Autores

Nunes, J.G.S. (UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA) ; Uagoda, R. (UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA) ; Caldeira, D. (UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA)

Resumo

A área de pesquisa localiza-se na Fazenda Vão do Buraco na região administrativa da Fercal (DF), nos limites da Bacia do Ribeirão contagem. O objetivo da pesquisa consiste em se utilizar da tecnologia GPR para fazer distinção entre materiais aluvionares e coluvionares depositados nas áreas de encostas e de planícies dentro dos limites da fazenda. Para a realização das atividades de campo foi escolhida uma encosta (E1), onde foi realizado um perfil de GPR, na qual já se havia descrições prévias dos materiais depositados até 3m de profundidade. Foi utilizada uma antena de 400 MHz para a sondagem dos perfis que trouxeram informações relevantes sobre a estruturação e reflectância dos materiais analisados. Devido as diferenças granulométricas entre o aluvião e coluvião, as respostas entre os dois depósitos são distintas, pois a variação na quantidade de cascalho, areia, silte e argila.

Palavras chaves

GPR; Alúvio; Colúvio

Introdução

Este trabalho é produto de pesquisas realizadas na Região Administrativa (RA) Fercal, em uma área de encosta do Ribeirão Contagem. O foco da pesquisa é a obtenção e processamento de dados de GPR aplicadas na distinção entre materiais aluvionares e coluvionares da encosta do Ribeirão Contagem. A utilização de técnicas de GPR para estudos de solo e rocha in situ vem se modernizando nas últimas décadas, sendo que as primeiras utilizações de ondas de rádio de alta frequência para mapeamento de estruturas em subsuperfície datam do fim da década de 1920, utilizado para determinar a espessura de geleiras (OLHOEFT, 1986), mas o método ganhou evidência na década de 1950 com a quebra de grandes placas de gelo na Groelândia, e na década de 1960 para medições de espessura de gelo no Ártico e na Antártida, já na década de 1970 iniciou-se os primeiros trabalhos sem gelo, e a partir da missão à lua com a nave Apolo e a utilização desta técnica (ULRIKSEN, 1982), houve uma intensificação no seu uso, e começou-se a fazer mensurações e aquisição de dados com GPR em outras áreas, tornando o método cada vez mais preciso. A penetração depende da frequência da onda eletromagnética e também do meio material, podendo variar de 5 a 25 metros, em relação inversamente proporcional a resolução que pode variar de 0,5 a 100 centímetros, apresentando seus dados em um gráfico de tempo versus distancia denominado de radargrama. A bacia hidrográfica do Ribeirão Contagem onde se localiza a área de estudo apresenta uma extensão de 146 km², geologicamente abrange rochas dos grupos Canastra, Bambuí e Paranoá, apresentando as unidades psamopelitocarbonatada; calcifilitos e metassiltito argiloso, e como produto de intemperismo destas rochas, da disponibilidade hídrica, clima, relevo, organismos e tempo o resultado são Latossolos, Cambissolos háplico e Nitossolos vermelhos. Segundo Braga et al (prelo), há depósitos coluvionares e leques aluviais em encostas íngremes de concavidades abertas e fechadas, que interdigitam com depósitos aluvionares em fundos planos. Tal esquema deposicional seria causado por sucessões de movimentos de massa rotacionais detonados pelo solapamento causados em regimes de alta intensidade fluvial, que também são responsáveis pelos antigos terraços depositados em fundo de vale. A sucessão de estudos de física e geotecnia de solos e rochas nessas encostas, ainda não permitiu porém delimitar o contato entre o saprólito e os materais colovionares e aluvionares, o que confere sentido ao presente trabalho.

Material e métodos

Os perfis de GPR foram definidos através de imagens de satélite, afim de se obter dados dos diferentes materiais depositados (elúvio, alúvio e colúvio). Foram realizadas tradagens previamente, para que houvesse maior consistência na análise e discussão dos dados de GPR, já que este é um método Geofísico indireto, de imageamento de subsuperfície. Foi utilizado o GPR da marca GSSI, modelo SIR 3000, e uma antena blindada de 400 MHz pode penetrar até 4 metros de profundidade no meio em questão, pesa 5 Kg, apresenta dimensões de 30x30x17 cm, opera em uma ampla faixa de temperatura de -20°C a 50°C. para executar os perfis em campo foi utilizado Carrinho Robusto (Rugged Survey Cart), também da GSSI, para auxiliar e facilitar o transporte da antena durante a execução do perfil. O dados foram processados no software Reflexw, feito de forma a seguir alguns passos básicos como a Correção Estática ou Set Time Zero que elimina o efeito da onda direita e realiza a correção do tempo zero. O segundo passo é o Remove Header Gain, onde o filtro atua em cada traço de forma independente, e visa amenizar as curvas das hipérboles digitalizadas no arquivo, permitindo uma suavização destas para melhor visualização das estruturas reais. O Background Removal funciona como um “passa alta”, visando remover as reverberações das antenas de baixa frequência e realçar os refletores pontuais e inclinados. No quarto passo denominado Energy Decay, que serve para compensar a decomposição energética com tempo. O filtro Bandpassfrequency funciona como um equalizador, eliminando frequências abaixo e acima de um corte definido, sendo este o quinto passo. O Diffraction Stack exerce uma função de migração, realizada através da aplicação do operador integral de Kirchhoff a um conjunto de traços sísmicos, no qual supõe-se existir apenas reflexões primárias, onde são utilizados modelos com velocidades conhecidas. No sétimo passo foi utilizado o Spectral Whitening é um filtro no qual os parâmetros evidenciam a distribuição e as origens das frequências e amplitudes no dado da onda eletromagnética, ou seja, em quais faixas de frequência estão os refletores de interesse (sinal), que permitem fazer associações entre sinal e ruído. O Spectrum Spikes e adequado para suprimir ruídos de monofrequência em cada traço isoladamente, que variam em cada um dos traços, ele atua de forma independente, ele não elimina somente picos, mas atua em traços especiais devido a ondas orientadoras ou alguns outros efeitos de ressonância, podendo remover ruídos de baixa ou alta frequência, sendo este o último passo no processamento de dados. Foram realizados cálculos para se estimar a velocidade da onda de radar no meio, que serve para converter o tempo duplo de reflexão em profundidade e verificar se o refletor de subsuperfície é proveniente de alvo geológico ou de interferências superficiais, através da formula: V=2h/t .

Resultado e discussão

A encostas (E1) foi escolhida devido a sua forma (concavidade aberta), sendo que o objetivo anterior foi caracterizar os materiais que constituem as encosta e o fundos de vale, o que vai de encontro aos objetivos desta pesquisa que é de verificar se as respostas de reflectância que estes matérias apresentam em um radargrama, permite uma distinção entre eles. Lembrando para análise dos histogramas que a fração argila (< 0,002 mm); o silte (>0,002 <0,02mm); a areia fina de (>0,02<0,2mm); a areia grossa (>0,2<2,0mm); e os cascalhos (>2,0mm). Foram realizados calculos de velocidade para base, meio e topo, visando melhores resultados para a pesquisa e os valores obtidos foram 0,0787 para base, de 0,063 m/ns para o meio e 0,0864 m/ns para o topo . Os alvos para cálculo de velocidade, da base e meio, foram instalados respeitando a distancia de 30cm de profundidade com mediçoes feitas a partir de uma trena, dentro das trincheiras, a profundidade para o topo foi de 50 cm. Na imagem de radargrama é evidenciados uma homogeneidade que se estabelece entre 1 e 2m de profundidade, nível no qual se estabelece o material coluvionar para áreas com declividade, e alúvio-coluvionar para áreas de planície, com pouco material rochoso que poderia causar interferências na reflexão das ondas eletromagnéticas, sendo que para este material a constante dielétrica é de 2,5 em média e a condutividade elétrica é 0,2 m.s/m. Em níveis abaixo de 2m de profundidade é observado uma heterogeneidade na imagem de radargrama, sendo que nas cotas mais baixas do perfil, onde é esperado encontrar material aluvionar, em profundidades maiores que 2m, esta heterogeneidade é diferente dos perfis realizados nas cotas mais altas do terreno, onde é esperado encontrar saprolito descrito no capítulo de geologia local, além da rocha com baixo grau de intemperismo, sendo que a segunda apresenta uma determinada continuidade e estruturação como feições de estratificação, e na primeira é evidenciada uma maior entropia do material. A constante dielétrica para cascalho e areia saturados fica entre 20 e 30 já a condutividade é de 0,1 a 1 m.s/s, porem sais dissolvidos das rochas podem alterar a condutividade do local de pesquisa, e para arenitos saturados a constante dielétrica é o mesmo valor e a condutividade é de 40 m.s/s. Para análise de classificação convencionou-se denominar o material que apresentou reflectância entre 0 e 4096MHz de baixa, ao que apresentou reflectância entre 8192 à 28672MHz de média e as reflectância acima deste valor de alta. O perfil de GPR 47 possui uma extensão horizontal de 298 m, com início na encosta da margem da drenagem (utilizada como trincheira) terminando no topo do morro. Logo no início do perfil, é possível observar um material com alta amplitude de reflexão que está sobreposto estratigraficamente por um material de média amplitude, com um limite muito bem definido na marca de 30m do perfil, este material segundo descrições feitas em trincheiras, corresponde ao cascalho fluvial grosseiro, que foi transportado por uma fonte de alta energia, ele apresenta em sua composição além dos cascalhos, matacões decimétricos, bem arredondados (alto grau de angulosidade). O material que se sobrepõe a camada descrita anteriormente possui média amplitude de reflexão, e segundo informações de trincheira e tradagens, ele e composto por uma mistura de material de aluvio e colúvio, pois encontra-se em sua composição cascalho, silte e argila. Após os 30m iniciais do perfil 47, em um contato bem definido entre o material de alta amplitude de reflexão (marcado pelo cascalho grosseiro em um limite, e o material descrito no ponto 12 de tradagem no outro limite) e o material de baixa amplitude de reflexão, este material foi classificado nas tradagens como terraço aluvionar, decorrente de períodos de transbordamento da drenagem, provocando a deposição do material lamoso, com silte, argila e pouca areia fina. Em síntese, as três reflectâncias com variação horizontal abaixo de 1m de profundidade na subdivisão do perfil 47A, delimitam o depósito aluvial que tem início da margem de drenagem e se estende por 30m, com o depósito de terraço com material fluvial misturado à material coluvionar, e o deposito do leque granulometria variável. Conforme declividade do terreno aumenta, o material saprolítico fica mais próximo à superfície, e as estruturas da rocha como falhas e dobras, com uma e duas fases de deformação, dão respostas claras no radargrama, mostrando que a encosta tem um controle estrutural embasado na rocha. As tradagens relevantes para o perfil de GPR foram P1; P8; P13. Na tradagem do Ponto 1 da encosta (E1P1), localizado a 905m de altura do perfil de GPR 47, os primeiros 10cm de tradagem revelou um material argiloso, de origem coluvionar (E1P1A1 corresponde aos primeiros 10cm de profundidade), este comportamento se mantem até 50cm de profundidade quando começam a aparecer concreções ferruginosas (laterita), que se estendem até 86cm de profundidade (E1P1A2 corresponde ao material argiloso como fragmentos de argila). Na sequência em 94cm de profundidade aparecem fragmentos de quartzo (nível determinado como E1P1A4), em 1m de profundidade aumentam as concreções e em 1,4m elas passam de milimétricas para centimétricas. Em 1,5m de profundidade, o material amostrado começa a apresentar uma alteração de cor para vermelho mosqueado (E1P1A5), que termina em 1,7m com o fim das concreções, no limite com a camada saprolítica. A partir de 1,8m o material descrito é mais arenoso, poroso e com menor taxa de umidade (E1P1A6). Em 2,4m de profundidade a granulometria dos materiais começa a ter variações entre silte e argila, que aumenta com a profundidade para areia grossa até o nível de cascalhos em 2,8m onde provavelmente o saprolito se faz presente, com respostas no radargrama. Devido as variações de composição na rocha em 3,3m de profundidade, o material volta a apresentar uma grande quantidade de argila em sua composição, além da tonalidade vermelha (E1P1A9), aumentando consideravelmente a presença de água com a profundidade, com intercalações entre areia e argila até 5,1m onde praticamente só existe argila. A variação composicional observada na tradagem E1P1A7, na qual o material passa do nível do colúvio para o nível saprolítico, confirma a informação do dado de GPR, onde a amplitude da onda diminui com a profundidade, passando a ser observadas estruturas abaixo de 2,5m no perfil de GPR 47E. No ponto E1P8, na parte média da encosta, iniciasse a tradagem com a presença de um solo orgânico fino, composto por raízes e grãos milimétricos de solo seco até 20cm (E1P8A1), em 50cm o solo começa a se apresentar desagregado (E1P8A2), em 60cm começa a ter uma transição no horizonte e o solo apresenta uma cor mosqueada (E1P8A3), esta variação composicional também apresentou respostas diferentes no radargrama, e foi delimitada na subdivisão GPR 47C. Há 1,2m (E1P8A4) houve a transição para o solo mosqueado amarelo, com granulometria silte onde foi encerrada a tradagem devido à grande quantidade de cascalho há 1,35m de profundidade, a partir deste nível o radargrama apresenta um aumento na amplitude da onda eletromagnética, que também está definida na subdivisão GPR 47C. Próxima à E1P12, a trincheira mostra a existência de um material lamoso coberto por um solo orgânico, este pacote de granulometria fina está bem definido no radargrama, como um material de baixa amplitude de reflexão na subdivisão GPR 47A, este material corresponde a possíveis épocas de transbordamento da drenagem, ocorrendo a deposição deste sedimento mais fino. No E1P13 já na área de pasto próximo a drenagem, até 20cm de profundidade o solo se apresenta muito seco e compactado, possivelmente é um Cambissolo com presença de plintita, há 50cm na vertical, o solo apresenta-se relativamente homogêneo com presença de cascalho.

Figura onde é demonstrado o calculo de velocidade realizado para base,meio e topo da encosta.


Imagem demonstrando o perfil de GPR depois de processado no Reflexwin, realizado na encosta (E1), com concavidade aberta.


figura demonstrando as tradagens realizadas na encosta (E1), e os material encontrados classificados de acordo com as frações granulométricas e níveis


histogramas destacando as frações granulométricas encontradas em cada profundidade das tradagens relevantes.

Considerações Finais

A partir dos resultados obtidos é possível notar diferenças na interação entre as ondas eletromagnéticas com os diversos materiais presentes na área de estudo. Nos materiais de menor variação granulométrica como no terraços aluviais e colúvios, observa-se uma menor refletância e refração das ondas eletromagnéticas, isso se repete para rochas in situ intemperizada, quando a rocha esta inalterada ou com baixo grau de intemperismo a amplitude da onda aumenta, e com diferentes respostas devido a estruturas (dobras e falhamentos) ou fatores intempéries. O aluvião apresenta uma alta reflectância por apresentar uma grande quantidade de alvos de maior fração que o colúvio. Outro fator importante é que as ondas eletromagnéticas alcançam maiores profundidades nas áreas que concentram material aluvionar que nas áreas de rocha intemperizada ou fresca, esta diferença de profundidade da onda diminui quando comparado com material coluvionar. Em média a onda eletromagnética com frequência de 400 MHZ alcança 5,4m em materiais aluvionares e 4,5 em Saprólito e rochas intemperizada.

Agradecimentos

Referências

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