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Geofísica Resolução vertical estimada * Geofísica Espessura mínima de camada identificável por GPR Constante Dielétrica (K) Mínima espessura de camada (m) Freqüência da antena Transmissora (MHz) * Geofísica Detectando objetos cilíndricos enterrados Alvos Metálicos (Regra Prática)* PROFUNDIDADE DIÂMETRO APROXIMADO DO OBJETO APROXIMADA NECESSÁRIO PARA DETECÇÃO 0 - 3 m 8 cm para cada metro de profundidade (0 - 12 ft) 1” para cada pé de profundidade > 3 m 50 cm para cada metro de profundidade ( > 12 ft) 6” para cada pé de profundidade *Depende do Alvo e das Propriedades Elétricas da Subsuperfície Alvos Plásticos Profundidade: 25 cm em areia saturada Um tubo com menos de 6 cm de diâmetro é de difícil detecção Um tubo com 9 cm de diâmetro é perfeitamente detectável * Geofísica Configurando a janela de tempo de registro Pode ser configurada entre 5 e 3,000 ns Para configurá-la: Estime o tempo duplo de viagem da onda na subsuperfície Estime a máxima profundidade do alvo Multiplique o tempo de viagem pela profundidade e por 1,5 Exemplo: Máxima profundidade do alvo: 3m Material da subsuperfície: Areia (20 ns/m) Janela de tempo: 3 x 20 x 1,5 = 90ns * Geofísica O mesmo dado com diferentes janelas de tempo Janela de tempo: 200 ns Janela de tempo: 400 ns * Geofísica FALSEAMENTO (ALIAS) Ambigüidade de freqüência introduzida pelo processo de amostragem Alias de 200 Hz (linha tracejada) como 50 Hz (linha cheia). Geofísica Amostragem do traço GPR O traço tem, normalmente, 512 amostras, mas esse número deve SEMPRE ser maior que 10 X (janela de tempo / largura do pulso da antena) para evitar o falseamento. Para uma dada amostragem do traço há uma máxima janela de tempo, para cada antena, que os dados podem ser registrados sem perda de resolução. Para janelas de tempo maiores, pode ser necessário aumentar o número de amostras em cada traço, em geral, para 1024 ou 2048 amostras/traço. Exemplo: Usando a antena de 500 MHz, a janela de tempo máxima é de 100 ns com 512 amostras / traço, porque 10 x (100/2) = 500, logo abaixo de 512 amostras / traço. Geofísica Larguras de pulso GPR Freq (MHz) Largura do pulso (ns) 100 10 120 8 200 5 250 4 300 3 400 2.5 500 2 900 1 1000 1 1500 0.7 * Geofísica Taxa de medição (scan rate) em GPR A taxa normal de medição é de 32 medições/segundo A velocidade “média” em um levantamento GPR é de cerca de 1 metro por segundo. Isto resulta em uma medição a cada 3 cm (medida na superfície) Para aumentar a velocidade do levantamento é preciso aumentar também a taxa de medição. Geofísica Máxima velocidade do levantamento Em geral, pelo menos 20 medições são necessárias para identificar um objeto. O número de medições que amostram um objeto é determinado pela taxa de medição, tamanho do objeto, largura do feixe de raios da antena e velocidade do levantamento. A máxima velocidade de levantamento é dada por: velocidade < (taxa de medição).(largura do feixe + largura do objeto) / 20 * Geofísica Configurando ganhos em GPR As funções de ganho podem ter, em geral, de 2 a 8 pontos. Funções lineares de ganho (2 pontos) são boas para janelas de tempo pequenas (< 30 ns). Para janelas maiores deve-se usar funções de ganho com 3 a 5 pontos. Uma função de ganho deve ser suave. O ganho aumenta com a profundidade (o ganho NUNCA deve diminuir com profundidade). * Geofísica As reflexões mais fortes devem ocupar cerca de 3/4 da largura da tela. Ganhos altos demais causam corte nos dados de mais altas amplitudes. Ganhos baixos demais causam perda devido a contrastes fracos nos dados. Configurando ganhos em GPR Geofísica Filtros usados em GPR Passa-alta vertical 1/6 da freqüência da antena Passa-baixa vertical 2 vezes a freqüência da antena Suavização horizontal igual a 3 Remoção do background horizontal Geofísica Efeito do filtro passa-alta vertical Traço não-filtrado Traço filtrado * Geofísica Efeito do filtro passa-baixa vertical Traço não-filtrado Traço filtrado * Geofísica Dado não-filtrado Dado filtrado Remoção do background horizontal * Geofísica Efeito das variações topográficas em GPR Dado original Dado corrigido Superfície 0 100ns * Geofísica Estimativa de profundidade de alvos em GPR Alguns métodos: Método 1 - usa velocidades padronizadas (parâmetros publicados). Método 2 - localiza objetos de profundidades conhecidas. Método 3 - CDP (common depth point) – mesmo princípio usado na sísmica. * Geofísica Método 1 – Velocidade a partir da constante dielétrica Onde: C = Velocidade da luz no vácuo (3 x 108 m/s) E = Constante dielétrica V = Velocidade (m/ns) TT = Tempo de trânsito duplo por metro (slowness), ns/m * Geofísica Propriedades eletromagnéticas de alguns materiais Geofísica Método 2 - Usa objetos de profundidade conhecida 1) Registre uma linha GPR perpendicular ao maior eixo de um alvo de profundidade conhecida, tal como um tanque ou tubulação. Determine, da seção GPR, o tempo de trânsito duplo do objeto. 3) Estime a velocidade da onda de radar na subsuperfície usando a seguinte relação: Velocidade = 2 x profundidade / (tempo de trânsito duplo) 4) A profundidade dos alvos desconhecidos pode agora ser estimada através de: Profundidade = velocidade x (tempo de trânsito duplo) / 2 * Geofísica MÉTODO 3 - CDP * Geofísica Dicas para um levantamento GPR Previamente obtenha toda informação útil possível. Mapas e plantas de construções da área; Perfis de poços e outras informações geofísicas (condutividade); Geologia da área; Experiência de quem já trabalhou na área; Leve todo o equipamento apropriado e necessário. Marcadores (tintas, bandeiras, fitas, linhas, cones, etc.); Trena; Ferramentas (fita isolante, chave de boca, chave de fenda, etc.); * Geofísica Dicas para um levantamento GPR Faça uma inspeção prévia no terreno. Procure por evidências de objetos enterrados (i.e., galerias, válvulas de tubulações, final de tubulações, topografia estranha); Procure por alvos de profundidade conhecida para calibração; Faça fotografias da área. Garanta o suprimento de energia. Geofísica Mais dicas Configuração inicial Teste em várias áreas para estabelecer configurações apropriadas; Estabeleça estimativas de profundidade usando poucos alvos. O cabo de controle Procure evitar que ele se deforme; Não puxe o cabo quando ele estiver preso; Mantenha o cabo sempre atrás da antena; Nunca registre com o cabo debaixo da antena. * Geofísica Durante o levantamento: Desloque a antena a uma velocidade constante na direção apropriada; Marque regularmente na seção registrada a posição de elementos reconhecíveis na superfície; Faça anotações detalhadas no cabeçalho de cada seção. Concentre-se no que você e o equipamento estão fazendo, e no que os dados de subsuperfície estão indicando. Mais dicas Geofísica Condições necessárias para a obtenção de bons resultados num levantamento GPR: Experiência Baixa condutividade Contraste Dielétrico Acesso à área - boa superfície Ângulo de reflexão Organização Antena apropriada Velocidade adequada Bom sinal Conhecimento da área Bom operador Boa interpretação Processamento do sinal Planejamento Bom tempo Tempo Confiança Bom equipamento SORTE Persistência Esperar o inesperado!! Boa atitude Mente aberta Entendimento dos objetivos * T m = 1/4 l onde: T m – é a espessura mínima de camada que pode ser resolvida l - é o comprimento de onda do radar O comprimento de onda pode ser calculado de: l = v / f onde: l - é o comprimento de onda do radar f – é a freqüência do sinal transmitido A velocidade da onda do radar no meio pode ser estimada por (Davis & Annan, 1989): V = C / Ö e onde: C – é a velocidade da luz no vácuo = 3 x 10 8 m/sCombinando as três equações acima, obtemos: T m = C / (4f Ö e ) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 25 50 75 100 150 200 250 300 500 1000 r r r r ETT ETT C E VTT ECV 6.6(ns/m) 2(ns/ft) //1 / MATERIAL s mho/m e r TT ns/m Ar 0 1 7 Água doce 10 - 4 - 3 . 10 - 2 81 59 Água do mar 4 81 59 Areia (seca) 10 - 7 - 10 - 3 4 - 6 15 Areia (saturada) 10 - 4 - 10 - 2 30 36 Silte (saturado) 10 - 3 - 10 - 2 10 20 Argila (saturada) 10 - 1 - 1 8 - 12 20 Gêlo de água doce 10 - 3 4 13 Per mafrost 10 - 5 - 10 - 2 4 - 8 16 Granito (seco) 10 - 8 5 15 Calcário (seco) 10 - 9 7 - 9 16 Dolomita 7 - 8 8 Quartzo 4 13 Carvão 4 - 5 13 Concreto 6 16 Asfalto 3 - 5 13 - 16 Gêlo do mar 4 - 12 13 - 23 PVC, epóxi, poliéster, vinil, borracha 3 13 **TT – te mpo de trânsito duplo V x m x d t t = - 2 2 x x¹ V x m x d t t = - 2 2 x x¹
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