Autor: Leandro Filgueiras
Coautor: Rodrigo Ribeiro

A geofísica tem desempenhado um papel crucial na investigação e análise do subsolo, oferecendo ferramentas e métodos capazes de identificar e caracterizar diversas propriedades geológicas. Dentre essas técnicas, a eletrorresistividade destaca-se pela sua capacidade de mapear variações na resistividade elétrica do solo e das rochas, fornecendo dados essenciais para a engenharia civil, geologia e estudos ambientais.

Este artigo visa apresentar dois estudos, realizados pela Priner, de caso distintos, porém complementares, que demonstram a aplicabilidade da geofísica na solução de problemas de engenharia.

O primeiro estudo aborda a implantação de investigações geoelétricas com a finalidade de identificar cavidades, galerias, zonas de fratura, falhas geológicas e contatos entre aterro, solo e rocha na região de um bueiro metálico (armco). Essa análise se mostra essencial para avaliar condições estruturais, mapear heterogeneidades e fornecer subsídios para reforços ou intervenções em obras de infraestrutura.

O segundo estudo utiliza levantamentos elétricos para localizar bulbos de concreto e poliuretano formados por estacas injetadas no subsolo, avaliando a resposta geoelétrica desses materiais. Para isso, foram empregados perfis de eletrorresistividade em arranjo dipolo-dipolo, possibilitando mapear mudanças físicas associadas às estacas. Esses dois estudos exemplificam a versatilidade e a importância da geofísica na engenharia civil, evidenciando sua capacidade de apoiar diagnósticos, orientar intervenções e reduzir incertezas em projetos geotécnicos e ambientais. Os resultados obtidos não apenas contribuem para a segurança e eficiência das obras analisadas, mas também reforçam a relevância desses métodos como ferramentas essenciais para pesquisas e desenvolvimentos futuros no campo das geociências.

1 Eletroresistividade

O método da eletrorresistividade emprega uma fonte de corrente artificial (I), a qual é injetada no solo por dois pontos de eletrodos, chamados de eletrodos de corrente (A e B), com o objetivo de fazer leituras do potencial (ΔV) entre eles por outros dois pontos de eletrodos, chamados de eletrodos de potencial (M e N) (TELFORD, GELDART e SHERIFF 1990), a fim de determinar a resistividade dos materiais e a sua distribuição em subsuperfície.

Figura 1 – Esquema representativo das partes componentes de um sistema de prospecção geoelétrica

A corrente e o potencial medido são convertidos em valores de resistividade aparente (ρa) pela equação 1, onde k é o fator geométrico.

No caminhamento elétrico, as leituras são feitas a cada dois pares eletródicos, sendo que a quantidade de eletrodos utilizados na aquisição varia de acordo com o método implementado e o equipamento. De modo geral, para diminuir o tempo de aquisição, são utilizados cabos multieletródicos para otimizar o tempo de aquisição. As medidas são efetuadas entre os eletrodos de potencial e de corrente, como mostra a Figura 2, em que é possível observar os arranjos eletródicos mais usuais.

Conforme o espaçamento entre os eletrodos aumenta, é possível aumentar o nível de investigação n. Quanto maior a densidade de pontos investigados em subsuperfície, maior será a qualidade (resolução) do dado.

Os arranjos eletródicos, por conta da sua geometria de aquisição se mostram mais sensíveis a variações vertical e horizontais. O arranjo Dipolo-Dipolo é o mais utilizado para observações em variações laterais, ainda que seja suscetível a influência da resistividade de unidades superficiais, é o que possui maior número de amostras para um mesmo espaçamento. O arranjo Wenner-Schlumberger é um mix resultante dos arranjos Wenner e Schlumberger, geralmente usados para definir variações verticais, comparado muitas vezes à sondagem elétrica vertical.

Figura 2 – Esquema sequencial de aquisição de dados utilizado em caminhamento elétrico com diferentes arranjos

Fonte: Adaptada de Loke, 2004

No terreno natural, dado que se encontram normalmente heterogeneidades e anisotropias, a distribuição das linhas de corrente, ou melhor, do campo elétrico, é a maior parte das vezes diferente. Quando se faz a aplicação do método geoelétrico a interpretação dos elementos recolhidos deverá ser apurada avaliando possíveis distorções do campo elétrico provocadas pela existência dessas heterogeneidades ou anisotropias no terreno, tais como seja a estratificação e suas inclinações, a xistosidade, ocorrência de falhas ou de outros acidentes geológicos.

Figura 3 – Representação num corte vertical e em planta do campo elétrico gerado no terreno pelo fluxo de uma corrente elétrica a partir da superfície.

Compreende-se, assim, que a resistividade aparente não é uma característica única e intrínseca dos materiais. Contudo, existe significado, embora relativo, quando se comparam diversos valores obtidos numa determinada área. Quando se faz a interpretação de resultados em que este método tenha sido aplicado, é necessário ter sempre presente o conceito de que a resistividade elétrica aparente é proporcional à resistividade elétrica real do volume de terreno compreendido entre os eletrodos de potencial, M e N.

1.1 Resistividade dos materiais

A circulação da corrente elétrica nos diversos terrenos varia em função da natureza química e física dos diferentes materiais que atravessa, da sua porosidade bem como da natureza dos fluidos que contenha. As variações mais significativas do campo elétrico podem neste sentido corresponder a heterogeneidades litológicas ou a anomalias de resistividade dos materiais. No ambiente geológico, os diferentes tipos litológicos existentes, apresentam como uma das suas propriedades fundamentais o parâmetro físico resistividade elétrica, o qual reflete algumas das suas características, servindo para caracterizá-los em termos de alteração, fraturação, saturação e até identificá-los litologicamente.

No quadro seguinte apresentam-se as resistividades típicas associadas a alguns tipos de materiais.

Quadro 1 – Resistividade Elétrica de Diferentes Materiais

2 Procedimento executivo: cases realizados

3.1 Case 1 – Bueiro Armco

Ensaio realizado para conferir situação do subsolo com a presença de estrutura para drenagem – Bueiro, com 3 metros de diâmetro, formada por chapas metálicas (armco). O Bueiro do Córrego João Manoel se encontra no distrito de Santa Rita Durão, Município de Mariana, Estado de Minas Gerais e está localizado em uma profundidade média de 10 a 13 metros abaixo da superfície, com extensão de 80 metros. A inclinação entre emboque à montante e desemboque posicionado a jusante apresenta 3%.

Figura 4 – Detalhamento Bueiro

É apresentada representação da área de interesse detalhando posição das seções dos ensaios geofísicos.

Figura 5 – Localização Bueiro João Manoel

A partir de verificação foi definido área a ser ensaiada, conforme descrição das seções em planta. Foram feitas duas secções transversais A e B, no emboque e desemboque.

Figura 6 – Seções transversais A e B

O equipamento utilizado foi o eletrorresistivímetro multieletródico SuperSting R8 (fabricado pela empresa Advanced Geosciences Inc. – AGI), acoplado a cabos multicanais com 56 eletrodos. Para a alimentação do equipamento foi utilizado uma bateria estacionária de 12 volts e 110 Amperes.

Figura 7 – Equipamento utilizado

Figura 8 e 9 – Seção A

Figura 10 – Seção B

Os caminhamentos elétricos exprimem as variações laterais, verticais e horizontais de resistividade, permitindo delimitar anomalias de baixa resistividade (correlacionáveis com zonas mais degradadas e fraturadas e/ou alterações na permeabilidade do meio) e anomalias de alta resistividade (correlacionáveis com zonas mais resistentes, representadas por rochas pouco alteradas e fraturadas). De acordo com a escala cromática adotada para reproduzir os valores de resistividade elétrica obtidos, as anomalias de baixa resistividade são representadas por cores frias e as anomalias de alta resistividade encontram-se associadas às cores quentes. De modo a facilitar a interpretação das seções foi utilizado uma escala única de valores de resistividade para todas as seções 2D. Nesta apresentação de resultados, serão apresentadas as seções A e B. Para as leituras foi utilizado espaçamento de eletrodos com 2 metros e 1,5 metros.

Figura 11 – Seção A (EMBOQUE)

A região entre os eletrodos EL 14 e EL 16 indica área do bueiro. Fazendo a locação do túnel armco, percebemos uma região de maior resistividade acima da seção do túnel (em vermelho) possivelmente devido à compactação e fluxo dos caminhões fora de estrada. Abaixo dessa região foi detectado região com menor resistividade (em verde) na área do túnel e entorno, sugerindo área com maior porosidade. Na extensão 0-32 metros, é verificado baixa resistividade (em azul) em função de concentração de água acumulada, conforme indicado abaixo.

Figura 12 – Presença de água na região da seção A

Figura 13 – Seção B (DESEMBOQUE)

A região entre os eletrodos EL 18 e EL 20 indica área do bueiro. Fazendo a locação do túnel, percebemos uma região de menor resistividade (em azul) da superfície ao armco, representando um caminho preferencial de drenagem, mais poroso. No entrono do túnel, percebemos uma menor resistividade devido ao armco, o que já era esperado. Nas camadas inferiores a resistividade aumenta, caracterizando material estruturado – compacto.

Figura 14 – Região de desemboque do bueiro

3.2 Case 2 – Localização Estacas

Utilização de Geofísica para identificar as anomalias geradas pela inserção de material no subsolo através de estacas, bem como de terminar o tamanho das anomalias geoelétricas geradas (como tamanho e comprimento dos bulbos gerados) e sua profundidade. Desta forma, busca-se compreender o comportamento da resposta eletrorresistiva do material em subsuperfície utilizando o método de eletrorresistividade com o arranjo dipolo-dipolo.

Durante a instalação, duas estacas foram destinadas à injeção de calda de cimento normal, enquanto outras duas receberam injeção de poliuretano expansivo. Considerando a possível dilatação das estacas, foram aplicados tirantes de poliuretano e calda normal nas hastes para garantir estabilidade adequada. Após a instalação, um ensaio de retirada foi realizado para avaliar a eficácia do processo. Para localizar as estacas, empregou-se o método de eletrorresistividade com o arranjo dipolo-dipolo, utilizando um espaçamento de 0,5 metros entre os eletrodos. Esse método permite mapear as variações na resistividade elétrica do solo, facilitando a identificação de mudanças físicas causadas pelas estacas e sua posição no subsolo.

Durante a campanha, foi empregado o método da eletrorresistividade utilizando a técnica do caminhamento elétrico e arranjo Dipolo-Dipolo. A localização da área levantada pode ser observada na Figura 15. As aquisições das seções de eletrorresistividade foram realizadas utilizando o arranjo Dipolo-Dipolo (DD) em perfis bidimensionais. A responsabilidade pela execução ficou a cargo de uma empresa especializada, que realizou as aquisições no período compreendido entre os meses de janeiro e fevereiro de 2024.

Figura 15 – Mapa de localização das seções de eletrorresistividade

As seções sofreram alguns desvios devido aos objetos existentes na área. A Figura 16 representa as seções realizadas em relação às seções previamente planejadas. Apesar disso, devido a esses desvios e ao comprimento da área disponível, foi possível alcançar aproximadamente 5 metros de profundidade, alguns desvios em relação ao planejamento inicial. Essas variações não tiveram um impacto significativo no processamento dos dados.

Figura 16 – Mapa de localização das seções de eletrorresistividade, com relação as linhas previamente planejadas

O equipamento utilizado foi o eletrorresistivímetro multieletródico SuperSting R8, acoplado a cabos multicanais com 56 eletrodos. Para a alimentação do equipamento foi utilizado uma bateria estacionária de 12 volts e 110 Amperes (Figura 17).

Figura 17 – Equipamento de Eletrorresistividade

O programa utilizado neste trabalho para realizar a modelagem foi o RES2DInv (Geotomo software), que possui as ferramentas e processos de modelagem necessários para o processamento de dados. O método de inversão do programa realiza várias iterações para minimizar a diferença entre os valores medidos e calculados, assim como a irregularidade e/ou rugosidade dos valores de resistividade (LOKE, 2001). As seções de eletrorresistividade foram submetidas à rotina de inversão por robusta devido ao grau de detalhamento e a busca pelo contato abrupto que delimita a anomalia causada pelo material injetado no solo, muitas vezes indicados como gradiente de resistividade

Após a filtragem e inversão das seções de eletrorresistividade foi gerada o VOXEL (Figuras 18 e 19) das seções.

Figura 18 e 19 – Composição 3D das seções, arranjo D-D

O VOXEL é um modelo de grid regular tridimensional em que a cada unidade de volume (pixel) é atribuído um valor, o tamanho de aresta utilizado para a plotagem do modelo foi de 0,12 metros, igual a um quarto do espaçamento dos eletrodos das seções de resistividade com maior resolução. O software utilizado para a confecção dos modelos foi o Oasis Montaj 9.1.

A seguir, são apresentados os resultados obtidos do processamento dos dados levantados em campo utilizando o método da eletrorresistividade. Por último, com base nos resultados descritos, tem-se um modelo geotécnico integrado.

Figura 20 – Linha L01DD-GM

Com um comprimento de 20,5 metros, nesta pseudoseção está localizada a Estaca 01 conforme o mapa de localização das seções. Devido ao espaço disponível do terreno, à estaca localizou-se na metade-final da pseudoseção, região em que a profundidade alcançada foi de aproximadamente 4 metros. A Estaca 01 produziu uma anomalia de aproximadamente 2 metros de diâmetro com mais de 3 metros de extensão em profundidade, visto que a pseudoseção não conseguiu amostrar o término da anomalia. Os valores de resistividade desta anomalia permearam entre 140 e 208 Ohms.

Figura 21 – Linha L02DD-GM

Com um comprimento de 20 metros, nesta pseudoseção está localizada a Estaca 02, conforme o mapa de localização das seções. Devido ao espaço disponível do terreno, a estaca localizou-se na metade-final da pseudoseção, região em que a profundidade alcançada foi de aproximadamente 4 metros. Diferentemente da Estaca 01, a Estaca 02 produziu uma anomalia de aproximadamente 1 metro de diâmetro com mais de 3 metros de extensão em profundidade, visto que a pseudoseção não conseguiu amostrar o término da anomalia. Os valores de resistividade desta anomalia, diferentemente da Anomalia da Estaca 01, apresentaram-se mais resistivos e permearam entre 309 e 460 Ohms.

Figura 22 – Linha L03DD-GM

Com um comprimento de 20 metros, nesta pseudoseção está localizada a Estaca 03, conforme o mapa de localização das seções. Devido ao espaço disponível do terreno, a estaca localizou-se na metade-final da pseudoseção, região em que a profundidade alcançada foi de aproximadamente 4 metros. Assim como a Estaca 02, a Estaca 03 produziu uma anomalia de aproximadamente 1 metro de diâmetro com mais de 3 metros de extensão em profundidade, visto que a pseudoseção não conseguiu amostrar o término da anomalia. Os valores de resistividade desta anomalia permearam entre 208 e 460 Ohms.

Figura 23 – Linha L04DD-GM

Com um comprimento de 19,5 metros, nesta pseudoseção está localizada a Estaca 04, conforme o mapa de localização das seções. Devido ao espaço disponível do terreno, a estaca localizou-se na metade-final da pseudoseção, região em que a profundidade alcançada foi de aproximadamente 4 metros. Diferentemente das outras Estacas, a Estaca 04 produziu uma anomalia de aproximadamente 1,5 metros de diâmetro com mais de 3 metros de extensão em profundidade, visto que a pseudoseção não conseguiu amostrar o término da anomalia. Os valores de resistividade desta anomalia, diferentemente das outras anomalias, apresentaram-se menos resistivos e permearam entre 63 e 140 Ohms, desta forma, a anomalia desta pseudoseção ficou classificada no 1º Intervalo (camada de baixa resistividade).

Figura 24 – Linha L05DD-GM

Esta pseudoseção foi a maior seção realizada com aproximadamente 25,5 metros de extensão. Esta linha foi executada no sentido sudeste – noroeste e foi realizada para passar por todas as estacas. Devido ao seu comprimento superior em relação as outras, esta seção atingiu maior profundidade quando comparado as seções da L01DD-GM à L04DD-DM. A Estaca 01, localiza-se ao final da linha e apresentou uma anomalia bem definida com 1 metro de diâmetro e mais de 3 metros de extensão em profundidade, com valores entre 140 e 208 Ohms conforme a seção L01DD-GM.

A Estaca 02 e 03 quase não apresentaram respostas anômalas, mostram apenas uma pequena curvatura com 1 metro de diâmetro em aproximadamente 1 metro de profundidade. A Estaca 04 apresentou a mesma anomalia existente na pseudoseção da linha L04DD-GM com valores um pouco menos resistivos variando entre 30 e 94 Ohms.

Tabela 1 – Relação dos Quantitativos Observados a Partir das Anomalias Visualizadas nas Seções de Eletrorresistividade Processadas

Considerações finais

Os resultados apresentados nos dois estudos de caso demonstram a contribuição ampla e significativa da geofísica para a engenharia civil, evidenciando sua capacidade de diagnosticar, caracterizar e monitorar o subsolo com precisão e sem a necessidade de métodos destrutivos. Nos cases analisados — investigação de cavidades e estruturas enterradas em um bueiro metálico, identificação de bulbos de estacas injetadas — observou-se como diferentes geofísicas podem ser aplicadas de forma complementar para solucionar desafios complexos da geotecnia e da infraestrutura.

A análise detalhada das anomalias geradas pelas estacas, pela resina de poliuretano e pelas condições geológicas locais permitiu compreender com maior profundidade as interações entre o solo e as intervenções executadas. Nos estudos que empregaram eletrorresistividade, as pseudoseções forneceram informações essenciais sobre a distribuição de resistividade, zonas fraturadas, heterogeneidades e volumes injetados, oferecendo uma visão integrada das condições do subsolo.

Esses resultados reforçam que a geofísica é uma ferramenta estratégica para a mitigação de riscos em obras de engenharia, permitindo identificar vazios, cavidades, perda de material, falhas de injeção e outras condições potencialmente críticas antes que evoluam para patologias estruturais. Além disso, sua aplicação favorece decisões mais seguras, otimização de projetos de reforço, redução de incertezas e economia de recursos ao evitar intervenções desnecessárias ou mal planejadas.

Outro ponto de destaque é a versatilidade do método empregados. A eletrorresistividade apresenta confiabilidade consolidada, ampla penetração e excelente capacidade de caracterização de variações físicas e geológicas. A técnica se destaca por ser de rápida execução, não destrutiva e de fácil mobilização, características fundamentais em projetos que exigem precisão e mínima interferência operacional.

Conclui-se, portanto, que a integração de técnicas geofísicas no contexto da engenharia civil representa um avanço significativo para o diagnóstico, monitoramento e validação de soluções geotécnicas. A aplicação do método se mostra uma alternativa eficiente, moderna e indispensável para enfrentar os desafios atuais de obras de infraestrutura, contribuindo diretamente para o aumento da segurança, da confiabilidade e da eficiência dos projetos.

Referências

TELFORD, W.M; GELDART, L. P., SHERIFF, R. E. Applied geophysics. Second Edition. Cambridge: Cambridge University Press, 770p. 1990.

LOKE, M.H. Tutorial: 2D and 3D electrical imaging surveys. 129p. 2001. Disponível em: http://www.geotomosoft.com.