Um tiltímetro é um inclinômetro de alta sensibilidade, projetado para medir pequenas variações de inclinação no solo ou em estruturas. Tiltímetros são usados no monitoramento da deformação de vulcões, de movimentos de barragens, taludes e outras estruturas, e na determinação da geometria de fraturas hidráulicas, incluindo orientação, mergulho e volume. Há modelos mecânicos, de corda vibrante e eletrolíticos, além de instrumentos que empregam sensores de sistemas microeletromecânicos (MEMS). Em monitoramento vulcânico, os tiltímetros eletrônicos usados pelo Observatório de Vulcões do Havaí conseguem resolver mudanças de cerca de 5 nanorradianos.
No Observatório de Vulcões do Havaí, medições de inclinação começaram em 1912 com um fio de prumo suspenso. Quando o solo se inclinava, a estrutura que sustentava o pêndulo se movia junto com o terreno, enquanto o prumo permanecia orientado pela gravidade. A precisão dependia do comprimento do pêndulo, e mudanças inferiores a alguns microrradianos eram difíceis de detectar. Sistemas pendulares também são empregados no acompanhamento de movimentos horizontais de longo prazo em barragens, pontes e edifícios altos. A leitura pode ser óptica ou automática, com sistemas que usam matrizes de dispositivos de carga acoplada e diodos laser.
Em 1914, Albert A. Michelson, Henry G. Gale e colaboradores instalaram no Observatório Yerkes tiltímetros de nível d'água orientados nas direções leste-oeste e norte-sul. Os tubos tinham cerca de 150 m de comprimento, ficavam aproximadamente 1,8 m abaixo da superfície e eram preenchidos pela metade com água. As experiências prosseguiram em 1916 e 1917 com um sistema de registro interferométrico. Michelson e Gale publicaram os resultados em 1919.
Em 1927, o sismólogo japonês Mishio Ishimoto criou um tiltímetro de pêndulo horizontal construído em vidro de quartzo. A baixa expansão térmica do material reduzia a interferência da temperatura na medição. Ishimoto publicou uma descrição do instrumento em 1929.
No Observatório de Vulcões do Havaí, o método pendular permaneceu como a única forma de medir inclinação até 1956, quando entrou em uso o tiltímetro de tubo d'água. Nesse sistema, dois ou mais recipientes são ligados por um tubo com água. Mudanças na elevação relativa dos pontos alteram o nível da água nos recipientes. A rede instalada no Kīlauea conseguia detectar variações inferiores a um microrradiano, mas as medições precisavam ser feitas à noite, quando a temperatura do ar permanecia quase constante. Erros induzidos por temperatura são uma limitação conhecida de tiltímetros de fluido de base longa e motivaram o desenvolvimento de projetos com compensação térmica. Tiltímetros interferométricos de nível d'água foram desenvolvidos para medições geodinâmicas de alta precisão. Um instrumento construído no Instituto Geodésico Finlandês em 2000 foi usado em medições de marés terrestres, carregamento das marés oceânicas e carregamento atmosférico.
O primeiro tiltímetro eletrônico do Observatório de Vulcões do Havaí entrou em operação em 1965. O instrumento media continuamente o nível de um fluido eletrolítico por mudanças de capacitância e podia detectar variações de um décimo de microrradiano. Tiltímetros eletrônicos de furo desenvolvidos depois usam sensores semelhantes a um nível de bolha, com eletrodos que detectam o deslocamento do fluido condutor. Esses instrumentos podem medir duas direções ortogonais e transmitir dados continuamente. Mudanças de temperatura do terreno, chuva e acomodação do instrumento no furo também alteram as leituras. A acomodação pode produzir deriva durante meses ou anos e imitar uma tendência de longo prazo. Por esse motivo, os registros de tilt no Observatório de Vulcões do Havaí são usados principalmente para mudanças em escalas curtas, enquanto medições de deformação durante meses ou anos também recorrem ao GPS.
Outra tecnologia usa acelerômetros MEMS para medir inclinação em um ou dois eixos. O ângulo pode ser calculado a partir das componentes da aceleração da gravidade medidas pelos eixos do sensor. Erros de desalinhamento, deriva térmica, deriva de longo prazo e envelhecimento podem afetar esses sensores. Procedimentos de alinhamento e recalibração reduzem esses efeitos. Há inclinômetros digitais biaxiais com resolução nominal de um segundo de arco para nivelamento, medição angular e perfilamento de superfícies.
Na vulcanologia, tiltímetros são usados para acompanhar a inflação e a deflação do terreno causadas por mudanças de pressão em reservatórios de magma. Quando magma se acumula abaixo da superfície e provoca inflação, áreas vizinhas tendem a inclinar-se para fora do centro de soerguimento. Quando o reservatório perde magma e o terreno sofre deflação, a inclinação tende a ocorrer em direção ao centro de subsidência. No Kīlauea, tiltímetros instalados em furos registram ciclos de deflação e inflação que duram de horas a dias e estão relacionados a mudanças de pressão em um reservatório magmático sob o cume. A grande sensibilidade dos instrumentos também registra sinais sem origem magmática, como deformações provocadas pelo aquecimento do terreno e pela chuva, que precisam ser distinguidos na interpretação dos dados.
Galeria
Ver também GPS diferencial, técnica geodésica usada para medir deslocamentos do terreno Geomecânica, estudo do comportamento mecânico de solos e rochas Inclinômetro, instrumento usado para medir ângulos de inclinação Sensoriamento remoto, obtenção de dados à distância usada no acompanhamento de deformações do terreno Mecânica das rochas, estudo do comportamento mecânico de rochas e maciços rochosos Vulcanologia, área em que tiltímetros são usados para acompanhar deformações do terreno
Categoria:Instrumentos de medida Categoria:Sismologia Categoria:Vulcanologia