GRAVIMETRO ASKANIA:
1.Introducción: El Gravímetro Gravímetro o gravitómet gravitómetro ro es un instrumento instrumento utilizado utilizado en gravimetría gravimetría para para medir el camp campo o grav gravit itac acio iona nall loca locall de la Tier ierra. ra. Un grav gravím ímet etrro es un tipo tipo de acelerómetro especializado en medir la constante aceleración descendente de la gravedad gravedad,, la cual varía alrede alrededor dor de un 0.5% 0.5% sobre sobre la superf superfcie cie terre terrestr stre. e. un!ue un!ue "uncio "uncionan nan con el mismo mismo principio de dise#o de los acelerómetros, los gravímetros est$n dise#ados para ser m$s sensibles con el fn de medir los pe!ue#os cambios dentro de la gravedad de la Tierra, causados por estructuras geológicas cercanas o por la propia "orma de la Tierra. Esta sens sensibi ibili lida dad d sign signif ifca ca !ue !ue los los grav gravím ímet etro ros s son son susc suscep epti tibl bles es a vibr vibrac acio ione nes s ete etern rnas as inclu&endo el ruido ruido,, el cual tiende a causar aceleración oscilatoria. Esto es contrarrestado por el aislamiento vibratorio integral & el procesamiento de la se#al. 'or lo general, las limitaciones en la resolución temporal son menores para los gravímetros, de tal "orma !ue la resol esoluc ució ión n pued puede e ser ser aume aument ntad ada a proc proces esan ando do los los dato datos s de sali salida da con con una una ma&o ma&orr cons consta tant nte e de tiem tiempo po.. (os (os grav gravím ímet etro ros s usan usan la medi medida da gal gal,, en lugar de las medidas comunes de aceleración. (os graví ravíme mettros se util utiliz izan an en la e eplo plorac ración ión de pet petró róleo leo & minerales minerales,, sismología sismología,, geodesia,, ar!u geodesia ar!ueo eolo logí gía, a, estu estudi dios os de agua aguas s subt subter err$ r$ne neas as,, an$l an$lis isis is geo"ísicos & otra otras s investigaciones geo"ísicas geo"ísicas.. Eisten dos tipos de gravímetros) relativos & absolutos. (os absolutos miden la gravedad local en unidades absolutas, los gals. (os relativos comparan el valor de la gravedad en un punto en relación con otro.
1.1Gravímetros 1.1Gravímetros aso!utos: (os primeros gravímetros absolutos "ueron los p*ndulos !ue permiten conocer el valor de la gravedad a trav*s de la medición de sus períodos de oscilación. Estos instrumentos de+aron de emplearse a mediados de -00 cuando se empiezan a construir los primeros grav gravím ímet etro ros s de caíd caída a libr libre. e. o& o& en día día los los grav gravím ímet etro ros s abso absolu luto tos s tien tienen en una una "orm "orma a compacta para "acilitar su uso en eteriores. Traba+an midiendo la aceleración de una masa en caída libre a trav*s de un vacío mientras un acelerómetro est$ f+o en el suelo. (os (os gravím gravímetr etros os absolu absolutos tos se utiliz utilizan an para para calibr calibrar ar los gravím gravímetr etros os relat relativo ivos s & para para establecer una red de control vertical. 1." 1. " Graví Gr avímet metros ros re!at re! ativ ivos: os: (os gravímetros relativos poseen similitud constructiva con los sismómetros verticales de largo período. /olamente veremos los gravímetros port$tiles basados en el con+unto mas resorte & en particular los !ue utilizan algn tipo de control o medición electrónica. Un gravímetro relativo es un instrumento !ue mide cambios etremadamente pe!ue#os en el peso. El peso de una masa varía con los cambios en el campo gravitacional. 'ara detectar detectar un cambio cambio en el peso 1"uerza de gravedad2 gravedad2 de 0. mgal, un gravímetro gravímetro debe tener una sensibilidad de 034g. /i la masa cuelga un metro en un muelle de 50 cm de largo un cambio de 0. mgal produce un cambio de 0.5 0 3 45 cm en la longitud, tal distancia no puede puede ser medida inclusive por instrumentos como el inter"erómetro, inter"erómetro, el cual
no mide no puede medir una distancia m$s pe!ue#a !ue una longitud de onda 1es decir) 5 0 3 45 cm2. (a resolución de un gravímetro sensible debe ser m$s de 0 veces la de un inter"erómetro. (os Gravímetros consisten en una masa unida a &a sea un muelle 6elicoidal, a una fbra de torsión, o a una cuerda vibrante 1una tira de metal2. Eisten dos tipos b$sicos de gravímetros !ue son capases de medir estos pe!ue#os cambios en la longitud del muelle, en el $ngulo de torsión, o poca "recuencia de vibración. El primero es un gravímetro esta!e o est#tico, en la !ue una gran ampliación óptica o mec$nica proporciona la sensibilidad necesaria para medir el cambio en el desplazamiento del peso 1o en el $ngulo de torsión o en la "recuencia resonante2 7os "uerzas actan sobre la masa) la Gravedad & la tensión del resorte. El segundo tipo es un gravímetro inesta!e o ast#tico, en el cual un tercio de la "uerza de e!uilibrio acta para producir inestabilidades de modo !ue los pe!ue#os cambios en la gravedad relatividad produzcan grandes movimientos observados.
8igura 5.. Un resorte simple, donde el peso 1 mg2 incrementa la longitud de la una distancia 9l: sobre su longitud sin peso. 'or la naturaleza de la "uerza el$stica !ue e!uilibra la "uerza de gravedad, se distinguen tres grupos de gravímetros) de gas, de lí!uido & ordinarios 1mec$nicos2. •
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(os gravímetros de gas son aparatos en los !ue la "uerza de gravedad viene e!uilibrada por la elasticidad de un gas comprendido en un volumen limitado, o por la presión del aire atmos"*rico. (os gravímetros de lí!uido son aparatos en los cuales como "uerza e!uilibrante intervienen las "uerzas capilares del lí!uido. ; (os gravímetros ordinarios son aparatos en los cuales la "uerza de la gravedad se e!uilibra por la elasticidad de cuerpos sólidos) metales o cuarzo. Estos segn sea el material se dividen en dos subgrupos) met$licos 1el sistema el$stico es de metal o de aleaciones especiales2 & de cuarzo 1el sistema es de cuarzo "undido2.
1.".1 $rinci%io de &uncionamiento: Un medidor de gravedad o gravímetro se puede ver como una balanza etremadamente sensible. 7ebe ser capaz de medir cambios en la "uerza de atracción de
la masa tan pe!ue#os como una parte en 0 10. mGal2 o menores an, & en un rango de variación mundial del orden de 5000 mGal 1 -.5< m = s> en el ecuador & -. en los polos2. 'ara cumplir con estas eigencias se 6an tenido !ue desarrollar dispositivos mec$nicos mu& refnados. @nstrumento)
8ig. Gravímetro relativo elemental. 'ara analizar el principio de "uncionamiento calculemos, en un sistema simple como el de la fgura , la relación de la sensibilidad con el período natural de oscilación. (a elongación del resorte debida a la "uerza de atracción mg es)
7onde m es la masa ABgC, g la aceleración de la gravedad Am=s >C & B la constantedel resorte A;=mC. /abemos !ue este sistema es un oscilador mec$nico cu&o período de oscilación libre es)
Entonces, reemplazando en la ecuación 1?.2 se tiene !ue) 'ara pe!ue#os cambios de g se puede escribir)
'or lo !ue es posible calcular la sensibilidad como)
Doncluimos entonces !ue la sensibilidad es proporcional al cuadrado del período. Esto signifca !ue los gravímetros sensibles poseen períodos naturales de oscilación mu& largos.
1."." 'i(cu!tades constructivas
Domo acabamos de ver, para lograr instrumentos tiles 1mu& sensibles2 deber$n ser construidos con mu& largo período propio. Este problema coincide con los !ue tuvieron los dise#adores de sismógra"os verticales para ba+as "recuencias, siendo todavía m$s delicado en los gravímetros pues se trata de medir se#ales de cambio mu& lento, es decir, deben ser mec$nicamente estables & responder desde "recuencias de se#al cero 1DD2. Esto ltimo in6abilita la posibilidad de usar el pr$ctico & confable sensor electrodin$mico para tomar la se#al. (a elevada sensibilidad necesaria & la obligación de responder a cambios mu& lentos 6acen !ue el instrumento sea mu& perturbado por e"ectos no gravitacionales como son la temperatura, inclinación, presión atmos"*rica & campos magn*ticos. 'or lo !ue el dise#o debe contemplar la eliminación o al menos la compensación de estos e"ectos. 8actores t*rmicos) 6abitualmente se eliminan usando componentes de ba+o coefciente de dilatación & alo+ando al sistema sensible dentro de c$maras t*rmicas con control autom$tico de temperatura. /e suelen montar dentro de vasos 7ear como una "orma de aislarlo del ambiente eterno con las resistencias de cale"acción en su interior, adem$s esto 6ace ba+ar la potencia necesaria de cale"acción, redundando en ma&or duración de las baterías en campa#a. E"ectos barom*tricos) actan cambiando las condiciones de Fotación de las partes mec$nicas móviles, se suelen agregar celdas de compensación 1bo&as2. /ensibilidad a la nivelación) est$ mu& relacionada al dise#o mec$nico, pues, en realidad, implica un cierto grado de sensibilidad lateral. 'erturbaciones magn*ticas) se eliminan usando materiales no "errosos en la construcción del resorte & de las partes móviles, por e+emplo, cuarzo como material para palancas & resortes 1orden2. En el caso de 6aber usado algn material "erroso 1(HI2 se recurre al blinda+e de todo el con+unto con l$minas de material de elevada permeabilidad magn*tica 1mumetal2 !ue acta desviando el campo magn*tico del interior, oblig$ndolo a pasar por las paredes.
'or ltimo, un buen gravímetro de campo deber$ presentar la sufciente robustez como para soportar los traslados & el trato de campa#a. 1.".) M*todo de medición En cuanto al m*todo de medición diremos !ue, como vimos, se trata de medir el desplazamiento de la masa producido por un cambio en g. Domo este desplazamiento es etremadamente pe!ue#o, no resulta pr$ctico realizar su medición en "orma directa, se 6a intentado mediante luz e inter"erometría, pero es mu& grande el rango de cobertura & son mu& elevadas la resolución & linealidad necesarias. /iendo !ue los valores a medir son pr$cticamente estacionarios, esto signifca !ue 6a& tiempo para realizar una medición, entonces se recurre al m*todo de cero o de balance 1nulling2, !ue consiste en medir la "uerza necesaria para restaurar el sistema mec$nico a la posición original. 7e esta "orma ni la masa ni el resorte cambian demasiado de posición, logrando incluso, disminuir los e"ectos de 6ist*resis mec$nica !ue suelen presentar los resortes al cambiar su estiramiento un cantidad apreciable. Este m*todo permite, adem$s, restringir con topes el movimiento de la masa, aumentando así la robustez del instrumento. Un modo rudimentario se insina en la fgura , una vez producido g se restaura la posición original de la masa girando el tornillo ubicado en el etremo del resorte opuesto a la masa. Este tornillo tiene un paso de muc6a precisión1por e+emplo , mm = vuelta 2 & posee un dial calibrado, la lectura de sus divisiones corresponde directamente al desplazamiento producido
en el punto de vinculación al resorte, es decir, al cambio de gravedad !ue se desea medir.
".'IVISION 'E +OS GRAVIMETROS RE+ATIVOS ".1 Gravímetros terrestres o Gravímetros de ti%o esta!e: El gravímetro Gra" J sBania, se dise#ó alrededor de -?, obtuvo una precisión de aproimadamente 0,> mgal. Una serie de me+oras en los modelos se 6an desarrollado desde entonces. Un modelo actual 1G/452 tiene una precisión de 0,0 mgal us$ndose en el campo, la tendencia es menos de 0,05 mgal = 6. Usados en una estación de reposo a temperatura constante, el medidor puede registrar variaciones de Kgal & tiene una deriva de 0, mgal=mes. El elemento de detección 1fg. >2 consiste en una masa ubicada en una viga 6orizontal unida a dos resortes tambi*n 6orizontales. El $ngulo de torsión de los muelles es proporcional al cambio de la gravedad para producir la deFeión de la viga. (as mediciones se obtienen por la posición nula de la viga con un muelle de compensación vertical, la posición nula est$ determinada por una medición capacitiva4 transductor. (a compensación de temperatura se obtiene con dos termostatos.
(a fg. > Gra"4sBania gravímetro terrestre 1tipo estable2 un resorte de torsión 6orizontal 1fgura de la iz!uierda2 contrarresta el tor!ue produciendo por el peso mg al fnal de la viga de longitud 9b: 1fgura de la derec6a2. 'ara mantener el e!uilibrio estable. mgb L MN , donde) M es el muelle de torsión & N el $ngulo de rotación del resorte. (a parte eterna tiene una sensibilidad de 0,0 O D & se puede a+ustar para >5 O, ?5 O, P0O ó P5OD, en con"ormidad con la temperatura eterior. El termostato interno proporciona una regulación continua. El medidor tiene un rango de disco de Q.000 microgal, 6aciendo las mediciones posibles en cual!uier estación sobre la tierra. El medidor tiene una amplia aplicación, en particular "uera de ;orte m*rica
"."Gravimetros marinos (os gravímetros marinos de tipo viga de uso general son adaptaciones de los medidos en tierra. Rtros tipos de medidas del mar se 6an dise#ado específcamente para su uso a bordo, sin embargo. El primero de ellos son los dispositivos de presión a gas de ecBer 1-0?2 & aalcB 1-?2. S$s tarde, se desarrollaron medidas de tipo cuerda vibrante por Gilbert 1-P-2 & me+orado por otros. Iecientemente, aialmente medidas sim*tricas "ueron desarrollados !ue est$n libres del acoplamiento cruzado de aceleraciones del bu!ue 6orizontal & vertical !ue
a"ectan medidas de tipo viga.
GRAVIMETRO GRA, ASKANIA GSS-" Esta medida es una modifcación del Gra" sBania est$tico de tierra. Este elemento de detección consiste en una barra plana con dos muelles de torsión 6elicoidales mantienen en una posición casi 6orizontal la barra !ue gira alrededor del e+e de los muelles. (a torsión de los muelles 6ace un balance crítico del momento resultante del peso de la barra, produciendo así un largo periodo de movimiento 1alrededor de Q segundos2.
Un con+unto de ligamentos conecta las cuatro es!uinas de la barra a los etremos de la torsión de los muelles, el cual elimina el movimiento 6orizontal de la barra. (a barra se mueve en el campo de un magneto permanente poderoso, las corrientes de 8oucault resultante producen una "uerte amortiguación magn*tica. En modelos posteriores la amortiguación "ue ampliamente aumentada, para permitir medidas mas eactas de la gravedad en aceleraciones verticales de 6asta 0. g. Gss4> opera en plata"ormas estabilizadas, las medidas inclu&en aceleraciones de acoplamiento cruzado. Estas aceleraciones deben ser removidas, !ue se 6acen por la medición de las aceleraciones 6orizontales con acelerómetros ad+untos a la plata"orma & luego removiendo el e"ecto con el uso de computadoras autom$ticas. (os e"ectos de acoplamiento cruzado son insignifcantes en mares calmados, & pueden ser removidos satis"actoriamente en condiciones de mar moderado, pero por lo general no adecuados en condiciones de mar agitado. Una amplia eperiencia 6a mostrado !ue estas medidas proveen mediciones de una precisión de unos pocos miligals, & me+or en estados de mar calmado.
E%erimentos aerotrans%ortados /an sido !!evados a cao uti!i0ando e! ravímetro Gra&-As2ania Gss-" montado en una %!ata&orma iroestai!i0ada. El instrumento b$sico consiste en una viga de aluminio ligera de ?0 cm de longitud, mantenido en una posición 6orizontal por el par provisto por dos resortes cilíndricos
6orizontales ba+o torsión cerca del etremo. Iesortes 6orizontales adicionales "uncionan paralelos a la viga est$n provistos por control fno & rango. Rtros movimientos de rotación alrededor del e+e 6orizontal de los resortes principales est$n impedidos por oc6o flamentos de restricción conectados entre la viga & el case & pesados por corrientes de 8oucault de amortiguación en el plano vertical es causado por!ue la viga se coloca entre los polos de un "uerte im$n permanente. (a posición de la viga es determinada por el uso de una 6endidura 6orizontal al fnal de la viga a trav*s de la cual la luz de la l$mpara incide en una c*lula "otoel*ctrica di"erencial. (a salida desde la c*lula "otoel*ctrica es amplifcada & fltrada & el promedio por encima de 5 minutos es grabado.
(a condición est$tica de la balanza es dada por) 7onde m es la masa de la viga,
es la distancia desde el centro de la masa de la viga al
e+e 6orizontal de los resortes principales, teniendo una torsión constante $ngulo de rotación de los resortes principales.
, &
es el
causa de la amortiguación pesada el instrumento tiene un tiempo constante de P a 5 minutos & un breve periodo de anomalías gravim*tricas no son reproducidas. Un sistema de control servo a+usta autom$ticamente el resorte de medición de tal modo !ue la viga de aluminio se mantiene en la posición de cero durante un período medio de tiempo, la posición fnal del resorte de medición se determina por medio de un potenciómetro circular cu&o brazo móvil central est$ conectado a un e+e enroscado medido. El numero de revoluciones del brazo potenciómetro es determinado usando un contador adecuado.
GRAV3METRO MARINO ASKANIA GSS-) Es un aparato automatizado. 7e sistema sensible se 6a utilizado en un muelle met$lico cilíndrico P, !ue se etiende ba+o la acción del peso 1?2 en "orma de tubo. 'ara garantizar !ue el movimiento del peso se e"ectu* solamente segn la vertical, se sostiene mediante 5 tirantes 1en la fgura solamente se observan ?2. (a compensación de la "uerza de la gravedad se e"ecta por un procedimiento electromagn*tico. En la parte in"erior de la pesa se f+a una bobina 1>2 con arrollamientos compensadores situados en el campo del im$n 12. En la parte superior de la pesa se 6alla la placa móvil 1Q2 del condensador, situada entre dos placas inmóviles f+as a la bancada del aparato. l medir la "uerza de la gravedad, en el movimiento de avance de la pesa se trans"orma mediante un proceso capacitivo en una se#al el*ctrica alterna !ue amplifca & rectifca un rectifcador sensible de "ase. (a se#al acciona el dispositivo electromagn*tico de compensación. En el sistema de acoplamiento de reacción se 6a previsto un amortiguamiento electromagn*tico & fliación de las aceleraciones perturbadoras. Sediante un dispositivo especial se puede variar el grado de fltración. 7e la salida del dispositivo de compensación, la se#al pasa a dos fltros cu&o r*gimen de "uncionamiento se establece segn el procedimiento de la anterior elaboración de datos. l salir de los fltros, la se#al pasa al voltímetro de indicaciones num*ricas, !ue se#ala el incremento de la "uerza de la gravedad en miligales con la presión de 0. mgal. (as ltimas tres ci"ras indicadas en el voltímetro se trans"orman en el registro analógico & las puede detectar el autor registro. El registro num*rico permite tambi*n e"ectuar la grabación en una cinta magn*tica o en una cinta per"orada. El gravímetro se coloca en el termostato el*ctrico 1<2 & adem$s se tiene un termo compensador electromagn*tico 12 !ue consta de una resistencia termo sensible, de un amplifcador & de un devanado compensador. El sistema sensible del gravímetro es 6erm*tico. 7urante las observaciones, el gravímetro se instala en una plata"orma giroscópica.
Es!uema de blo!ues del gravímetro marino 9/;@: Gss4? Este instrumento "ue concebido para realizar mediciones en "orma remota, pues se lo f+a en el "ondo del mar en una c$mara especial & mediante un cable se controla & mide desde un barco cercano. 'odemos e%plicar su "uncionamiento estableciendo ecuaciones mu& sencillas) al producirse una variación g la masa trata de moverse, el transductor de desplazamiento lo detecta & produce una se#al de error !ue, mediante un amplifcador, aplica una corriente al TE7 para reestablecer el e!uilibrio, en ese punto vale)
7onde Gm es la constante del TE7 A;=C & m es la masa del tubo m$s la bobina del TE7 ABgC. (uego)
Es decir !ue las variaciones de g est$n representadas por las variaciones de la corriente i. Esta corriente, aplicada sobre una resistencia, se convierte en una tensión !ue es la salida del instrumento, la cual puede ser registrada o trans"ormada en valores digitales usando un conversor analógico digital. 'ara evitar los problemas de nivelación, todo el con+unto se monta en una plata"orma especial giroestabilizada para mantener per"ectamente la vertical. (os problemas t*rmicos se minimizan manteniendo la temperatura constante mediante resistencias de cale"acción & un control autom$tico de temperatura. Es un instrumento !ue permite medir con una resolución de 0. mGal en tierra & mGal en el mar. (a interpretación de la medición en el mar es m$s complicada !ue en tierra pues
los datos ad!uiridos contienen adem$s del valor de g, las componentes producidas por el inevitable movimiento de la ca+a del instrumento en contacto con el agua. Estas son, en general, de m$s alta "recuencia & se eliminan mediante fltrado, Iealizando previamente un an$lisis espectral, las "recuencias m$s ba+as son la s !ue corresponden al dato de inter*s.
E4em%!o de !a uti!i0ación &ue en !a inter%retación de !os resu!tados eo&ísicos en !a %ro!onación este de Tandi!!a Este traba+o se realizó con el fn perpendicularmente la posible sub oce$nica de las /ierras /eptentrionales a 50 S al este ciudad de (a 'lata en rgentina e!uipos geo"ísicos del bu!ue oceanogr$fco I 9'uerto obtuvieron registros de sísmica de de gravimetría en las costas bonaerenses. 8ue posible rocas & estructuras sub&acentes a sedimentarias estudiando la susceptibilidad magn*tica, la & la pro"undidad del manto pero el problema de su identifcación & su identifcación resuelto con la aplicación de m*todos gravim*tricos & magn*ticos.
de cortar etensión de (os
la
7eseado: reFeión & identifcar las capas densidad, velocidad rocoso, puede ser
Es así !ue se aprovec6ó la calibración del perflador sísmico & del gravímetro de sBania G//4? del bu!ue I, se realizó un perfla+e gravim*trico & simult$neamente se registró una sección sísmica. El registro se e"ectuó entre las isobatas de P & P0m. En esta investigación se tomó tres disciplinas geo"ísicas)
Sagnetismo se utilizó el magnetómetro de precisión protónica, marca Varringer.
/ísmica se realizó sísmica de reFeión, se utilizó un perflador sísmico.
GIW@SETI@ las observaciones de gravedad relativa se realizaron con un gravímetro sBania G//4?, cu&a precisión teniendo en cuenta las condiciones de mar durante el registro, es de miligal 10 4? cm=seg>2, (os valores de gravedad "ueron relativos a la Vase Sigueletes. El transporte de valor al puerto de Vuenos ires "ue realizado por el @ng. S. 'aterlini, siendo el valor de la gravedad de salida de --Q-P.P miligales. Este e!uipo "ue puesto en "uncionamiento en noviembre de -<0 & no 6a llegado an e!uilibrio t*rmico entre los di"erentes componentes !ue lo "ormen, por eso la deriva instrumental "ue mu& alta.
Donclusiones gravim*tricas de esta investigación El mapa gravim*trico obtenido en la parte continental muestra m$imos de P5 miligales sobre las sierras, en el $rea marina se verifcan valores similares 1P5 a 50 miligales2.(os m$imos registrados a 50 m de la costa de Sar de la 'lata sugieren la eistencia de espesores sedimentarios ma&ores entre la costa & la línea gravim*trica registrada.
GRAV3METROS 5ON M6E++ES 7ORI8ONTA+ES 7E+I5OI'A+ES Gra" propuso utilizar muelles 6elicoidales 6orizontales como elemento el$stico del gravímetro &, bas$ndose en ello constru&o algunos modelos de gravímetros no astaticos. En la UI//, bas$ndose en el principio se 6an elaborado sistemas astaticos de gravímetros. El gravímetro Gs4 6a sido construido por la casa 9/;@ J EIE: 1I82 en la actualidad es el nico aparato no ast$tico !ue asegura una eactitud de medición de la "uerza de la gravedad de unas cent*simas de miligal. Este aparato tambi*n se conoce ba+o la denominación de gravímetro de Gra". (a construcción del gravímetro Gs4 se basa en el principio de la balanza de resorte de torsión 1fg.?2.
8igura ? 7os muelles 6elicoidales 1>2 situados casi 6orizontalmente est$n etendidos & torcidos de modo !ue la palanca 12 con una pesa 1p*ndulo2, f+ada ente a!uellos, se 6alla en posición 6orizontal. (a variación de la "uerza de la gravedad altera la posición 6orizontal del p*ndulo. (a medición se realiza mediante el m*todo de compensación. l girar la cabeza 5 del dispositivo de medición, varía la tensión del muelle de medición 12, cu&o etremo in"erior esta unido al p*ndulo & el superior, al carrito móvil Q !ue lleva la placa de vidrio con las divisiones grabadas de la escala de precisión. (a variación de la posición de la escala de precisión se observa por el ocular 1?2 mediante un indicador especial de la placa de la escala del micrómetro de cu#a. (a posición cero de la palanca se registra por el m*todo "otoel*ctrico. El ra&o de luz de la lamparilla 12, pasando por el condensador 1>2, por la ranura 1-2 & por el ob+etivo 12 incide sobre el espe+o P de la palanca del p*ndulo & reFe+ado va incidir sobre el espe+o f+o 1Q2 situado en"rente. 7el espe+o 1Q2 , el ra&o de nuevo incide sobre el espe+o 1P2 & de este va a dos c*lulas "otoel*ctricas 1<2 conectadas segn un circuito di"erencial. (a corriente "otoel*ctrica de la di"erencia va parar con un galvanómetro con lectura espe+o 102 cu&as indicaciones pueden leerse en la escala. (a dependencia entro el espe+o lineal. 'or eso, en las mediciones no 6a& necesidad de poner el galvanómetro en el cero eactamente. ;o le+os 7el centro de la gravedades p*ndulo va a f+ado a la palanca un segundo muelle, el de la amplitud de la gama, 1-2, para variar la gama de las mediciones. Una vuelta de
la cabeza del tornillo 1<2 del muelle de la amplitud del rango corresponde ala variación de la "uerza de la gravedad en Q004<00 mgal. En rango total de las mediciones de gravímetro sin rea+ustes es de Q004<00 mgal. 'ara ecluir la inFuencia de la temperatura en las indicaciones del aparato se eplica una compensación de temperatura & la termostatizacion. 'ara la compensación de la temperatura se 6a utilizado dos muelles en la espiral d*biles, coais con los principales & situados e el interior de estos. Wariando la tensión de estos muelles se escoge el coefciente de temperatura necesario. El termostato del gravímetro es de dos etapas con caldeo el*ctrico. /egn sea la temperatura eterior, en el interior del gravímetro es de dos etapas con caldeo el*ctrico segn sea la temperatura eterior en el interior del gravímetro puede establece la temperatura de >5, ?5 P0, P5 XD. (a constancia de temperatura en el termostato se mantiene con la eactitud de 0.0 grad. El sistema el$stico del gravímetro es 6erm*tico & para cada caso en !ue se in"rin+a la 6ermeticidad, 6a& un compensador barom*trico 1?2 1dos cilindros vacíos2. /u posición se 6a regulado de manera !ue al variar la presión en 00mm de g, las indicaciones del gravímetro varían en 0. mgal. Dontra las inFuencias magn*ticas se 6a previsto un a pantalla de permallo&. El gravímetro Gss tiene un dispositivo para el control del valor de la escala & comprobación de la linealidad de de"ormación del muelle de medición en las condiciones de traba+o en el campo. 'ara ello, en la palanca del sistema el$stico se 6an 6ec6o dos cavidades situadas a determinada distancia del e+e de rotación & entre si. En una de las cavidades se coloca una es"era met$lica. 7urante los transportes & en pe!ue#as inclinaciones del aparato en -0X puede salirse la es"era de la cavidad. El desplazamiento de la es"era varia en el momento de la masa en magnitud constante, !ue corresponde a la variación aparente de la "uerza de la gravedad aproimadamente en >00mgal. El gravímetro Gs4 es sensible a la sacudidas & a los golpes. Tampoco se permiten considerables inclinaciones del aparato, &a !ue en este caso varían las indicaciones del galvanómetro. 'or eso, no se puede calibrar el gravímetro por el m*todo de inclinación. 7urante el transporte del gravímetro se blo!uea el sistema el$stico mediante dos palancas / en una posición próima a la de e!uilibrio. El suministro el*ctrico del gravímetro, se realiza de dos acumuladores de QW cada uno. Uno es para iluminar las c*lulas "otoel*ctricas & el otro para alimentar a los termostatos & alumbrar la escala del galvanómetro. En las observaciones, el gravímetro se sita en un trípode especial & se nivela segn los niveles 1P2. (a duración de las observaciones es de unos ? min. (a masa del aparato es de >0.5 g. (a del trípode, de .? g. (a deriva del punto cero del gravímetro al variar la temperatura eterior en 0X es menor de 0. mgal=6 6abitualmente no es superior a 0.05 mgal=6. Sediante un dispositivo complementario 1galvanómetro2, con el gravímetro Gs4 se pueden registrar continuamente las variaciones diarias de la "uerza de la gravedad. En este caso la deriva del punto cero disminu&e 6asta 0.40.05 mgal=día. El desarrollo ulterior de la construcción del gravímetro Gs4 "ueron los gravímetros Gs4> & Gs4Q. Una peculiaridad distinta del gravímetro Gs4> es el principio del sistema de
medición en lugar del muelle del rango de lecturas se 6a utilizado un +uego de bolas met$licas !ue, mediante un dispositivo especial, pueden situarse en la palanca del sistema sensible. En el gravímetro Gs4Q, el galvanómetro de espe+o se 6a sustituido por un indicador de agu+as !ue f+a la posición 6orizontal de la palanca del sistema.
GRAV3METROS 'E MAREAS TERRESTRES 9 GRAVIMETRO ASKANIA GS-1; Gravímetros Tierra marea se desarrollaron en la d*cada de -P0. Estos instrumentos pueden medir variaciones de la gravedad en una estación f+a con las altas precisiones necesarias para 6acer los an$lisis de los diversos componentes de marea. (os gravímetros de marea, la ma&oría de uso comn tienen sensores de tipo viga Este instrumento es una modifcación del Gra"4sBania, sino !ue puede medir a aproimadamente 'G(. El medidor est$ 12 doble termostato, para asegurar temperatura constante 1>2 !ue tiene una tasa de deriva lineal de menos de 0, por miligal meses, lo !ue se consigue, en parte, mediante el uso de un dispositivo de calibración electromagn*tica. El gravímetro sBania G/45 nO >> "ue trans"ormado en instrumento de cero, es decir de masa est$tica, en -- desde entonces su "uncionamiento 6a sido continuo & los resultados de los an$lisis e"ectuado de las series observadas 6an demostrado !ue la estabilidad de la sensibilidad del sistema 6a me+orado sustancialmente. ;o obstante, la relación se#al ruido de dic6as observaciones se veía disminuida por dos e"ectos eternos por un lado la "alta de calidad del sistema de termostatización del sensor & por otro, los e"ectos de las variaciones de presión atmos"*rica sobre el sistema mec$nico debido a la p*rdida de estan!ueidad del mismo. (as condiciones de constancia t*rmica de la nueva estación del Walle de los Daídos, 6a permitido eliminar el sistema de control t*rmico, aun!ue se est$ dise#ando, para ser instalado próimamente, un nuevo sistema di"erencial. El "actor de perturbación barom*trica sobre las partes mec$nicas del sensor se 6a eliminado constru&endo un contenedor absolutamente 6erm*tico en cu&o interior se 6a instalado el gravímetro. (os an$lisis de las series observadas con posterioridad a estas me+oras son eaminados & comparados con las etapas previas, poni*ndose se manifesto !ue el instrumento en las actuales condiciones alcanza su nivel óptimo de "uncionamiento.
Modi(caciones e&ectuadas En Rre+ana & Wieira, -<>, se describe la trans"ormación del gravímetro sBania G/45 nO >> en instrumento de masa est$tica mediante el uso de las propias bobinas de calibración para compensar los desplazamientos de la masa debidos a las variaciones de la gravedad. 'ara ello se utiliza un servomecanismo proporcional con un fltro de segundo orden cu&a "unción es 6acer mínima la energía residual en la bobina !ue podría originar oscilaciones en la misma. El servo traba+a positiva o negativamente de "orma !ue reduce a la cuarta parte la energía necesaria para su propia alimentación 8ig. P. 'reviamente a esta modifcación, en el a#o -Q "ue construido un módulo de control, fltrado & calibración del sBania !ue sustitu&endo al original permite su mane+o a distancia mediante un
sistema de motor paso a paso acoplado directamente al v$stago del resorte de medida, así como la adecuada selección del fltrado & amplifcación de la se#al de salida.
8igura P En el traba+o anteriormente citado se "acilitaban resultados comparativos de los an$lisis e"ectuados sobre series de registros de mareas obtenidas antes & despu*s de la trans"ormación en instrumento de cero. (a principal consecuencia de esta comparación era la enorme me+ora !ue tanto en estabilidad como en precisión se 6abía conseguido con el nuevo sistema ciertamente pionero en la conversión de estos instrumentos en gravímetros de cero. ;o obstante, del estudio con detenimiento de estos resultados se podía concluir !ue an eran posibles me+oras del sistema aun!ue independientes de la modifcación principal. 'or un lado los termostatos originales del gravímetro deban dar ugar a una perturbación periódica de unos Q minutos & de amplitud aproimadamente Q R microgales !ue se registraba simult$neamente sobre el sistema analógico con la se#al de variación de gravedad. /in embargo teniendo en cuenta la conveniencia de obtener largas series de registros & las perspectivas de !ue en un "uturo próimo se iba a proceder a un cambio de situación & a la modernización de la Estación del Walle de los Daídos, se consideró !ue no era aconse+able realizar ninguna otra modifcación sobre el gravímetro 6asta !ue esta circunstancia se produ+era. En -< se realizó el acondicionamiento de la nueva sala destinada a investigación geodin$mica en los sótanos de la Vasílica del Walle de los Daídos, como se recoge en otro traba+o, & se aprovec6ó para realizar las nuevas eperiencias cu&os primeros resultados se recogen en este traba+o. En síntesis estas eperiencias se resumen en los siguientes puntos) .4 El gravímetro 6a sido instalado en el interior de un contenedor realizado en acero inoidable de 0.< cm de espesor con tapa superior absolutamente 6erm*tica mediante 4+unta tórica & doce tornillos de apriete. En la tapa superior lleva los conectores especiales 6erm*ticos para las coneiones de alimentación, control a distancia de la situación de la masa & salida del sistema, así mismo en dic6a tapa se 6a instalado una v$lvula de
presión, 8igura 5.
8igura 5 >.4 7adas las condiciones t*rmicas del nuevo emplazamiento con una m$ima variación anual del orden de XD se 6a procedido a desconectar los sistemas de termostatización del gravímetro de+$ndole "uncionar a la temperatura ambiente de -XD. ?.4 Domo se describe en otra comunicación se 6a dise#ado & construido, en colaboración con Geónica, /.. un sistema de ad!uisición de datos para la estación del Walle de los Daídos. Este sistema se encuentra en "uncionamiento en el Walle de los Daídos desde comienzo del presente a#o tras un periodo de prueba con el gravímetro (a Doste Iomberg ;O QQ5 en la estación de Sadrid. El gravímetro sBania se 6a conectado a dic6o sistema !ue 6a sido programado para la grabación de un dato cada 0 minutos obtenido a partir de la media de Q0 datos tomados cada > segundos durante el minuto anterior & posterior al de la toma de in"ormación. @gualmente el sistema permite el registro de datos cada segundo cuando se produce un sismo o cual!uier anomalía 18igura?2.En el sistema de ad!uisición de datos, con Q canales de entrada & gobernado por un ordenador, se registran desde principio de a#o la presión, temperatura & la 6umedad de la estación & esta previsto próimamente incorporar nuevos sensores.
Domo consecuencia de las anteriores eperiencias podemos concluir) O El gravímetro, una vez superada la etapa de "uerte deriva motivada por la "alta de e!uilibrio t*rmico al desconectar los termostatos del mismo, "unciona de "orma ecelente como puede verse en los resultados de los an$lisis e"ectuados Tabla l, en la !ue tambi*n se recogen los obtenidos en etapas anteriores 6abiendo desaparecido las anomalías por las ondas relacionados con los e"ectos meteorológica. >O 'róimamente se va a proceder a instalar en el interior del sistema dos sensores uno de presión & otro de temperatura para controlar al m$imo los posibles e"ectos de variación en ambos par$metros & en cual!uier caso proceder a las correcciones oportunas.
E4em%!o m#s reciente de !a uti!i0ación de! ravímetro As2ania es e! traa4o rea!i0ado en Euro%a durante e! ec!i%se so!ar de 1<<< En este traba+o se analizan los registros gravim*tricos obtenidos con instrumentos de marea, durante el eclipse solar del de agosto de ---, cuando la sombra cruzó Europa. ;uestras conclusiones son !ue los e"ectos signifcativos durante un eclipse, si es !ue eisten, pueden estar por deba+o del nivel de ruido de los gravímetros !ue es Y nm = s Z 10.[Gal2 para gravímetros super4conductores. Un inter*s para mediciones de la gravedad durante un eclipse por Tomasc6eB 1-552 surgió de los eperimentos e 6ipótesis de Sa+orana 1->02 sobre la absorción
gravitacional, !ue se refere a menudo como el e"ecto Sa+orana, o, gravitatoria blinda+e El ob+etivo principal de este traba+o es comparar, para el eclipse de agosto de ---, las mediciones registradas por gravímetros primavera & superconductor gravímetros con el fn de determinar la realidad de los e"ectos registrados en D6ina. Iesultado de la estación de al"erdange 7os gravímetros sBania se utilizan para registrar los cambios de gravedad en la estación de al"erdange durante el eclipse del de agosto de ---. (a fgura 5 muestra los cambios de gravedad registrados por los dos gravímetros sBania 0-)?04>)>>. (os primeros & los ltimos contactos en la estación de al"erdange son las -)00 & >)>>, respectivamente, con la totalidad, a las 0)?0. 'arece ser !ue para este tipo de eperimento, la precisión de sBania gravímetro es de aproimadamente ?[Gal. ;ingn cambio comn gravedad anormal m$s de ?[Gal se puede ver en la fgura 5 durante el eclipse. 'or lo tanto los resultados de la estación de al"erdange espect$culo !ue no eisten e"ectos de blinda+e m$s all$ de nivel de ruido.
