Abstract Landslides can substantially impact the fluvial systems, which is why the continuous mapping of their extent, evolution and stability assessment is crucial. However, in such environments, material identification (e.g. colluvium) and subsurface characterization by the methods used for geologic mapping and geotechnical investigation is often a challenging task. Thus, these classical invasive methods may benefit from geophysical techniques to enable and enhance our understanding of the subsurface in these areas. To examine such integrated approach, Multi-Channel Analysis of Surface Waves (MASW) combined with Electrical Resistivity Tomography (ERT) were applied on a geomorphologically active fluvial valley in Sobradinho (the Federal District of Brazil). The subsurface materials showed a specific range of resistivity values as dry soil, saprolite, and landslide slip surface. The 1D shear wave velocity (Vs) model showed an increasing trend of Vs with depth at a location away from the landslide mass, while the longitudinal profile (over the landslide) showed an anomalous change in Vs (~ 250 to 400 m/sec). Based on the existing information about the landslide, the ERT appeared to be an effective method over MASW. This study shows how the integration of geophysical data with the geological and geotechnical investigation helps to obtain a more realistic or unambiguous model of the subsurface.

Este trabalho faz uma análise das estimativas de teores de umidade obtidas com o método Ground Penetrating Radar (GPR) comparativamente às determinadas com os métodos Time Domain Reflectometry (TDR) e gravimétrico. Os dados foram obtidos em dois experimentos diferentes: um experimento controlado em laboratório buscando reproduzir um meio homogêneo onde foram obtidas as medidas de umidade com GPR (antenas de 1 GHz) e TDR, e outro experimento de campo onde foram obtidos dados com GPR (antenas de 200 MHz) e de amostras de solos do local. Para a obtenção das estimativas a partir do método GPR foram analisados os eventos relativos à onda de transmissão direta entre as antenas, onda refratada criticamente e onda refletida em interfaces com diferentes propriedades elétricas.O GPR mostrou-se sensível às variações de umidades presentes nos dois experimentos e apresentou boa correlação com os dados obtidos com TDR (REQM de0,007 m³m-3) e das amostras (REQM de 0,039 m³m-3).

This paper makes an analysis of the quantitative correspondence between the GPR-TDR and GPR-gravimetric measurements of moisture content.The data were obtained from laboratory and field experiments. In the laboratory test, the vadose zone was simulated by injecting and draining water in a sand tank. The experiment was conducted with 1 GHz antennas. The in situ test was carried out on unsaturated residual soils, in an area susceptible to landslide, with 200 MHz antennas. To measure soil water content with GPR, we used the velocity of ground wave, refracted and reflected waves. The GPR response was sensitive to changes in subsurface moisture in both experiments and showed good correspondence with TDR (RMS error of 0.007 m³m-3) and gravimetric (RMS error of 0.039 m³m-3) measurements.

Este trabalho apresenta resultados de estudos visando à estimativa dos teores de umidade de solos superficiais com GPR em uma área teste na cidade de São Paulo/SP, Brasil, e à análise da acurácia dos processos envolvidos. Foram empregadas duas metodologias diferentes: i) ajuste linear dos tempos de chegada da onda direta no solo para diferentes afastamentos; ii) diferenças dos tempos de chegada da onda aérea e da onda direta no solo para um único afastamento. Utilizamos o equipamento da RAMAC Mala Geosciences com antenas de 50 MHz, 100 MHz e 200 MHz. A aquisição constituiu-se de diversos perfis multi-offset (múltiplos afastamentos) com o emprego da geometria WARR (Wide Angle Reflection and Refraction ) ao longo de um perfil em três períodos climáticos distintos (seco, intermediário e úmido). Sendo o incremento entre os traços dos perfis multi-offset 0,2 m para a antena de 50 MHz e 0,1 m para as antenas de 100 MHz e 200 MHz. Concomitantemente ao levantamento GPR foram coletadas amostras de solo a intervalos de 0,5 m desde a superfície do terreno até a profundidade aproximada de 4,0 m para a determinação de seus teores de umidade em laboratório. Os resultados do GPR apresentaram boa correlação com os dados obtidos através das análises de laboratório, sendo que os obtidos com as antenas de freqüência central de 200 MHz propiciaram os melhores resultados. Os dois métodos empregados apresentaram diferentes acurácias. O método da diferença dos tempos de chegada da onda aérea e da onda direta no solo foi o menos preciso devido à ocorrência de um deslocamento de tempo da reta de ajuste dos tempos de chegada da onda direta no solo no afastamento zero. Esses resultados mostraram que, nesses casos, é importante aplicar um fator de correção para melhorar a acurácia dos resultados finais.

This paper shows the results of soil moisture content measurements by GPR tests in a study area in São Paulo City, Brazil and discuss some aspects related to the accuracy of them. Two different data interpretation methods were used: i) lineal adjustment of the arrival times of ground wave for different antenna separation; ii) time differences between the air and ground wave arrival times at a single antenna separation. We used the RAMAC Mala Geosciences system with 50 MHz, 100 MHz and 200 MHz antennas. The GPR survey was constituted of several multi-offset acquisition, using the WARR (Wide Angle Reflection and Refraction) geometry along of the profile in three different time periods (dry, intermediate and wet seasons). The distance increment between each WARR arrangement and traces was 0.1 m for the 100 MHz and 200 MHz antennas and 0.2 m for the 50 MHz. At the same time of each GPR survey, soil samples, from 0.5 m up to 4 m depth, were collected, in 0.5 m intervals, for water content analysis in laboratory tests. The GPR data showed a good correlation with the laboratory data, but the results from the 200 MHz antennas were the best one. The two data interpretation methods showed different accuracies. The time differences method was less precise due to the time shift in the ground wave arrival time at zero antenna offset that occurred in this survey. These results showed that it is very important to apply a correction factor for this effect, when it is present.

Visando avaliar a potencialidade do emprego da sísmica de reflexão na investigação geológico-geotécnica rasa em ambientes urbanos, nos quais normalmente há a presença de ruídos de diferentes tipos e intensidades, assim como de superfícies pavimentadas, foram realizados diversos ensaios de análise de ruídos (pseudo walkaway noise test) em uma área teste na cidade de São Paulo, Brasil. Na aquisição dos dados foram empregados um sismógrafo de 24 canais com conversor A/D de 24 bit, geofones de 28 Hz e 100 Hz e fontes sísmicas do tipo marreta e rifle sísmico. Os melhores resultados foram obtidos com: (i) geofones de 100 Hz com ponteira de 0,18 m e fonte marreta com placa de metal; (ii) geofones de 100 Hz acoplados através de argila na cobertura asfáltica com fonte marreta aplicada sobre asfalto. Também foram realizados ensaios de laboratório em mesa vibratória para avaliar as respostas dos geofones quando acoplados com diferentes tipos de argila. Os testes indicaram que o emprego de argilas é uma boa alternativa para acoplar os geofones, sendo as argilas cauliníticas as menos indicadas.

Pseudo walkaway noise tests were accomplished in study area in São Paulo city, Brazil, in order to evaluate the potentiality of seismic reflection technique in shallow geological/geotechnical investigation in urban environment, where there is usually the presence of different types as well as intensities of noises and the paved surface. Data acquisition was conducted with a 24 channel seismograph with 24 bit A/D converter, 28 Hz and 100 Hz geophones, as well as sledge hammer and seismic rifle as sources. The best results were obtained with: (i) 100 Hz geophones with 0.18 m spike and hammer source with steel plate; (ii) 100 Hz geophones coupled through clay on asphaltic coverage with hammer source applied on asphalt. Laboratory tests were also accomplished in shake table in order to evaluate geophone responses when they were coupled with different types of clay. Tests indicated clay employment is a good alternative to couple geophones, notwithstanding kaolinitic clays are less indicated.