Trabalho de Geologia

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Sumário
Investigações Geofísicas	2
1.	Planejamento	2
2.	Aplicabilidade	3
3.	Métodos Geoelétricos	3
3.1	Eletrorresistividade	4
4.2 Polarização induzida	5
4.3 Potencial Espontâneo	5
4.4	Condutividade elétrica	6
4.5	Radar de Penetração no solo (GPR)	7
5. Métodos Sísmicos	8
5.1 Sísmica de Refração	8
5.2 Sísmica de Reflexão	9
5.3 Ensaios sísmicos entre furos (Cross-Hole, Down-Hole e Masw)	10
5.4 Métodos de investigação de áreas submersas	11
6. Métodos Potenciais	12
6.1 Gravimetria	12
6.2 Magnetometria	13
7. Sondagem à percussão (SPT)	14
8. Ensaios de Palheta – Vane Test	15
8.1 Equipamentos e procedimentos	15
9. Referências ....................................................................................... 17
Investigações Geofísicas
Os métodos geofísicos permitem determinar a distribuição em profundidade, de parâmetros físicos dos maciços, tais como velocidade de propagação de ondas acústicas, resistividade elétrica, contrastes de densidade e campo magnético da terra. Essas propriedades guardam estreitas relações com algumas características geológico-geotécnicas do maciço, como grau de alteração e de faturamento e tipo litológico, aspectos fundamentais na investigação de uma determinada área.
Os principais métodos geofísicos utilizados na Geologia de Engenharia são:
· Métodos Geoelétricos: eletrorresistividade (sondagem elétrica vertical e caminhamento elétrico), polarização induzida, potencial espontâneo, eletromagnéticos (EM – domínio de tempo, VLF – very low frequency, radar de penetração no solo – GPR – Ground Penetrating Radar).
· Métodos Sísmicos: refração,reflexão, ensaios entre furos (rosshole e tomografia), utilizados na superfície terrestre, e perfilagem sísmica contínua, sonografia e ecobatimetria, utilizados na investigação de áreas submersas (rio, lago e mar). 
· Métodos Potênciais: magnetometria e gravimetria.
A utilização de métodos geofísicos na Geologia de engenharia dá-se principalmente na fase de reconhecimento da área de interesse, visando a construção de uma obra civil. Neste caso, o objetivo é a definição de grandes feições, como contatos litológicos, zonas de fraturas e profundidade de topo rochoso. Assim, a análise dos dados geofísicos, juntamente com informações obtidas pelos de mapeamentos, geológicos convencionais e de sondagens mecânicas, permite a tomada de decisões, principalmente na definição dos melhores locais para implantação de obras.
1. Planejamento
 A inclusão de ensaios geofísicos, como complementação de outras atividades de investigação ou ensaios de caracterização geológico-geotécnica de uma determinada área, deve necessariamente ser precedida de análise quanto a:
Natureza do problema geotécnico a ser avaliado, abordando as seguintes questões:
· Possui condições topográficas favoráveis?
· Problema pode ser resolvido pelo método geofísico?
· Quais os métodos e equipamentos mais adequados para a solução do problema proposto?
· Relação custo/benefício: deve ser analisada com base nas necessidades do projeto (densidade mínima de informações para a caracterização da área de estudo (acessos e etc.)
· Topografia (planimetria e altimetria das estações) e abertura e estaqueamento dos perfis;
2. Aplicabilidade
As medidas geofísicas propriamente ditas são bastante precisas. A ambiguidade surge na interpretação dos dados geofísicos, já que não é o único o modelo geológico que se ajusta aos dados obtidos. O sucesso na interpretação dos dados vai depender fundamentalmente, de informações geológicas preexistentes e da experiência do profissional que irá interpretar os dados adquiridos. Ao não se levar em consideração estes aspectos, o modelo final da área estudada pode não corresponder ao real e assim ocorrer um certo desapontamento com relação a expectativa da aplicação dos métodos geofísicos na investigação proposta.
3. Métodos Geoelétricos
Uma questão importante quando se discute, não só os métodos geoelétricos, mas a Geofísica como um todo, diz respeito à identificação de suas várias modalidades existentes. É comum, encontrar profissionais ligados a esta área, ou até mesmo, os que dela se utilizam como uma ferramenta de apoio, apresentarem certas confusões sobre as denominações das modalidades em uso. Os termos métodos, técnicas e arranjos, são utilizados algumas vezes de maneira inadequada, trazendo, principalmente ao usuário leigo sobre o assunto, dificuldades no entendimento da Geofísica como aplicação. Como citado anteriormente, os métodos geoelétricos aplicados possuem inúmeras modalidades de uso, contribuindo para aumentar essas confusões. Em várias oportunidades, pode-se comprovar na prática, essa situação, onde o usuário da Geofísica, solicitava determinada técnica de campo inadequada aos objetivos propostos, quando na realidade, estava-se pensando no método. Mesmo, alguns geofísicos experientes, quando solicitam a utilização do método da eletrorresistividade, por exemplo, estão “pensando”, no emprego da técnica da sondagem elétrica vertical, ou vice-versa.
3.1 Eletrorresistividade
Pertencente ao grupo dos métodos geoelétricos, a eletrorresistividade – ER, é um método geofísico cujo princípio está baseado na determinação da resistividade elétrica dos materiais que, juntamente com a constante dielétrica e a permeabilidade magnética, expressam fundamentalmente as propriedades eletromagnéticas dos solos e rochas. Os diferentes tipos de materiais existentes no ambiente geológico, apresentam como uma de suas propriedades fundamentais o parâmetro físico resistividade elétrica, o qual reflete algumas de suas características servindo para caracterizar seus estados, em termos de alteração, fraturamento, saturação, etc., e até identificá-los litologicamente, sem necessidade de escavações físicas. 
4.2 Polarização induzida 
Usando um método standard de quatro eléctrodos (dois para a injecção de corrente e dois para medir a tensão) em corrente contínua e se desligar-mos a corrente, o potencial entre os eléctrodos de potencial não se anula instantaneamente. O que se verifica é que após um decréscimo inicial elevado a voltagem decai gradualmente para zero.
Um fenómeno semelhante ocorre quando se liga a corrente. Primeiro a tensão aumenta subitamente e depois mais devagar. Quer isto dizer que o solo actua como um condensador que armazena carga eléctrica, ou seja, fica polarizado electricamente.
4.3 Potencial Espontâneo
A expressão inglesa “Self Potential” originou a sigla SP e é assim como é referido este método no meio técnico. Trata-se de um método de campo natural e baseiase no fato de que mesmo na ausência de qualquer campo elétrico criado artificialmente, é possível medir uma diferença de potencial entre dois eletrodos impolarizáveis introduzidos no terreno, que pode ser de alguns milivolts até algumas dezenas de milivolts. Em alguns casos, na presença de bons condutores em subsuperfície, esta tensão pode atingir algumas centenas de milivolts (Telford et al.,1990; Orellana, 1972).
Em se tratando de prospecção mineral, as anomalias SP, geralmente negativas, são relacionadas à presença de condutores, sulfetos maciços, no caso. O fenômeno, neste caso, é explicado por reações eletroquímicas na interface corpo/rocha encaixante nos níveis acima e abaixo do nível freático. A origem do conjunto destas reações é baseada nas diferenças de potencial redox nestes dois níveis separados pelo nível d’água (Sato & Mooney, 1960). O método do potencial espontâneo (SP), em casos ambientais ou de engenharia, tem suas principais aplicações no estudo dos movimentos da água em subsuperfície. O potencial natural ou espontâneo (SP) é causado por atividade eletroquímica ou mecânica. A água subterrânea é o agente mais importante no mecanismo de geração de SP. Os potenciais podem estar associados à presença de corpos metálicos, fluxo de fluidos, de calor ou de íons, contatos entre rochas de diferentes propriedades elétricas (principalmente condutividade), atividade bioelétrica de materiais orgânicos, corrosão, gradientes térmicos e de pressão nos fluidos de subsuperfície, entre outros. O estudodo SP tem sido utilizado para localizar e delinear as anomalias, bem como as fontes associadas.
4.4 Condutividade elétrica
Condutividade elétrica {\displaystyle \sigma }é usada para especificar o caráter elétrico de um material. Ela é simplesmente o recíproco da resistividade, ou seja, inversamente proporcionais e é indicativa da facilidade com a qual um material é capaz de conduzir uma corrente elétrica. A unidade é a recíproca de ohm-metro, isto é, [(Ωm)-1]. As seguintes discussões sobre propriedades elétricas usam tanto a resistividade quanto a condutividade.
Materiais sólidos exibem uma espantosa faixa de condutividades. De fato, uma maneira de classificar materiais sólidos é de acordo com a facilidade com que conduzem uma condutividades da ordem de 107 (Ωm)-1. No outro extremo estão os materiais com muito baixas condutividades, situando-se entre 10-10 e 10-20 (Ωm)-1; estes são os isolantes elétricos. Materiais com condutividades intermediárias, geralmente entre 10-6 e 104 (Ωm)-1, são denominados semicondutores. No Sistema Internacional de Unidades, é medida em siemens por metro.corrente elétrica; dentro deste esquema de classificação existem 3 grupamentos: condutores, semicondutores e isolantes. Metais são bons condutores, tipicamente tendo 
4.5 Radar de Penetração no solo (GPR)
O GPR (Radar de Penetração no solo), conhecido no Brasil como "Georadar", é um método geofísico de imageamento da subsuperfície que utiliza um pulso elétrico para gerar ondas eletromagnéticas, que por sua vez são irradiadas para a subsuperfície através de uma antena emissora. A transmissão desse sinal depende das propriedades elétricas do meio (condutividade elétrica e permissividade dielétrica) sob condições de altas frequências (10 - 2.500 MHz), que são principalmente controladas pelo conteúdo do fluido presente no solo. Este pulso é refletido e difratrado, tanto pelas estruturas geológicas, quanto por feições anômalas enterradas (dutos, tanques de armazenamento, fundações, etc). As ondas refletidas e difratadas são recebidas através de uma antena denominada receptora colocada na superfície. Uma série de medidas são realizadas ao longo de uma linha , quando dispostas graficamente lado a lado formamuma imagem de muito alta resolução, tanto lateral quanto vertical da subsuperfície. (Porsani, 1999).
Segundo Osvaldo de Oliveira Duarte, GPR é um método de prospecção baseado na reflexão das ondas de radar nas interfaces dielétricas do subsolo. As freqüências utilizadas (de 20 a 200 MHz) permitem obter imagens com resolução maior do que a qualquer outro método geofísico.
O alcance vertical do GPR varia desde alguns centímetros, em sedimentos com alto conteúdo de argila, até algumas centenas de metros em rochas como granito, areias e cascalhos. No gelo, vai além de três quilômetros. (Dicionário Enciclopédico Inglês-Português de Geofísica e Geologia - Ed. Petrobras/SBGf).
O método GPR possui uma grande versatilidade de aplicação, podendo ser utilizado para realizar mapeamento de integridade de estruturas de concreto, determinação de interferências (tubulações enterradas), mapeamentos geológicos (determinação de zonas de fraturamento, mudança de litologia, profundidade do topo rochoso), batimetria (fundo de rios e lagos), etc.
5. Métodos Sísmicos
Métodos sísmicos são os tipos de levantamentos geofísicos mais comumente usados para fins de engenharia. A maioria dos estudantes de geofísica aprendem sobre a propagação das ondas sísmicas a partir de analogias com as leis da óptica. A sísmica de refração proporciona a engenheiros e geólogos os mais básicos dos dados geológicos através de procedimentos simples feitos com equipamentos comuns.
5.1 Sísmica de Refração
O método de refração sísmica é baseado no princípio de se gerar uma frente de ondas sísmicas por uma fonte de energia (marreta, explosivo, queda de peso) e registrar este sinal através de diversos sensores (geofones) os quais são cravados no terreno ao longo de uma linha.
 As ondas compressionais (ondas P) viajam nas rochas analogamente à propagação de ondas sonoras no ar. Frentes de ondas esféricas emanam da fonte, podendo-se imaginar as ondas sísmicas como raios sísmicos, os quais são normais à superfície esférica da onda. 
A velocidade com que a onda P se propaga no meio depende das propriedades físicas (p.e rigidez, grau de saturação, densidade) e do grau de homogeneidade e de fraturamento das rochas. 
Desta forma, o método de refração sísmica mede o tempo que uma onda compressional (onda P) ou cisalhante (onda S), gerada por uma fonte sísmica, leva para viajar através das camadas da Terra e retornar aos sensores (geofones) instalados ao longo de uma linha na superfície do terreno.
5.2 Sísmica de Reflexão
Sísmica de reflexão é um método de prospecção geofísica que utiliza os princípios da sismologia para estimar as propriedades da subsuperfície da Terra com base na reflexão de ondas sísmicas. Este método requer a utilização de uma fonte sísmica de energia controlada, como por exemplo um explosivo, bombas de ar comprimido especializadas (conhecidas como air guns), ou fontes sísmicas vibracionais (comumente denomidadas Vibroseis). Ao determinar o tempo que uma onda refletida demora até atingir um receptor, é possível estimar a profundidade da estrutura que gerou a reflexão. Deste modo, a sísmica de reflexão é semelhante ao sonar e à ecolocalização. 
Trata-se de um método utilizado extensivamente na prospecção de hidrocarbonetos (petróleo, gás natural) e de outros recursos minerais como carvão, minérios metálicos e energia geotérmica. É ainda utilizado em estudos básicos sobre a natureza e origem das rochas que compõem a crosta terrestre. Em engenharia, a sísmica de reflexão é utilizada em estudos de águas subterrâneas e estudos ambientais. 
5.3 Ensaios sísmicos entre furos (Cross-Hole, Down-Hole e Masw)
O ensaio Cross-Hole consiste na geração de ondas sísmicas em um furo de sondagem e seu registro em um ou mais furos adjacentes. O objetivo deste procedimento é captar as ondas longitudinais e transversais que se propagam em subsuperfície sem que elas sofram os fenômenos de refração e reflexão, pois os mesmos podem mascarar os sinais de interesse. Os resultados obtidos permitem calcular os módulos de elasticidade das rochas, para serem utilizados no planejamento de fundações em projetos de engenharia.
O ensaio Down-Hole é utilizado para determinação da variação da velocidade da onda cisalhante in situ com a profundidade. Neste método é medido o tempo de trajetória das ondas entre a superfície e pontos no interior da massa de solo.
Neste estudo se faz necessário apenas um furo de sondagem ou o uso de uma ferramenta de penetração para a instalação do sensor no interior do solo. Do mesmo modo que o Cross-Hole, os resultados obtidos no ensaio Down-Hole permitem calcular os módulos de elasticidade das rochas, para serem utilizados no planejamento de fundações em projetos de engenharia.
O ensaio MASW é uma técnica nova de investigação de subsuperfície para geotecnia, que utiliza o registro das ondas de superfície, através do uso de geofones especiais, de modo a obter-se informações em 1D, 2D e 3D da variação da velocidade da onda S em função da profundidade, no local investigado. O ensaio é feito de forma rápida, sem necessidade de sondagens mecânicas e permite a obtenção dos módulos dinâmicos de elasticidade do meio, usando as ondas S definidas no ensaio MASW e ondas P definidas através de sísmica de refração convencional. Os resultados são usados em projetos de fundações de geradores eólicos e de outras obras de engenharia.
É um método bastante aplicado em áreas urbanas, devido a sua praticidade na etapa de aquisição dos dados e ao fato de que o que seria ruído na sísmica convencional pode ser usado como sinal no ensaio MASW.
5.4 Métodos de investigação de áreas submersas
Os métodos geofísicos constituem ferramentas de investigação fundamentais para o desenvolvimento de projetos em áreas submersas, principalmente pela característica de inacessibilidade destas áreas pelosmétodos convencionais de investigação. Em projetos de construção ou ampliação de portos, de dragagem ou escolha de áreas de descarte, ou no mapeamento de obstáculos à navegação (embarcações naufragadas, afloramentos rochosos, etc.) são os métodos geofísicos, como a batimetria, a sonografia e a perfilagem sísmica contínua, que possibilitam a identificação de características geológicas e geotécnicas da superfície de fundo e da subsuperfície, como nenhum outro método de investigação. Espessura da coluna d'água e da coluna sedimentar, profundidade do embasamento rochoso, localização de estruturas sedimentares resultantes da ação das marés e das correntes, mapeamento de afloramentos rochosos e localização de embarcações naufragadas, que são obstáculos à navegação e também aos projetos de dragagem, são algumas das características de superfícies submersas que podem ser dimensionadas a partir da execução de levantamentos geofísicos. Projetos de construção ou ampliação de portos sempre concentraram esforços de investigação, por meio de métodos diretos e indiretos, na área portuária propriamente dita. Até muito recentemente não havia preocupação específica com a área de descarte do material a ser dragado, e, portanto, estas áreas não eram adequadamente avaliadas. Com a necessidade de maior controle ambiental em projetos desta natureza, o estudo detalhado do ambiente de deposição do material dragado passou a ser também relevante. Assim, nos dias atuais, o controle ambiental de projetos de obras portuárias passou também a contemplar extenso processo de investigação das áreas de descarte. Os métodos de investigação tradicionalmente utilizados em áreas portuárias são também aplicáveis nos estudos de áreas de descarte, tendo em vista que, para o conhecimento detalhado destas áreas, há necessidade de se conhecer as características originais da superfície de fundo e as características adquiridas durante o processo de deposição dos materiais dragados. Existem várias experiências na Europa, Canadá e EUA mostrando a importância do uso destas ferramentas de investigação em projetos desta. Basicamente a geofísica pode contribuir em estudos de áreas de descarte utilizando-se de 3 métodos sísmicos distintos, que podem ser utilizados separadamente ou simultaneamente, o que seria o ideal:
· Batimetria: Método sísmico que, por meio da propagação do som na água, detecta a espessura da coluna d’água. A simples comparação entre perfis batimétricos obtidos em períodos distintos, permite identificar as alterações na topografia de fundo no período, a qual por sua vez tem íntima relação com a ocorrência ou não de acúmulo de sedimentos. 
· Sonografia: Método sísmico que lida com altas freqüências, comumente superiores a 100khz, gerando imagens do assoalho marinho análogas a fotografias aéreas. A comparação entre as texturas das imagens do fundo oceânico obtidas em períodos distintos permite o monitoramento da superfície de fundo ao longo do processo de deposição.
· Perfilagem Sísmica Contínua:  Método sísmico que lida com altas frequências, comumente superiores a 100khz, gerando imagens do assoalho marinho análogas a fotografias aéreas. A comparação entre as texturas das imagens do fundo oceânico obtidas em períodos distintos permite o monitoramento da superfície de fundo ao longo do
processo de deposição.
6. Métodos Potenciais
A gravimetria e a magnetometria, também chamados métodos potenciais, permitem o reconhecimento e mapeamento de grandes estruturas geológicas que não aparecem na superfície.
6.1 Gravimetria
O método de gravimetria fundamenta-se na determinação da atração gravitacional num ponto na superfície da terra. Empregando-se equipamentos denominados gravímetros. Tem por finalidade identificar contrastes de densidade em profundidade. A aplicação deste método é mais adequada em estudos regionais, pois o contraste de densidade entre o embasamento e os sedimentos sobrepostos, em bacias sedimentares com espessuras superiores a 50 m, são suficientemente significativos para permitir a determinação da conformação do embasamento
.
6.2 Magnetometria
Magnetometria é uma técnica que utiliza a informação do campo magnético terrestre para a investigação das estruturas em subsuperfície. O campo magnético terrestre induz nas rochas e estruturas geológicas um campo magnético secundário, que se sobrepõe ou se contrapõe ao campo principal. Estas modificações do campo magnético podem ser analisadas para a investigação das fontes causadoras das anomalias.
Trata-se de um método rápido e eficiente de aquisição e processamento das informações, que pode ser usado com eficiência em conjunto com demais métodos geofísicos para a avaliação de alvos exploratórios minerais.
A Alta Resolução está capacitada para dimensionar e realizar levantamentos magnetométricos, processar os dados adquiridos e efetuar a análise dos resultados, bem como processar e analisar dados de aerolevantamentos magnéticos e radiométricos, que normalmente são adquiridos em conjunto com estes. Suas aplicações são: 
· Busca de minerais metálicos, que normalmente apresentam um contraste de suscetibilidade magnética adequado para a investigação geofísica
· Determinação de parâmetros regionais de profundidade média de fontes magnéticas para modelagem de bacias sedimentares e estruturas afins
7. Sondagem à percussão (SPT)
Sondagem SPT também conhecido como sondagem à percussão ou sondagem de simples reconhecimento, é um processo de exploração e reconhecimento do solo, usado normalmente para solos granulares, solos coesivos e rochas brandas; largamente utilizado na engenharia civil para se obter subsídios que irão definir o tipo e o dimensionamento das fundações que servirão de base para uma edificação. A sigla SPT tem origem no inglês (standard penetration test) e significa ensaio de penetração padrão.
Equipamentos utilizados nesse ensaio:
· Amostrador
· Hastes
· Martelo
· Torre ou Tripé de Sondagem
· Cabeça de Bater
· Conjunto de Perfuração
As principais informações obtidas com esse tipo de ensaio são:
· A identificação das diferentes camadas de solo que compõem o subsolo;
· A classificação dos solos de cada camada;
· O nível do Lençol freático; e
· A capacidade de carga do solo em várias profundidades.
8. Ensaios de Palheta – Vane Test
O ensaio de palheta (Vane Test) é tradicionalmente empregado na determinação da resistência ao cisalhamento não drenada (Su) de depósitos de argilas moles in situ.
8.1 Equipamentos e procedimentos
O ensaio de palheta é executado conforme a Norma NBR 10905 ( MB 3122 da ABNT)
O ensaio consiste em utilizar uma palheta de seção em forma de cruz que, quando cravada em argilas saturadas de consistência mole a rija, é submetida a um torque necessário para cisalhar o solo por rotação em condições não drenadas. É necessário, portanto, o conhecimento prévio da natureza do solo onde será realizado o ensaio, não só para avaliar a sua aplicabilidade, como para, posteriormente, interpretar adequadamente os resultados. A palheta especificada na Norma Brasileira apresenta desempenho satisfatório em argilas com resistências inferiores a 50 Kpa. A
As principais características do ensaio e equipamentos são:
· A palheta em forma de cruz é constituída de 4 aletas, fabricadas em aço de alta resistência, com diâmetro de 65mm e altura de 130mm (altura igual ao dobro do diâmetro). Admite-se palheta retangular menor (50mm de diâmetro e 100mm de altura quando o ensaio for realizado em argilas rijas (Su > 50Kpa)
· A haste fabricada em aço capaz de suportar os torques aplicados, conduz a palheta até a profundidade do ensaio.
· O equipamento de aplicação e medição do torque, projetado para imprimir uma rotação ao conjunto de haste fina/ palheta de 6 ± 0,6º/ min, deve possuir mecanismo de coroa e pinhão, acionado por manivela ou por motor elétrico.
9. Referências
Dos santos, Antônio. Geologia de Engenharia: ABGE,
http://geodrill.com.br/engenharia/ensaios-de-palheta-vane-test/
https://pt.wikipedia.org/wiki/Sondagem_SPT
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