Estação sísmica escolar do Instituto D. Luiz

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José Aquino Ávila
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A estação inclui 3 sensores, 2 que registam o movimento vertical e um que regista o movimento horizontal.

1 Estação sísmica escolar do Instituto D. Luiz Localização A estação sísmica encontra se no piso térreo do edifício C1 da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL), no Campo Grande em Lisboa (Figura 1). A estação inclui 3 sensores, 2 que registam o movimento vertical e um que regista o movimento horizontal. Todos os registos são geridos pela aplicação Jamaseis que faz também a sua divulgação para o exterior. Figura 1 Localização da estação sísmica escolar do IDL (círculos amarelos). As coordenadas da estação sísmica são: Latitude Longitude Altitude N W 76 m As coordenadas foram medidas com GPS de mão (Elipsoide de referência WGS 84) num ponto exterior ao edifício o mais próximo possível da estação (ver figura 2). Os sensores encontram se aproximadamente a 10,60 metros do ponto de leitura das coordenadas (ver figura 3). Com respeito à altitude, recorremos a um levantamento topográfico efetuado pelos colegas da Engenharia Geográfica que indicam uma cota de m numa marca 12 metros a Oeste do nosso ponto de medição de coordenadas. 1

Figura 2 Local de medição das coordenadas Figura 3 Localização da estação e do ponto de medição das coordenadas Condições locais É desejável o conhecimento das condições locais de implantação da

O Professor João Cabral (FCUL/IDL) apresenta aqui o enquadramento geológico da FCUL Do ponto de vista do seu enquadramento geológico, o Campus Universitário da FCUL (Campo Grande) situa se numa área

2 Figura 2 Local de medição das coordenadas Figura 3 Localização da estação e do ponto de medição das coordenadas Condições locais É desejável o conhecimento das condições locais de implantação da estação sísmica. O Professor João Cabral (FCUL/IDL) apresenta aqui o enquadramento geológico da FCUL Do ponto de vista do seu enquadramento geológico, o Campus Universitário da FCUL (Campo Grande) situa se numa área onde afloram sedimentos de idade miocénica pertencentes à Bacia Cenozóica do Baixo Tejo (ou Tejo Inferior). Mais especificamente, e segundo a cartografia da Carta Geológica do Conselho de Lisboa na escala 1:10.000, os edifícios do campus, onde se inclui o edifício C1, localizam se numa mancha da formação miocénica designada por Areolas da Estefânia (M 1 II, de idade Aquitaniano, Miocénico inferior), constituída por areias finas silto argilosas mais ou menos coesas. Nesta área a estrutura geológica é sub horizontal, correspondendo aproximadamente à zona axial de um ligeiro anticlinal, muito aberto, em que as Areolas da Estefânia correspondem à unidade mais antiga aflorante. Regionalmente a sua espessura total varia entre os 25 e os 36 m, embora na área do campus a sua espessura seja previsivelmente da ordem dos m. Esta unidade assenta sobre a formação miocénica designada por Argilas e Calcários dos Prazeres, ou Argilas de Prazeres (M 1 I), constituída por argilas, argilas siltosas, argilas margosos, margas e calcários. Corresponde à formação miocénica mais antiga, também de idade Aquitaniano (Miocénico Inferior). Apresenta regionalmente uma espessura variável, entre cerca de 30 e 40 m. As Argilas e Calcários dos Prazeres assentam sobre sedimentos da Formação de Benfica, de idade paleogénica (Eocénico Oligocénico), constituída por uma sucessão de depósitos continentais de regime fluvial mais ou menos torrencial. Estes sedimentos consistem predominantemente em arenitos mais ou menos grosseiros e níveis conglomeráticos, por vezes fortemente cimentados constituindo níveis de calcretos e de calcários palustres, com níveis argilosos e margosos intercalados. Esta unidade pode atingir uma espessura máxima de cerca 2

Escolas (ver Matias e Torres, 2000). a) b) Figura 4 Sismómetro de Lehman.

3 de 400 m, tendo provavelmente na área de estudo uma espessura de cerca de 200 m, assentando sobre as rochas ígneas do Complexo Vulcânico de Lisboa. Sensores Sismómetro de Lehman código IDLG Trata se de um sismómetro horizontal artesanal representado na figura 4, do mesmo tipo que foi usado no passado em projetos educativos de Sismologia com as Escolas (ver Matias e Torres, 2000). a) b) Figura 4 Sismómetro de Lehman. a) vista geral; b) pormenor do conjunto indicado por c na figura 3a) O sismómetro de Lehman (Figura 4) é constituído por uma massa (1) sustentada por um eixo horizontal (4) que está apoiado num ponto (2) da estrutura metálica. Junto à massa (figura 4b) encontra se um íman (3). O movimento relativo entre o íman e a bobine (5) colocada próximo vai gerar nesta uma corrente elétrica (princípio de indução de Faraday). Essa corrente é amplificada e digitalizada pelo dispositivo SEP electronics representado na figura 9. Como se trata de um sensor horizontal todo o movimento vertical da massa é indesejável. Por isso esse movimento é amortecido com a ajuda de uma placa horizontal mergulhada em água (ver Figura 4a, conjunto B). O movimento horizontal da massa deve ser também amortecido, mas em menor grau, para evitar o fenómeno de ressonância. Este amortecimento é realizado por uma placa vertical (figura 4a, número 5) mergulhada em glicerina. A quantidade de glicerina utilizada foi ajustada em função do amortecimento do sismómetro, controlado no monitor do jamaseis, procurando obter se uma curva de amortecimento ideal representada na figura 5. A curva obtida no sensor do IDL pode ser vista na figura 6. O sismómetro de Lehman funciona com base no princípio da suspensão em portão de garagem. A massa é o portão e as dobradiças são o ponto de encaixe do eixo horizontal (2 na figura 4a) e 3

Na instalação do IDL o período natural obtido foi de 12 s como pode ser verificado na figura 7.

4 o ponto de fixação do fio de aço (6 na figura 4a). Se esses dois pontos coincidirem na vertical, o período da massa é infinito. Avançando um pouco a dobradiça superior, o período pode ser ajustado ao valor desejado. Verifica se, no entanto, que períodos muito longos são instáveis. Na instalação do IDL o período natural obtido foi de 12 s como pode ser verificado na figura 7. Este valor foi medido antes de colocarmos os líquidos para amortecimento, dando um toque leve na massa do sismómetro utilizando uma pequena massa presa a um fio (Figura 4a, conjunto A). A orientação do sismómetro de Lehman foi feita coma a ajuda do GoogleEarth. Com a ferramenta designada por régua medimos a orientação da parede externa do edifício (ver figura 8). Com a ajuda de um transferidor marcamos no chão a direção Norte Sul. O eixo do sismómetro ficou alinhado com esta direção o que significa que a massa está a oscilar na direção este oeste. É essa a direção do movimento que este sensor está a medir. O sismómetro de Lehman não se encontra protegido por uma caixa e por isso os seus registos mostram se muito afetados pelas correntes de ar e passagem de pessoas no espaço em que está instalado. Figura 5 Tipos de curvas amortecimento. Adaptado de rmncmotion.aspx Figura 6 Amortecimento obtido para o sismómetro de Lehman no IDL. 4

5 Figura 7 Medição do período natural do sismómetro de Lehman no IDL Figura 8 Utilização do Google Earth para orientação do sismómetro Figura 9 Digitalizador SEP Electronics. Figura 10 Sismómetro TC1 (seta A) e SM 6 (seta B) 5

6 Sismómetro TC1 código IDLM O sensor TC1 ( é um sismómetro vertical que tem incluído a placa digitalizadora e amplificadora NERDAQ (sensor A da Figura 10 ). O período natural anunciado pelo fabricante é de cerca de 1s (a confirmar experimentalmente). O amortecimento é eletromagnético. Um íman que se move no meio de um cilindro condutor gera neste correntes que criam um campo magnético que se opõe ao campo do íman, travando o movimento deste. O ajustamento do amortecimento foi feito por tentativa e erro mudando a posição do cilindro condutor. Apesar do período natural nominal do fabricante ser de 1 segundo, este sensor tem se revelado muito sensível tendo registado com um bom sinal sismos regionais e sismos distantes. Sendo um sensor vertical ele irá registar preferencialmente as ondas P e ondas superficiais de Rayleigh. Por outro lado, este sensor tem se mostrado bastante insensível às atividades e movimentos que ocorrem na sala onde está instalado. Geofone SM 6 código IDLS É um sensor vertical com um período natural de 4.5 Hz fixado pelo fabricante (Figura 10 seta B). A digitalização e amplificação é, como no caso do sismómetro de Lehman efetuada pela placa SEP electronics. O seu amortecimento foi fixado pelo fabricante como 70% do valor crítico, que é o valor ideal para o registo de sismos. Este sensor é particularmente adaptado para registar sismos locais e para demonstrar o funcionamento dum sismómetro aos visitantes da instalação. Por causa disso os seus registos são dominados pela atividade local que ocorre na vizinhança do espaço de instalação. Sistema de registo jamaseis jamaseis é um software desenvolvido pela associação Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS) que coleciona dados provenientes de estações sísmicas e que permite aos utilizadores visualizar e manipular estes dados bem como compartilhar os dados com outros utilizadores na Internet em tempo real. O jamaseis pode ser obtido através da página 6

7 Referências Almeida, F. M. (1986) Carta Geológica do Concelho de Lisboa, na escala 1/ Serv. Geol. Portugal, Lisboa. Matias, L. e Torres, L., O ensino experimental da Sismologia, Comunicar Ciência, Ano I, nº4,

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