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15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental
ANÁLISE COMPARATIVA DE DADOS DE ELETRORRESISTIVDADE DE
BARRAGEM DE TERRA NO MUNICÍPIO DE CORDEIRÓPOLIS - SP
Pedro Lemos Camarero1; César Augusto Moreira2
Resumo – Barragens são estruturas que represam rios e córregos para diversas finalidades.
Essas estruturas geralmente precisam ser robustas devido a força de represamento e os altos
valores de carga de água acumulados. A constante manutenção dessas estruturas é
imprescindível, uma vez que um acidente eventual pode gerar danos de proporções catastróficas.
Esse estudo apresenta uma alternativa barata, de simples e rápida aplicação para analises de
integridade física de barragens de terra. O método de investigação utilizado foi o método da
eletrorresistivade a partir da técnica do caminhamento elétrico. Foram geradas três linhas
geofísicas acima da barragem e paralelas ao eixo da barragem, espaçadas em cinco metros. Em
cada linha foram utilizados 53 eletrodos espaçados a cada dois metros e, o arranjo utilizado no
estudo foi o Wenner. Os resultados são apresentados a partir de imagens geofísicas 2D e 3D,
indicando alto contraste de propriedades em zonas de possível infiltração e percolação (menor
resistividade aparente) e a importância do processamento dos dados como análise comparativa.
Abstract – Dams are structures that dam rivers and streams for a variety of purposes. These
structures usually need to be robust due to damming and force the high values of accumulated
water load. The constant maintenance of these structures is essential, since a possible accident
can lead to damage of catastrophic proportions. This study presents an inexpensive alternative,
simple and fast application to analysis of physical integrity of Earth dams. The research method
used was the electroresistivity method from the electric handling technique. Were generated three
lines above the dam and parallel to the axis of the dam, spaced five meters. In each row were used
53 electrodes spaced every two meters, and the arrangement used in the study was Wenner. The
results are presented from 2D and 3D geophysical imaging, indicating high contrast of properties in
areas of possible infiltration and percolation (less apparent resistivity) and the importance of the
data processing as comparative analysis.
Palavras-Chave – Barragens, caracterização geofísica, percolação.
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Geól. Mestrando Universidade Estadual Paulista – UNESP, [email protected]
Geól., Dr. Universidade Estadual Paulista – UNESP, (19) 3526-9322, [email protected]
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1. INTRODUÇÃO
O represamento de corpos d´água é realizado desde os primórdios da humanidade para
diferentes fins. As primeiras barragens e diques de tamanhos consideráveis são datados entre 3 a
5 mil anos (CULLEN, 1964). Dentre as várias funções das barragens, os principais propósitos são
a estocagem de águas para irrigação de culturas agrícolas, e mais recentemente, na era moderna
a geração de energia elétrica. Inicialmente as barragens eram construídas a partir de um aterro,
ou seja, um amontoado de terra e solo, e eventualmente blocos de rochas e madeiras. Muitas
vezes não havia um estudo prévio nem a execução de um projeto civil. Com o aumento da
demanda por energia constante no início do Século XX houve a necessidade de obras cada vez
maiores e mais ousadas. Grandes rios começaram a ser represados e juntamente com esse
aumento de demanda, foi desenvolvido e aperfeiçoado técnicas específicas de construção de
superestruturas de barragens. O crescimento do número de barragens, também trouxe o aumento
de problemas e acidentes relacionados com a construção e manutenção dessas estruturas. Todas
as barragens necessitam de manutenção constante e geralmente as barragens de menor porte e
impacto não apresentam essa manutenção constante. Os principais mecanismos de rupturas
associados a barragens são: piping (erosão interna pontual), galgamento da barragem e
escorregamento de taludes. O presente trabalho visa utilizar a partir de métodos indiretos de
investigação, por meio do método geofísico da eletrorresistividade na investigação de possíveis
falhas estruturais no corpo de barragem de terra de pequeno porte no município de Cordeirópolis
– SP e a importância do refinamento e processamento dos dados de campo.
2. CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA
A área de estudos está inserida no contexto geológico da Bacia Sedimentar do Paraná. A
geologia local é composta principalmente por rochas básicas vulcânicas da Formação Serra
Geral, com manifestações vulcânicas datadas em Eocretácio (NARDY et al., 1999). Segundo
Sousa (2002), a forma de ocorrência da Formação Serra Geral na região leste do Estado de São
Paulo é sobre a forma de diques e sills de diabásios ou basaltos, além de alguns derrames pouco
espessos. O solo de alteração das rochas é um solo argiloso do tipo Latossolo. Esse solo de
alteração é o principal material de empréstimo utilizado no corpo da barragem. A partir desse
contexto é apresentado o estudo geofísico.
3. METODOLOGIA / PROBLEMA INVESTIGADO
No método da Eletrorresistividade, correntes elétricas artificialmente geradas são
introduzidas no solo, por intermédio de um par de eletrodos denominados de A e B, e as
diferenças de potencial resultante são medidas na superfície por meio de outro par de eletrodos,
denominados C e D na área de influência do campo elétrico. Os desvios do padrão de diferenças
de potencial esperado do solo homogêneo fornecem informações sobre a forma e as propriedades
elétricas das heterogeneidades de superfície (KEAREY et al., 2002). A partir da intensidade de
corrente que percorre o subsolo (I) a geometria da disposição dos eletrodos (K) e a diferença de
potencial medido pelos eletrodos receptores (ΔV), é possível calcular o valor da resistividade
aparente, devido a heterogeneidade do meio equação 1:
ρa = K.ΔV / I Ω.m.
(Equação 1)
A unidade da resistividade aparente é o ohm.m, a diferença de potencial é medida em milivolt
(mV), a intensidade de corrente é medida em miliampère (mA) e o coeficiente geométrico K em
metros. No caso de barragens de terra, o contraste de propriedades físicas de materiais como
água e solo, podem indicar anomalias na estrutura. No local de estudos foram realizadas três
linhas geofísicas, espaçadas a 3 metros. O sentido de caminhamento foi de Nordeste para
Sudoeste. O arranjo utilizado foi Wenner com 53 eletrodos espaçados a cada 2 metros. Cada
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linha teve 104 metros de comprimento, o que permitiu cobrir toda a extensão da barragem e
forneceu uma resolução de aproximadamente 17 metros de profundidade. A linha 1 foi locada
mais próximo à jusante, enquanto a linha 3, mais próxima à montante (Figura 1).
O equipamento utilizado para esse estudo foi o resistivímetro ABEM Terrameter LS de 84 canais e
potência de 250W (Foto 1).
A
B
Figura 1: A) Local de estudos com a disposição das linhas de aquisição de dados. B) Resistivímetro ABEM
Terrameter LS.
4. RESULTADOS
Os dados interpretados foram processados no software RES2DINV, apresentados sob a forma
de seções distância x profundidade (LOKE; BAKER, 1996), sob a forma de modelo de inversão
em termos de resistividade elétrica. Esse programa é projetado para processamento de grandes
conjuntos de dados em duas dimensões, adquiridos por meio da técnica de caminhamento
elétrico. O processo de inversão consiste em uma série de blocos retangulares, a disposição dos
blocos é ligada à distribuição dos pontos dos dados na pseudo-seção, ou seja, seção gerada
pelos dados de campo em profundidade teórica. A distribuição e tamanho dos blocos são gerados
automaticamente pelo programa conforme a distribuição dos pontos de dados. A profundidade da
linha inferior dos blocos é definida para ser, aproximadamente, igual à profundidade equivalente
de investigação de pontos com o maior espaço entre eletrodos (EDWARDS, 1977). A sub-rotina
de modelagem direta é usada para calcular os valores de resistividade aparente e uma técnica de
otimização não-linear por mínimos quadrados é usada para a rotina de inversão (DEGROOTHEDLIN; CONSTABLE 1990, LOKE; BARKER, 1996). O resultado é apresentado sob a forma de
seção com distância versus profundidade em termos de pseudo-seção, seção calculada e modelo
de inversão.
A modelagem 3D é apresentada pelos dados brutos de campo – pseudo-seção (Figura 6) e
pelos dados modelados a partir do método de inversão (Figura 7), por meio do programa Oasis
Montaj desenvolvido pela Geosoft. Entre os diversos algoritmos disponíveis no programa, o
trabalho adotou o método de mínima curvatura para interpolação dos dados de campo e geração
de mapas de isovalores para os níveis de profundidade investigados por meio do caminhamento
elétrico. Posteriormente, esses mapas foram integrados sob a forma de um modelo tridimensional.
A interpolação consiste em um procedimento matemático de ajuste de uma função em pontos
não amostrados, baseada em valores obtidos em pontos amostrados. A partir dos pontos
amostrados, é definido um reticulado com espaçamento relativo aos pontos. O valor de cada nó
do reticulado é calculado por seleção de pontos mis próximos conhecidos, que, posteriormente
são filtrados de modo a suavizar os contornos resultantes e a permitir o melhor ajuste com os
originais (MOREIRA e ILHA, 2011).
No trabalho foram levantados mais de 300 metros de caminhamento a partir do arranjo
Wenner. Em geral, os tons de cores vermelho/amarelo apresentam valores de maior resistividade,
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enquanto que os tons de cores mais frias, como azul, apresentam valores de menor resistividade.
Todas as linhas captaram o vertedouro da barragem. No caso da barragem de estudos esse
vertedouro é feito de concreto, e devido ao grande contraste de propriedades físicas com o
material do corpo da barragem, em todas as imagens essa estrutura acaba sendo bem visível e
facilmente identificado.
4.1 - Imagens 2D: Linhas Geofísicas
O vertedouro apresenta um formato de tronco de cone, com sua cavidade superior menor que
a inferior. Em geral, é possível visualizar o vertedouro em subsuperfície entre 40 e 42 metros, e
mais profundamente entre 32 e 56 metros das linhas. O concreto do vertedouro apresenta uma
resistividade maior, marcado nas figuras por tons de cores menos frias, como amarelo e vermelho.
A Linha 1, disposta mais próxima a jusante, apresenta uma zona de baixa resistividade, com
valores inferiores a 100Ω.m disposta horizontalmente entre 60 e 82 metros e na vertical entre 4 e
8 metros de profundidade (Figura 2).
Essa mesma zona de baixa resistividade é visível na Linha 2 entre o mesmo intervalo, porém
com uma resistividade um pouco menor no centro da anomalia (Figura 3). E finalmente a Linha 3,
que é disposta mais próxima a montante, apresenta a mesma anomalia, porém um pouco maior
que na Linha 1 e 2 e focos de resistividade menor ainda, com valores inferiores a 60Ω.m (Figura
4). Na Linha 3 a anomalia se distribui horizontalmente entre 61 e 86 metros, e verticalmente entre
2 e 8 metros de profundidade.
4.2 - Imagens 3D
Nas imagens em 3D também é possível visualizar a mesma zona de baixa resistividade
indicada nas linhas geofísicas. A imagem dos slices (Figuras 6 e 7) mostram as fatias do bloco, e
a mesma zona de baixa resistividade que ocorre nas linhas 2D é evidente na figura 7 que
apresenta os dados modelados.
Outra zona de baixa resistividade é observada na Figura 6, próximo ao vertedouro da
barragem. Essa zona é visível somente nos dados aparentes da pseudo-seção não processados.
Ele ocorre entre 3 e 5 metros de profundidade.
5. DISCUSSÕES E CONCLUSÕES
A zona de baixa resistividade apresentada em todas as linhas 2D pode ser considerada uma
zona de percolação de água, onde é possível visualizar uma maior influência próxima a montante
(Linha 3, onde a zona apresenta menor resistividade, e o solo está mais saturado). Na Linha 2 é
notada uma resistividade um pouco maior em relação a Linha 3, provando que o solo no local da
infiltração é menos saturado. A Linha 1 apresenta o uma resistividade menor ainda em relação a
Linha 3, mostrando que quanto mais distante da montante, menor o poder de infiltração da água e
consequente saturação do solo. Os dados mostram que quanto mais próximo a montante da
barragem, maior é a susceptibilidade do corpo da barragem, comprovando a necessidade de um
maior cuidado com a porção à montante da barragem. A evolução da zona de menor resistividade,
considerada como uma zona de percolação hídrica e passível de erosão interna é apresentada na
imagem a seguir (Figura 5).
A imagem da pseudo-seção do bloco diagrama 3D apresenta uma outra zona de baixa
resistividade próxima ao vertedouro (Figura 6). Essa zona é visível somente nos dados da
pseudo-seção. Ela não é visível nos dados modelados devido à proximidade com a estrutura de
concreto e o alto valor de resistividade elétrica apresentada pelo vertedouro. Quando esse dado é
modelado ele oculta essa zona devido ao alto contraste de valores de resistividade, prevalecendo
o valor de maior intensidade – no caso a alta resistividade do concreto. Por isso a importância de
se analisar tanto os dados processados quanto os dados não processados, e essa análise
comparativa é apresentada na Figura 8.
A zona de baixa resistividade próxima ao vertedouro tem a ver com a propriedade de
estanqueidade da barragem, sendo possivelmente uma zona onde há infiltração e percolação de
água em subsuperfície, provavelmente desenvolvendo-se na região entre o contato entre a argila
da barragem e o concreto do vertedouro. Segundo Costa (2012), A propriedade de estanqueidade
de um meio qualquer relaciona-se com o impedimento da percolação de água através dele; no
caso de barragens, a percolação da água armazenada pode ocorrer através do corpo da
barragem ou pelas suas fundações. O contato entre materiais com propriedades físicas diferentes
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sempre é uma região delicada e passível de problemas geotécnicas. No caso em estudo, há um
contraste entre o concreto que é considerado um meio estanque e impermeável, com o material
do corpo de barragem, no caso a argila, que apesar de possuir um coeficiente de permeabilidade
do solo muito baixo, ainda sim é maior que o do concreto.
O método geofísico de eletrorresistividade é um método pouco usual para inspeção de corpos
de barragens de terra. Case (2012) demonstrou a eficiência do método em barragens de terra de
Oklahoma. O atual estudo comprova que o método da eletrorresistividade é uma ótima alternativa
de investigação. O contraste de propriedades físicas do solo com água é visível e marcante. Por
tanto é possível afirmar que o estudo apresenta resultados satisfatórios, algo que demonstra a
eficiência do método, e a geofísica representa uma alternativa ao monitoramento de corpos de
barragens de terra. De fato o estudo apresenta duas zonas de possível percolção e infiltração no
corpo da barragem, mas apesar da indicação dos resultados é preciso avaliar as condições e a
natureza do material da barragem. A barragem de estudos possui material de empréstimo de
natureza argilosa, com um valor muito baixo de coeficiente de permeabilidade do solo, o que
indica que há infiltração e percolação do meio, mas com uma velocidade de fluxo tão baixo, que
não chega a comprometer a estrutura da barragem.
Esse estudo pode ser amplamente aplicado em barragens de diferentes naturezas, seja para
decantação de resíduos na mineração, estocagem de água para irrigação/abastecimento ou até
mesmo geração de energia.
REFERENCIAS
CASE, J. S. (2012). “Inspection of Earthen Embankment Dams Using Time Lapse Electrical
Resistivity Tomography”. A Thesis of Master of Science. Department of Civil Engineering of The
University of Mississippi. 97p.
COSTA, W. D. (2012). Geologia de Barragens. Oficina de textos. 352p.
CULLEN, A. H. (1964). Rios Prisioneiros – a História das Barragens. Editora Itatiaia.
DEGROOT-HEDLIN, C.; CONSTABLE, S. (1990). Occam`s Inversion to Generate Smooth, twodimensional models form magnetotelurric data. Geophysics. Vol. 55: 1613-1624.
EDWARDS, L. S. (1977). A modified pseudosection for resistivity and induced polarization.
Gephysicis. Vol. 42: 1020-1036.
KEAREY, P.; BROOKS, M.; HILL, I. (2002). An Introduction to Geophysical Exploration, WileyBlackwall Science Ltd.
LOKE, M. H.; BAKER, R. D. (1996). Rapid Least-Squares Inversion of Apparent Resistivity
Pseudosections by Qausi-Newton Method. Geophysical Prospecting. Vol. 44: 131-152.
MILANI, E. J. (1997). “Evolução tectono-estratigráfica da Bacia do Paraná e seu relacionamento
com a geodinâmica fanerozóica do Gondwana sul-ocidental”. Tese de Doutorado, Universidade
Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre.
MOREIRA, C. A.; ILHA, L. M. (2011). Prospecção geofísica em ocorrencia de cobre localizada na
bacia sedimentar do Camaquã – RS. Revista Escola de Minas, Ouro Preto, Num. 63, Vol. 3, p309-3015.
NARDY, A. J. R. et al. (1999). Aspectos geológicos e estratigráficos das rochas vulcânicas ácidas
do Membro Chapecó. In: SIMPÓSIO DE GEOLOGIA DO SUDESTE, São Pedro. Resumos... São
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SOUSA, M.0.L. (2002). “Evolução tectônica dos altos estruturais de Pitanga, Artemis, Pau d’Alho e
Jibóia – centro do Estado de São Paulo”. Tese de Doutorado em Geociências, Instituto de
Geociências, Universidade Estadual Paulista, Rio Claro. 227p.
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Figura 2. Linha 1, disposta à jusante.
Figura 3. Linha 2, posição intermediária.
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Figura 4. Linha 3, disposta à montante.
Figura 5. Evolução da zona de menor resistividade. De cima para baixo: Linha 1, Linha 2 e Linha 3.
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Figura 6. Bloco 3D da pseudo-seção e a parcialização do bloco (slices).
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Figura 8. Bloco 3D da seção modelada e a parcialização do bloco (slices).
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Figura 8. Comparação dos Blocos 3D – Dados da pseudo-seção (acima) e dados modelados (abaixo).
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