OS ESFORÇOS PARA A IMPLEMENTAÇÃO DE REDES ABSOLUTAS DE
GRAVIMETRIA NA AMÉRICA DO SUL – PRIMEIROS RESULTADOS
Denizar Bliztkow1
Gabriel do Nascimento Guimarães2
Ana Cristina Oliveira Cancoro de Matos1
Carlos Alberto Côrrea e Castro Júnior3
1Universidade
de São Paulo
Departamento de Engenharia de Transportes
[email protected]; [email protected]
2Universidade
Federal de Uberlândia
Instituto de Geografia – Campus Monte Carmelo
[email protected]
2Instituto
Brasileiro de Geografia e Estatística
Goiânia – GO
[email protected]
RESUMO
O objetivo desse trabalho é apresentar os esforços para a implantação de redes absolutas de gravimetria na Argentina e
no Brasil. O estado de São Paulo está sendo contemplado com uma rede de medidas absolutas com 15 novas estações e
3 reocupações: Cananeia, São Paulo e Ubatuba. As novas estações serão implantadas em locais estratégicos, como
estações que constituam a Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC). Deste modo, o usuário terá à
disposição ao menos uma estação em um raio de 100 km. Na Argentina, duas campanhas foram realizadas em conjunto
com o Instituto Geográfico Nacional totalizando 29 estações que compõem a Rede Absoluta de Gravimetria Argentina
(RAGA). As medições foram conduzidas em locais próximos a pontos nodais da rede altimétrica daquele país. Um
gravímetro absoluto modelo A-10 da Micro-g LaCoste, pertencente ao Instituto Geográfico e Cartográfico (IGC) do
Estado de São Paulo, foi utilizado para efetuar as medições. Este permite determinar o valor da aceleração de gravidade
com precisão de 10 µgal e seu princípio de funcionamento é por queda livre. A sua eficiência e a sua precisão são
superiores em relação aos gravímetros relativos existentes. Os resultados obtidos indicam alta qualidade da
determinação da aceleração da gravidade com a A-10 em condições de campo. Além disso, confirmam a aplicabilidade
do A-10 para a implantação e modernização das redes gravimétricas de referência. Com o estabelecimento das redes
será possível obter uma maior eficiência e precisão nos levantamentos gravimétricos relativos tradicionais, como
também no estudo da maré terrestre e da geodinâmica. Alguns problemas práticos são discutidos a respeito da utilização
e do processo de funcionamento do equipamento.
Palavras chaves: Gravímetro, Rede Absoluta, Aceleração da gravidade
ABSTRACT
The aim of this work is to present the efforts for deploying absolute gravimetric networks in Argentina and in Brazil.
The State of São Paulo is being contemplated with a network of absolute measures with 15 new stations and 3
reoccupations: Cananeia, São Paulo and Ubatuba. The new stations will be deployed at strategic locations such as
stations that form the Brazilian Network for Continuous Monitoring (RBMC). In this way, the user will have available
at least one station within a radius of 100 km. In Argentina, two campaigns were conducted in conjunction with the
National Geographic Institute totaling 29 stations that make up the Argentinian Absolute Gravimetric Network
(RAGA). The measurements were conducted in places near of the nodal points of altimetric network in that country. An
absolute gravimeter A-10 model of Micro-g LaCoste, belonging to the Cartographic and Geographic Institute (IGC) of
the State of São Paulo, was used in the measurements. This makes it possible to determine the value of the acceleration
of gravity with precision of 10 µgal and its principle of operation is in freefall. Its efficiency and its accuracy are
superior in relation to existing relative gravimeters. The results obtained indicate high quality of determination of the
acceleration of gravity with the A-10 in field conditions. Additionally, confirm the applicability of the A-10 to the
deployment and modernization of gravimetric networks of reference. With the establishment of the networks will be
possible to obtain a higher efficiency and accuracy in relative gravimetric surveys traditional as well as in the study of
Earth tide and geodynamics. Some practical issues are discussed regarding the use and the equipments process
operation.
Keywords: Gravimeter, Absolute Network, Gravity Acceleration
1. INTRODUÇÃO
Uma vasta gama de fenômenos na Terra, como os efeitos da atração luni-solar, as consequências dos
movimentos sísmicos, os movimentos de precessão e de nutação do eixo de rotação, as mudanças na velocidade de
rotação, os movimentos de placas tectônicas e os processos vulcânicos precisam ser estudados. Eles estão relacionados
com a redistribuição de massa na crosta e/ou mudanças na forma da Terra. Além disso, o equilíbrio elástico
gravitacional da Terra é afetado, resultando em um processo lento e de pequenas mudanças de gravidade ao longo do
tempo. A ordem da amplitude é 10-8 a 10-9 g (entre 10µGal e 1µGal), onde g é a aceleração de gravidade (média de 9,8
m/s2 para a Terra). Ao nível de precisão melhor do que poucas partes por milhão, a gravidade é sensível às anomalias
causadas pela variação da densidade do subsolo. Elas representam mudanças devido às causas naturais ou às atividades
humanas. Por exemplo, aquelas oriundas da variação de armazenamento de água, minério, depósitos de petróleo e de
gás, umidade do solo, mudanças nas escavações feitas pelo homem, fluxo de massa dos vulcões ativos, entre outros.
Baseado nessas questões um dos objetivos desse trabalho é a implantação de uma rede gravimétrica absoluta
no estado de São Paulo. O estado contava até 2013 com 4 estações gravimétricas absolutas (Valinhos, São Paulo,
Cananeia e Ubatuba). O Instituto Geográfico e Cartográfico e o Laboratório de Topografia e Geodesia/EPUSP, por
meio de um convênio entre as partes, está implantando uma rede de medidas absolutas com 15 novas estações no
Estado e a reocupação de 3 estações: Cananeia, São Paulo e Ubatuba. As mesmas serão implantadas em lugares
estratégicos como em localidades que possuam estações da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC).
Deste modo, o usuário terá a disposição ao menos uma estação em um raio de 100 km. As medidas estão sendo
conduzidas utilizando um gravímetro absoluto modelo A-10 da Micro-g LaCoste. Este permite determinar o valor da
aceleração de gravidade com precisão de 10 µgal e seu princípio de funcionamento é por queda livre, onde um objeto é
solto no interior de uma câmara de vácuo e sua posição é monitorada com muita precisão usando um interferômetro
laser. A sua eficiência e a sua precisão são superiores em relação aos gravímetros relativos existentes. Ao término do
estabelecimento das estações será possível obter uma maior eficiência e precisão nos levantamentos gravimétricos
relativos tradicionais, como também no estudo da maré terrestre e da geodinâmica. Outro objetivo é apresentar a
implantação da rede absoluta na Argentina. Para tanto, duas campanhas foram realizadas e ao final 31 pontos
observados ou reobservados. As estações foram medidas em locais próximos a pontos nodais da rede altimétrica
daquele país.
Uma rede absoluta de gravimetria tem como funções colocar em escalas as redes pré-existentes, servir de
referência única para todas as novas redes relativas, atender à calibração de gravímetros relativos e auxiliar nos estudos
e pesquisas que exijam alta precisão, como a geodinâmica de marés terrestres e a variação secular da gravidade.
Atualmente, alguns trabalhos sobre implantação de redes absolutas estão sendo realizados (KRYNSKI; DYKOWSKI,
2014 e BONVALOT, et al., 2014)
2. O GRAVÍMETRO MICRO-G LACOSTE A-10
O gravímetro Micro-g LaCoste A-10 é composto de uma câmara de vácuo com um sistema de queda livre de
uma massa (prisma) – unidade superior, de um interferômetro a laser – unidade inferior e de uma unidade eletrônica de
controle para assistência ao funcionamento do aparelho a qual é acompanhada de um computador. O gravímetro deve
ser mantido regularmente ligado a uma corrente, seja uma bateria de 12V, seja direto na energia. A energia mantém a
câmara de vácuo bem como a temperatura do interferômetro a laser (MICRO-G LACOSTE, 2009). Viajando em um
veículo o sistema pode (deve) facilmente ser mantido pela bateria do veículo. Numa situação menos favorável deve-se
manter pelo menos a bomba de íon conectada à energia. Num caso mais extremo onde o equipamento é despachado
como carga, totalmente desconectado da energia, o retorno do mesmo a uma situação de medição fica mais demorado.
Neste caso, o primeiro cuidado é restabelecer o vácuo na câmara de queda livre. Este não é o caso quando se desliga por
tempo muito curto a bateria, por exemplo, para retirar o gravímetro do veículo e estacioná-lo no ponto de medição,
ligando-o imediatamente à energia. O gravímetro ligado na bateria implica na atuação constante da bomba de íon e na
manutenção das condições de operação. O início da operação de medição depende da alternativa utilizada no transporte.
A Fig. 1 ilustra o gravímetro A-10/32 posicionado em uma estação.
Fig. 1 – Gravímetro A-10/32 sob o pilar na estação absoluta de Valinhos.
Uma vez posicionado o equipamento sobre um ponto de interesse e realizada toda a configuração necessária
para o aparato entrar em funcionamento, utiliza-se do software g9 para acompanhar as medições. O pacote
computacional fornece sofisticada coleta de dados, processamento e capacidade de análise incluindo correções
necessárias (maré, sismo, laser, sensibilidade, entre outros) para garantir que as medições gravimétricas estejam dentro
da precisão estipulada (MICRO-G LACOSTE, 2012). As Fig. 2 e Fig. 3 ilustram uma das telas disponíveis no software
e mostram o comportamento da medida. No primeiro caso, é retratado a segunda série de um total de 100 quedas, onde
todas as medições são aceitas. É visualizado também, o valor da aceleração da gravidade bem como o desvio padrão.
Neste caso, nota-se que as medidas tiveram um desvio padrão pequeno (entre ± 100µGal). Já o segundo caso, ilustra a
primeira série de um total de 120 quedas, onde as medições tiveram um maior desvio padrão. Neste caso, alguns pontos
foram rejeitados pelo programa (pontos em vermelho). Caso o local da estação escolhida não apresente uma certa
estabilidade, o resultado da medida poderá ser comprometido e permanecer como na Fig. 3.
Fig. 2 – Tela do software g9 com uma sessão de 120 medidas e desvio padrão baixo.
Fig. 3 – Tela do software g9 com uma sessão de 120 medidas e desvio padrão alto. Em verde as medições aceitadas e
em vermelho as rejeitadas.
3. A REDE ABSOLUTA NO ESTADO DE SÃO PAULO
O estado de São Paulo, possuía até 2013 quatro estações absolutas (Cananeia, São Paulo, Ubatuba e Valinhos).
Estas medidas foram conduzidas nos anos de 1970. A partir do ano passado surgiu a possibilidade de remedir essas
estações, além de efetuar novas medições no interior do estado. A implantação da rede absoluta de gravimetria pretende
estabelecer estações em lugares estratégicos, como em localidades que possuam estações da Rede Brasileira de
Monitoramento Contínuo (RBMC). Deste modo, o usuário terá a disposição ao menos uma estação em um raio de 150
km. A Fig. 4 ilustra a disposição das estações; em vermelho as estações já existentes e que serão remedidas; e azul as
estações já ocupadas e em verde as novas medições que ocorrerão no decorrer de 2014.
Fig. 4 – Distribuição das estações absolutas no estado de São Paulo.
Paralelamente a medida absoluta, é medido o gradiente. Para tanto, utilizou-se um gravímetro relativo modelo
CG-5 SCINTREX. O gradiente da estação é a diferença de g medido pelo equipamento, a uma altura de 70,5 cm do
solo, e o valor de g no piso. Por definição o gradiente é 0,30 mGal/m. Esse valor transformado para µGal e multiplicado
pela altura do equipamento, chega-se a um valor de 212. Essa grandeza foi considerada para o cálculo do novo
gradiente. O valor de g final corrigido (Tabela 1) é dado pela seguinte expressão:
g finalcorrigido = gradiente novo + ( g absoluto medido − 212)
(1)
onde:
 g base − g topo 
 * 70,5
gradiente novo = 

 dif . de altura 
(2)
Tabela 1 – VALORES DA ACELARAÇÃO DA GRAVIDADE PARA O ESTADO DE SÃO PAULO.
Estação
g base
g topo
diferença
gradiente g absoluto gradiente
g final
(µGal)
(µGal)
de altura
(µGal/cm)
medido
novo
corrigido
(cm)
(µGal)
(µGal)
(µGal)
Jaboticabal
978513400 978513021
120
3,1583
978512508
223
978512518
S. J. do R. Preto 978516524 978516271
97
2,6082
978516192
184
978516164
Lins
978590004 978589801
73
2,7808
978589354
196
978589338
Franca
978393162 978392989
55
3,1455
978393160
222
978393170
São Carlos
978489991 978489795
65
3,0154
978489963
213
978489963
São Paulo
979999146 979998960
67
2,7761
978641871
196
978641854
Valinhos
980000145 979999834
80
3,8875
978563687
274
978563749
Após a rede absoluta do estado de São Paulo ser completada, serão disponibilizadas as monografias de cada
estação (Fig. 5). Estas compreenderão informações básicas como o nome da estação, as coordenadas geodésicas (φ, λ,
H), data da medição, imagens da localização do ponto e o valor da aceleração da gravidade, bem como sua precisão.
Fig. 5 – Monografia da estação de Jaboticabal – SP.
4. A REDE ABSOLUTA NA ARGENTINA
A implantação da rede absoluta Argentina foi conduzida em duas campanhas. A primeira em Janeiro de 2014
(17 medições realizadas) e a segunda em Abril (14 medições) do mesmo ano. Cada campanha teve duração em torno de
25 dias, sendo que o planejamento da logística foi crucial para o bom desempenho do trabalho. A principal dificuldade
foi conseguir um equilíbrio do gravímetro para trabalhar em temperaturas, ora muito elevadas (acima de 35ºC), ora
muito baixas (abaixo de 10ºC). O gravímetro A-10 é termicamente estabilizado para atuar em temperaturas que variam
desde -20ºC até 40ºC. Entretanto, ajustes na temperatura do laser e do compartimento de queda livre devem ser
realizados de forma que o aparato possa trabalhar em equilíbrio. A Fig. 6 ilustra a distribuição dos pontos no país
vizinho.
Fig. 6 – Distribuição das estações absolutas na Argentina.
Da mesma forma que no estado de São Paulo, na Argentina mediu-se o gradiente com um gravímetro CG-5.
Os resultados dos valores absolutos são apresentados na Tabela 2.
Tabela 2 – VALORES DA ACELARAÇÃO DA GRAVIDADE PARA A ARGENTINA.
g Base
g Topo
diferença
gradiente g absoluto
novo
(µGal)
(µGal)
de altura
(µGal/cm)
medido
gradiente
(cm)
(µGal)
(µGal)
Ggil
980000323 980000004
107
2,9813
979517569
210
El Zonda
980000134 980000002
58
2,2759
979141513
160
Ituzaingo
980000286 980000002
105
2,7048
979122555
191
La Rioja
980000144 980000003
66
2,1364
979042226
151
Lag. Yema
980000233 979999996
81
2,9259
978882434
206
Mendonza
980000234 980000011
80
2,7875
979199358
197
Mercedes
980000388 979999999
127
3,0630
979239727
216
Puerto Iguazu
980000228 980000000
90
2,5333
978905298
179
Quimili
980000351 980000003
117
2,9744
979123118
210
Rosario
980000279 980000007
105
2,5905
979548262
183
San Cristobal
980000331 980000008
109
2,9633
979327331
209
Salta
980000225 980000012
83
2,5663
978409209
181
San Luis
980000177 980000002
61
2,8689
979316782
202
Tucumán
980000233 980000006
81
2,8025
978885840
198
Tandil
980000282 980000020
96
2,7292
979903519
192
Victoria Mac.
980000241 980000001
78
3,0769
979579788
217
Vila Maria
980000091 980000000
37
2,4595
979473409
173
Corrientes
980000280 980000002
88
3,1591
979165187
223
Payssandu
980000328 980000002
106
3,0755
979523307
217
(Uruguai)
Miguelete
980000285 980000001
94
3,0213
979688041
213
Bahia Blanca
980000070 979999994
31
2,4516
980046052
173
Perito Moreno
980000211 980000000
72
2,9306
980624350
207
Tres Lagos
980000212 980000000
81
2,6173
980959724
185
La Esperanza
980000087 980000000
39
2,2308
981084529
157
San Julian
980000255 980000002
84
3,0119
980993706
212
Comodoro
980000146 980000005
52
2,7115
980663566
191
Rivadavia
Rawsom
980000241 980000003
76
3,1316
980457814
221
Esquel
980000258 980000002
93
2,7527
980231528
194
Neuquen
980000609 980000003
336
1,8036
979965567
127
Victorica
980000212 979999999
77
2,7662
979752541
195
Roberts
980000078 980000001
35
2,2000
979723537
155
Estação
g final
corrigido
(µGal)
979517567
979141461
979122534
979042165
978882428
979199342
979239731
978905265
979123116
979548232
979327328
978409178
979316772
978885825
979903499
979579792
979473370
979165197
979523312
979688042
980046013
980624345
980959697
981084474
980993707
980663545
980457822
980231510
979965482
979752524
979723480
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
O trabalho apresenta os esforços iniciais para a implantação de redes gravimétrica absolutas na América do
Sul. Após a análise dos resultados preliminares de ambas redes, algumas questões são levantadas, como por exemplo:
Qual é o valor máximo de desvio padrão aceitável para o valor de g? Esse valor máximo deverá estar associado às
condições e estabilidade do local de medida. É necessário definir tolerâncias e parâmetros de precisão a serem
considerados nos resultados das medições.
Outra questão a ser discutida trata da ligação internacional de valores da aceleração da gravidade. Com a
possiblidade de ter um valor absoluto em regiões fronteiriças (e.g. Foz do Iguaçu) a ligação poderá ser conduzida
utilizando um gravímetro relativo. O gravímetro A-10 permitirá que sejam realizadas reocupações nas estações
absolutas ao longo do tempo, permitindo observar a variação da aceleração da gravidade.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Instituto Geográfico e Cartográfico do estado de São Paulo por ter disponibilizado o
gravímetro absoluto para a realização das redes e ao Instituto Geográfico Nacional da Argentina, por disponibilizar toda
a infraestrutura e facilidades durante as campanhas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BONVALOT, S.; GABALDA, G.; GATTACCECA, T.; et al., Field measurements of Absolute Gravity: current status,
examples and perspectives. Third International Symposium of the Gravity Field Service – IGFS3 June 30 – July 6,
Shanghai, China, 2014.
KRYNSKI, J.; DYKOWSKI, P. The use of the A10-020 absolute gravimeter for the modernization of gravity control in
Poland. Third International Symposium of the Gravity Field Service – IGFS3 June 30 – July 6, Shanghai, China,
2014.
MICRO-G LACOSTE, Inc. A-10 Portable Gravimeter User’s Manual, July 2008, 59 pp.
MICRO-G LACOSTE, Inc. g9 User’s Manual, April 2012, 54 pp.