominada por perfil de reflexão de radar (Radar

reflection profiling), em que uma ou mais antenas de radar são deslocadas ao longo da

superfície do solo em simultâneo. O equipamento faz leituras dos tempos de percurso

até ao reflector, exibidos no eixo vertical; a distância percorrida pela antena é

mostrada no eixo horizontal. [9]

A rapidez com que o levantamento pode ser conduzido permite uma excelente

cobertura espacial, produzindo imagens com maior ou menor resolução (esta

resolução depende da capacidade de penetração da antena, tabela 1) dependendo da

antena usada. Qualquer objecto detectado no perfil surge, na representação digital dos

respectivos tempos de percurso, sob a forma de uma meia hipérbole (anomalia).

O tempo das reflexões representado numa secção pode ser convertido em

profundidade se se conhecer a velocidade da onda electromagnética no meio de

propagação. Este procedimento para ser feito com um bom ajuste, envolve a aplicação

de um algoritmo que se denomina migração. [4]

Figura 2 – Ilustração de como se obtém a imagem de uma hipérbole

(anomalia) quando é feita aquisição de dados. [17]


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Aplicação Forense:

A polícia e os serviços de aplicação da lei frequentemente têm necessidade de

realizar pesquisas que envolvem a localização de objectos ocultos ou enterrados, tais

como restos humanos (sepulturas clandestinas), armas, e drogas. [2]

A extensão da pesquisa irá determinar os potenciais custos a suportar. Por

exemplo, se a pesquisa é para um único cadáver humano num jardim típico

suburbano, vai exigir a investigação numa diversidade de locais. Um jardim pode

conter canteiros, relvado, estruturas construídas solo com revestimento, pátios,

caminhos, etc. A pesquisa irá exigir que todos estes potenciais esconderijos sejam

investigados. A polícia e os investigadores criminais dispõem de um certo número de

métodos que podem ser empregues para ajudar a diminuir os sítios a serem escavados;

incluem cães (conhecidos como cães cadáveres), arqueólogos forenses usando outras

técnicas geofísicas e as provas iniciais obtidas. Geralmente são métodos úteis para

usar sobre solos soltos, mas, em superfícies compactas, tal como cimento, são de

pouca ajuda pois, na maioria dos casos, é necessária uma completa escavação. O local

deve ser cuidadosamente escavado, e caso nada seja encontrado o jardim tem que ser

reposto. [2]

O GPR é um meio para a realização rápida das investigações de subsolo

através de um método não destrutivo, que pode aliviar a necessidade de realizar

extensas e dispendiosas escavações. Em mãos experientes, o GPR pode ser usado para

pesquisar e localizar os objectos típicos procurados pelos investigadores forenses. [2]

Contrariamente à maioria das utilizações em que o GPR é aplicado, onde as

assinaturas do radar são bem definidas, sob a forma de hipérboles como atrás foi

referido, as assinaturas do radar em alvos forenses são variadas, devido à grande

variedade de cenários e objectivos, que nunca são os mesmos. No entanto, um

operador com experiência irá acostumar-se aos padrões gerais dentro das imagens do

radar.[2]

No caso da utilização para procura de cadáveres deve ser salientado que o

GPR não pode fornecer uma imagem nítida do corpo (cadáver). É comum ouvir-se e

ler-se nos meios de comunicação social, quando se referem a utilização do GPR

nalguma investigação forense, descrições de imagens maravilhosamente nítidas de

restos ósseos "a sorrir" ao operador. Isto é um disparate. O GPR é simplesmente mais


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uma ferramenta, que exige cuidado e utilização qualificada. No entanto, pode ser uma

forma muito útil e rentável para pesquisar locais, reduzindo as escavações

desnecessárias. [2]


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Situações Estudadas Metodologia e equipamento:

Com este trabalho, pretende-se estudar as potencialidades do GPR no âmbito

da investigação forense, mais concretamente na procura de cadáveres e armas.

Atendendo à reduzida base de conhecimento que detínhamos sobre a técnica no

princípio do projecto, foi necessário desenvolver uma metodologia que contemplasse

essa falha. Assim, a fase inicial foi delineada de forma a permitir ganhar experiência

na utilização do método geofísico GPR, tanto a nível das técnicas de aquisição de

dados, como de leitura e tratamento desses dados para obtenção de resultados úteis no

âmbito da investigação forense. Por fim planearam-se e desenvolveram-se um

conjunto de ensaios com situações próximas da realidade onde o conhecimento

adquirido foi aplicado para produzir resultados.

O equipamento usado foi um sistema GPR, SIR System-3000 (equipamento da

GSSI), com as antenas assinaladas na tabela 3, tudo disponibilizado pelo Centro de

Geofísica de Évora (CGE). O tratamento dos dados foi feito com a utilização do

software RADAN 6.5.

Tabela 3 – Antenas adquiridas pelo CGE. (Só foram usadas as duas primeiras antenas

na investigação)

Modelo Série Frequência Profundidade (aproximadamente)

Aplicações

5100 1573 1,5/1,6 GHz 0,5 m Inspecções em Cimento

5103 A 0373 400 MHz 4 m Engenharia, meio

ambiente,

Identificação de vazios,

arqueologia

5106 A 0102 200 MHz 7 m Geologia, ambiente,

mineração


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Assim, para conhecer o aparelho e ganhar experiência na aquisição dos dados,

foram planeados e realizados dois conjuntos de ensaios:

1) Laboratoriais - onde se procurou criar um meio experimental ideal

e de fácil manuseamento;

2) Campo - onde foram criadas situações semelhantes às encontradas

na prática forense.

Caracterização dos ensaios:

Ensaios Laboratoriais

Os ensaios laboratoriais foram feitos sobre uma estrutura de areia da praia,

depositada no interior de uma caixa acrílica transparente com aproximadamente 45cm

de comprimento, 25cm de largura e 25cm de altura. No interior da estrutura de areia

foi enterrado um cilindro metálico com cerca de 5cm de diâmetro e massa de 1Kg.

Devido às reduzidas dimensões da caixa e à baixa profundidade a que o cilindro pode

ser enterrado, optámos por utilizar a antena de 1.5/1.6 GHz (ver figura 3).

Figura 3 – Experiência laboratorial. a) Cilindro utilizado, b) caixa de acrílico com cilindro metálico enterrado, c) Panorâmica de todo o método experimental.

a) b) c)


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As figuras 3.b e 4 mostram a estrutura criada e o cilindro utilizado. A figura

5.a mostra uma fotografia do ecrã do GPR no momento da aquisição de dados sobre a

estrutura descrita, com o cilindro enterrado a 7cm da superfície, conforme mostrado

nas figuras 3 e 4. É uma imagem obtida sem qualquer tratamento. A figura 5.b

corresponde a uma imagem obtida com os mesmos dados mas tratados com o

software RADAN 6.5. Como se pode observar, esta imagem embora ainda com um

tratamento incompleto que consistiu em aplicar deconvolução e uma boa escolha de

cores de contraste bem como alteração do ganho, permite já o reconhecimento com

uma boa formação do objecto escondido. As imagens “fantasma” do cilindro que se

encontram nos níveis inferiores da figura correspondem a interferências que podem

ser eliminadas com a aplicação dos filtros adequados.

a) b)

Figura 5 – a) Dados no GPR em bruto, b) Dados tratados em RADAN da imagem a).

Figura 4 – Fazendo aquisição de dados no laboratório


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Foram ensaiadas múltiplas configurações do equipamento tendo em vista a

obtenção da aquisição de dados com melhor informação, e conhecer a melhor resposta

que este oferecia (figura 2 e 5). Para testar a dependência do teor em água,

começamos por usar a areia molhada da praia, e à medida que o tempo passava e a

areia ia secando, analisarmos as alterações das leituras. Quando a areia se encontra

molhada a imagem apresenta um nível de perturbação muito superior que nas

situações ensaiadas com areia seca. Estas perturbações que se manifestam pela

existência de um alargamento das zonas de contraste torna essas zonas algo

indefinidas. Quanto mais seca a areia está, se bem que o contraste seja menor, há uma

melhor definição dos contornos do objecto e consequentemente uma melhor

correspondência entre a posição real do objecto e a posição revelada pela imagem.

Estas diferenças devem-se às alterações da constante dieléctrica produzidas em função

no teor de água na areia.

a) b) c)

Figura 6 – a) garrafas que foram enterradas no aquário, para estudo da aquisição de

dados em diferentes meios; b) aquário com garrafa enterrada e areia da costa seca; c)

aquário com a areia molhada.

A grande importância da constante dieléctrica deve-se ao facto de ela ser um

parâmetro que determina o cálculo das profundidades a que se encontram os

reflectores, neste caso o nosso objecto. Por isso inicialmente quando enterramos o

objecto fazemo-lo de forma a conhecermos com precisão a sua posição (colocamo-lo

junto do vidro para que possamos medir a profundidade). Como o aquário estava em

cima de uma mesa fomos arranjar um novo objecto que inicialmente passávamos por

debaixo do aquário a fim de conseguirmos ter uma leitura no aparelho e ficarmos a

conhecer o limite inferior do aquário na imagem obtida. As perturbações apresentadas

por baixo do cilindro que a figura 5 mostra devem-se ao ar. Assim sabendo a leitura


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após o termino do aquário e a profundidade do objecto, pela tabela 2 que nos oferece

os valores aproximados da constante dieléctrica fomos então alterar estes valores até

conseguirmos um bom ajuste entre a profundidade medida com o GPR e o valor real a

que o reflector se encontra. Uma constante dieléctrica inadequada devolve medidas

erradas para as profundidades dos objectos.

Como adiante se irá analisar em mais pormenor, as imagens dos ensaios de

campo levantaram dúvidas relativas ao surgimento de manchas que sugeriam a

existência de líquidos (ver figura AIII.5, perfil 2, anexo III). Para investigar esta

hipótese resolveu-se levar a cabo mais um conjunto de ensaios laboratoriais, desta vez

usando amostras que envolvem a presença ou ausência de água. Assim, foram

enterradas garrafas de plástico, que alternadamente foram cheias de água, gelo e ar,

materiais de constante dieléctrica diferente (consultar tabela 2). Os resultados destes

ensaios (ver figura AI.1, anexo I) levaram-nos a concluir que a anomalia verificada

nos ensaios de campo se devia a uma concentração de fluidos, provavelmente

libertados da decomposição dos animais e que devido à impermeabilização própria do

terreno estes fluidos se tenham acumulado naquele local.

Ensaios de Campo

Depois dos ensaios de laboratório, onde tivemos a oportunidade de treinar a

utilização da técnica de aquisição e tratamento de dados assim como ganhar

sensibilidade à configuração do aparelho nas diversas condições de operação,

começamos então com a investigação de campo, a investigação forense propriamente

dita, para localização de cadáveres e de armas.

Para testar a sua utilização com cadáveres em diferentes fases de

decomposição, decidimos usar dois cadáveres de porco. A razão desta escolha reside

no facto da constituição dos seus tecidos biológicos de superfície ter um

comportamento bastante similar ao do corpo humano [10]. Também foram preparadas

situações que simulam armas enterradas. Tanto num caso como no outro o local de

estudo foi a Herdade da Mitra, pertencente á Universidade Évora (figura 7), em

terreno identificado pela geologia com a designação de granito alterado.


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Figura 7 – Na esquerda: mapa de satélite do campo experimental [Google Earth,

2008]; na direita: mapeamento da distribuição dos objectos enterrados no terreno.

A primeira fase deste trabalho de campo correspondeu ao reconhecimento do

terreno, à escolha do sítio e sua marcação para escavação (figuras 8). Após a escolha

foi feita uma primeira leitura com GPR no local escolhido para o enterramento dos

porcos. Seguidamente, uma retroescavadora abriu a cova com uma profundidade de

1,30m.

a) b) c)

Figura 8 – Marcação do terreno: a) Colocação de estacas, b) Medição do sitio das

estacas (arma), c) demarcação do sitio dos porcos (sus domesticus). Ponto de

referência a árvore.

Dias mais tarde foram enterrados os porcos, cedidos pelo hospital veterinário após

experiencias de laparoscopia na sequência das quais os animais tiveram que ser

abatidos.

Uma vez que a profundidade de 1,30m a que a cova foi aberta era demasiada

tendo em vista um cenário de sepultura clandestina, colocámos alguma terra antes de


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enterrar os porcos, ficando assim com uma profundidade aproximada de 1,15m à qual

os enterramos (figura 9). Para a aquisição de dados nesta experiência foi seleccionada

a antena de 400MHz, devido a ter como alcance padrão máximo de 4m (Tabela 3) e

ser a que nos dá garantia de obtenção de melhores imagens face às condições

experimentais: alcance pretendido e dimensão dos objectos em análise.

No caso dos porcos foi definido um programa de leituras nos mesmos perfis,

durante as 12 semanas após o enterramento, para acompanhar a evolução da imagem

GPR durante a decomposição (ver Anexo II -caderno de campo), este tempo foi

decidido devido a um estudo já efectuado anteriormente pela Electrical Resistivity

Tomography (ERT) para podermos fazer algumas comparações mais tarde sobre os

resultados obtidos por ambos os métodos [16]. Para garantir que as leituras fossem

feitas exactamente nos mesmos perfis, foi fixada uma alcatifa sobre as sepulturas,

onde previamente foi impressa uma matriz (Figura 9.f).

- Sepultura:

a) b) c)

d) e) f)

Figura 9 - Imagens captadas no dia do enterramento dos porcos. a) Cova aberta, b)

enterramento do primeiro porco (+/- 1,15m), c) enterramento do segundo porco (+/-

0.80m), d) enchimento final da cova, e) localização da sepultura, logo após a


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cobertura da cova, e f) tapete grelha com quadriculas de 0.50m sobre a sepultura.

Medições de profundidade feita na base do terreno.

- Armas:

Para levar a efeito estes ensaios com objectos com potencial para produzirem

assinaturas no GPR semelhantes a armas, montámos por simples aproximação dos

objectos metálicos cedidos na oficina duas estruturas metálicas, uma com a forma e

dimensões próximas de uma pistola, que designaremos por “pistola”3 (figura 10.a) e

outra maior com uma forma que faz lembrar um lança morteiros, que denominámos

por “bazuca”3 (figura 11.a). Para implementar estes ensaios foram abertas cavidades

no solo com aproximadamente 30cm de profundidade onde foram depositados os

referidos artefactos (Figuras 10 e 11), sendo posteriormente cobertos com terra. As

antenas usadas foram as de 400MHz e a de 1.5/1.6 GHz. A de 400MHz foi usada para

analisar se com esta antena se conseguiria resolução para os objectos usados, isto é, se

seria possível registar na aquisição uma hipérbole bem demarcada relativa à presença

dos objectos. A antena de 1.5/1.6 GHz foi usada devido aos objectos se encontrarem a

um profundidade compatível com esta antena, e para posteriormente se poderem

comparar as imagens produzidas com a utilização das duas antenas. [Ver as figuras do

anexo III, correspondentes às armas].

.“Pistola”

a) b) c)

Figura 10 - Imagem da exposição dos materiais que simulam uma arma. a) Tamanho

da arma e indicação numérica dos diferentes materiais, b) profundidade a que a arma

foi enterrada (base da cavidade), c) comparação do tamanho da arma com a do

martelo.


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. “Bazuca”

a) b) c)

Figura 11 – Imagem de simulação de uma outra arma. a) Tamanho da arma, b)

profundidade a que a arma foi enterrada (base da cavidade), c) enterramento da arma.

3 Pistola e Bazuca - Nomes estipulados pelo autor (Vânia Lourenço) para que durante o relatório se possa entender melhor a que arma propriamente se está a designar.


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Tratamento de dados e a análise dos resultados

Para analisar os dados adquiridos com o GPR, foi utilizado o software RADAN 6.5.

Após a leitura dos dados comecei por procurar o sistema de cores mais favorável à

interpretação das imagens produzidas; a etapa seguinte consistiu em aplicar uma

deconvolução (filtro). Para potenciar a imagem utilizei um “stacking” 2

(empacotamento), configurado em função do tamanho da imagem da aquisição de

dados efectuada com o GPR, quando necessário utilizei o filtro “IIR Filters”- Infinite

Impulse Response Filters - , assim como a filtragem espacial (Spatial 2D [duas

dimensões] Filtering – spacial FFT filter), por fim fiz uma migração em Kirchhoff e

alterei os ganhos.

Ganho: Como o sinal é rapidamente atenuado no subsolo, para uma melhor

visualização da informação é necessário aplicar funções de ganho, para realçar as

amplitudes correspondentes aos reflectores em maior profundidade. [8]

Deconvolução: Este processo comprime o pulso de radar, aumentando com

isso a resolução temporal do sinal. [8]

Migração: Nesta etapa, os dados registados e processados no domínio (x, t),

são transferidos para o domínio (x, z). Os reflectores são posicionados no modelo de

‘subsuperficie’ e as difracções são colapsadas num ponto. Assim, a migração dos

dados do radar posiciona os reflectores quanto à sua posição, deslocamento e

profundidade. [8]

“Stacking” (empacotamento): “Stacking” combina as digitalizações adjacentes

seleccionadas e saídas de um único exame. No entanto, quando são alterados os

valores de “stacking” no RADAN, o programa irá manter as marcas no arquivo. [5]

Ou seja, o “stacking” faz uma compressão dos dados adquiridos. “IIR Filters”: O filtro IIR encontra uma característica nos dados do radar, que

produz uma saída que decai exponencialmente para zero, mas nunca o alcança, daí o

nome "infinito". Filtros IIR não são necessariamente simétricos e quando atingem

uma excelente resposta de amplitude, a sua resposta de fase é não-linear e assim eles

podem causar mudanças de fase ligeira nos dados. O RADAN usa filtros IIR que


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contenham apenas um pólo, para que não haja uma ruptura brusca na frequência de

corte, que poderá proporcionar a redução do ruído limitado. Como consequência,

pode ser benéfico para executar o mesmo filtro mais de uma vez. [5]

Filtragem Espacial: O filtro de FFT (Filter Fourier Transformation) espacial,

que é um filtro de frequência 2D e tem lugar no domínio do tempo no espaço. É

muitas vezes chamado de frequência-número de onda, ou F-K, no domínio. Esta

abordagem gera uma matriz bidimensional, em que os elementos do complexo,

representam a fase e a amplitude das várias ondas espaciais presentes nos dados do

radar. Ele permite ao usuário desenvolver um filtro 2D para atenuar o ruído. [5]

As imagens obtidas após o tratamento com o RADAN 6.5 encontram-se nos anexos

I e III

A observação dos radargramas obtidos durante todo o período de leituras revela com

clareza a presença dos cadáveres. A imagem obtida antes do enterro apresentava uma

formação homogénea, sinal que se alterou completamente após a colocação dos

animais e do enchimento do buraco. Nota-se agora uma boa visualização dos limites

da sepultura e uma nítida assinatura no local onde os porcos foram depositados. A

observação das imagens obtidas ao longo da decomposição revela uma alteração nos

contornos dos cadáveres. A partir da 5ª semana começou a observar-se a presença de

uma nova assinatura a uma profundidade aproximada de 1,15m nos perfis ao longo da

largura da sepultura que nos sugeriu dever-se a acumulação de líquidos. Para testar

esta hipótese foram feitos os ensaios laboratoriais atrás descritos.


- 24 -

Discussão e Conclusão

Quando a aplicação das técnicas de investigação criminal implicam o acesso

directo à decomposição de restos humanos são um pouco dificultadas pelos costumes

sociais, e também cada vez mais restringidas pela lei e licenciamentos. [3]. A

aplicação das técnicas geofísicas às ciências forenses por evitarem o acesso directo

mas possibilitarem o acesso à informação, introduzem um potencial inestimável de

mais valia para a investigação criminal e por conseguinte para a justiça. Os nossos

resultados mostram que a aplicação do GPR na investigação criminal tem

potencialidades de grande valor. [Ver anexo III]

Como é possível observar nas figuras 5.b, e das imagens do anexo III, através

da inserção certa dos dados no GPR, obtemos uma boa localização da profundidade a

que os objectos se encontram enterrados. Quanto à localização horizontal, como não

temos o carrinho próprio que contém um sistema que permite uma leitura precisa da

posição ao longo dos perfis, admitimos haver uma imprecisão de alguns centímetros

na identificação dos locais. A aquisição de dados foi feita por arraste da antena (neste

caso de 400MHz) com bastão e marcação manual das posições.

Encontrámos pela frente o desafio de reduzir a imprecisão da determinação da

posição da antena, usando o único modo de aquisição de dados que nos foi permitido

com o equipamento disponível: o modo de tempo que posteriormente é convertido em

distância através da introdução de algumas marcas de posição conhecida (posições

padrão). Para garantir uma boa conversão tempo/distancia vimo-nos obrigados a

deixar bem demarcada a distância que percorremos com a antena. Para facilitar a

determinação das posições padrão e ao mesmo tempo melhorarmos o arraste da

antena preparámos uma cobertura do terreno formada por um tapete no qual

desenhámos grelhas com distâncias bem definidas (figura 9f). Tendo o cuidado de

tentar manter velocidade constante, levámos em dois dias um cronómetro para

contabilizar o tempo que demoramos a percorrer uma determinada distância. Sabendo

da física clássica que:

v = Δx / Δt , (3)


- 25 -

em que v (m/s) é a velocidade a que nós nos deslocamos, Δx (m) a distância

percorrida e Δt (s) o tempo que se demorou a percorrer. Assim, pela tabela 4 vimos

que realmente a velocidade que percorremos a distância pretendida é bastante

aceitável e que o erro é bastante pequeno [Ver anexo III – sepultura].

Tabela 4 – Tabela do estudo do percurso a velocidades constantes

Data Posição Tempo [t

(seg.)]

Velocidade [v

(m/seg.)]

Erro da velocidade

(m/seg.)

1 8,16 0,429 0,429 ± 0,042

2 7,76 0,450 0,450 ± 0,021

16 - Julho -

2009 3 7,72 0,453 0,453 ± 0,018

1 7,09 0,494 0,494 ± 0,023

2 7,06 0,50 0,500 ± 0,029

04- Agosto -

2009 3 6,94 0,50 0,500 ± 0,029

Velocidade

média (m/s)

0,471

Observando as figuras da sepultura do anexo III , podemos concluir que o sinal

detectado inicialmente (antes da abertura da sepultura) apresentava uma assinatura

contínua, enquanto que após a abertura e fecho da sepultura observamos várias

perturbações associadas à colocação dos animais e do enchimento da sepultura que

mudou a estrutura.

As figuras AIII.2, AIII.3 e AIII.4 fornecem-nos uma boa visualização dos

limites da sepultura. Aqui, também nos é dada uma boa informação quando

comparamos as várias imagens com a leitura que esta oferece no decorrer da

decomposição dos porcos. Essa informação advém do facto dos tecidos biológicos

oferecerem uma elevada condutividade (ver tabela 5).


- 26 -

Tabela 5 - Propriedades atribuídas às regiões modelo para a simulação do GPR para

uma frequência de 450MHz. [7]

Tecidos biológicos K

Pele 38

Ossos 13

Cérebro (massa cinzenta) 60

Matéria Branca (White matter) 47

Cartilagem 48

Musculo 56

De acordo com [16], que seguindo uma metodologia semelhante à aqui usada

(acompanhamento da decomposição de cadáveres de porcos em enterros simulados),

mas com tomografia eléctrica, foi verificado que a condutividade dos fluidos da

decomposição aumenta linearmente com o tempo. Nesses ensaios inicialmente não

aparecia praticamente nenhuma informação sobre a presença dos porcos. Só à medida

que a decomposição avançava passou a ser notada a sua existência. Para explicar estes

resultados concluem haver uma variação da resistividade do terreno ao longo do

tempo devido á decomposição. Com o GPR, embora as propriedades dieléctricas

possam também variar ao longo da decomposição, é possível detectar a existência dos

corpos desde o momento em que estes são sepultados.

As figuras relativas ás armas no anexo III, que se relaciona com materiais

metálicos semelhantes a armas, apresenta as hipérboles bem demarcadas. Esse facto

deve-se aos metais serem excelentes condutores4.

Aqui é nos possível também distinguir diferenças nos dados adquiridos com as

duas antenas. Os dados cuja aquisição foi feita com a antena de 400MHz (figuras

AIII.6 e AIII10), monstram-nos que inequivocamente está presente um objecto, porém

a sua forma é pouco detalhada e a profundidade pouco precisa. Quanto à antena de

1.5/1.6GHz (figuras AIII.7 e AIII.11.a) para além de nos oferecer uma boa indicação

do objecto quanto á sua profundidade também permite uma avaliação aproximada da

dimensão e forma do objecto escondido.

A partir das observações efectuadas ao longo dos ensaios sentimos a

necessidade de aprofundar mais o conhecimento de leitura do GPR, nomeadamente no

que respeita a variações das propriedades dieléctricas do terreno. Para isso molhámos


- 27 -

o terreno onde as armas de encontravam enterradas. As primeiras imagens obtidas

após essa operação revelam-se bastante ruidosas (figuras AIII.8.a e AIII.8.b), facto

que atribuímos ao terreno não ter ficado homogeneizado quanto humidade. Porém,

através dos tratamentos efectuados obtivemos informações de boa qualidade (figuras

AIII.9 e AIII.11.b).

Através de vários textos e das experiências realizadas, é-nos possível concluir

que este método é bastante eficiente e rápido, tanto na aquisição de dados como no

seu tratamento, dando informações quase exactas dos tipos de materiais escondidos

(quando o operador é já bastante experiente) assim como na localização desses

mesmos materiais. Relativamente à decomposição de restos humanos, através da

leitura é nos possível também dar informação do estado de decomposição do corpo

tendo um bom conhecimento do terreno, e pode dar-se uma perspectiva aproximada

de há quanto tempo a pessoa foi enterrada. Para este estudo temos o nosso exemplo

dos porcos, figuras AIII.2, AIII.3 e AIII.4, ao qual observamos as suas diferenças de

leitura ao longo das doze semanas estudadas.

4 Metais bons condutores - Os metais são bons condutores de energia (térmica e elétrica) porque

possuem eléctrões livres quando constituem uma malha (nome do agrupamento de várias moléculas de

metal juntas). Esses eléctrões tendem a ficar na superfície do condutor (o sistema tem têndencia a

manter o equilíbrio eletrostático) e podem percorrer livremente a malha, por isso são eléctrões livres.

Essa "liberdade", no caso da energia térmica, faz com que o metal atinja o equilíbrio térmico

rapidamente pois estes eléctrões facilitam a troca de calor entre as regiões da malha. No caso da energia

eléctrica o que ocorre é que estes eléctrões são acelerados quando uma tensão, ou diferença de


- 28 -

potencial, é aplicada no metal, pois nesse caso estão na presença de um campo eléctrico que gera uma

força sobre eles para que se movam na direcção de menor potencial.[14]

Bibliografia

• [1] Blindow, N.; Knödel, K.; Lange, G.; Vight, H.-J.; Ground Penetrating

Radar; Environmental Geology (Handbook of field methods and case

studies); Springer; p: 283-336

• [2] Daniels, D. J. (1997); Chapter12- Forensic Applications; Ground

Penetrating Radar; IET; London p:423-436

• [3] Freeland, R. S.; Miller, M. L.; Yoder, R. E.; Koppenjan, S. K.; Forensic

Application of FM-CW and Pulse Radar

• [4] Gandolfo, O. C.; Sousa, L. A.; Tessler, M. G.; Rodrigues, M. (2001);

Estratigrafia Rasa daIlha Comprida (SP): Um exemplo de aplicação do

GPR

• [5] GSSI(2007); RADAN 6.5 User’s Manual; GSSI; Estados Unidos

• [6] GSSI(2006); SIR System-3000 User’s Manual; GSSI; Estados Unidos; 93 pp.

• [7] Hammon III, W. S.; McMechan, G. A.; Zeng, X. (2000); Forensic GPR:

finite-difference Simulations of Responses from buried humans remains;

Journal of Applied Geophysics (45); Nº 171-186

• [8] Melo, M. S. (2007); Geofísica Aplicada à Arqueologia: Investigação no

sitio histórico engenho MURUTUCU, em Belém, Pará

• [9] Reynolds, J. M. (1997); Chapter 12- Ground Penetrating Radar; An

Introduction To Applied and Environmental Geophysics; WILEY,

Toronto, p:681-749

• [10] Powell, K (2004); Detecting buried human remains using near-surface

geophysical instruments

Referencias em:

• [11] http://www.necrosearch.org/geophysics_01.htm

• [12] http://www.discoverybrasil.com/guia_crime/crime_pratica/index.shtml

• [13] http://www:alphageofisica.com.br/gssi/gpr.htm

• [14] www.cefetsp.br/edu/sertaozinho/professores/.../OS%20METAIS.ppt

• [15] http://pt.wikipedia.org/wiki/Sus_domesticus

• [16] http://www.esci.keele.ac.uk/geophysics/Research/forensic


- 29 -

• [17] http://www.geosurvey.co.nz/services.html

Anexos


- 30 -

AnexoI Dados laboratoriais tratados no RADAN

a)

b) c)

Figura AI.1 – Dados obtidos com as garrafas de água leitura com igual ganho (areia

ainda se encontrava húmida mas “homogénea”). a) com ar, b) com água, e c) com

gelo.


- 31 -

AnexoII

CadernodeCampo

Data Observações Maio 2009 Marcações do terreno e aquisições de dados do

mesmo antes de ser aberta a cova.

26 - Junho - 2009 Enterramento dos porcos (congelados) e

aquisições de dados no terreno – detecção dos

cadáveres.

1 - Julho - 2009 Primeira visita à sepultura

10 - Julho - 2009 Segunda visita à sepultura

16 - Julho - 2009 Terceira visita à sepultura – Enterro de artefactos

(simulação de armas, objectos metálicos)

24 - Julho - 2009 Quarta visita à sepultura

4 - Agosto - 2009 Quinta visita à sepultura – aquisição de dados das

armas com as antenas de 1,5/1,6 GHz e de 400MHz

11 - Agosto - 2009 Sexta visita à sepultura, aquisição de dados na

direcção de sul para norte e de norte para sul

14 - Agosto - 2009 Sétima visita à sepultura – aquisição de dados de

armas com grelha e antena 1,5/1,6GHz, sem e com

água

21 - Agosto - 2009 Oitava visita à sepultura

28 - Agosto - 2009 Nona visita à sepultura

4 - Setembro - 2009 Décima visita à sepultura

11 - Setembro - 2009 Décima primeira visita à sepultura

18 - Setembro - 2009 Décima segunda visita à sepultura


- 32 -

Sem nada Quando feita aquisição no modo de largura da sepultura (perfil) Dia do Enterro 1ª visita 2ª visita 3ª visita 4ª visita 5ª visita 6ª visita

1 2 3

2 1 3

3 2 1

3 2 1

3 2 1 3 2 1

3 2 1

N

N

N 1 2 3 4 5 6

N


- 33 -

7ª visita 8ª visita 9ª visita 10ª visita 11ª visita 12ª visita

3 2 1 3 2 1

3 2 1 3 2 1

3 2 1 3 2 1

N

N


- 34 -

AnexoIII Dados de campo tratados no RADAN

. Sepultura (Aquisição de dados efectuada de Sul para Norte – ver Anexo II)

Mediante o seguimento das linhas do Anexo II

2ª visita 3ª visita 4ª visita 5ª visita 6ª visita 7ª visita 8ª visita 9ª visita 10ª visita

Figura AIII.1 – Dados obtidos no sítio da sepultura dos porcos em leitura anterior à movimentação de terra (antes da abertura da cova).


- 35 -

11ª visita 12ª visita 2ª visita 3ª visita 4ª visita 5ª visita 6ª visita 7ª visita 8ª visita 9ª visita 10ª visita

Figuras AIII.2 – Radargramas obtidos no perfil 1 durante a decomposição dos porcos (começa na 2ª visita, pois este foi o dia em que se colocou o tapete da grelha – figura 8.f)


- 36 -

11ª visita 12ª visita

As figuras AIII.2 e AIII.3 têm todas o mesmo tratamento de dados ( ou seja, deconvolução seguido de um IIR com passa baixa de frequência 400 MHz e depois uma migração Kirchhoff corrido a 2D) assim como o ganho de 16. No dia do enterro dos porcos (Sus domesticus) a) b) Dia do enterro dos animais Ganho 16 Ganho8 1ª visita

Figuras AIII.3 – Perfil 3 (começa na 2ª visita, pois este foi o dia em que se colocou o tapete da grelha – figura 8.f)

Duas imagens tratadas com deconvolução e migração Kirchhoff, em que a) contém um ganho de 16 e b) um ganho de 8


- 37 -

Ganho 16 Ganho8 2ª visita Ganho16 Ganho8 3ª visita Ganho 16

Limites da sepultura


- 38 -

4ª visita Ganho 16 5ª visita Ganho 16 Ganho 30 6ª visita

Ganho 16


- 39 -

7ª visita Ganho 16 Ganho 30 8ª visita Ganho 16 Ganho 8 9ª visita Ganho 16 Ganho 12


- 40 -

10ª visita Ganho 16 Ganho 8 11ª visita Ganho 16 Ganho 8 12ª visita Ganho 16 Ganho 8 Figuras AIII.4 – Imagens tratadas de todos os dias que se foi visitar a sepultura


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- Do caderno de campo Anexo II (aquisição feita em largura) Perfil 1 Perfil 2 Perfil 3 Perfil 4 Perfil 5 Perfil 6 Figuras AIII.5 – Imagens tratadas da aquisição de dados que foi efectuada na sepultura em perfis de largura da mesma.

Anomalia adquirida em campo que foi tentada ser representada em laboratório


- 42 -

. Armas “Pistola” Antena de 400MHz Ganho 16 Ganho 8 Figura AIII.6 – Imagem tratada da pistola da aquisição de dados feita com a antena de 400MHz - Terreno seco Antena de 1.5/1.6GHz Ganho 16 Ganho 16 a) b) Figura AIII.7 – Imagem da pistola aquisição de dados feita com a antena de 1.5/1.6GHz. a) imagem do cano para a “mão”, b) só do cano. Tratamentos da AIII.6 e da AIII.7: deconvolução, IIR de passa baixo do mesmo valor da antena usada acabando com a migração Kirchhoff


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-Terreno molhado Antena de 1.5/1.6GHz a) b) c) Figura AIII.8 – A imagem real que aqui não está demonstrada mas é possível ser observado pela a) tinha bastante ruído. As situações demonstradas já sofreram algum tratamento. a) efectuado apenas deconvolução e migração, b) deconvolução e filtragem espacial, c) a obtenção de melhor imagem mediante o meio em que nos encontramos a junção das alíneas anteriores, ou seja, deconvolução, migração por fim filtragem espacial. Antena de 1.5/1.6GHz

Figura AIII.9 – Imagem que demonstra “fortemente” a localização da pistola em terreno molhado.


- 44 -

“Bazuca” Antena 400MHz Ganho 16 Figura AIII.10 – Imagem tratada da bazuca da aquisição de dados feita com a antena de 400MHz -Terreno seco -Terreno molhado Antena 1.5/1.6GHz Antena 1.5/1.6GHz Ganho 8 Ganho 16 a) b) Figura AIII.11 – Imagem da bazuca aquisição de dados feita com a antena de 1.5/1.6GHz. a) em terreno seco, b) em terreno molhado.

Documents

Utilização do Radar de Penetração nos Solos (GPR) na detecção