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.

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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).

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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.

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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.

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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.

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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)