Relatório 3 Ensaios geofísicos Copia

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SUMÁRIO
	Introdução....................................................................................................................... 4
	Desenvolvimento............................................................................................................5
	Ensaios geofísicos.................................................................................................... 5
	Vantagens dos métodos geofísicos................................................................. 5
	Desvantagens dos métodos geofísicos........................................................... 6
	Método GPR............................................................................................................. 7
	Método eletrorresistividade...................................................................................... 9
	Métodos sísmicos..................................................................................................... 9
	O método geofísico adequado para investigação de ambientes submersos.......... 10
	Conclusão..................................................................................................................... 14
	Referência bibliográfica................................................................................................. 15
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 − Seção GPR obtida em inspeção de pavimento................................................... 8
Figura 2 − Seções de GPR mostrando a presença de uma tubulação (adutora de água)
emsubsuperfície...................................................................................................................8
Figura 3 − Ao alto, utilização de antena com frequência igual a 1.600 MHz em aplicação
de GPR; acima, ensaio de eletrorresistividade realizado em rua onde ocorreu um
colapso de solo, mostrando os eletrodos metálicos cravados no chão................................ 9
Figura 4 − Ensaio crosshole realizado em área urbana.......................................................10
Figura 5 − Registros obtidos por meio do emprego da perfilagem sísmica contínua
com fonte acústica do tipo boomer. a) à esquerda, registro obtido no canal de
São Sebastião, SP (Souza et al., 2006); b) à direita, registro obtido no Lago
Guaraciaba, Santo André (SP). Souza (2006) e IPT (2003) ............................................... 12
Figura 6 − Registro obtido com emprego de perfilador sísmico de fonte acústica do tipo
chirp (2-8kHz)..................................................................................................................... 13
	INTRODUÇÃO
Nas últimas décadas a geofísica aplicada vem desempenhando um importante papel nos projetos de engenharia, prospecção de bens minerais e em estudos ambientais. Todavia,muito comumente, as empresas que gerenciam estes projetos desconhecem a diversidade de metodologias geofísicas disponíveis no mercado, bem como, o correto emprego e as limitações e potencialidades destas ferramentas de investigação. Segundo Orellana (1972)geofísica é a “ciência que se ocupa do estudo das estruturas do interior da Terra e da localização de materiais delimitados pelos contrastes de alguma de suas propriedades físicas com as do meio circundante, usando, para esta finalidade, medidas tomadas na superfície da terra ou da água, no interior de furos de sondagens ou em levantamentos aéreos”.
Por propriedades físicas dos materiais entende-se, velocidade de propagação de ondas elásticas, resistividade elétrica, densidade, potencial elétrico natural,cargabilidade, suscetibilidade magnética, entre outras. Ao detectarem os contrastes entre as propriedades físicas dos materiais que compõem a crosta terrestre, os métodos geofísiterrenos investigados.
Dos parâmetros definidos, destacam-se: o grau de alteração, a presença de estruturas geológicas, a espessura dos estratos sedimentares, a identificação de contatos geológicos, dentre outros, características estas fundamentais para o desenvolvimento de qualquer projeto em geotécnica ou meio ambiente.
Entre alguns exemplos de projetos nos quais a geofísica pode efetivamente contribuir, podem ser citados: locação de poços para captação de água subterrânea, mapeamento de plumas de contaminação e do contato água doce-água salgada, identificação de zonas de fraturamento em maciços rochosos, determinação da profundidade do topo rochoso, mapeamento de utilidades (dutos, galerias, adutoras), identificação de vazamento em barragens, definição do volume de material para dragagem em regiões portuárias ou do volume do material assoreado em reservatórios ou em hidrovias.
	DESENVOLVIMENTO
		Ensaios geofísicos
Ensaios geofísicos são métodos indiretos de investigação do subsolo, não invasivos e, portanto, não destrutivos. Os ensaios em campo geralmente são executados emsuperfície, com equipamentos que realizam medidas as quais respondem a determinadas propriedades físicas do material geológico em subsuperfície, assim como a presença de estruturas ali existentes.
A investigação geofísica possui ainda a vantagem de fornecer uma rápida e ampla amostragem do volume investigado do subsolo, em seu estado natural e não perturbado por intervenções diretas (sondagens, cavas e trincheiras). Entretanto, justamente por ser um método de investigação indireto, a geofísica não dispensa as informações diretas, fundamentais para interpretações mais precisas, confiáveis e conclusivas dos resultados obtidos, dentro do maior rigor técnico possível.
Há uma grande variedade de métodos geofísicos utilizados nas mais diversas aplicações. São classificados de acordo com as propriedades físicas do meio que investigam. Em ambientes urbanos, podem ser utilizados os seguintes métodos que, geralmente, apresentam resultados satisfatórios: GPR, eletrorresistividade e, em condições favoráveis, os métodos sísmicos.
Um grande desafio colocado à metodologia nos últimos anos tem sido sua aplicação para resolver problemas geotécnicos, geológicos e ambientais em áreas urbanas. Uma das principais características dos ambientes urbanos e que representa grande dificuldade para ensaios geofísicos é a elevada presença de ruídos e, comumente, reduzido espaço para um adequado levantamento de campo em áreas cada vez mais ocupadas. As fontes de ruídos podem ser diversas: tráfego de veículos, intensa presença de pedestres, linhas de alta tensão, cabos elétricos etc.
Cuidados adicionais devem ser tomados durante a aquisição dos dados, deforma a garantir um nível aceitável do sinal a ser medido, acima do ruído ambiental. Em ambientes urbanos é sempre recomendada a aplicação de mais de um método geofísico a fim de minimizar as dificuldades anteriormente citadas e serem alcançados os objetivos propostos.
			Vantagens dos métodos geofísicos
São muitas as vantagens da utilização dos métodos geofísicos em projetos degeotécnica emeio ambiente, quando comparados aos clássicos métodos de investigação de subsuperfície. Umas das mais importantes é a própria natureza não- -invasiva dos métodos geofísicos, característica relevante nos dias atuais, já que questões relacionadas à preservação do meio ambiente investigado são prioritárias em qualquer projeto. Outra característica a ser destacada é a relativa rapidez com que são executados os ensaios de campo.
Na investigação de áreas submersas este fator é ainda mais relevante, pois uma semana de execução de ensaios geofísicos significa a aquisição de dezenas de quilômetros de perfis, o que garante a cobertura de grandes áreas proporcionando uma excelente relação custo-benefício.
Outra vantagem dos métodos geofísicos é a amplitude da cobertura dos levantamentos, o que dá maior representatividade aos dados. Ao contrário dos métodos convencionais, como sondagens, trincheiras ou amostragens (que são pontuais), perfis ou linhas geofísicas cobrem grandes árease, portanto, geram informações queampliam o conhecimento da área do projeto, tendo como consequência a minimização dos riscos inerentes e das ambiguidades dos modelos interpretativos gerados.
Todavia, ressalta-se que a utilização de métodos geofísicos não implica no abandono dos métodos convencionais de investigação. Dados diretos, oriundos de sondagens ou amostragens, serão sempre importantes para subsidiar o profissional na interpretação das informações geofísicas, com a finalidade de se estabelecer um modelo geológico para a área investigada.
A utilização de métodos geofísicos num determinado projeto pode ainda orientar os procedimentos com relação às investigações diretas, minimizando a quantidade e otimizando a localização das mesmas.
			Desvantagens dos métodos geofísicos
Quanto àsdesvantagens da utilização dos métodos geofísicos, destacam-se os altos preços dos equipamentos, que são geralmente importados, implicando em investimentos iniciais de dezenas ou centenas de milhares de dólares.
A necessidade de mão de obra especializadapara aquisição de dados, bem comopara a manutenção dos equipamentos, constituem-se fatores que também limitam a utilização ampla dos métodos geofísicos no Brasil.
A crescente utilização de levantamentos em ambientes urbanos coloca os métodos geofísicos frente a novos desafios, tendo em vista a intensa presença de ruídos eletromagnéticos, tráfego intenso de veículos, presença de pavimentos e reduzido espaço para a aquisição dos dados.
		Método GPR
GPR Um método geofísico muito utilizado em ambientesurbanos é o denominado GPR (Ground Penetrating Radar) que apresenta alta resolução por utilizar ondas eletromagnéticas de altíssimas frequências (da ordem de centenas a milhares de MHz) emitidas por uma antena situada na superfície do terreno.
O GPR fornece como resultado uma seção que corresponde a uma imagem de alta definição do subsolo, mostrando as interfaces onde as ondas eletromagnéticas sofreram reflexões e retornaram à superfície. Sua principal desvantagem é a limitada profundidade de investigação(da ordem de poucos metros).
A escolha da frequência a ser utilizada pelo equipamento está relacionada à profundidade que se deseja investigar e a resolução a ser alcançada. Quanto maior a frequência, maior a resolução ao custo de uma menor profundidade de investigação.
O contrário ocorre quando são utilizadas frequências menores que permitem alcançar maiores profundidades, porém com perda de resolução. As propriedades elétricas do solo influenciam muito a qualidade dos dados. Terrenos eletricamente maiscondutivos (por exemplo, solos argilosos com presença de água) causam maior atenuação do sinal e perda de penetração do sinal, se comparados com terrenos menos condutivos (solos arenosos, secos).
O GPR tem grande aplicação na identificação de tubulações enterradas (metálicas e não metálicas), tais como dutos, galerias e adutoras, tanques de armazenamento e na inspeção de estruturas de concreto e pavimentos. Nestas duas últimas aplicações, como a faixa de investigação é extremamente rasa (centimé- trica), antenas de altas frequências devem ser utilizadas (superiores a 1.000 MHz).
A Figura 1 mostra uma seção GPR obtida na inspeção de um pavimento, onde se observa um forte refletor contínuo (pontilhado em amarelo) que corresponde à interface entre um solo compactado (abaixo) e a camada superior composta por uma capa asfáltica betuminosa de pequena espessura (em torno de 3cm) e a camada de brita subjacente (em torno de 11cm).
A Figura 2 apresenta outro dado de GPR obtido na identificação de uma adutora de água. Situada em torno de 1,2m de profundidade, a adutora tinha diâmetro nominal de 600mm de diâmetro e era constituída de ferro fundido. A seta vermelha indica o sinal nas seções GPR (250MHz, menor resolução e 500MHz, maior resolução) correspondente à posiçãoda tubulação em subsuperfície.
Figura 1 − Seção GPR obtida em inspeção de pavimento.
Figura 2 − Seções de GPR mostrando a presença de uma tubulação (adutora de água) em subsuperfície.
		Método Eletrorresistividade
Outro método geofísico comumenteutilizado em ambientes urbanos é a eletrorresistividade. Trata-se de método simples e robusto que usa a passagem de uma corrente elétrica no subsolo por meio de eletrodos cravados no solo e a correspondente medida da diferença de potencial originada pela passagem desta corrente.
O parâmetro físico mensurado é a resistividade elétrica (ou seu inverso, condutividade elétrica) que varia conforme o grau de saturação do solo e a condutividade do fluido saturante, dentre outros fatores. O método encontra aplicação na investigação de áreas onde ocorreram colapsos e subsidências do terreno e também em estudos de contaminação de solos e água subterrânea.
Os resultados são também apresentados sob a forma de seções, com a distribuição espacial da resistividade elétrica em subsuperfície. Fornece uma resolução inferior se comparada ao método GPR, embora possa complementá-lo quando maiores profundidades de investigação são necessárias.
Figura 3 − Ao alto, utilização de antena com frequência igual a 1.600 MHz emaplicação de GPR; acima, ensaio de eletrorresistividade realizado em rua onde ocorreu um colapso de solo, mostrando os eletrodos metálicos cravados no chão.
		Métodos sísmicos
Métodos sísmicos Os métodos sísmicos comumente aplicados em áreas urbanas são ocrosshole, a sísmica de reflexão e, mais recentemente o MASW (uma evolução do método SASW).
O crosshole fornece com precisão o perfil de variação de velocidade das ondas compressionais e das ondas cisalhantes com a profundidade. Necessita ao menos de dois furos, o que encarece o seu emprego se comparado aos métodos de superfície. É utilizado para a determinação dos módulos elásticos dinâmicos dos solos, parâmetros de grande interesse para a engenharia geotécnica e de fundações.
A sísmica de reflexão vemsendo cada vez mais utilizada em ambientes urbanos graças à evolução tecnológica e instrumental da técnica no decorrer dos últimos anos.
O método MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) utiliza o registro das ondas superficiais e, como resultado após o processamento dos dados, fornece o perfil de velocidade da onda cisalhante com a profundidade. Desperta interesse (sendo um ensaio de superfície não requer furos para ser realizado), largamente aplicado em outros países e que ganha cada vez mais espaçono Brasil.
Figura 4 − Ensaio crosshole realizado em área urbana.
		O método geofísico adequado para investigação de ambientes submersos
Os métodos sísmicos se destacam quando se trata da investigação de áreassubmersas. Outros métodos geofísicos (elétricos, eletromagnéticos e magnetométricos) têm sido aplicados em estudos destes ambientes, todavia têm aplicação restrita e apresentam resultados mais qualitativos que quantitativos, e assim, oferecem produtos que não necessariamente satisfazem as solicitações de projetos de engenharia.
Todavia, mesmo considerando o excelente e consagrado desempenho dos métodos sísmicos em investigações desta natureza, a decisão pela utilização de um ou outro método sísmico, dentre as várias possibilidades existentes, depende de algumas variáveis e, esta decisão não constitui um procedimento trivial. Diferentes métodos sísmicos utilizam diferentes fontes acústicas, que por sua vez possuem características específicas e oferecem produtos distintos.
São vários os exemplos naliteratura nacional de tomada de decisões equivocadas com relação ao método geofísico a ser empregado numa determinada investigação geológica ou geotécnica.
Destes casos decorrem enormes prejuízos financeiros e técnicos aos empreendimentos, além de um prejuízo maior que é o conceitual, de expor, negativamente, o método geofísico que foi empregado com objetivo para qual não foi configurado.
As fontes acústicas possuem propriedades que as caracterizam, tais como espectro de frequências e energia (potência), que as credenciampara serem aplicadas a objetivos distintos. De forma geral pode-se afirmar que fontes acústicas de frequências superiores a 2kHz oferecem melhor resolução, mas com prejuízo da penetração. Ao contrário, fontes acústicas com frequências inferiores a 2kHz favorecem o melhor desempenho no item penetração.
Assim, para a investigação de depósitos sedimentares compostos basicamente de sedimentos arenosos (areias e cascalhos) comuns em aluviões de rios, com espessuras superiores a 8-10m, se faznecessário o emprego de fontes acústicas de maior energia e que emitam espectros com frequências inferiores a 2kHz. Fontes do tipo boomer e chirp (preferencialmente os de alta potência) estão entre as mais indicadas para se atingir estes objetivos.
Os exemplos ilustrados na Figura 5 mostram excelentes perfis de subsuperfície obtidos com uma fonte acústica do tipo boomer. O primeiro, obtido no canal de Santos, permite observar a extensão do afloramento rochoso em profundidade, assim como a camada sedimentar sobreposta com espessura superior a 15m.
O segundo, obtido no lago Guaraciaba, Santo André (SP) mostra uma camada de sedimentos com cerca de 25m de espessura depositada sobre a topografia irregular do embasamento local, assim configurada como resultadodas atividades pretéritas deextração de areia.
A Figura 6 ilustra um registro obtido com o emprego de fonte acústica do tipo chirp mostrando, por outro lado, a importância do uso desta fonte acústica de alta resolução na identificação da espessura das camadas subsuperficiais de sedimentos.
Figura 5 − Registros obtidos por meio do emprego da perfilagem sísmica contínua com fonte acústica do tipo boomer. a) à esquerda, registro obtido no canal de São Sebastião, SP (Souza et al., 2006); b) à direita,registro obtido no Lago Guaraciaba, Santo André (SP). Souza (2006) e IPT (2003).
Figura 6 − Registro obtido com emprego de perfilador sísmico de fonte acústica do tipo chirp (2-8kHz).
	CONCLUSÃO
	REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA