Apostila Topografia_Tec - 2011

PUC - Campinas

CEATEC – Centro de Ciências Exatas, Ambientais e de Tecnologias

Tecnologia em Construção de Edifícios

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- 2011 -

Topografia i

PUC-Campinas Tecnologia em Construção de Edifícios

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT. Execução de levantamento topográfico, NBR 13133, Rio de Janeiro, 1994 BORGES, A.C. Exercícios de Topografia. Ed. Edgard Blucher Ltda, 1975 BORGES, A.C. Topografia aplicada à engenharia civil. São Paulo, Ed. Edgard Blücher Ltda.,

1992 ESPARTEL, L. Curso de topografia. Porto Alegre, Ed. Globo, 1977 GARCIA, G.J. & PIEDADE, G.C.R. Topografia aplicada às ciências agrárias. Livraria Nobel,

1989 IBGE. Especificações e normas gerais para levantamentos, GPS, IBGE, DGC, 1993 MCCORMAC, J. Topografia. Rio de Janeiro, LTC, 2007 CRITÉRIO DE APROVAÇÃO

Duas provas bimestrais, exercícios em sala de aula e atividades extraclasse. M = Média; N1 = Nota 01 = 1ª prova P1 + atividades; N2 = Nota 02 = 2ª prova P2 + atividades. Se M 5,0 Aprovado Se M 5,0 em Recuperação Vista das provas bimestrais com comentários sobre a resolução.

Recuperação (nova prova) 1ª ou 2ª = PR = Prova de Recuperação da P1 ou da P2 NR1 ou NR2 = Nota média das notas das provas após a Recuperação MR = Média com a recuperação Se MR 5,0 Aprovado Se MR 5,0 Reprovado PROFESSOR José Liberato Bozza [email protected] ftp: pub/professores/ceatec/bozza/Topo_Tec skipe: jose.liberato.bozza

221 NNM

atividadesPRPouPNRouNR2

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Parte 1

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1. Conceitos fundamentais

Agrimensura: a agrimensura atua na medição, demarcação e divisão de terras, além de atuar também nas mais variadas obras de engenharia. No Brasil dividimos a Agrimensura em Topografia e Geodésia.

Diferença entre Geodésia e Topografia: a Topografia é muitas vezes confundida com a Geodésia, pois utilizam os mesmos equipamentos e praticamente os mesmos métodos para o mapeamento da superfície terrestre. Porém, enquanto a Topografia tem por finalidade mapear uma área limitada daquela superfície, a Geodésia tem por finalidade mapear grandes porções desta mesma superfície, levando em consideração as deformações devido à sua esfericidade. Portanto, pode-se afirmar que a Topografia, menos complexa e restrita, é apenas um capítulo da Geodésia, ciência muito mais abrangente.

1.1. Topografia Definição: a palavra "Topografia" deriva das palavras gregas "topos" (lugar) e

"graphen" (descrever), o que significa a descrição exata e minuciosa de um lugar.

Origem: a topografia provavelmente teve início no Antigo Egito. Sabe-se que as pirâmides foram construídas com medidas exatas, dentro de proporcionalidades pré-estabelecidas. Também há evidências de levantamentos topográficos (cadastrais), às margens do Rio Nilo, onde as cheias destruíam os limites das terras e havia então a necessidade de novas demarcações para restabelecer os limites das propriedades.

Figura 1 – Levantamentos topográficos na antiguidades

Finalidade: determinar o contorno, dimensão e posição relativa de uma porção limitada da superfície terrestre, do fundo dos mares ou do interior de minas, desconsiderando a curvatura resultante da esfericidade da Terra, através de medições de ângulos, distâncias e desníveis que permita representar essa porção da superfície terrestre em uma escala adequada. Às operações efetuadas em campo, com o objetivo de coletar dados para a posterior representação, denomina-se de levantamento topográfico.

Compete ainda à Topografia a locação no terreno de projetos elaborados de Engenharia. Também compete os levantamentos as-built (como construído) que são feitos após o término da construção, para fornecer as posições e dimensões das características do projeto, do modo como ele foi realmente construído.

Importância: ela é a base de qualquer projeto e de qualquer obra realizada por engenheiros ou arquitetos. Por exemplo, os trabalhos de obras viárias, núcleos habitacionais, edifícios, aeroportos, hidrografia, usinas hidrelétricas, telecomunicações, sistemas de água e esgoto, planejamento, urbanismo, paisagismo, irrigação, drenagem, cultura, reflorestamento etc.,

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se desenvolvem em função do terreno sobre o qual se assentam. Portanto, é fundamental o conhecimento pormenorizado deste terreno, tanto na etapa do projeto, quanto da sua construção ou execução; e, a Topografia, fornece os métodos e os instrumentos que permitem este conhecimento do terreno e asseguram uma correta implantação da obra ou serviço.

1.1.1. Dispositivos de Segurança Durante todo e qualquer levantamento topográfico ou geodésico os cuidados com o

equipamento e com o pessoal envolvido são fundamentais para o bom andamento dos serviços.

Em alguns países, é obrigatória a utilização de certos dispositivos de segurança que permitem a visualização e o reconhecimento de equipamentos e pessoas à distância, bem como, de controle e desvio do tráfego em áreas urbanas ou em estradas. Recomendamos essa prática.

A figura a seguir ilustra alguns destes dispositivos.

Figura 2 – Dispositivos de segurança

1.2. Equipamentos e Acessórios utilizados em topografia Os principais dispositivos utilizados na medida de distâncias, também conhecidos por

DIASTÍMETROS, são os seguintes: a)Fita e Trena de Aço

Figura 3 – Trena de Aço

são feitas de uma lâmina de aço, normalmente apresentam-se enroladas em um tambor (figura acima);

desvantagens: as de fabricação mais antiga, enferrujam com facilidade e, quando esticadas com nós, se rompem facilmente. Além disso, em caso de contato com a rede elétrica, podem causar choques;

as mais modernas, no entanto, são revestidas de nylon ou epoxy e, portanto, são resistentes à umidade, à produtos químicos, à produtos oleosos e à temperaturas extremas.

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b)Trena de Fibra de Vidro

Figura 4 – Trena de Fibra de Vidro

é feita de material bastante resistente (produto inorgânico obtido do próprio vidro por processos especiais);

conforme figura acima, pode ser encontrada com ou sem invólucro e, este, se presente, tem o formato de uma cruzeta; sempre apresentam distensores (manoplas) nas suas extremidades;

não se deteriora facilmente e é resistente à umidade e à produtos químicos; é bastante prática e segura.

As medidas diretas de distância devem ser realizadas com o uso de alguns ACESSÓRIOS especiais. Os principais são:

a) Ponto Topográfico: Marco de concreto, Piquetes, Pinos e Estacas

Marco de concreto Piquete de madeira Pino de aço

Figura 5 – Ponto topográfico

Figura 6 – Piquete e Estaca (Testemunha)

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b) Balizas

Figura 7 – Balizas

são pintadas em cores contrastantes (branco e vermelho ou branco e preto) para permitir que sejam facilmente visualizadas à distância;

devem ser mantidas na posição vertical, sobre a marcação do piquete, se necessário com auxílio de um nível de cantoneira.

c) Nível de Cantoneira

aparelho em forma de cantoneira e dotado de bolha circular que permite à pessoa que segura a baliza posicioná-la corretamente (verticalmente) sobre o piquete ou sobre o alinhamento a medir.

Figura 8 – Nível de Cantoneira

Os principais aparelhos utilizados são os seguintes:

Teodolito e/ou Nível: o teodolito é utilizado na leitura de ângulos horizontais e verticais e da régua graduada; o nível é utilizado somente para a leitura da régua.

A figura a seguir ilustra três gerações de teodolitos: o trânsito (mecânico e de leitura externa); o ótico (prismático e com leitura interna); e o eletrônico (leitura digital).

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MECÂNICO ÓTICO ELETRÔNICO

Figura 9 – Três gerações de teodolitos

Acessórios: entre os acessórios mais comuns de um teodolito ou nível estão: o tripé (serve para estacionar o aparelho); o fio de prumo (serve para posicionar o aparelho exatamente sobre o ponto no terreno); e a lupa (para leitura dos ângulos).

Figura 10 – Tripés de alumínio e de madeira

Temos também a Mira ou Régua Graduada que é uma régua de madeira, alumínio ou PVC, graduada em m, dm, cm e mm; utilizada na determinação de distâncias horizontais e verticais entre pontos.

A figura a seguir ilustra parte de uma régua de quatro metros de comprimento e as respectivas divisões do metro: dm, cm e mm (avaliado).

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Figura 11 – Mira ou Régua graduada

Os instrumentos eletrônicos apresentam inúmeras vantagens em relação aos tradicionais, tais como: economia de tempo, facilidade de operação e, principalmente, precisão adequada aos vários tipos de trabalhos topográficos, cartográficos e geodésicos.

A medida eletrônica de distâncias baseia-se na emissão/recepção de sinais luminosos (visíveis ou não) ou de microondas que atingem um anteparo ou refletor. A distância entre o emissor/receptor e o anteparo ou refletor é calculada eletronicamente e baseia-se no comprimento de onda, na freqüência e velocidade de propagação do sinal.

Alguns dos equipamentos também medem ângulos eletronicamente. Entre os principais equipamentos utilizados na medida eletrônica de distâncias e/ou ângulos, pode-se citar:

a) Teodolito Eletrônico A figura a seguir ilustra um teodolito eletrônico da marca LEICA (modelo

T460d) e uma trena eletrônica, também da LEICA, a ele acoplada para a medição das distâncias.

Figura 12 – Teodolito eletrônico e trena eletrônica Leica – prumo a laser

b) Distanciômetro Eletrônico é um equipamento exclusivo para medição de distâncias (DH, DV e DI);

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a tecnologia utilizada na medição destas distâncias é a do infravermelho;

A figura a seguir ilustra a vista posterior (teclado e visor) e anterior (emissor e receptor do infravermelho) de um distanciômetro da marca LEICA, modelo DI3000s.

Figura 13 – Distanciômetro eletrônico Leica

é normalmente utilizado acoplado a um teodolito ótico-prismático convencional ou a um teodolito eletrônico;

o alcance deste equipamento depende da quantidade de prismas utilizados para a reflexão do sinal, bem como, das condições atmosféricas. Em princípio, quanto maior a quantidade de prismas acoplados ao bastão, maior é o alcance do equipamento;

o prisma é um espelho circular, de faces cúbicas, utilizado acoplado a uma haste de metal ou bastão e que tem por finalidade refletir o sinal emitido pelo aparelho precisamente na mesma direção em que foi recebido;

o sinal refletor (bastão + prismas) deve ser posicionado sobre o ponto a medir, na posição vertical, com a ajuda de um nível de bolha circular e, em trabalhos de maior precisão, deverá ser montado sobre um tripé com prumo ótico ou a laser;

A figura a seguir ilustra um bastão, prismas e um tripé específico para bastão.

Figura 14 – Bastão, prismas e tripé

c) Estação Total uma estação total é o conjunto definido por um teodolito eletrônico, um

distanciômetro a ele incorporado e um microprocessador que automaticamente monitora o estado de operação do instrumento;

as medidas obtidas com o levantamento podem ser registradas em cadernetas de campo convencionais, através de coletores de dados, ou, como no caso dos equipamentos mais modernos, através de módulos específicos (tipo cartão PCMCIA) incorporados ao próprio aparelho;

este tipo de equipamento é capaz de medir ângulos horizontais e verticais (teodolito) e distâncias horizontais, verticais e inclinadas (distanciômetro), além de poder processar

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e mostrar ao operador uma série de outras informações, tais como: condições do nivelamento do aparelho, número do ponto medido, altitude do ponto, a altura do aparelho, a altura do bastão etc.;

A figura a seguir ilustra uma estação total da TOPCON, modelo GTS-236W, com leitura de 1", alcance de 3000m com 1 prisma, duplo compensador, memória para 8000 pontos com todos atributos ou 16000 pontos de coordenadas, a prova d’água.

Figura 15– Estação total Topcon GTS-236W

d) Equipamentos Motorizados, Automáticos e Robotizados podem ser teodolitos ou estações total; os automáticos combinam a tecnologia dos motorizados com o reconhecimento

automático do alvo (estático ou dinâmico); os robotizados combinam a tecnologia dos automáticos com o acionamento por

controle remoto; A figura a seguir ilustra uma estação total da Trimble, robótica, com leitura de 1",

precisão angular de 5", precisão linear 3mm+3ppm, alcance de 400m sem prisma, 5500m com 1 prisma.

Figura 16 – Estação Total Trimble 5503 S-DR

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Para a obtenção das distâncias verticais ou diferenças de nível entre pontos os equipamentos utilizados são:

a) Nível Ótico Possui um nível de bolha circular para o nivelamento da base (pode também conter um nível de bolha tubular e/ou nível de bolha bipartida).

Figura 17 – Nível ótico e régua graduada da marca BERGER

b) Nível Digital

é um nível para medição eletrônica e registro automático de distâncias horizontais e verticais;

o seu funcionamento está baseado no processo digital de leitura, ou seja, num sistema eletrônico de varredura e interpretação de padrões codificados;

para a determinação das distâncias o aparelho deve ser apontado e focalizado sobre uma régua graduada cujas divisões estão impressas em código de barras (escala binária);

os valores medidos podem ser armazenados internamente pelo próprio equipamento ou em coletores de dados. Estes dados podem ser transmitidos para um computador através de uma interface padrão;

c) Nível a Laser

é um nível automático cujo funcionamento está baseado na tecnologia do infravermelho;

1.3. Levantamentos Topográficos

O levantamento topográfico é definido por: “Conjunto de métodos e processos que, através de medições de ângulos horizontais e verticais, de distâncias horizontais, verticais e inclinadas, com instrumental adequado à exatidão pretendida, primordialmente, implanta e

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materializa pontos de apoio no terreno, determinando suas coordenadas topográficas. A estes pontos se relacionam os pontos de detalhe visando a sua exata representação planimétrica numa escala pré-determinada e à sua representação altimétrica por intermédio de curvas de nível, com eqüidistância também pré-determinada e/ou pontos cotados.” NBR 13133 (ABNT, 1991, p. 3).

O levantamento topográfico pode ser dividido em: - Levantamento topográfico PLANIMÉTRICO, compreendendo o conjunto de operações

necessárias para a determinação de pontos e feições do terreno (ângulos e distâncias) que serão projetados sobre um plano horizontal de referência através de suas coordenadas X e Y (representação bidimensional)

- Levantamento topográfico ALTIMÉTRICO, compreendendo o conjunto de operações necessárias para a determinação de pontos e feições do terreno que, além de serem projetados sobre um plano horizontal de referência, terão sua representação em relação a um plano de referência vertical ou de nível através de suas coordenadas X, Y e Z (representação tridimensional).

É conveniente ressaltar que os levantamentos planimétricos e/ou altimétricos são definidos e executados em função das especificações dos projetos. Assim, um projeto poderá exigir somente levantamentos planimétricos, ou, somente levantamentos altimétricos, ou ainda, ambos os levantamentos. Ao conjunto de métodos abrangidos pelo estudo e aplicação dos processos de medidas (geometria aplicada – ângulos e distâncias) pela planimetria e pela altimetria dá-se o nome de TOPOMETRIA (mais conhecida como Planialtimetria).

1.3.1. Representação A porção da superfície terrestre, levantada topograficamente, é substituída por uma

representação simplificada, isto é, o terreno existente é substituído por um modelo topográfico e representado através de uma Projeção Ortogonal Cotada e denomina-se Superfície Topográfica. Isto equivale dizer que não só os limites desta superfície, bem como todas as suas particularidades naturais ou artificiais, serão projetadas sobre um plano horizontal.

A esta projeção ou imagem figurada do terreno dá-se o nome de Planta Topográfica ou Plano Topográfico. A figura a seguir representa exatamente a relação da superfície terrestre e de sua projeção sobre o papel.

Figura 18 – Superfície Topográfica - Plano Topográfico

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A porção da superfície terrestre pode também ser representada pela FOTOGRAMETRIA, que tem por objetivo fotografar trechos da superfície terrestre para a elaboração de mapas topográficos/geodésicos planialtimétricos.

A classificação da aerofotogrametria se faz segundo o tipo e posição espacial da câmera e segundo a sua finalidade.

a) Fotogrametria Aérea Utiliza-se de fotografias obtidas de estações móveis no espaço (avião ou balão), com o

eixo ótico da câmera na vertical (ou quase).

Figura 19 – Fotogrametria Aérea - plano de vôo

Figura 20 – Fotografia Aérea - recobrimento

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b) Fotogrametria Espacial Utiliza-se de fotografias obtidas de estações móveis fora da atmosfera da Terra e das

medições feitas com câmeras fixas (chamadas câmeras balísticas) na superfície da Terra.

Figura 21 – Fotogrametria Espacial - cortesia Satimagens

Figura 22 – Fotogrametria Espacial - cortesia Intersat

c) Fotogrametria Terrestre

Utiliza-se de fotografias obtidas de estações fixas sobre a superfície do terreno, com o eixo ótico da câmera na horizontal (fotografias horizontais). Na Fotogrametria terrestre todo o processo está sendo feito em meio digital. O mais recente nessa evolução é o levantamento através do sistema de varredura a laser (Laser Scanner) 3D. São muitas as aplicações dessa tecnologia, dentre as quais pode-se citar: túneis, levantamento do como construído (as-built), mineração (principalmente subterrânea), arqueologia, levantamento de monumentos para restauração, refinarias e instalações industriais e outras, caracterizadas pela grande complexidade dos elementos envolvidos.

Bela Vista de Goiás (GO)

Fazenda de gado em Campinas (SP)

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Quando a Fotogrametria (aérea, terrestre ou espacial) utiliza-se do computador para a elaboração de mapas, ou seja, todo o processo de transformação da imagem fotográfica em mapa é realizado matematicamente pelo computador, diz-se que aquela é Numérica. Atualmente, além do processo de transformação da imagem fotográfica em mapa ser realizado pelo computador, o produto que gerou o mapa, no caso a fotografia, e o próprio mapa gerado, podem estar armazenados em meio magnético na forma de imagem. Neste caso, a Fotogrametria passa a ser denominada Digital. 1.3.2. Outros conceitos

Fotointerpretação: é o estudo sistemático de imagens fotográficas para propósitos de identificação de objetos e julgamento da sua significância. Sua finalidade é o levantamento de mapas temáticos.

Sensoriamento Remoto: ciência cujos aparelhos são capazes de captar e registrar características das superfícies, sub-superfícies e de corpos sobre as superfícies, abrangendo, em seu mais alto grau, instrumentos que não requerem contacto físico com estes corpos para a coleta das informações desejadas. Captam imagens através de câmeras multiespectrais, sensores infravermelhos, scanners térmicos, radares, microondas etc.

Tanto o Sensoriamento Remoto como a Fotogrametria Métrica estão sendo largamente empregados como ferramenta no planejamento e gerenciamento de projetos que envolvem o meio ambiente e/ou recursos naturais. Ambos são utilizados como base de dados gráfica para projetos de SIG (Sistemas de Informações Geográficas) ou Geoprocessamento.

2. Modelos Terrestres Para o estudo da forma e dimensões da Terra, além do modelo topográfico, vamos

considerar outros dois tipos de superfícies ou modelos para a sua representação. São eles: a) Modelo Geoidal

O modelo geoidal é determinado, matematicamente – conceito introduzido pelo matemático alemão C. F. Gauss (1777 - 1855), através de medidas gravimétricas (força da gravidade) realizadas sobre a superfície terrestre. Os levantamentos gravimétricos, por sua vez, são específicos da Geodésia e, portanto, não serão abordados.

Este modelo permite que a superfície terrestre seja representada por uma superfície fictícia definida pelo prolongamento do nível médio dos mares (NMM) por sobre os continentes. Este modelo irá apresentar a superfície do terreno deformada em relação à sua forma e posição reais.

b) Modelo Elipsoidal Como o geóide é uma figura de características físicas complexas, os cartógrafos

buscaram uma figura geométrica, o elipsóide, que permite a realização de cálculos necessários à representação cartográfica de nosso planeta. Este é o mais usual de todos os modelos que serão apresentados. Nele, a Terra é representada por uma superfície gerada a partir de um elipsóide de revolução, com deformações relativamente maiores que o modelo geoidal.

A figura a seguir ilustra os elementos do Elipsóide de Revolução.

Figura 23 – Elipsóide de Revolução

b = raio polar a = raio equatorial

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a: é a dimensão que representa o semi-eixo maior do elipsóide (raio equatorial). b: é a dimensão que representa o semi-eixo menor do elipsóide (raio polar). f: é a relação entre o semi-eixo menor e o semi-eixo maior do elipsóide, ou seja, o seu

achatamento. No Brasil, o atual Sistema Geodésico Brasileiro (SIRGAS2000 - SIstema de Referência

Geocêntrico para as AméricaS) adota o elipsóide de revolução GRS80 (Global Reference System 1980), cujos semi-eixo maior e achatamento são:

a = 6.378.137,000 m f = 1/298,257222101

Figura 24 - Ilustração das três superfícies estudadas

Elementos básicos para o estudo da forma e dimensões da Terra.

Figura 25 – Elementos Básicos Linha dos Pólos ou Eixo da Terra: é a reta que une o pólo Norte ao pólo Sul e em torno

do qual a Terra gira. (Movimento de Rotação) Equador: é o círculo máximo da Terra, cujo plano é normal à linha dos pólos. Paralelos: são os círculos cujos planos são paralelos ao plano do equador. Os Paralelos

mais importantes são: Trópico de Capricórnio no hemisfério sul e Trópico de Câncer no hemisfério norte.

Meridianos: são as seções elípticas cujos planos contém a linha dos pólos e que são normais aos paralelos.

Vertical do Lugar: é a linha que passa por um ponto da superfície terrestre (em direção ao centro do planeta) e que é normal à superfície representada pelo Geóide naquele ponto. Esta linha é materializada pelo “fio de prumo” dos equipamentos de medição (teodolito, estação, nível, etc.), ou seja, é a direção na qual atua a força da gravidade.

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Normal ao Elipsóide: é toda linha reta perpendicular à superfície do Elipsóide de referência. Esta linha possui um desvio em relação à vertical do lugar.

Pontos da Vertical do Lugar: o ponto (Z = ZÊNITE) se encontra no infinito superior, e o ponto (Z' = NADIR) no infinito inferior da vertical do lugar. Estes pontos são importantes na definição de alguns equipamentos topográficos (teodolitos) que têm a medida dos ângulos verticais com origem em Z ou em Z’.

Coordenadas Geográficas ( e ): é o nome dado aos valores de Latitude e Longitude que definem a posição de um ponto na superfície terrestre.

Latitude (LAT = ): de um ponto da superfície terrestre é o ângulo formado entre o paralelo deste ponto e o plano do equador. Sua contagem é feita com origem no equador e varia de 0 a 90, positivamente para o norte (N) e negativamente para o sul (S).

Longitude (LON = ): de um ponto da superfície terrestre é o ângulo formado entre o meridiano de origem, conhecido por Meridiano de Greenwich (na Inglaterra), e o meridiano do lugar (aquele que passa pelo ponto em questão). Sua contagem é feita de 0 a 180, positivamente para leste (E ou L) e negativamente para oeste (W ou O).

Figura 26a – Latitude Figura 26b – Longitude

As cartas normalmente utilizadas por engenheiros em diversos projetos ou obras

apresentam, além do sistema que expressa as coordenadas geográficas, um outro sistema de projeção conhecido por UTM – Universal Transverse Mercator.

Figura 27a – Cilindro transverso Figura 27b - Fuso UTM

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Figura 28 – Fusos UTM

Figura 29 – Sistema de Coordenadas UTM

Coordenadas UTM (E,N): é o nome dado aos valores de abcissa (E) e ordenada (N) de um ponto sobre a superfície da Terra, quando este é projetado sobre um cilindro tangente ao elipsóide de referência. O cilindro tangencia o Equador, assim dividido em 60 arcos de 6º (60 x 6º = 360º). Cada arco representa um fuso UTM e um sistema de coordenadas com origem no meridiano central ao fuso, que para o hemisfério sul, constitui-se dos valores de 500.000 m para (E) e 10.000.000 m para (N).

DATUM: é um sistema de referência utilizado para o cômputo ou correlação dos resultados de um levantamento. Existem dois tipos de datums: o vertical e o horizontal.

O datum vertical é uma superfície de nível utilizada no referenciamento das altitudes tomadas sobre a superfície terrestre. Para origem das altitudes foram adotados Porto de Santana (AP) para o estado do Amapá e Imbituba (SC) para os demais estados do Brasil.

O datum horizontal, por sua vez, é utilizado no referenciamento das posições tomadas sobre a superfície terrestre. Este último é definido: pelas coordenadas geográficas de um ponto

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inicial, pela direção da linha entre este ponto inicial e um segundo ponto especificado, e pelas duas dimensões (a e b) que definem o elipsóide utilizado para representação da superfície terrestre.

3. Grandezas Medidas num Levantamento Topográfico

As grandezas medidas em um levantamento topográfico podem ser de dois tipos: grandezas angulares e grandezas lineares. 3.1. Grandezas Angulares

Figura 30 – Ângulo horizontal

3.1.1. Ângulo Horizontal (Hz): é o ângulo diedro medido entre as projeções de dois alinhamentos do terreno, no plano horizontal. A figura anterior exemplifica um ângulo horizontal medido entre as arestas (1 e 2) de duas paredes de uma edificação. O ângulo horizontal é o mesmo para os três planos horizontais mostrados.

3.1.2. Ângulo Vertical (): é medido entre um alinhamento do terreno e o plano do horizonte (são ângulos de altura). Pode ser ascendente (+) ou descendente (-), conforme se encontre acima (aclive) ou abaixo (declive) deste plano.

A figura a seguir exemplifica ângulos verticais medidos entre a aresta superior (Parede 1) e inferior (Parede 2) das paredes de uma edificação e o plano do horizonte. Os ângulos medidos não são iguais e dependem da posição (altura) do plano do horizonte em relação às arestas em questão. Varia de 0 a 90 em direção ascendente (acima do horizonte) ou de 0° a – 90° em direção descendente (abaixo do horizonte).

Figura 31 – Ângulo vertical

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O ângulo vertical, nos equipamentos topográficos modernos (teodolito e estação total), pode também ser medido a partir da vertical do lugar (com origem no Zênite ou no Nadir), daí o ângulo denominar-se Ângulo Zenital (V ou Z) ou Nadiral (V’ ou Z’).

A figura a seguir mostra a relação entre ângulos verticais e zenitais.

Figura 32 – Ângulos verticais () e zenitais (Z)

As relações entre o ângulo zenital e o vertical são as seguintes: Ângulo Zenital Inclinação Sinal Direção

0 Z 90 = 90 - Z Positivo Ascendente 90 Z 180 = 90 - Z Negativo Descendente

3.2. Grandezas Lineares

São elas: 3.2.1. Distância Horizontal (DH): é a distância medida entre dois pontos, no

plano horizontal. Este plano pode, conforme indicado na Figura , passar tanto pelo ponto A, quanto pelo ponto B em questão.

3.2.2. Distância Vertical ou Diferença de Nível (DV ou DN): é a distância medida entre dois pontos, num plano vertical que é perpendicular ao plano horizontal. Este plano vertical pode passar por qualquer um dos pontos A/A’ ou B/B’ já mencionados.

3.2.3. Distância Inclinada (DI): é a distância medida entre dois pontos, em planos que seguem a inclinação da superfície do terreno.

Figura 33 – Grandezas lineares É importante relembrar que as grandezas representadas pela planimetria são:

distância e ângulo horizontais (planta); enquanto as grandezas representadas pela altimetria são: distância e ângulo verticais, representados em planta através das curvas de nível ou através de um perfil – como veremos mais adiante.

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4. Unidades de Medida

Em Topografia, são medidas duas espécies de grandezas, as lineares e as angulares mas, na verdade, outras duas espécies de grandezas são também trabalhadas, as de superfície e as de volume.

O sistema de unidades para os levantamentos topográficos utilizado no Brasil, de acordo com a ABNT na atual NBR 13.133/94, é o Métrico Decimal, porém em função dos equipamentos e da bibliografia utilizada, na sua grande maioria importada, algumas unidades poderão apresentar seus valores correspondentes no sistema Americano, ou seja, em pés / polegadas. A seguir encontram-se as unidades mais comumente utilizadas para expressar cada uma das grandezas mencionadas.

4.1. Unidades de Medida Linear – sistema métrico decimal mm(E-03), cm(E-02), dm(E-01), metro, dam(E+01), hm(E+02) e km(E+03)

milímetro centímetro decímetro metro decâmetro hectômetro quilômetro

0,001 m 0,01 m 0,1 m 1 m 10 m 100 m 1.000 m

4.1.1. Unidades de Medida Linear – outras unidades polegada inglesa = 2,54 cm = 0,0254 m pé = 30,48cm = 0,3048 m jarda = 91,44cm = 0,9144 m braça = 2,2 m milha terrestre / inglesa = 1609,31 m milha marítima = 1851,85 m

4.2. Unidades de Medida Angular Para as medidas angulares têm-se as seguintes relações:

360 (graus) = 400g (grados) = 2 (radianos)

onde = 3,141592.

Grau (degree – DEG) = sistema sexagesimal = 1/360 da circunferência – ex: 12°16’36,37” ou 12°,27676943 (decimal)

OBS: (1 grau = 60 minutos e 1 minuto = 60 segundos) Grado (grad – GRA)= sistema decimal = 1/400 da circunferência – ex: 21,12547g

Radiano (radian – RAD)= medida de ângulo e arco – ex: 1,34 rad = 4,209734 rad

Comparação entre as grandezas angulares. grau grado radiano

Circunferência 360° 400g 2

Ângulo reto 90° 100g /2

Linha reta 180° 200g 1

Ângulo 30° 33,3333g /6

Ângulo 270° 300g 1,5

Topografia 21


Unidades de Medida de Superfície

are = 100 m2

acre = 4.046,86 m2

hectare (ha) = 10.000 m2

ex: 1.278.493,12 m2 = 127ha 84a 93,12ca ou 127 hectares, 84 ares e 93,12 centiares

alqueire paulista (menor) = 2,42 ha = 24.200 m2 (50 braças x 100 braças)

alqueire mineiro (geométrico) = 4,84 ha = 48.400 m2 (100 x 100 braças)

km2 = 1.000.000 m2

Unidades de Medida de Volume

m3 = 1.000 litros

dm3 = 1 litro

5. Desenho Topográfico e Escala

O desenho topográfico nada mais é do que a projeção de todas as medidas obtidas no terreno sobre o plano do papel.

Neste desenho, os ângulos são representados em verdadeira grandeza (VG) e as distâncias mantêm uma proporcionalidade entre a medida do desenho e a medida real, segundo uma razão constante. A esta razão constante denomina-se ESCALA.

A escala de uma planta ou desenho é definida pela seguinte relação:

RE d

M

1 onde:

"R" representa qualquer comprimento linear real, medido sobre o terreno. "d" representa um comprimento linear gráfico qualquer, medido sobre o papel, e que

correspondente ao comprimento medido sobre o terreno. "M" é denominado Título ou Módulo da escala e representa o inverso de (d / R). A escala pode ser apresentada sob a forma de:

fração : 1/100, 1/2.000 etc. ou proporção : 1:100, 1:2.000 etc.

Ex: 1:100.000 - Lê-se 1 para 100.000. Significa que 1cm no documento equivale a 100.000cm (mesma unidade) no terreno, ou seja, 1000m ou 1Km.

Quando se conhece a escala numérica pode-se calcular o comprimento real utilizando-se as expressões:

R = d x M M = R / d d = R / M

onde: R = comprimento real d = comprimento no documento E = Escala = 1 / M

Um elemento de 15cm no documento cartográfico elaborado na escala 1:50.000, terá que dimensão no terreno?

E = 1/ 50.000 = 1/M

Topografia 22


d = 15cm R = d x M R = 15 x 50.000 = 750.000cm = 7,5Km

Um elemento de 11,5 Km no terreno será representado num documento cartográfico na escala de 1:50.000 com que dimensão?

R = 11,5 Km = 11.500 m = 1.150.000cm d= R / M = 1.150 000 / 50 000 = 23 cm

Qual a escala de um documento cartográfico na qual um elemento com 8,75 Km no terreno é representado por 17,5 cm?

R = 8,75 Km = 875.000cm d = 17,5 cm M= R/d = 875 000 / 17,5 = 50 000 E = 1 / M = 1 / 50 000 ou 1:50.000

E as áreas? Por exemplo, 1cm2 quanto representa em área no terreno sabendo-se que a escala do desenho é 1:500? Temos que nessa escala 1cm = 500cm = 5m. Então 1cm2 representa 5m x 5m = 25m2

Exercícios: 1) Representar, no desenho, o comprimento de 324,00 m em escala 1:500. 2) Numa planta em escala 1:250, dois pontos A e B estão afastados de 43,2 cm. Qual a

distância real entre eles? 3) Medindo-se os lados 0,15 m e 0,08 m de uma figura retangular, num desenho em escala

1:500, deseja-se saber qual é sua área real. 4) Medimos um terreno retangular e obtivemos:

Frente: 458,60 dm Profundidade: 0,165 km Calcule a área do terreno em m2 e ha.

5.1. Principais Escalas e suas Aplicações A seguir encontra-se um quadro com as principais escalas utilizadas por engenheiros e

as suas respectivas aplicações. É importante perceber que, dependendo da escala, a denominação da representação muda para planta, carta ou mapa.

Aplicação Escala Detalhes de terrenos urbanos 1:50 Planta de pequenos lotes e edifícios 1:100 e 1:200 Planta de arruamentos e loteamentos urbanos 1:500 e 1:1.000 Planta de propriedades rurais 1:1.000, 1:2.000 e 1:5.000 Planta cadastral de cidades e grandes propriedades rurais ou industriais

1:5.000, 1:10.000 e 1:25.000

Cartas de municípios 1:50.000 e 1:100.000 Mapas de estados, países, continentes etc. 1:200.000 a 1:1.000.000

Topografia 23


Exemplos:

Planta de Cidade – 1:5.000 Carta de Região – 1:50.000

Carta de Região – 1:250.000 Mapa de Região – 1:2.500.000 Figura 34 – Diferentes escalas representativas

5.2. Escala Gráfica A escala gráfica é a representação gráfica de uma escala nominal ou numérica. Esta forma de representação da escala é utilizada, principalmente, para fins de

acompanhamento de ampliações ou reduções de plantas ou cartas topográficas, em processos fotográficos comuns ou xerox, cujos produtos finais não correspondem à escala nominal neles registrada. A escala gráfica é também utilizada no acompanhamento da dilatação ou retração do papel no qual o desenho da planta ou carta foi realizado. A escala gráfica fornece, rapidamente e sem cálculos, o valor real das medidas executadas sobre o desenho, qualquer que tenha sido a redução ou ampliação sofrida por este.

A figura a seguir mostra tipos de representação da escala gráfica.

Topografia 24


Figura 35 – Escala gráfica

6. Medida de Distâncias Horizontais

Medir um alinhamento significa comparar esse alinhamento com uma unidade padrão pré-existente, que no Brasil é o metro, e estabelecer o número de vezes (inteiro ou fracionário) que o alinhamento contém a unidade padrão.

Como já vimos a distância horizontal (DH) entre dois pontos, em Topografia, é o comprimento do segmento de reta entre estes pontos, projetado sobre um plano horizontal.

Para a obtenção desta distância existem os seguintes métodos: método direto e método indireto de medida. Dizemos que o método é direto quando se mede a própria distância a ser determinada e indireto quando se medem outras distâncias e ângulos que permitem o cálculo da distância desejada (por trigonometria). 6.1. Medida Direta de Distâncias

O processo de medida de distâncias é direto quando esta distância é determinada com o instrumento de medida aplicado diretamente sobre o alinhamento. Temos então duas situações:

a) quando a medida da distância é feita percorrendo-se o alinhamento e b) quando utilizamos um aparelho para determinação da distância. Observamos que

alguns autores classificam esse processo de medida como “indireto”. 6.1.1. Medida Direta de Distâncias Percorrendo o Alinhamento com diastímetros

Observações Importantes 1. Ao ponto inicial de um alinhamento percorrido dá-se o nome de Ponto a Ré e,

ao ponto final deste mesmo alinhamento, dá-se o nome de Ponto a Vante. Balizeiro de Ré e Balizeiro de Vante são os nomes dados às pessoas que, de posse de uma baliza, ocupam, respectivamente, os pontos a ré e a vante do alinhamento em questão.

2. Para terrenos inclinados, os cuidados na medição devem ser redobrados no que se refere à horizontalidade do diastímetro. 6.1.1.1. Lance Único - Pontos Visíveis

Analisando a figura a seguir, na medição da distância horizontal entre os pontos A e B, procura-se, na realidade, medir a projeção de AB no plano topográfico horizontal HH'. Isto resulta na medição de A'B', projeção de AB.

Figura 36 – Distância Horizontal em lance único

Topografia 25


6.1.1.2. Vários Lances - Pontos Visíveis Na figura a seguir, o balizeiro de ré (posicionado em A) orienta o balizeiro

intermediário, cuja posição coincide com o final do diastímetro, para que este se mantenha no alinhamento. Depois de executado o lance, o balizeiro intermediário marca o final do diastímetro com uma baliza. O balizeiro de ré, então, ocupa a posição do balizeiro intermediário, e este, por sua vez, ocupará nova posição ao final do diastímetro. Repete-se o processo de deslocamento das balizas (ré e intermediária) e de marcação dos lances até que se chegue ao ponto B. É de máxima importância que, durante a medição, os balizeiros se mantenham sobre o alinhamento AB. A distância DH será dada pelo somatório das distâncias parciais.

Figura 37 – Distância Horizontal em vários lances

7. Precisão e Cuidados na Medida de Distâncias Os termos precisão e exatidão são constantemente usados em topografia. Seus

significados podem ser enunciados como: Precisão – é o grau de refinamento com que uma dada quantidade é medida, sendo

representada pela dispersão entre duas ou mais medidas. Exatidão ou acurácia – refere-se à perfeição obtida nas medições, denotando quanto

uma dada medida está próxima do valor verdadeiro da quantidade. A figura a seguir ilustra esses conceitos.

Figura 38 – Boa precisão precisão ruim boa precisão acurácia ruim boa acurácia boa acurácia

A precisão com que as distâncias são obtidas depende, principalmente:

do dispositivo de medição utilizado, dos acessórios, dos cuidados tomados durante a operação.

Os cuidados (indispensáveis) que se deve tomar quando da realização de medidas de distâncias com diastímetros são:

que os operadores se mantenham no alinhamento a medir, que se assegurem da horizontalidade do diastímetro, que mantenham tensão uniforme nas extremidades, que as balizas estejam na vertical.

Topografia 26


Figura 39 – Cuidados com a baliza

7.1. Erros e fontes de erros em Topografia A experiência mostra que toda vez que se realiza algum tipo de medida ela possui uma certa

imprecisão, a qual é denominada erro de observação. Por melhores que sejam os equipamentos e por mais cuidado que se tome ao proceder um levantamento topográfico, as medidas obtidas jamais estarão isentas de erros. Esse erro pode ser constatado, por exemplo, quando se mede várias vezes o mesmo ângulo ou quando se mede os três lados de um triângulo e não se obtém o fechamento exato esperado ( = 180°).

Os erros pertinentes às medições topográficas podem ser classificados como:

a) Erros sistemáticos ou permanentes: são aqueles ocasionados por fatores ambientais, ou seja, temperatura, vento, refração e pressão atmosféricas, ação da gravidade, etc. São passíveis de correção desde que sejam tomadas as devidas precauções durante a medição. A não consideração da dilatação térmica de uma trena, por exemplo, na medida de distâncias, é um erro sistemático. Também são aqueles ocasionados por defeitos ou imperfeições dos instrumentos ou aparelhos utilizados nas medições, podendo ser evitados e/ou corrigidos com a aferição e calibragem constante dos aparelhos. Desvios de ajustagem mecânica do equipamento, por exemplo, é um erro sistemático (que pode ser evitado com a calibragem do aparelho). Outro exemplo é uma trena, que pode marcar 30 metros e na verdade medir 30,02 metros. Esses erros podem ser compensados.

b) Acidentais: são aqueles ocasionados por imperícia, pela falta de cuidado ou por deficiência do operador. Os mais comuns são: erro na leitura dos ângulos, erro na leitura da régua graduada, na contagem do número de trenadas, ponto visado errado, aparelho fora de prumo, aparelho fora de nível, etc. São classificados como erros grosseiros. Problema de acuidade visual é um erro grosseiro. Esses erros devem ser evitados.

Na topografia cada atividade exige um tipo adequado de equipamento, sendo importante saber se o erro verificado esta dentro de um limite de aceitação. É importante ressaltar que alguns erros se anulam durante a medição ou durante o processo de cálculo. Portanto, um levantamento que aparentemente não apresenta erros, não significa estar necessariamente correto.

Topografia 27


7.2. Levantamento de pequenas áreas na Topografia somente com medidas lineares Na topografia, como já falamos, o objetivo é representar uma fração de uma superfície em

um plano topográfico. Para isto usamos métodos e técnicas apropriadas para cada necessidade, resultando no final destas operações uma planta topográfica. Quando não necessitamos de muita precisão nos levantamentos topográficos, podemos usar trena e balizas para determinarmos as distâncias, os ângulos e a área de um terreno. Este tipo de levantamento e denominado de EXPEDITO.

7.2.1. Método das cordas para determinação de ângulos Lei dos Senos

SenCOHip

SenA

AarcSen

A

27 15

15 000 47666

20 47666 28 467922

2 28 467922 56 935844 56 56 09

,,

, ...

( , ...) ,

, , ' "

Figura 40 – Método das Cordas

7.2.2. Cálculo de área do triângulo pela fórmula do “semiperímetro’’

Figura 41 – Cálculo da área

Area p p a p b p c

onde pa b c

( ) ( ) ( )

:2

e “p” é o semiperímetro

Exemplo: Em um terreno irregular mediu-se com uma trena as divisas e uma diagonal, como no esquema abaixo. Pede-se a área do terreno em m

2.

Figura 42 – Cálculo da área – exemplo

c a b

Topografia 28


7 1 A 6 2 4 5 3

4

2

1 3 5 6 (X1;Y1)

7 (X7;Y7)

Área do triângulo 1

p = (254,57 + 499,00 + 318,44) / 2 = 536.00 Area m1 536 00 00 254 57 00 499 00 00 318 44 34 846 40 2 , (536, , ) (536, , ) (536, , ) . ,

Área do triângulo 2

p = (522,59 + 499,00 + 350,32) / 2 = 685,96 Area m2 685 96 685 96 522 59 685 96 499 00 685 96 350 32 83858 44 2 , ( , , ) ( , , ) ( , , ) . ,

Área Total = Área 1+Área 2

Área Total = 118.704,84 m2

8. Poligonais em Topografia

Topograficamente chamamos de “poligonal” a uma seqüência de retas. Naturalmente haverá um ponto – que denominamos de estação ou vértice – no início e outro no fim de cada reta. Temos, assim, estações ou vértices e lados ou linhas da poligonal.

A poligonal pode ser fechada, aberta ou amarrada.

Poligonal fechada é aquela que retorna ao ponto inicial (Pinicial Pfinal), possibilitando verificação.

Poligonal amarrada é a que parte e chega em pontos com elementos conhecidos (por ex: coordenadas retangulares X e Y, coordenadas Geográficas Latitude e Longitude etc), possibilitando também verificação, tal como a poligonal fechada.

Poligonal aberta é aquela que além de não fechar, também não parte e nem chega em pontos já conhecidos.

Figura 43 – Poligonal Fechada

Figura 44 – Poligonal Amarrada

Topografia 29


4

2

1 3 5 6

7

Figura 45 – Poligonal Aberta (os pontos 1 e 7 estão ligados apenas pela própria poligonal)

9. Medidas Angulares

9.1. Ângulos de Orientação Como já vimos anteriormente, a linha que une o pólo Norte ao pólo Sul da Terra

(aqueles representados nos mapas) é denominada linha dos pólos ou eixo de rotação. Estes pólos são denominados geográficos ou verdadeiros e, em função disso, a linha que os une, também é tida como verdadeira.

No entanto, sabe-se que a Terra, devido ao seu movimento de rotação, gera um campo magnético fazendo com que se comporte como um grande imã. Assim, uma bússola estacionada sobre a superfície terrestre, tem sua agulha atraída pelos pólos deste imã. Neste caso, porém, os pólos que atraem a agulha da bússola são denominados magnéticos.

O grande problema da Topografia no que diz respeito aos ângulos de orientação, está justamente na não coincidência dos pólos magnéticos com os geográficos e na variação da distância que os separa com o passar tempo.

Em função destas características, é necessário que se compreenda bem que, ao se orientar um alinhamento no campo em relação à direção Norte ou Sul, deve-se saber qual dos sistemas (verdadeiro ou magnético) está sendo utilizado como referência.

Para tanto, é importante saber que: Meridiano Geográfico ou Verdadeiro: é a seção elíptica contida no plano definido

pela linha dos pólos verdadeira e a vertical do lugar (observador). Meridiano Magnético: é a seção elíptica contida no plano definido pela linha dos

pólos magnética e a vertical do lugar (observador). Declinação Magnética: é o ângulo formado entre o meridiano verdadeiro (norte/sul

verdadeiro) e o meridiano magnético (norte/sul magnético) de um lugar. Este ângulo varia de lugar para lugar e também varia num mesmo lugar com o passar do tempo. Estas variações denominam-se seculares. Atualmente, para a determinação das variações seculares e da própria declinação magnética, utilizam-se fórmulas específicas (disponíveis em programas de computador específicos para Cartografia).

Segundo normas cartográficas, as cartas e mapas comercializados no país apresentam, em suas legendas, os valores da declinação magnética e da variação secular para o centro da região neles representada.

Os ângulos de orientação utilizados em Topografia são: Azimute Geográfico ou Verdadeiro: definido como o ângulo horizontal que a direção

de um alinhamento faz com o meridiano geográfico. Este ângulo pode ser determinado através de métodos astronômicos (observação ao sol, observação a estrelas, etc.) e, atualmente, através do uso de receptores GPS de precisão.

Azimute Magnético: definido como o ângulo horizontal que a direção de um alinhamento faz com o meridiano magnético.

Topografia 30


Os azimutes (verdadeiros ou magnéticos) são contados a partir da direção norte (N) do meridiano, no sentido horário - azimutes à direita (mais comuns), ou no sentido anti-horário - azimutes à esquerda, variando sempre de 0 a 360.

Rumo Verdadeiro: é obtido em função do azimute verdadeiro através de relações matemáticas simples.

Rumo Magnético: é o menor ângulo horizontal que um alinhamento forma com a direção norte/sul definida pela agulha de uma bússola (meridiano magnético).

Os rumos (verdadeiros ou magnéticos) são contados a partir da direção norte (N) ou sul (S) do meridiano, no sentido horário ou anti-horário, variando de 0 a 90 e sempre acompanhados da direção ou quadrante em que se encontram (NE, SE, SW ou SO, NW ou NO).

O azimute ou o rumo magnético são obtidos através de uma bússola.

Figura 46 - Bússola

A figura a seguir ilustra as orientações de quatro alinhamentos definidos sobre o terreno através de Azimutes à Direita, ou seja, dos ângulos contados a partir da direção norte do meridiano no sentido horário.

Figura 47– Azimutes à Direita

Topografia 31


A figura a seguir ilustra as orientações de quatro alinhamentos definidos sobre o terreno através de Rumos, ou seja, dos ângulos contados a partir da direção norte ou sul do meridiano (aquele que for menor), no sentido horário ou anti-horário.

Figura 48 – Rumos

Observando as figuras, podem-se deduzir as relações entre Azimutes à Direita e Rumos: Quadrante Azimute Rumo Rumo Azimute

1o R = Az (NE) Az = R

2o R = 180 - Az (SE) Az = 180 - R

3o R = Az - 180 (SW) Az = R + 180

4o R = 360 - Az (NW) Az = 360 - R

9.1.1. Aviventação de Rumos e Azimutes Magnéticos É o nome dado ao processo de restabelecimento dos alinhamentos e ângulos

magnéticos marcados para uma poligonal, na época (dia, mês, ano) de sua medição, para os dias atuais. Este trabalho é necessário, uma vez que a posição dos pólos norte e sul magnéticos (que servem de referência para a medição dos rumos e azimutes magnéticos) varia com o passar do tempo. Assim, para achar a posição correta de uma poligonal levantada em determinada época, é necessário que os valores resultantes deste levantamento sejam reconstituídos para a época atual. O mesmo processo é utilizado para locação, em campo, de linhas projetadas sobre plantas ou cartas (estradas, linhas de transmissão, gasodutos, oleodutos etc.).

9.2. Ângulos Horizontais Internos e Externos Para o levantamento da poligonal devem ser medidos os ângulos que as linhas fazem

entre si, nas estações, e os comprimentos das linhas. Para a medida de um ângulo horizontal a dois alinhamentos consecutivos de uma poligonal, o aparelho deve ser estacionado, nivelado e centrado com perfeição, sobre um dos pontos que o definem (o prolongamento do eixo principal do aparelho deve coincidir com a marcação sobre o piquete da estação).

Assim, o método de leitura do referido ângulo, utilizando um teodolito ou uma estação total, consiste em:

Executar a pontaria (fina) sobre o ponto a ré (primeiro alinhamento); Zerar o círculo horizontal do aparelho nesta posição (procedimento padrão Hz =

000'00");

Topografia 32


Liberar e girar o aparelho no sentido horário, que é o mais comum, ou no sentido anti-horário, executando a pontaria (fina) sobre o ponto a vante (segundo alinhamento);

Anotar ou registrar o ângulo (Hz) que corresponde ao ângulo horizontal medido. A figura a seguir ilustra os ângulos horizontais horários medidos em todos os

vértices de uma poligonal fechada.

Figura 49 – Levantamento dos ângulos de uma poligonal A somatória dos ângulos internos e externos de um polígono fechado é uma

constante, dependendo somente do número de lados (n). A somatória dos ângulos é dada: Ângulos internos Hzi = 180° (n – 2) Ângulos externos Hze =180° (n + 2)

Exemplos: nº de lados dos ângulos internos dos ângulos externos

3 180º 900º 4 360º 1.080º 5 540º 1.260º

Erro angular = diferença entre a soma efetiva dos ângulos e a somatória dos ângulos de um polígono.

10. Métodos de Levantamentos Planimétricos

Nos itens anteriores foram descritos os métodos e equipamentos utilizados na medição de distâncias e ângulos durante os levantamentos topográficos.

Estes levantamentos, porém, devem ser empregados obedecendo a certos critérios e seguindo determinadas etapas que dependem do tamanho da área, do relevo e da precisão requerida pelo projeto que os comporta. 10.1. Levantamento por Irradiação

O Método da Irradiação também é conhecido como método da Decomposição em Triângulos ou das Coordenadas Polares.

É empregado na avaliação de pequenas superfícies relativamente planas. Uma vez demarcado o contorno da superfície a ser levantada, o método consiste em

localizar, estrategicamente, um ponto (P), dentro ou fora da superfície demarcada, e de onde possam ser avistados todos os demais pontos que a definem.

Assim, deste ponto (P) são medidas as distâncias aos pontos definidores da referida superfície, bem como, os ângulos horizontais entre os alinhamentos que possuem (P) como vértice.

sentido do levantamento sentido do levantamento ângulo interno ângulo externo

2

3 5

4

1 5

4 2

3

1

Topografia 33


A precisão resultante do levantamento dependerá, evidentemente, do tipo de dispositivo ou equipamento utilizado.

A figura a seguir ilustra uma superfície demarcada por sete pontos com o ponto (P) estrategicamente localizado no interior da mesma. De (P) são medidos os ângulos horizontais (Hz1 a Hz7) e as distâncias horizontais (DH1 a DH7).

Figura 50 – Método da Irradiação

De cada triângulo (cujo vértice principal é P) são conhecidos dois lados e um ângulo. As demais distâncias e ângulos necessários à determinação da superfície em questão são determinados por relações trigonométricas.

Este método é muito empregado em projetos que envolvem amarração de detalhes e na densificação do apoio terrestre para trabalhos topográficos e fotogramétricos.

Exemplo: EST PV Azimute Dist. Hor. X Y

O A 328º37' 43,43 O B 43º00' 53,58 O C 148º40' 36,02 O D 251º20' 46,00 X = Dist. x sen Az Y = Dist. x cos Az Linha Δx Δy Distância Rumo

A B B C C D D A Δx = X(n+1) - Xn Δy = Y(n+1) - Yn Rumo = arc tg [Δx/Δy] Distância = √[(Δx)² + (Δy)²] Área = m²

Topografia 34


10.3. Alinhamentos Perpendiculares É possível levantar uma perpendicular a um alinhamento, utilizando-se um

diastímetro, através dos seguintes métodos: Triângulo Retângulo

Este método consiste em passar por um ponto A, de um alinhamento AB conhecido, uma perpendicular. Utilizando-se os doze (12) primeiros metros de uma trena, dispõe-se, respectivamente, dos lados 3, 4 e 5 metros de um triângulo retângulo.

Como indicado na figura a seguir, o 0 e o 12o metro estariam coincidentes em C, situado a 3 metros do ponto A. O 7o metro (soma dos lados 3 e 4) e representado pelo ponto D, se ajusta facilmente em função dos pontos A e C já marcados.

Figura 51 – Triângulo Retângulo

Obs.: para locar as paredes de uma casa, o mestre de obras normalmente se utiliza de uma linha com nós. Esta linha representa um triângulo retângulo de lados 0,6m : 0,8m : 1,0m; equivalente ao triângulo retângulo de 3m : 4m : 5m mencionado anteriormente.

10.4. Amarração de Detalhes por Triangulação Devendo-se medir os alinhamentos a e b, além do alinhamento principal DB, para

que o canto superior esquerdo da piscina representada a seguir fique determinado. Para que a amarração não resulte errada, a base do triângulo amarrado deve

coincidir com um dos lados do triângulo principal ou secundário, e, o vértice daquele triângulo será sempre um dos pontos definidores do detalhe levantado.

Figura 52 – Triangulação

A referida piscina só estará completamente amarrada se os outros cantos também forem triangulados.

Topografia 35


11. Área da poligonal

A área de uma superfície plana limitada por uma poligonal fechada (polígono) pode ser determinada analiticamente quando se conhecem as coordenadas ortogonais dos seus vértices.

Na figura a seguir, o método analítico consiste em, dadas as coordenadas (X, Y) de pontos de uma figura fechada qualquer, determinar a área desta figura.

Figura 53 – Pontos da Poligonal

As coordenadas do ponto de partida e de chegada devem ser as mesmas X1 = Xn e Y1 = Yn (poligonal fechada).

11.1. Método de Gauss (cálculo por determinantes)

O cálculo da área em topografia pode também ser feito através da integração do contorno da figura considerada.

Como as figuras, ou áreas, são formadas por segmentos de reta, a integração é simplificada sendo a soma das áreas de trapézios, como exemplificado na figura a seguir.

Figura 54 – Integração da poligonal

As coordenadas do ponto de partida e de chegada devem ser as mesmas X1 = Xn e Y1 = Yn.

Percorrendo a poligonal, multiplicam-se as abscissas (Xi) dos pontos pelas ordenadas dos pontos seguintes (Yi+1) = 1 = produto positivo.

Na seqüência, multiplicam-se as ordenadas (Yi) dos pontos pelas abscissas dos pontos seguintes (Xi+1) = 2 = produto negativo.

Os resultados de cada multiplicação, entre si (Xi . Yi+1) e (Yn . Xn+1), são somados, algebricamente.

A área final é dada pela relação a seguir:

Topografia 36


2121S sendo 1 = (Xn . Yn+1)

2 = (Yn . Xn+1) Chave para o cálculo: Obs: Os pontos na planilha devem obedecer a mesma seqüência da figura, percorrendo-a

tanto no sentido horário como anti-horário, mas mantendo sua ordem.

Pto X Y Xn . Yn+1 Yn . Xn+1

A

B

C

A

Exemplo: Com as coordenadas dos pontos das divisas, calcular a área do terreno a seguir.

Pto X Y Xn . Yn+1 Yn . Xn+1 7 1.024,833 2.189,295 13 958,177 2.044,386 2.095.154,2375 2.097.732,1152 22 1.203,889 1.981,723 1.898.841,3990 2.461.213,8172 45 1.431,304 2.030,026 2.443.925,9711 2.836.448,0568 51 1.575,072 1.993,473 2.853.265,8788 3.197.437,1119 55 1.669,174 2.099,217 3.306.417,9186 3.327.453,3013 67 1.547,625 2.268,930 3.787.238,9638 3.248.800,7096 74 1.264,010 2.257,180 3.493.268,1975 2.867.950,2093 7 1.024,833 2.189,295 2.767.290,7730 2.313.232,5509

Topografia 37


1 = (Xn . Yn+1) = 22.645.403,3393 2 = (Yn . Xn+1) = 22.350.267,8722

Portanto, a área do terreno é = S = | 1 - 2 | / 2 = 295.135,4671 / 2 = 147.567,74 m2

11.2. Desenho da Planta e Redação do Memorial Descritivo

De posse das coordenadas (X, Y) dos pontos medidos, procede-se a confecção do desenho da planta:

a) Desenho Topográfico: os vértices da poligonal e os pontos de referência mais importantes devem ser plotados segundo suas coordenadas retangulares (eixos X e Y), enquanto os pontos de detalhes comuns (feições), devem ser plotados com o auxílio de escalímetro, compasso e transferidor (no caso de desenhos confeccionados manualmente). A notação utilizada – a simbologia – deve constar da legenda.

Em termos de representação planimétrica podemos dizer que, de um modo geral, a representação dos elementos de interesse é feita tendo em consideração os seguintes aspectos: Elementos de dimensões razoáveis: são representados por seu contorno;

Elementos de pequena dimensão: são representados por sinais convencionais. O desenho pode ser:

monocromático: todo em tinta preta. policromático:

azul hidrografia vermelho edificações, estradas, ruas, calçadas, caminhos ... verde vegetação preto legenda, malha e toponímia

No desenho devem constar, principalmente:

as feições naturais e/ou artificiais (representados através de símbolos padronizados ou convenções) e sua respectiva toponímia

a orientação verdadeira ou magnética a data do levantamento a escala a legenda e convenções utilizadas o título (do trabalho) área e perímetro os responsáveis pela execução

b) Escala: a escolha da escala da planta se dá em função do tamanho da folha de papel a ser utilizado, do afastamento dos eixos coordenados, das folgas ou margens e da precisão requerida para o trabalho.

c) Memorial Descritivo: é um documento indispensável para o registro, em cartório, da superfície levantada. Deve conter a descrição pormenorizada desta superfície no que diz respeito à sua localização, confrontantes, área, perímetro, nome do proprietário etc.

Topografia 38


Figura 55 – Convenções Topográficas

11.3. Avaliação de Áreas de Figuras Planas Impressas

De posse da planta, carta ou mapa, o engenheiro pode dar início aos estudos que antecedem às fases de planejamento e projeto.

A avaliação de áreas de figuras planas impressas faz parte deste estudo e tem como objetivo informar ao engenheiro quais as áreas envolvidas por um determinado projeto.

A seguir, encontram-se os principais métodos de avaliação de áreas de figuras planas. 11.3.1. Método de Equivalências Gráficas

11.3.1.1. Método da Decomposição Este método é utilizado na determinação da área aproximada de uma figura qualquer

de lados retilíneos, delimitada sobre o papel e em qualquer escala. O método consiste em decompor a figura original em figuras geométricas conhecidas (triângulos, retângulos, trapézios etc) e, uma vez determinada a área de todas as figuras decompostas separadamente (através de fórmulas elementares), a área da figura original será dada pelo somatório das áreas parciais.

Topografia 39


A figura a seguir ilustra a decomposição de uma figura irregular em quatro figuras geométricas conhecidas (três triângulos e um trapézio) cujas áreas podem ser calculadas:

Figura 56 – Decomposição da figura

2)h.AG(S 1

1 S BF h2

22

( . )

S BF h3

32

( . )

44 h.2

)FECD(S

11.3.1.2. Método dos Trapézios O método dos Trapézios ou de Bezout é utilizado na avaliação de áreas ditas extra-

poligonais, ou seja, aquelas que representam figuras decompostas de lados irregulares ou curvos (delimitados por uma estrada, rio, lago etc.).

Como mostra a figura a seguir, o método consiste em dividir a figura decomposta em vários trapézios de alturas (h) iguais.

Figura 57– Método dos Trapézios

Para a referida figura, a área será dada pela relação:

S b b hEI

2

.

onde, bE = b1 + bn (soma das bases externas: trapézios extremos) e

bI = b2 + ... + bn-1 (soma das bases internas)

Nestes casos, a precisão da área obtida é tanto maior quanto menor for o valor de (h).

11.3.1.3. Método do Gabarito Para uma avaliação rápida e eficiente de áreas de figuras quaisquer (irregulares

ou não) costumam-se utilizar gabaritos. Os gabaritos são normalmente construídos sobre superfícies plásticas

transparentes, vidro ou papel.

Para a avaliação de áreas, dois tipos de gabaritos podem ser utilizados. São eles:

Topografia 40


11.3.1.3.1. Por Faixas Este é um gabarito que consiste de linhas horizontais traçadas a intervalos

regulares, ou seja, espaçadas entre si de um mesmo valor gerando várias faixas consecutivas.

Assim, para a determinação da área de uma figura basta posicionar o gabarito sobre a mesma e, com o auxílio de uma mesa de luz e uma régua, medir o comprimento das linhas que interceptam os seus limites.

A área da figura é função do espaçamento entre as linhas (h) e do comprimento das mesmas ao interceptar os limites da figura (b).

Assim, para um número n de linhas medido:

ib.hS

para i = 1, 2, ... , n

Como para o método anterior, a precisão da área obtida é tanto maior quanto menor for o valor de (h).

11.3.1.3.2. Quadrículas Este é um gabarito que consiste de linhas horizontais e verticais traçadas a

intervalos regulares gerando um conjunto de quadrículas. Assim como para o método anterior, a medida da área de uma figura é

determinada posicionando-se o gabarito sobre a figura e, com o auxílio de uma mesa de luz, contar o número de quadrículas contidas pela mesma.

A figura a seguir ilustra o conjunto de quadrículas contidas em uma figura traçada sobre um mapa.

Figura 58 – Método das quadrículas

A área da figura é função da área da quadrícula base (sQ) e do número de quadrículas envolvidas (Qn).

nQ Q.sS

A precisão da área obtida por este método é tanto maior quanto menor for a área da quadrícula.

Topografia 41


11.3.2. Método Mecânico ou Eletrônico O método é dito mecânico ou eletrônico quando, para a avaliação da área, utilizam-se

aparelhos mecânicos ou eletrônicos.

11.3.2.1. Planímetro Polar

O planímetro é um aparelho que consiste de duas hastes articuladas, um pólo, um traçador e um tambor.

Na extremidade da primeira haste encontra-se uma ponta seca presa a um peso, denominada pólo, utilizada para a fixação da própria haste.

Na extremidade da segunda haste há uma lente cujo centro é marcado por um ponto ou cruzeta, denominada traçador.

Na articulação das duas hastes encontra-se um tambor graduado conectado a um contador de voltas. A este conjunto denomina-se integrante.

A diferença do aparelho mecânico para o eletrônico está justamente no integrante. Para o aparelho mecânico, há necessidade de ler o número de voltas que o aparelho deu ao percorrer o perímetro de uma determinada figura e, em função da escala da planta, calcular a área através de uma relação matemática.

O aparelho eletrônico (figura a seguir) permite a entrada da escala da planta (através de digitação) e a escolha da unidade a ser trabalhada. Assim, ao terminar de percorrer a figura, este exibe, automaticamente, o valor da área num visor de LCD (cristal líquido).

Figura 59a – Planímetro polar - eletrônico Figura 59b – Utilização do planímetro

A utilização do planímetro se faz: Sempre em superfície plana. O pólo pode ser fixado dentro ou fora da figura a medir, dependendo do seu tamanho. As hastes devem ser dispostas de maneira a formar um ângulo aproximadamente reto

entre si, assim é possível verificar se o traçador contornará a figura facilmente. Escolhe-se um ponto de partida para as medições. O aparelho pode ser zerado neste ponto. Percorre-se o contorno da figura com o traçador, no sentido horário, voltando ao ponto

de partida. Faz-se a leitura do tambor (aparelho mecânico), ou, a leitura no visor (aparelho

eletrônico). Para a avaliação final da área, toma-se sempre a média de (no mínimo) três leituras com

o planímetro.

Topografia 42


Caderno de Exercícios Parte 1

Topografia 43


Nome: _________________________________________ RA: _____________ PER: _____

1) Para que cada ponto da superfície da Terra possa ser localizado foi criado um sistema de linhas imaginárias chamado de Sistema de Coordenadas Geográficas. A coordenada geográfica de um determinado ponto da superfície da Terra é obtida pela interseção de um paralelo e um meridiano. Paralelos e Meridianos são definidos por suas dimensões de latitude e longitude respectivamente. Se você tem um Atlas procure melhor entender esse conceito apresentado.

Também, com os aplicativos hoje disponibilizados, procure definir alguns pontos da superfície da Terra que você gostaria de conhecer e determine as suas coordenadas geográficas. Pode ser, por exemplo, onde você mora, a chácara da família, pontos turísticos que você já visitou – ou gostaria de visitar, um acidente geográfico e o que mais você achar interessante. Faça uma tabela com o local, a latitude, a longitude e a fonte daquelas coordenadas obtidas.

Latitude Longitude Local Fonte

Discuta com os colegas os locais que cada um pesquisou e os valores das coordenadas obtidas.

Procure também identificar os locais indicados pelas coordenadas geográficas dadas abaixo:

Latitude Longitude Local

41º 53’ 24,58” N 12º 29’ 30,96” E

25º 24’ 30,50” S 54º 35’ 34,06” W

33º 48’ 43,91” N 117º 55’ 08,36” W

3º 08’ 07,67” S 60º 01’ 07,29” W

Discuta com os colegas os locais que cada um encontrou com as coordenadas fornecidas.

Topografia 44


Nome: _________________________________________ RA: _____________ PER: _____

2) Foi medido um terreno em um levantamento expedito, onde os ângulos foram determinados pelo método das cordas, e as distâncias e as diagonais medidas com trena. Calcular os ângulos internos e seu erro angular.

Obs. Todas as medidas estão em metros.

Ponto Ângulo Horizontal 1 2 3 4 5

Total

Erro Angular = Erro angular é a diferença entre o valor esperado para a somatória dos ângulos do polígono

e a somatória dos valores obtidos.

3) Em relação ao exercício anterior, considerando as medidas tomadas com a trena para os

lados e as diagonais, pede-se calcular a área do terreno.

Área =

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Parte 2

Topografia 46


12. Levantamentos Altimétricos

Ou, simplesmente, nivelamento, é a operação que determina as diferenças de nível ou distâncias verticais entre pontos do terreno.

O nivelamento destes pontos pode inclui também o transporte da cota ou altitude de um ponto conhecido (RN – Referência de Nível) para os pontos nivelados.

A altitude (H) de um ponto da superfície terrestre pode ser definida como a distância vertical deste ponto à superfície média dos mares (nível médio das águas do mar - no Geóide).

A cota (C) de um ponto da superfície terrestre, por sua vez, pode ser definida como a distância vertical deste ponto à uma superfície qualquer de referência (que é fictícia e que, portanto, não é o Geóide). Esta superfície de referência pode estar situada abaixo ou acima da superfície determinada pelo nível médio dos mares.

À altitude corresponde um nível verdadeiro, que é a superfície de referência para a obtenção da DV ou DN e que coincide com a superfície média dos mares, ou seja, o Geóide.

Altitude Nível Verdadeiro

À cota corresponde um nível aparente (arbitrário), que é a superfície de referência para a obtenção da DV ou DN e que é paralela ao nível verdadeiro.

Cota Nível Aparente

A figura a seguir ilustra a cota (C) e a altitude (H) tomados para um mesmo ponto da superfície terrestre (A). Torna-se evidente que os valores de C e H não são iguais pois os níveis de referência são distintos.

Figura 60 – Cota e Altitude

O desnível entre os extremos de um segmento – DNAB – é dado pela diferença entre a altitude (ou cota) do ponto final (B) do segmento e a altitude (ou cota) do ponto inicial (A). Portanto DNAB = –DNBA.

Os métodos de nivelamento utilizados na determinação dos desníveis entre pontos e o posterior transporte da cota ou altitude são:

Topografia 47


B’

’

12.1. Nivelamento Trigonométrico Baseia-se na medida de distâncias horizontais e ângulos de inclinação para a

determinação da cota ou altitude de um ponto através de relações trigonométricas. Os métodos que se utilizam de equipamentos que medem ângulos verticais para a determinação da altura de objetos ou da altitude de pontos são denominados Nivelamentos Trigonométricos, pois empregam a trigonometria para a solução dos problemas.

Portanto, obtém valores que podem estar relacionados ao nível verdadeiro ou ao nível aparente, dependendo do levantamento.

Determinando-se a leitura de um ângulo vertical () tomado de um ponto (onde está localizado o aparelho - A) até outro ponto qualquer - B, e, uma vez conhecida a distância horizontal entre estes dois pontos, é possível determinar a diferença de nível ou distância vertical entre eles através da seguinte relação:

)(tg.DHDVDN

Figura 61 – Determinação da diferença de nível

Observar que foi utilizada a mesma altura (h) do aparelho e da leitura no ponto visado, o que faz DN = DV.

Exemplo: A altura da árvore BB’ pode ser determinada por:

Figura 62 – Exemplo de utilização de nivelamento trigonométrico

onde:

])'(tg)(tg.[DH'DVDV'BB

Topografia 48


b) Com aparelhos (Teodolito ou Estação Total)

DH AC ou DH BC

CORTE A-C ou B-C

PLANTA Figura 63 – Exemplo de utilização de aparelhos

Como exemplo, na figura anterior, a cota ou altitude do ponto C pode ser determinada a partir do nivelamento trigonométrico onde são conhecidos a Base AB (DHAB), os ângulos horizontais 1 e 2 e o(s) ângulo(s) de inclinação entre o ponto A ou B e o ponto C.

As distâncias DHAC e DHBC podem ser calculadas:

1

BC

2

AC

21

AB

senDH

senDH

)180sen(DH

As distâncias verticais DVAC e DVBC podem ser calculadas:

)(tg.DHDV

As distâncias inclinadas DIAC e DIBC podem ser calculadas:

cosDHDI

A cota ou altitude de C será então calculada por:

CC ou HC = CA + IA + DVAC e CC ou HC= CB + IB + DVBC

onde CC = cota de C, HC = altitude de C e I = altura do aparelho (ou do “instrumento”)

12.2. Nivelamento Geométrico

Este método diferencia-se dos demais, pois está baseado somente na leitura de réguas ou miras graduadas, não envolvendo ângulos.

O aparelho utilizado deve estar estacionado preferencialmente a meia distância entre os pontos (ré e vante), dentro ou fora do alinhamento a medir. Os comprimentos das visadas de ré e de vante devem ser aproximadamente iguais e, sendo o ideal, o comprimento máximo de 60m. Para evitar os efeitos do fenômeno de reverberação, as visadas devem situar-se acima de 50cm do solo.

Assim como para o método anterior, as medidas de DN ou DV podem estar relacionadas ao nível verdadeiro ou ao nível aparente, dependendo do levantamento.

C

A Base [DH] B PLANTA

1 2

DH AC DH BC C

A ou B DV

DI

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12.2.1. Nivelamento Geométrico Simples Neste método, indicado pela figura a seguir, instala-se o nível uma única vez, em

ponto estratégico, situado ou não sobre a linha a nivelar e eqüidistante aos pontos de nivelamento.

Deve-se tomar o cuidado para que o desnível entre os pontos não exceda o comprimento da régua graduada.

Figura 64 – Nivelamento Geométrico Simples

Após proceder a leitura dos fios médios estadimétricos (FM) nos pontos de ré e vante, o desnível pode ser determinado pela relação:

vantere FMFMDN

Se DN + então o terreno está em aclive (de ré para vante). Se DN – então o terreno está em declive (de ré para a vante).

Este tipo de nivelamento pode ser longitudinal, transversal ou radiante e é aplicado a terrenos relativamente planos.

12.2.2. Nivelamento Geométrico Composto Este método, ilustrado pela figura a seguir, exige que se instale o nível mais de uma

vez, por ser, o desnível do terreno entre os pontos a nivelar, superior ao comprimento da régua.

Figura 65 – Nivelamento Geométrico Composto

Instala-se o nível eqüidistante aos pontos de ré e intermediário (primeiro de uma série de pontos necessários ao levantamento dos extremos). Procede-se a leitura dos fios médios estadimétricos (FM) nos pontos em questão e o desnível entre os dois primeiros pontos será dado pela relação:

.ermintreP FMFMDN

Topografia 50


Assim, o desnível total entre os pontos extremos será dado pelo somatório dos desníveis parciais.

PDNDN ou .ermintre FMFMDN Se DN+ então o terreno está em aclive. Se DN- então o terreno está em declive.

13. Utilização de um Levantamento Altimétrico 13.1. Construção de Perfis

O perfil é a representação gráfica do nivelamento e a sua determinação tem por finalidade:

o estudo do relevo ou do seu modelado, através das curvas de nível; a locação de rampas de determinada declividade para projetos de engenharia e

arquitetura: edificações, escadas, linhas de eletrificação rural, canais e encanamentos, estradas etc.;

o estudo dos serviços de terraplenagem (volumes de corte e aterro). O perfil de uma linha do terreno pode ser de dois tipos:

Longitudinal: determinado ao longo do perímetro de uma poligonal (aberta ou fechada), ou, ao longo do seu maior afastamento (somente poligonal fechada).

Transversal: determinado ao longo de uma faixa do terreno e perpendicularmente ao longitudinal. São conhecidos como seção transversal.

O levantamento de um perfil é feito da seguinte forma:

Toma-se o maior afastamento (fechada) ou o perímetro (aberta) de uma poligonal e determina-se a linha principal a ser levantada para o levantamento do perfil longitudinal.

Faz-se o estaqueamento desta linha em intervalos de 5m, 10m ou 20m. Faz-se o levantamento altimétrico desta linha e determinam-se todos os seus

desníveis. Determinam-se também as linhas transversais às estacas da linha principal para o

levantamento do perfil transversal. Se a linha longitudinal for o perímetro da poligonal aberta, deve-se traçar, em cada estaca, a linha transversal segundo a bissetriz do ângulo horizontal naquele ponto.

Faz-se o estaqueamento das linhas transversais com a mesma precisão da linha principal, ou seja, em intervalos de 5m, 10m ou 20m.

Faz-se o levantamento destas linhas transversais e determinam-se todos os seus desníveis.

Representam-se os valores dos desníveis obtidos e das distâncias horizontais entre as estacas em um sistema de eixos ortogonais da seguinte forma:

a) No eixo x são lançadas todas as distâncias horizontais entre as estacas em escala apropriada. Ex.: 1:1.000.

b) No eixo y são lançados todos os valores de cota/altitude das estacas levantadas também em escala apropriada. Ex.: 1:100 (escala em y 10 vezes maior que a escala em x) perfil elevado.

1:1.000 (escala em y igual à escala em x) perfil natural. 1:2.000 (escala em y 2 vezes menor que a escala em x) perfil rebaixado.

O desenho final do perfil deverá compor uma linha que une todos os seus pontos definidores.

Topografia 51


13.2. Determinação da Declividade entre Pontos do Terreno A declividade ou gradiente entre pontos do terreno é a relação entre a distância vertical

e a distância horizontal entre eles.

Em porcentagem, a declividade é dada por:

100.DHDN(%)d

Em valores angulares, a declividade é dada por:

DHDNtg.arcd

Define-se linha de maior declive do terreno num ponto como sendo a linha que, apoiada no terreno e passando pelo ponto, apresenta em todos os seus pontos declive máximo.

Segundo GARCIA e PIEDADE, as declividades de terreno classificam-se em:

Classe Declividade (%) Declividade () Interpretação

A 3 1,7 Fraca B 3 a 6 1,7 a 3,4 Moderada C 6 a 12 3,4 a 6,8 Moderada a Forte D 12 a 20 6,8 a 11,3 Forte E 20 a 40 11,3 a 21,8 Muito Forte F 40 21,8 Extremamente Forte

13.3. Determinação da linha de greide ou linha de projeto A linha de greide (ou de projeto) é o que se pretende construir, e geralmente

acompanha o perfil, dotada de uma certa declividade, chamada porcentagem de rampa (i%) e que vai indicar quanto de solo deve ser cortado ou aterrado (em projetos de estradas, por exemplo).

Essa porcentagem de rampa pode ser positiva no sentido do estaqueamento (indicando ACLIVE) ou negativa no sentido do estaqueamento (indicando DECLIVE).

Assim como a declividade, a porcentagem de rampa é calculada pela relação entre a diferença de nível entre as estacas e a distâncias entre elas.

.100DHDN(%)i

ACLIVE DECLIVE

Figura 66 – Declividades do projeto

i = + 10% i = 10% 10m 10m

100m 100m

Topografia 52


Figura 67 – Exemplo Perfil Longitudinal - terreno natural e projeto

13.4. Exemplos 1. Determine a porcentagem de rampa entre dois pontos sabendo-se que a cota do

primeiro ponto A é 471,37m e a cota do segundo ponto B é 476,77m. A distância horizontal entre eles é de 207,70m.

2,60% ou 2,5999% 100 . 70,207

40,5 .100207,70

471,37 - 476,77(%)i (positivo de A para B).

2. Qual deve ser a diferença de nível de um ponto B, distante 250,00m de um ponto A, sabendo-se que o gradiente entre eles é de –3,5%. DN = DH . i%/100 portanto DN = 250,00 x (– 0,035) = – 8,75m (declive de A para B)

14. Geração de Curvas de Nível

Como ilustrado na figura a seguir, as curvas de nível ou isolinhas são linhas curvas fechadas formadas a partir da interseção de vários planos horizontais com a superfície do terreno.

Cada uma destas linhas, pertencendo a um mesmo plano horizontal tem, evidentemente, todos os seus pontos situados na mesma cota altimétrica, ou seja, todos os pontos estão no mesmo nível.

Topografia 53


Figura 68 – Curvas de nível

Os planos horizontais de interseção são sempre paralelos e eqüidistantes e a distância entre um plano e outro denomina-se Equidistância Vertical.

A equidistância vertical das curvas de nível depende fundamentalmente de três fatores: o acidentado do terreno, a futura utilização da planta e a escala da planta. Recomendam-se os valores de escalas da tabela a seguir.

Escala Equidistância Escala Equidistância Escala Equidistância 1:500 0,5m 1:10.000 10,0m 1:1.000.000 200,0m

1:1.000 1,0m 1:50.000 20,0m 1:10.000.000 500,0m 1:2.000 2,0m 1:100.000 50,0m

14.1. Características das Curvas de Nível

As curvas de nível, segundo o seu traçado, são classificadas em:

mestras: todas as curvas múltiplas de 5 ou 10 metros. intermediárias: todas as curvas múltiplas da eqüidistância vertical, excluindo-se as

mestras. meia-eqüidistância: utilizadas na densificação de terrenos muito planos.

A figura a seguir ilustra parte de uma planta altimétrica com curvas de nível.

Topografia 54


Figura 69 – Representação de uma planta altimétrica

As curvas mestras são representadas por traços mais espessos e são todas cotadas. Como mostra a figura a seguir, curvas muito afastadas representam terrenos planos e

curvas muito próximas representam terrenos acidentados.

Figura 70 – Representação do relevo de um terreno

* 102,50 * 98,30

Topografia 55


Figura 71 – Curvas de nível – terreno plano e terreno acidentado

A maior declividade (d%) do terreno ocorre no local onde as curvas de nível são mais próximas e vice-versa.

Para o traçado das curvas de nível os pontos notáveis do terreno (aqueles que melhor caracterizam o relevo) devem ser levantados altimetricamente. É a partir destes pontos que se interpolam, gráfica ou numericamente, os pontos definidores das curvas.

OBS: Nos cumes e nas depressões o relevo é representado por pontos cotados (ver Figura 69 e Figura 70).

Em terrenos naturais (não modificados pelo homem) as curvas tendem a um paralelismo e são isentas de ângulos vivos e quebras.

14.2. Normas para o Desenho das Curvas de Nível Duas curvas de nível jamais devem se cruzar.

Figura 72 – Curvas de nível - ERRADO

Duas ou mais curvas de nível jamais poderão convergir para formar uma curva única, com exceção das paredes verticais de rocha.

Figura 73 – Curvas de nível - ERRADO

14.3. Obtenção das Curvas de Nível Após o levantamento planimétrico do terreno pode-se empregar um dos três métodos

abaixo para a obtenção das curvas de nível:

Topografia 56


a) Quadriculação

Consiste em quadricular o terreno (com piquetes) e nivelá-lo. O valor do lado do quadrilátero é escolhido em função: da sinuosidade da

superfície; das dimensões do terreno; da precisão requerida; e do comprimento da trena. No escritório, as quadrículas são lançadas em escala apropriada, os pontos de cota

inteira são interpolados e as curvas de nível são traçadas. b) Irradiação Taqueométrica

Consiste em levantar poligonais maiores (principais) e menores (secundárias) interligadas.

Todas as poligonais devem ser niveladas. Das poligonais (principal e secundárias) irradiam-se os pontos notáveis do terreno,

nivelando-os e determinando a sua posição através de ângulos e de distâncias horizontais. No escritório, as poligonais são calculadas e desenhadas, os pontos irradiados são

locados e interpolados e as curvas de nível são traçadas.

14.4. Interpolação A interpolação para obtenção das curvas de nível pode ser gráfica ou numérica. a) Interpolação Gráfica Consiste em determinar, entre dois pontos de cotas fracionárias, o ponto de cota

cheia ou inteira e múltiplo da eqüidistância vertical. Sejam, portanto, dois pontos A e B de cotas conhecidas e cuja distância horizontal

também se conhece. O método consiste em traçar perpendiculares ao alinhamento AB, pelo ponto A e

pelo ponto B respectivamente. Sobre estas perpendiculares lançam-se: o valor que excede a cota inteira (sentido

positivo do eixo, pelo ponto A ou B, aquele de maior cota); e o valor que falta para completar a cota inteira (sentido negativo do eixo, pelo ponto A ou B, aquele de menor cota). Este lançamento pode ser feito em qualquer escala.

Os valores lançados sobre as perpendiculares por A e B resultam nos pontos C e D, que determinam uma linha.

A interseção desta linha (CD) com o alinhamento (AB) é o ponto de cota inteira procurado.

Ex.: seja c(A) = 12,6m, c(B) = 13,7m e DHAB = 20,0m. Determine o ponto de cota inteira entre A e B e sua localização.

b) Interpolação Numérica O método consiste em determinar os pontos de cota inteira e múltiplos da

eqüidistância vertical por semelhança de triângulos: Pela figura abaixo pode-se deduzir que:

AEAB assim como AC(AC + BD) portanto AE AC ABAC BD

.

( )

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Para o exemplo do método anterior, AE calculado pela relação acima corresponde a 7,27m. Isto equivale ao resultado obtido graficamente.

14.5. O Modelado Terrestre O modelado terrestre (superfície do terreno), tal qual se apresenta atualmente, teve

origem nos contínuos deslocamentos da crosta terrestre (devidos à ação de causas internas) e na influência dos diversos fenômenos externos (tais como chuvas, vento, calor solar, frio intenso) que com a sua ação mecânica e química, alteraram a superfície estrutural original transformando-a em uma superfície escultural.

Para compreender melhor as feições (acidentes geográficos) que o terreno apresenta e, como as curvas de nível se comportam em relação às mesmas, algumas definições geográficas do terreno são necessárias.

14.6. As Curvas de Nível e os Principais Acidentes Geográficos Naturais Cume: cimo ou crista, é a ponto mais elevado de uma montanha.

Vertente: flanco, encosta ou escarpa, é a superfície inclinada que vem do cimo até a base das montanhas. Pode ser à esquerda ou à direita de um vale, ou seja, a que fica à mão esquerda e direita respectivamente do observador colocado de frente para a foz do curso d’água. As vertentes, por sua vez, não são superfícies planas, mas sulcadas de depressões que formam os vales secundários.

Elevação e Depressão: são superfícies nas quais as curvas de nível de menor valor envolvem as de maior no caso das elevações e vice-versa para as depressões.

Figura 74 – Elevação e Depressão

Talvegue: linha de encontro de duas vertentes opostas (pela base) e segundo a qual as águas tendem a se acumular formando os rios ou cursos d’água.

Figura 75 – Talvegue

Topografia 58


Vale: superfície côncava formada pela reunião de duas vertentes opostas (pela base), e conforme figura, podem ser de fundo côncavo, de fundo de ravina ou de fundo chato.

Figura 76 – Vale

Divisor de águas: é a linha formada pelo encontro de duas vertentes opostas (pelos cumes) e segundo a qual as águas se dividem para uma e outra destas vertentes.

Figura 77 – Divisor de águas

Dorso: superfície convexa formada pela reunião de duas vertentes opostas (pelos cumes), e conforme figura abaixo, podem ser alongados, planos ou arredondados. Neste, as curvas de nível de menor valor envolvem as de maior.

Topografia 59


Figura 78 – Dorso

O talvegue está associado ao vale enquanto o divisor de águas está associado ao dorso.

15. Automatização de trabalhos topográficos

Um Modelo Numérico de Terreno (MNT) é uma representação matemática computacional da distribuição de um fenômeno espacial que ocorre dentro de uma região da superfície terrestre. Dados de relevo, informações geológicas, levantamentos de profundidades do mar ou de um rio, informação meteorológicas e dados geofísicos e geoquímicos são exemplos típicos de fenômenos representados por um MNT.

Dentre alguns usos do MNT pode-se citar: Armazenamento de dados de altimetria para mapas topográficos; Análises de corte-aterro para projeto de estradas e barragens; Elaboração de mapas de declividade e exposição para apoio a análise de

geomorfologia e erodibilidade; Análise de variáveis geofísicas e geoquímicas; Apresentação tridimensional (em combinação com outras variáveis). Para a representação de uma superfície real no computador é indispensável a elaboração e

criação de um modelo digital, que pode estar representado por equações analíticas ou uma rede (grade) de pontos regulares ou irregulares, de modo a transmitir ao usuário as características espaciais do terreno. A criação de um modelo numérico de terreno corresponde a uma nova maneira de enfocar o problema da elaboração e implantação de projetos. A partir dos modelos (grades) pode-se calcular diretamente volumes, áreas, desenhar perfis e seções transversais, gerar imagens sombreadas ou em níveis de cinza, gerar mapas de declividade e aspecto, gerar fatiamentos nos intervalos desejados e perspectivas tridimensionais.

Um mapa 3D será assim, uma representação tridimensional de um mapa 2D sobre um modelo sólido de terreno, seguindo um processo que se pretende ilustrar.

Figura 79 – Ilustração esquemática da seqüência de imagens

Topografia 60


As estruturas de dados mais utilizadas são a grade regular e a malha triangular.

Figura 80 – Exemplo de grade regular.

A modelagem digital do terreno permite que os pontos levantados de um terreno possam definir um modelo tridimensional e, a partir dele, gerar seções transversais e perfis longitudinais, além de calcular volumes entre terrenos e planos ou terrenos e medições.

Figura 81 – Modelo tridimensional de terreno

Topografia 61


Caderno de Exercícios Parte 2

Topografia 62


Nome: _________________________________________ RA: _____________ PER: _____

1) Determine o desnível entre dois pontos a partir de um nivelamento trigonométrico onde foram obtidos os seguintes dados:

I = 1,43m DH = 47,30m = 8 30’

FM = 1,43m

2) Determine a altura aproximada de um poste sabendo-se que os ângulos de visada do topo do poste é de 1540’ e do pé do poste é –2°10’, em relação ao horizonte, e a distância do observador ao poste é de 40,00m.

3) Calcular a cota de um reservatório [R] por triangulação sendo dados que a base AB

medida tem 455,20m; os ângulos horizontais são A = 71°00’48’’ e B = 85°34’09’’; o ângulo vertical em A para o Reservatório é 8°42’00’’; a altura do instrumento em A = 1,59m e a cota em A é 297,793m.

Topografia 63


Nome: _________________________________________ RA: _____________ PER: _____

4) Nivelamento geométrico simples Dados:

EST Visada de Ré (mm) HI Visada de

Vante (mm) Cotas (m)

1 2855 100,000

2 2035

3 0986

4 0677

5 0246

6 1109

7 0995

Calcular a planilha e desenhar a configuração do terreno levantado (perfil do levantamento).

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5) Nivelamento geométrico composto

Dados:

EST Visada de Ré (mm) HI Visada de

Vante (mm) Cotas (m)

1 1845 100,000

2 0856 2335

3 1788 1986

4 2234 1677

5 1278 0846

6 2872 0545

7 1109

Calcular a planilha e desenhar a configuração do terreno levantado (perfil do levantamento).

COTAS ou

ALTITUDES

Estaqueamento

Cota do Terreno

Cota do Projeto

Altura de Corte

Altura de Aterro

ESCALAS: H = V = Nome: ______________________________________ RA: _____________ PER: ______

Topografia

65

Topografia 66


Nome: _________________________________________ RA: _____________ PER: _____ 6) Exercício Rede de esgoto – Estaqueamento de 20m em 20m.

Cotas do Terreno nas estacas:

ESTACA 0 1 2 3 4 5 6 7 COTA (m) 108,50 106,60 105,30 104,20 105,20 106,80 108,30 108,90

Cotas do Projeto da Rede de Esgoto (PI = Poço de Inspeção) nas estacas: EST. 0 = 107,00m EST. 3 = 102,80m EST. 7 = 107,60m

Desenhar na folha – padrão o perfil longitudinal do terreno da rede de esgoto, com escala H = 1:1.000 e V = 1:100. Lançar as cotas de projeto (PIs) dadas. Calcular as porcentagens de rampa entre as estacas 0/3 e 7/3. Calcular as cotas do projeto nas estacas intermediárias. Admitindo-se que a largura da vala será 1,0 metro, calcular o volume a ser escavado nesse projeto.

7) Exercício Trecho de Rua – Estaqueamento de 20m em 20m.

CROQUI DO TRECHO (sem escala) Cotas do Terreno nas estacas:

ESTACA 0 1 2 3 4 5 6 7 8 COTA (m) 100,00 102,60 104,50 105,20 104,40 103,00 101,20 100,20 99,70 ESTACA 8+15m 9 9+5m 10 11 12 13 14 15 COTA (m) 99,60 97,90 99,70 99,80 101,00 102,30 103,90 105,20 106,00

Nível d’água na estaca 9 (ribeirão) = 99,40m Cotas do Projeto da Rua (concordâncias) nas estacas: EST. 0 = 100,00m EST. 5 = 103,00m EST. 15 = 106,00m

Desenhar na folha – padrão o perfil longitudinal do terreno da rua, com escala H = 1:2.000 e V = 1:100. Lançar as cotas de projeto (concordâncias) dadas. Calcular as porcentagens de rampa entre as estacas 0/5 e 5/15. Calcular as cotas do projeto nas estacas intermediárias. Calcular as alturas de corte ou aterro nas estacas.

0 5 9 15

ribeirão

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Nome: _________________________________________ RA: _____________ PER: _____

8) Exercício alturas do terreno

Com os dados obtidos de um levantamento altimétrico em uma propriedade, e pela figura abaixo, determine a diferença de nível entre os pontos ‘1’ a ‘12’ do terreno. Indique de onde devemos tirar e onde devemos colocar terra. A altura do ponto A deve ser tomada como referência para o cálculo dos desníveis, bem como, para a planificação do relevo.

Onde:

Ponto FM Ponto FM 1 2,60m 7 2,10m 2 2,30m 8 2,40m 3 0,90m 9 2,10m 4 0,80m 10 1,60m 5 0,90m 11 1,20m 6 1,10m 12 1,10m

A altura do instrumento no ponto A = 1,60 metros.

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Nome: _________________________________________ RA: _____________ PER: _____ 9) Determine as curvas de nível para o terreno da figura abaixo, a partir das cotas

levantadas através do método da quadriculação (valores indicados em metros). Interpole e desenhe as curvas de nível com eqüidistância vertical de 1 metro. Os pontos estão posicionados em intervalos regulares de 20 m.

1 2 3 4 5

2

3

4

5

1 17,9 16,3 15,7 14,5 12,3

19,1 17,4 18,5 15,5 12,6

20,2 18,5 21,4 16,7 13,8

21,3 19,5 21,2 17,5 15,2

22,2 21,3 20,5 18,8 16,5

623,1 22,7 21,6 20,2 17,8

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Nome: _________________________________________ RA: _____________ PER: _____

10) Na figura a seguir, obtida de um levantamento planialtimétrico, pede-se interpolar os

pontos de cota inteira e múltiplos da eqüidistância vertical de 1 metro.

72 76 74 78 77 80 84 76 81 78 82 84 86

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Nome: _________________________________________ RA: _____________ PER: _____ 11) Determinar a cota dos pontos A, 1, 2, 3, 4, 5 e B indicados na figura com o [*]. Desenhar o perfil do alinhamento AB.

*A *1

*2 *3

*4

*5 *B

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Aulas Práticas

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Aula prática 1

Medida direta de alinhamento; método das cordas; cálculo de área pelo semiperímetro. Equipe:

Nome RA Assinatura 1 2 3 4 5

Executar um levantamento expedito determinando as distâncias e as diagonais com trena, a área pelo semi-perímetro, os ângulos pelo método das cordas, o erro angular de um polígono de 4 lados.

Croqui

Lado Medida Diagonal Medida Vértice Ângulo Horizontal

A-B A-C A

B-C B-D B

C-D C

D-A D

Total Erro angular =

A D B C

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Aula prática 2

Cálculo de Rumos e Azimutes

Azimute = 50012’34” Azimute = 135022’13” Azimute = 220019’58” Azimute = 320056’04” Rumo = 45000’00”NE Rumo = 58006’30”SE Rumo = 65027’48”SW Rumo = 35010’20”NW

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Aula prática 3

A

NM dA AzA

B AzB dB

AzC O

AzD dD dC

D

C

Note que nesta figura o ponto-base do levantamento está representado fora da área a levantar.

EST PV Azimute Dist. Hor. X Y O A O B O C

O D

X = Dist. x sen Az Y = Dist. x cos Az

Linha Δx Δy Rumo Azimute Distância A B B C C D D A

Δx = X(n+1) - Xn Δy = Y(n+1) - Yn

Rumo = arc tg [Δx/Δy]

Distância = √[(Δx)² + (Δy)²]

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Aula prática 4 Determinação de área de figura plana impressa

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Aula prática 5

Levantamento Planialtimétrico – Procedimento básico da aula de campo Equipe:

Nome RA Assinatura 1 2 3 4 5

Tomando como referência a figura abaixo, determine as cotas e as diferenças de nível dos pontos (1 a n). De onde devemos tirar e onde devemos colocar terra? O ponto A deve ser tomado como referência para o cálculo das cotas (100,000m), bem como, para a planificação do relevo.

Ponto Ângulo Horizontal

Distância (m)

Leitura na Mira FM (mm)

Cotas (m)

A -- I = 100,000 1 0°00’00’’ 2

3

: :

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Aula prática 6

Interpolação de curvas de nível – Extraído de texto do prof. Jucilei Cordini (2004)

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Topografia 79


Anexo

LOCAÇÃO DA OBRA E EXECUÇÃO DO GABARITO Texto extraído de publicação do prof. Edmundo Rodrigues

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