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Ano Letivo: 2013/2014 1ºSemestre Trabalho Realizado pelo Grupo MIEMM 22: Ana Marques Diana Leal Francisco Matos Joana Silva João Silva Pedro Silva Roberto Nogueira
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Ano Letivo: 2013/2014
1ºSemestre
Trabalho Realizado pelo Grupo MIEMM 22: Ana Marques
Diana Leal Francisco Matos
Joana Silva João Silva
Pedro Silva Roberto Nogueira
Mestrado Integrado em Engenharia Metalúrgica e Materiais Licenciatura em Minas e GeoAmbiente
Outubro de 2013
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Projeto FEUP
Mapeamento do campo experimental de Geofísica (CEG)
Professor:
José Pedro Carvalho
Alexandre Leite
Monitores:
Miguel Mendanha
José Pedro Gomes
Estudantes:
Ana Marques - [email protected]
Diana Leal - [email protected]
Francisco Matos - [email protected]
Joana Silva - [email protected]
João Silva - [email protected]
Pedro Silva - [email protected]
Roberto Nogueira - [email protected]
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Índice
Lista de Figuras ............................................................................................................................................... 4
Lista de Tabelas ............................................................................................................................................... 5
Agradecimentos ............................................................................................................................................... 6
Glossário ........................................................................................................................................................... 7
Resumo .............................................................................................................................................................. 8
Introdução ........................................................................................................................................................ 9
Conceitos Teóricos e Técnicas .................................................................................................................... 10
Procedimento ................................................................................................................................................. 13
Análise de Resultados ................................................................................................................................... 14
Tabela 1 – Registo das medições efetuadas no campo ............................ Erro! Marcador não definido.
Conclusão ........................................................................................................................................................ 18
Recomendações ............................................................................................................................................. 19
Bibliografia ..................................................................................................................................................... 20
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Lista de figuras
Figura 1 - Resistivímetro
Figura 2 - Georg Ohm
Figura 3 - Dispositivo tipo Schlumberger
Figura 4 - Campo de trabalho ainda não trabalhado, propriedade FEUP (adjacente à
cantina).
Figura 4 - Campo de trabalho a ser trabalhado, Propriedade FEUP (adjacente à
cantina).
Figura 5 - Campo de trabalho depois de trabalhado e completo para medições,
Propriedade FEUP (adjacente à cantina).
Figura 6 – Malha do Campo
Figura 7 - Gráfico Tridimensional dos valores de resistividade
Figura 8 – Isolinhas dos Valores de Resistividade
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Lista de Tabelas
Tabela 1 – Registo de valores da resistividade aparente
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Agradecimentos
Ao longo da elaboração deste trabalho de grupo pudemos contar com alguns
docentes e alunos para a realização do projecto.
A equipa gostaria, assim, de agradecer ao Professor Alexandre Leite que sendo
reponsável pelo Projecto FEUP nos proprocionou uma semana de actividades para a devida
integração e familiarização com a Faculdade de Engenharia e também com diversas
palestras, as quais nos foram bastante úteis para grande parte da realização deste trabalho;
ao Professor José Feliciano que, como Professor de Geologia, nos deu as bases necessárias
para a compreensão do trabalho de campo. Ao Professor Jorge Carvalho de Geo-Fisica que
introduziu conceitos como resistividade e dispersão iónica.
Por fim, um especial agradecimento pela compreensão e paciência dos monitores
José Pedro Gomes e Miguel Mendanha que sendo alunos da FEUP e tendo já esta unidade
curricular concluída, nos ajudaram tanto no trabalho de campo como na elaboração deste
relatório.
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Glossário
Minério: Materiais dos quais são extraídos metais com interesse económico.
Resistividade: define a quantidade de corrente elétrica que atravessa uma camada
quando aplicado uma diferença de potencial.
Eletroresistividade: método geoeléctrico que consiste na resistividade elétrica
dos materiais, tendo sido utilizado nos mais variados campos de aplicação das geociência.
Eléctrodo: Condutor por onde a corrente elétrica entra ou sai.
elétrodo In Infopédia [Em linha]. Porto: Porto Editora, 2003-2013. [Consult. 2013-10-
21].
Resistivímetro: Equipamento geofísico que emite corrente elétrica entre elétrodos.
No percurso dentro do solo, tem uma queda de potencial dependente da resistividade do
solo.
Figura 1 - Resistivímetro
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Resumo
No âmbito da unidade curricular do Projeto FEUP foi proposto aos alunos do M.I.
Engenharia Metalúrgica e Materiais e Licenciatura Engenharia de Minas e Geoambiente
que estudassem o campo geofísico da FEUP pelo método da resistividade.
Após a preparação do terreno e de um estudo aprofundado do tema, foram feitas várias
sessões de medições com instrumentos apropriados, nomeadamente, a luneta topográfica e
o resistivímetro. A realização deste projeto só se tornou possível devido à organização e
participação de todo o grupo.
É necessario referir que consideramos que os objetivos desta unidade curricular foram
cumpridos com êxito, pois serviu para aperfeiçoar as nossas técnicas de trabalho em
equipa, valorizar ainda mais o espírito crítico e de cooperação.
Palavras-chave: dispersão Iónica; resistivímetro; resistividade; condutividade;
resistividade aparente; campos eléctricos artificiais; diferença de potencial; lei de
Schulmberger.
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Introdução
Atualmente, são vários os métodos a que podemos recorrer para explorar o interior
da Terra, podendo ser diretos ou indiretos. Os métodos diretos baseiam-se na observação
das rochas ou fenómenos geológicos, fazendo parte destes métodos a análise de episódios
de vulcanismo, visualização da superfície terreste, a exploração de jazigos e sondagens. Por
outro lado, os métodos indiretos baseiam-se na realização de cálculos e interpretação de
dados sendo, posteriormente, possível tirar conclusões acerca do interior da Terra. No
entanto, estes métodos estudam uma pequena parte abaixo da crusta terreste, ou seja,
existe um mundo desconhecido para explorar.
O projeto que desenvolvemos estas últimas semanas no campo da Faculdade de
Engenharia foi possível através da adoção de um método de exploração indirecto,
nomeadamente, o método de Schlumberger. Este método permitiu determinar valores de
resistividade, ou seja, a medida de dificuldade que um material impõe à passagem de
corrente elétrica, sendo também, assim, o inverso da condutividade (facilidade de
passagem de corrente elétrica num dado material).
Para além de tudo isto, foi após uma pesquisa afincada e precisa sobre o tema que
conseguimos mapear o campo de geofísica da FEUP e determinar os valores de
resistividade aparente a diferentes profundidades, seguindo os princípios, técnicas,
instrumentos do método de Schlumberger.
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Conceitos Teóricos e Técnicas
A eletrorresistividade é um método que se resume na introdução de uma corrente
elétrica no subsolo e na determinação das resistividades dos materiais em diferentes
profundidades. Surgiu por volta do século XVII devido ao contributo de Gray e Wheeler e
que, ainda hoje, influencia vários estudos relacionados com a condutividade dos solos e
com a resistividade das rochas. Este tema engloba o estudo do potencial elétrico na
superfície e, a partir das medições efetuadas, foi possível efetuar o mapeamento do local em
estudo.
Neste trabalho, o conceito de resistividade está bem patente. De modo qualitativo, a
resistividade é uma medida que se caracteriza pela oposição de um material à passagem de
corrente elétrica. Este conceito, relacionado com as rochas e minerais, constitui uma
propriedade condicionada por diversos fatores. Nomeadamente, um fator que influenciou
diretamente o projeto foi a água. Esta, que circula através das fraturas e poros existentes
nas rochas, vai diminuir de forma acentuada a resistividade da mesma. Por outro lado, a
presença de sais minerais dissolvidos nas fendas das rochas vai fazer baixar, também, a sua
resistividade. É também importante definir e explicitar o conceito da condutividade, que se
representa por (σ) e é expressa em S/m Esta propriedade está inversamente relacionada
com a resistividade. Enquanto a segunda, como já definimos, se relaciona com a oposição
do material face à corrente elétrica, a primeira, por outro lado, relaciona-se com a
facilidade que o material tem em conduzir a corrente elétrica.
O físico alemão Georg Simon Ohm formulou a Lei de Ohm, lei
essa que permite determinar o valor da resistividade (ρ), dada em
ohm.m (Ωm), com a seguinte expressão:
Figura 2 - Georg Ohm
Em que A corresponde à área da fração de material, V é a diferença de potencial, I é a
intensidade de corrente que passa através da fração de material e, por fim, L que é o
comprimento do material.
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Por meio da injeção de corrente elétrica no solo podem surgir algumas adversidades.
Primeiramente, os valores das dimensões do material, ou seja, área (A) e comprimento (L),
encontram-se dependentes da geometria do arranjo dos elétrodos no local em estudo. De
modo que, na fórmula da resistividade, vão ser substituídos por uma constante k que varia
de arranjo para arranjo. Em segundo lugar, dado que o meio engloba o solo, é influenciado
pelos lençóis de água subterrânea e pelas restantes rochas interpostas, não pode ser
considerado um meio homogéneo.
Desta forma, a resistividade a ser calculada é designada por resistividade aparente (ρa)
e pode ser definida como sendo a resistividade que um meio teria se fosse homogéneo, com
uma resposta semelhante à do meio heterogéneo, possuindo a seguinte expressão:
A resistividade aparente demonstra, assim, as propriedades médias do pacote de rochas
por onde a corrente elétrica passou, sendo que depende do tipo de arranjo dos elétrodos
utilizado na sondagem, da natureza do subsolo e das condições de conservação em que o
material geológico se encontra.
Para além disto, foi essencial para cumprir o objetivo da nossa tarefa adotarmos o
método de Schlumberger. Este método é indireto e visa a exploração do interior da Terra,
permitindo descobrir e analisar a resistividade/condutividade de rochas e minerais abaixo
da crusta.
A sua metodologia é bastante precisa e clara, são necessários dois elétrodos de
potencial e dois elétrodos de corrente. Os elétrodos de potencial são colocados entre os de
corrente e distribuídos de forma simétrica em relação a um ponto referencial.
.
Figura 3 – Dispositivo tipo Schlumberger
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O resistivímetro emite corrente elétrica entre os elétrodos e, posteriormente, a
resposta é medida na forma de diferença de potencial, ou seja, voltagem.
Todo este procedimento só seria possível com a utilização de um equipamento
geofísico adequado ao projeto, nomeadamente, do resistivímetro. Este mede a resistência
entre dois pontos e depois de termos o valor esperado é possível, calcular a resistividade do
solo.
A utilização do resistivímetro possui como vantagem determinar através de cálculo
qual solo ou rocha em estudo. Para além disto, através da análise dos valores obtidos do
aparelho e possível detetar facilmente contrastes, como nível de água e localiza divisões
entre solo e rocha.
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Procedimento
Material: Resistivímetro
Estacas
Martelo
Fita métricaElásticos
Luneta topográfica
Elétrodos
Espias
Fios Condutores
Procedimento:
I. Limpeza do espaço (40mx20m).
II. Marcação dos vários pontos no espaço (com 2 metros de distância entre cada ponto).
III. Colocação de estacas em cada um dos diferentes pontos.
IV. Colocação dos elásticos que demarcam cada uma das filas.
V. Colocar o resistivímetro no primeiro ponto e colocar dois dos elétrodos distanciados 0.25m e outros dois na mesma direção dos primeiros mas estes distanciados a 1.25m dos primeiros.
VI. Observar o valor no resistivímetro (entre os dois pontos cravados no solo através dos elétrodos).
VII. Através da fórmula de Schlumberger (passar formula para aqui) calcular a resistividade aparente.
VIII. Obter gráfico através dos vários valores da resistividade aparente dos vários pontos.
Figura 4 – Limpeza do espaço
Figura 5 – Colocação das estacas
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Análise de Resultados
Todo o nosso terreno foi previamente preparado, tendo sido colocadas 5 estacas
segundo o eixo dos xx e 10 estacas segundo o eixo dos yy, com intervalo de dois metros
entre cada.
Figura 6 – Malha do Campo
Após todas as medições terem sido feitas, foi possível a construção do gráfico de
resultados. Este foi obtido a partir do software Surfer8 e podemos analisar a resistividade
do subsolo nas diferentes coordenadas.
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X Y Resistência Resisitividade
Aparente
0 0 8.12 111.605
0 2 8.31 114.217
0 4 8.19 112.567
0 6 8.10 111.330
0 8 7.58 104.183
0 10 9.61 132.084
0 12 8.58 117.928
0 14 3.35 46.044
0 16 7.56 103.908
0 18 5.03 69.137
0 20 8.30 114.079
2 0 8.18 112.430
2 2 6.41 88.102
2 4 8.86 121.776
2 6 7.18 98.685
2 8 7.80 107.207
2 10 8.40 115.454
2 12 8.30 114.079
2 14 4.23 57.139
2 16 4.70 49.834
2 18 10.79 148.303
2 20 9.34 128.373
4 0 7.01 96.349
4 2 7.71 105.970
4 4 11.66 160.260
4 6 9.74 133.871
4 8 6.42 88.240
4 10 5.37 73.808
4 12 8.18 112.43
4 14 16.41 225.539
4 16 8.90 112.32
4 18 12.46 171.250
4 20 5.98 82.189
6 0 9.38 128.919
6 2 6.37 87.549
6 4 9.45 129.880
6 6 5.64 77.516
6 8 8.42 115.724
6 10 9.05 124.383
6 12 6.90 94.8336
6 14 9.13 125.483
6 16 6.95 95.520
6 18 8.95 123.009
6 20 9.49 130.431
8 0 9.91 136.203
8 2 9.05 124.383
8 4 8.91 122.459
8 6 8.26 113.525
8 8 8.52 117.099
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Tabela 1 – Registo das medições efetuadas no campo
Esta tabela contêm as coordenadas (x,y) de todos os pontos do local estudado. Para
além disto é possível observar os valores dados pelo resistivímetro e os valores de
resisitividade aparente para cada ponto.
Figura 7 – Gráfico Tridimensional dos Valores de Resistividade
8 10 8.79 120.810
8 12 6.87 94.421
8 14 6.63 91.123
8 16 9.71 133.454
8 18 8.02 110.227
8 20 14.83 203.82
10 0 12.24 168.227
10 2 48.6 667.96
10 4 11.76 161.629
10 6 11.56 158.881
10 8 10.30 141.56
10 10 6.80 93.4592
10 12 6.66 91.535
10 14 6.83 93.872
10 16 8.48 116.549
10 18 7.53 103.492
10 20 11.35 155.994
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Pela observação cuidada do gráfico é possível tirar conclusões. Existem, de facto,
dois picos mais relevantes. Um deles está situado na posição (10,2), cuja resistividade
corresponde ao valor máximo registado, 667, o que significa que o material que constitui
esta porção de solo apresenta a maior resistividade e, portanto, a menor condutividade face
aos restantes pontos do gráfico. O outro pico encontra-se no ponto (4,16) e tem como valor
de resistividade correspondente, 112. Da mesma forma, podemos dizer que o material que
constitui a zona relativa ao ponto em questão apresenta uma menor condutividade.
Figura 8 – isolinhas dos Valores de Resistividade
Algumas depressões são também bem visíveis, nomeadamente a que se encontra no
ponto (2,14), cuja resistividade corresponde ao valor de 57. Nesta zona, contrariamente aos
valores dos pontos do parágrafo anterior, o valor de resistividade é o menor registado e, por
isso, traduz a elevada condutividade do material em questão. Nas restantes cavidades,
como por exemplo, as localizadas nos pontos (4,12), (6,8) e (6,4), obtém-se a mesma
conclusão. Os valores das resistividades são mais baixos, traduzindo, assim, uma maior
condutividade do material envolvente.
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Conclusão
Podemos tecer algumas considerações acerca da pesquisa e do trabalho realizado em
campo. Um aspeto negativo e que, de certa forma, influenciou o resultado, terá sido a
precipitação que se fez sentir em certos dias das medições. O elevado teor de água no
subsolo terá, efetivamente, condicionados valores de resistividade obtidos
experimentalmente.
Em suma, com base nos dados recolhidos e analisados pelo grupo, podemos concluir
que no ponto de coordenadas (2, 10), existe algum material àquela profundidade que
apresenta uma resistividade aparente muito maior do que em qualquer outro ponto do
campo avaliado. Deste modo, seria interessante fazer uma sondagem nesse respetivo local
para analisar de uma forma direta e poder afirmar, com maior certeza, a natureza do
material em questão.
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Recomendações
Tivemos o prazer de trabalhar durante cerca de 2 meses neste projeto, no qual se tentou
mapear e interpretar os diferentes valores da resistividade encontrados no campo adjacente
ao edifício da cantina.
Todos os elementos fizeram um trabalho responsável e competente, superando as
dificuldades que surgiram no decurso do trabalho, sempre com vista ao bem da equipa e o
sucesso da mesma, no que concluiu à obtenção de resultados fiáveis. Neste sentido, pode-se
afirmar que foi um trabalho enriquecedor tanto a nível intelectual como social, obrigando
nos a adaptar a este novo ambiente de cooperação com colegas e pesquisa correta e
específica, no qual o sucesso dos engenheiros da FEUP se baseia.
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Bibliografia
Infopédia. Infopédia. 2013. http://www.infopedia.pt/pesquisa-global/eletrodo.
Nascimento, Sandra. Slideshare. 2011. http://www.slideshare.net/sandranascimento/vii-m-todos-
para-o-estudo-do-interior-da-terra.
Novais, Rosa. Universidade do Algarve. 2005. http://w3.ualg.pt/~jluis/files/folhas_cap3.pdf.
Silveira, Aline. 20 de Abril de 2004.
https://www.google.pt/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CC
8QFjAA&url=http%3A%2F%2Fmoodle.fct.unl.pt%2Fpluginfile.php%2F32330%2Fmod_fol
der%2Fcontent%2F0%2FeBooks%2FResistividade_Eletrica_Do_Solo.pdf%3Fforcedownloa
d%3D1&ei=JNduUt-vAqid7g.
