Ensaios Geofísicos para resolver problemas geotécnicos, geológicos e ambientais em áreas urbanas

Ensaios geofísicos são métodos indiretos de investigação do subsolo, não invasivos e, portanto, não destrutivos. Os ensaios em campo geralmente são executados em superfície, 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, de forma 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.

GPR

Um método geofísico muito utilizado em ambientes urbanos 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 mais condutivos (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 (centimétrica), 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 posição da tubulação em subsuperfície.

Eletrorresistividade

Outro método geofísico comumente utilizado 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.

Métodos sísmicos

Os métodos sísmicos comumente aplicados em áreas urbanas são o crosshole, 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 vem sendo 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 espaço no Brasil.

Autor: OTÁVIO COARACY BRASIL GANDOLFO é geofísico, pesquisador do IPT e doutor pela USP.
Trabalha com métodos geofísico aplicados.