Geodésia Física

Conceito e finalidade

A Geodésia Física é o ramo da Geodésia que estuda o campo de gravidade da Terra e as superfícies de referência definidas por ele. Enquanto a Geodésia Geométrica trata do modelo matemático da Terra, a Geodésia Física trata do comportamento real da gravidade.

Sua finalidade prática é fornecer a referência vertical: é o campo de gravidade que define o geoide e, com ele, as altitudes utilizadas na engenharia, na topografia e na cartografia.

Campo de gravidade terrestre

A gravidade resulta da combinação entre a atração gravitacional das massas terrestres e a força centrífuga produzida pela rotação do planeta. A aceleração da gravidade é a grandeza que expressa esse efeito em cada ponto.

Esse campo não é uniforme: varia com a latitude, com a altitude e com a distribuição irregular das massas no interior e na superfície da Terra. São justamente essas variações que precisam ser observadas e modeladas.

Potencial gravitacional

O potencial é a grandeza que descreve o campo de gravidade de forma contínua, permitindo tratar matematicamente seus efeitos. Superfícies em que o potencial é constante são chamadas de superfícies equipotenciais.

Uma característica essencial dessas superfícies é que a água em repouso se acomoda sobre elas e que a direção da gravidade lhes é perpendicular em qualquer ponto. Esse é o conceito que dá sentido físico à ideia de "nível".

Geoide

O geoide é a superfície equipotencial do campo de gravidade que melhor se aproxima do nível médio dos mares, prolongada continuamente sob os continentes.

Ele é irregular, pois acompanha as variações reais da gravidade, e por isso não serve como base direta de cálculo geométrico. Sua importância está em ser a referência física das altitudes: é em relação ao geoide que se define o que está mais alto ou mais baixo.

Quase-geoide

O quase-geoide é uma superfície de referência alternativa, adotada em sistemas que trabalham com altitudes normais. Ele evita a necessidade de hipóteses sobre a densidade das massas situadas acima do nível de referência.

Geoide e quase-geoide praticamente coincidem sobre os oceanos e se afastam ligeiramente em regiões montanhosas, o que explica a existência de sistemas de altitudes distintos entre países.

Anomalias da gravidade

A anomalia da gravidade é a diferença entre o valor observado da gravidade em um ponto e o valor teórico esperado para um modelo de referência.

Essas diferenças revelam a distribuição irregular das massas e são a matéria-prima para a modelagem do geoide. Sem observações gravimétricas suficientes, não é possível determinar com precisão a separação entre geoide e elipsoide.

Altitudes e referências físicas

A altitude elipsoidal (h) é medida em relação ao elipsoide e é o valor obtido diretamente pelo GNSS. A altitude ortométrica (H) é medida em relação ao geoide, ao longo da vertical, e é a altitude tradicionalmente usada em projetos. A altitude normal é a grandeza equivalente nos sistemas referidos ao quase-geoide.

A diferença entre elipsoide e geoide é a ondulação geoidal (N), relacionada às demais grandezas pela expressão abaixo.

h = H + N

Como N varia de região para região, transformar a altura GNSS em altitude ortométrica exige sempre um modelo de ondulação geoidal.

Gravimetria

A gravimetria é a técnica de observação da gravidade. Os levantamentos gravimétricos empregam equipamentos absolutos, que determinam o valor da gravidade em si, e relativos, que medem diferenças entre estações.

As redes gravimétricas organizam essas observações em estações de referência distribuídas pelo território. Seus dados alimentam a modelagem do geoide, os estudos de referência vertical e diversas aplicações de investigação do subsolo.

Aplicações

• Sistemas de referência vertical
• Estudos geodésicos
• Engenharia
• Geofísica
• Monitoramento e modelagem do campo de gravidade