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Larissa Soriani Zanini Ribeiro Soares Douglas Tsukamoto Júlio César Martins Deamo Luciano Rodrigues Osmar Ribeiro de Morais Geomática Catalogação elaborada pelo Setor de Referência da Biblioteca Central Uniube © 2017 by Universidade de Uberaba Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação, sem prévia autorização, por escrito, da Universidade de Uberaba. Universidade de Uberaba Reitor Marcelo Palmério Pró-Reitor de Educação a Distância Fernando César Marra e Silva Coordenação de Graduação a Distância Sílvia Denise Santos Bisinoto Editoração e Arte Produção de Materiais Didáticos-Uniube Projeto da capa Agência Experimental Portfólio Edição Universidade de Uberaba Av. Nenê Sabino, 1801 – Bairro Universitário G292 Geomática / Larissa Soriani Zanini Ribeiro Soares ... [et al.]. – Uberaba : Universidade de Uberaba, 2016. 180 p. : il. Programa de Educação a Distância – Universidade de Uberaba. ISBN 978-85-7777-593-4 1. Engenharia civil. 2. Geomática. 3. Topografia. I. Soares, Larissa Soriani Zanini Ribeiro. II. Universidade de Uberaba. Programa de Educação a Distância. CDD 624 Larissa Soriani Zanini Ribeiro Soares Graduada em Engenharia civil pela Universidade de Uberaba (Uniube). Professora de Física e Matemática no Ensino Médio, na rede estadual de ensino de Minas Gerais. Douglas Tsukamoto Especialista em Engenharia de segurança do trabalho pela Universidade de Uberaba (Uniube). Graduado em Engenharia civil pela Universidade de Uberaba (Uniube), e docente nessa área na mesma instituição. Júlio César Martins Deamo Tecnólogo em Irrigação e Drenagem pelo Instituto Federal do Triângulo Mineiro (IFTM). Mestre em inovação tecnológica (UFMT). Pesquisador do Departamento de Engenharia do solo e água do Instituto Federal do Triângulo Mineiro (IFTM). Professor da Universidade de Uberaba (Uniube). Experiência em Mecânica dos fluidos e instalações de bombeamento. Luciano Rodrigues Mestre em Redes de computadores pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU). MBA em Gestão empresarial pela Fundação Getúlio Vargas (FGV). Especialista em Georreferenciamento pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU). Graduado em Engenharia civil pela Universidade de Uberaba (Uniube) e em Engenharia elétrica pela Pontifícia Universidade Católica (PUC Minas). Trabalha na Indústria de Telecomunicações e Tecnologia da Informação e como Sobre os autores executivo responsável pela gestão do portfólio de produtos e serviços da Algar Tecnologia. Compõe também a equipe de professores do MBA em Gerenciamento de projetos da Universidade de Uberaba (Uniube). Osmar Ribeiro de Morais Especialista em Educação ambiental pela Faculdade de Zootecnia de Uberaba (FAZU). Atualmente é professor na Universidade de Uberaba (Uniube). Tem experiência na área de Engenharia civil. Sumário Apresentação ....................................................................................... IX Capítulo 1 Introdução à Topografia........................................................ 1 1.1 Planimetria ................................................................................................................3 1.2 Altimetria ...................................................................................................................3 1.3 Erros em Topografia ..................................................................................................4 1.4 Campo de atuação da Topografia ............................................................................5 1.5 Grandezas de medidas .............................................................................................5 1.5.1 Grandezas angulares ......................................................................................5 1.5.2 Grandezas lineares .........................................................................................5 1.6 Unidades de medida .................................................................................................7 1.6.1 Unidades de medida linear .............................................................................7 1.6.2 Unidades de medida angular ..........................................................................7 1.6.3 Unidades de medida de superfície ................................................................8 1.6.4 Unidades de medida de volume ...................................................................11 1.7 Conversões de medidas .........................................................................................12 1.8 Levantamento com medidas horizontais ................................................................13 1.8.1 Medida direta de distâncias ..........................................................................14 1.8.2 Cuidados nos levantamentos das medidas horizontais .............................. 15 1.9 Procedimentos para levantamentos de distâncias horizontais ............................. 16 1.10 Escala gráfica ...................................................................................................... 17 1.10.1 Principais escalas e suas aplicações ........................................................ 17 1.10.2 Definição da escala de desenho ................................................................ 18 1.11 Rumos e azimutes ............................................................................................... 20 1.11.1 Rumos ........................................................................................................ 20 1.11.2 Azimutes ..................................................................................................... 21 1.11.3 Norte magnético ..........................................................................................22 1.11.4 Declinação magnética ................................................................................23 1.12 Taqueometria ou estadimetria ..............................................................................23 1.12.1 Miras ............................................................................................................23 1.13 Medida de distância ..............................................................................................25 1.13.1 Distância horizontal .....................................................................................25 1.13.2 Distância vertical ou diferença de nível ......................................................26 1.14 Levantamento topográfico – Planimetria ..............................................................26 1.15 Levantamento da poligonal...................................................................................28 1.15.1 Cálculo da poligonal ....................................................................................30 1.15.2 Verificação do erro de fechamento angular ................................................31 1.16 Cálculo dos azimutes ..........................................................................................31 Capítulo 2 Levantamentos altimétricos ............................................... 33 2.1 Altimetria: conceitos importantes ............................................................................34 2.2 Erro de nível aparente ............................................................................................37 2.3 Nivelamento geométrico .........................................................................................39 2.3.1 Nível ótico......................................................................................................40 2.3.2 Cálculo de cotas ............................................................................................42 2.4 Perfil do terreno ......................................................................................................45 2.4.1 Declividade entre pontos...............................................................................45 2.5 Curvas de nível .......................................................................................................46 2.5.1 Características das curvas de nível ..............................................................47 2.5.2 Intervalo entre curvas de nível ......................................................................49 2.5.3 Erros de interpretação gráfica nas curvas de nível ......................................51 2.6 Topologia .................................................................................................................52 2.7 Obtenção das curvas de nível ................................................................................53 2.7.1 Interpolação ...................................................................................................54 2.7.2 Levantamento passo a passo .......................................................................55 2.8 Terraplenagem para plataformas ...........................................................................58 2.8.1 Cota de passagem ........................................................................................59 2.8.2 Modelo do terreno .........................................................................................62 Capítulo 3 Altimetria I: fundamentos, curvas de nível e cálculo de volume ................................................................................. 77 3.1 Fundamentos da Altimetria .....................................................................................78 3.1.1 Forma da Terra ..............................................................................................79 3.1.2 Fundamentos altimétricos .............................................................................80 3.2 Nivelamento ............................................................................................................86 3.2.1 Nivelamento trigonométrico ..........................................................................87 3.2.2 Nivelamento geométrico ...............................................................................94 3.3 Curvas de nível .....................................................................................................100 3.4 Greide e seções transversais ...............................................................................107 3.4.1 Greide ..........................................................................................................107 3.4.2 Seções transversais ...................................................................................108 3.4.3 Cálculo de volumes ....................................................................................110 Capítulo 4 Altimetria II .........................................................................119 4.1 Conceitos básicos de Altimetria ............................................................................121 4.1.1 Estacionamento de equipamentos topográficos ........................................121 4.1.2 Tabelas de classificação de equipamentos topográficos .......................... 124 4.1.3 Generalidade e definições ......................................................................... 125 4.2 Altimetria................................................................................................................127 4.2.1 Conceitos básicos de Altimetria ................................................................. 127 4.3 Levantamento de curvas de nível ........................................................................ 148 4.3.1 Critérios de levantamento de curvas de nível (procedimentos práticos): . 148 4.3.2 Etapas do levantamento das curvas de nível ............................................ 150 4.3.3 Procedimentos para desenho das curvas de nível ................................... 151 4.3.4 Topologia .................................................................................................... 151 4.3.5 Noções de Cartografia ............................................................................... 153 4.3.6 Escala ......................................................................................................... 154 4.3.7 Seleção de escala ...................................................................................... 155 4.3.8 Projeções cartográficas .............................................................................. 156 4.3.9 Sistema de coordenadas cartográficas ..................................................... 157 4.3.10 Classificação de cartas e mapas ............................................................. 160 Prezado(a) aluno(a). Embora a Geomática possa ser entendida em um sentido muito amplo, envolvendo todas as atividades que operam com a aquisição e o gerenciamento de dados esperciais, neste livro, este termo é empregado num sentido bem restrito: trata-se daquela parte específica da geomática denominada topografia e que rem grande importância para a engenharia civil. Em relação à topografia, você verá que ela é a base para diversos trabalhos de engenharia, nos quais é importante o conhecimento das formas e dimensões do terreno. Trata-se de conhecimento com ampla aplicação no âmbito da engenharia, como, por exemplo, em projetos e execução de estradas, em grandes obras de engenharia, como pontos, portos, viadutos e túneis, na locação de obras, em trabalhos de terraplenagem, no monitoramento de estruturas, no planejamento urbano, na irrigação e drenagem, no reflorestamento, etc. Como toda obra de engenharia depende do terreno sobre o qual se assenta, é fundamental o conhecimento detalhado desse terreno, tanto na etapa do projeto quanto na etapa da construção ou execução do mesmo e é a topografia que fornece os métodos e os instrumentos que permitem esse conhecimento do terreno e asseguram uma correta implantação da obra ou serviço. Em se tratando de um livro sobre topografia, os capítulos que se ocupam deste assunto apresentam conhecimentos relativos às duas partes em que ela se subdivide, a planimetria e a altimetria. Assim, são abordados todos os procedimentos para se representar o terreno em planta, tanto os destinados à representação planimétrica como os destinados à representação altimétrica. Contudo, é dada maior ênfase ao estudo desses últimos. Apresentação No primeiro capítulo, será feita uma introdução ao assunto, introduzindo os conceitos básicos da topografia, como os conceitos de planimetria e de altimetria, a noção de erro em topografia, a noção de grandeza e os tipos de grandezas com os quais o engenheiro deve lidar, bem como as unidades de medidas. Entrará em contato também com outras noções indispensáveis, como a de escala e suas aplicações e a de rumos e azimutes. Há também neste capítulo a preocupação de recuperar uma série de noções básicas de matemática que o aluno já conhece e que serão importantes para o estudo da topografia. O segundo capítulo se volta mais especificamente para o estudo da altimetria. Conhecerá os procedimentos necessários para a realização de um levantamento topográfico, como também visualizará a importância destes para a elaboração de projetos de engenharia. Verá, ainda, os conceitos utilizados no campo da Altimetria, bem como os principais métodos de nivelamento topográfico, os instrumentos utilizados e as técnicas empregadas nestas medições. Os dois capítulos seguintes, o terceiro e o quarto, ocupam-se do estudo mais detalhado da altimetria. Como esta parte da topografiaestuda os métodos e procedimentos que permitem a representação do relevo, você aprenderá a medir adequadamente o terreno, calcular as alturas (cotas ou altitudes) dos pontos de interesse e representá-los em planta mediante uma convenção altimétrica adequada. Neste momento, como o interesse se centra na representação altimétrica do terreno, você aprenderá que esta pode ser realizada usando-se dois procedimentos: através dos pontos cotados e das curvas de nível. Nossa expectativa é que os conteúdos aqui desenvolvidos, possam contribuir para uma sólida formação profissional e que, quando no exercício cotidiano de sua profissão, possam ajudá-lo(a) na tomada de decisões corretas para a soluções dos problemas que se manifestarem tanto na fase de elaboração de seus projetos como na fase de execução dos mesmos. Bons estudos! Douglas Tsukamoto Júlio César Martins Deamo Larissa Soriani Zanini Ribeiro Soares Introdução Introdução à TopografiaCapítulo 1 A palavra “topografia” deriva das palavras gregas topos, que signifi- ca lugar, e graphen, que significa descrever; portanto, topografia quer dizer descrição do lugar. Topografia é a ciência que estuda todos os acidentes geográficos definindo a situação e a localização deles numa área qualquer. Tem a importância de determinar analiticamente as medidas de área e perímetro, localização, orientação, variações no relevo e, ainda, representá-las graficamente em plantas topográficas. A Topografia é capaz de descrever o lugar por meio de represen- tações gráficas de fácil entendimento, que são essenciais para elaboração de projetos e execução de obras. São várias as suas aplicabilidades na Engenharia Civil: • é a Topografia que marca os pontos de corte e aterro nas obras de terraplenagem, faz a locação das edificações com precisão; • é capaz de orientar a escavação de dois lados da montanha para que se construa um túnel, e este túnel se encontrará perfeitamente em seu interior; 2 UNIUBE Ao final dos estudos propostos neste capítulo, esperamos que esteja apto a: • conceituar Topografia e identificar suas divisões; • realizar levantamentos de terrenos ou áreas, inclusive suas benfeitorias, com a finalidade de confeccionar plantas que representam os dados levantados; • visualizar a importância dos levantamentos para elaboração de projetos de engenharia; • identificar grandezas de medidas e aprender a fazer conver- sões de medidas; • calcular áreas e volumes; • definir escalas de desenho. • é importante nas construções de pontes, aeroportos, usinas hidrelétricas, loteamentos e outras atividades da engenharia que necessitem de precisão em seus levantamentos e marcações. A Topografia comporta duas divisões principais, a Planimetria e a Altimetria, que serão objeto de nossos estudos. 1.1 Planimetria 1.2 Altimetria 1.3 Erros em Topografia 1.4 Campos de atuação da Topografia 1.5 Grandezas de medidas 1.6 Unidades de medidas 1.7 Conversões de medidas 1.8 Levantamento com medidas horizontais 1.9 Procedimentos para levantamentos de distâncias horizontais 1.10 Escala gráfica Objetivos Esquema UNIUBE 3 Planimetria1.1 É a representação sobre um plano horizontal de referência da projeção dos contornos e acidentes de um terreno (cercas, morros, rios, estradas etc.). A representação é realizada utilizando-se a vista superior, e as distâncias aparecerão projetadas sobre um mesmo plano horizontal; esta representação denomina-se de “planta”, portanto, a planimetria é representada por plantas gráficas. Altimetria1.2 É definida como o conjunto de operações necessárias para a determinação das distâncias verticais de um local e o método de lançamento dessas grandezas no levantamento, cujas representações em relação a um plano de referência vertical dão-se por meio de suas coordenadas X, Y e Z. Podem ser lançadas sobre a representação plana do terreno pelas curvas de nível, que representam claramente o relevo em 2D. Na Altimetria, utilizam-se como representação as vistas laterais, ou perfis, ou cortes, ou elevações, que são representadas sobre um plano vertical. Nível Nível, em Topografia, é a distância vertical (altura) de um ponto relativamente a outro ponto pré- -estabelecido. Os levantamentos topográficos 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 chamados planialtimétricos. IMPORTANTE! 1.11 Rumos e azimutes 1.12 Taqueometria ou estadimetria 1.13 Medida de distância 1.14 Levantamento topográfico – Planimetria 1.15 Levantamento da poligonal 1.16 Cálculo dos azimutes http://pt.wikipedia.org/wiki/Topografia 4 UNIUBE Erros em Topografia1.3 Os levantamentos topográficos sempre envolvem um nível de erro mesmo aqueles realizados por pessoal treinado e utilizando-se técnicas apuradas. Os erros ocorridos nas medições topográficas são classificados como: a) naturais: geralmente ocasionados por fenômenos naturais, dentre eles: vento, temperatura, pressão atmosférica etc. Muitas vezes, esses erros ocorrem de forma sistemática e, por esse motivo, dificilmente podem ser evitados. É muito importante estar atento às condições ambientais, para que erros pontuais não comprometam a precisão do levantamento; b) instrumentais: esses são ocasionados por fatores ligados diretamente aos instrumentos de medida utilizados no levantamento. Os principais itens que são observados são os erros de aferição e calibragem dos instrumentos. Na maioria das vezes, os efeitos desses erros podem ser evitados ou corrigidos através de manutenção, aferição e calibração constante dos equipamentos. Nos casos mais complexos de erros, é aconselhável encaminhar os equipamentos para assistência técnica para efetuar calibração e conserto de possíveis defeitos. c) pessoais: são erros causados por falha humana, geralmente por falta de atenção ou de capacitação técnica do operador dos instrumentos. Comumente pode se notar erros de leitura de ângulos verticais ou horizontais, posicionamento inadequado das réguas ou miras, leitura incorreta da régua ou trena, erro de nivelamento e prumo do instrumento. Esses erros grosseiros devem ser evitados, pois na maioria dos casos são impossíveis de corrigir, tendo como principal ponto negativo a perda de tempo ocasionando a necessidade de se refazer o levantamento para se efetuar a correção. Aferição Verbo aferir, que significa avaliar, comparar, cotejar, medir, conferir cada aspecto com seu respectivo padrão; afilar. Prumo É o instrumento usado para detectar se o elemento está na vertical. Trena É um instrumento de medida usado para medir distâncias. http://pt.wiktionary.org/wiki/avaliar http://pt.wiktionary.org/wiki/comparar http://pt.wiktionary.org/wiki/cotejar http://pt.wiktionary.org/wiki/medir http://pt.wiktionary.org/wiki/conferir http://pt.wiktionary.org/wiki/cada http://pt.wiktionary.org/wiki/aspecto http://pt.wiktionary.org/wiki/com http://pt.wiktionary.org/wiki/seu http://pt.wiktionary.org/wiki/respectivo http://pt.wiktionary.org/wiki/padr%C3%A3o http://pt.wiktionary.org/wiki/afilar http://pt.wikipedia.org/wiki/Vertical http://pt.wikipedia.org/wiki/Instrumento_de_medida http://pt.wikipedia.org/wiki/Instrumento_de_medida UNIUBE 5 Na Topografia, nos levantamentos planimétricos e altimétricos, trabalha- mos com distâncias e ângulos. Na Planimetria, com distâncias horizon- tais, ângulos horizontais e verticais, e na Altimetria, com distâncias horizontais e verticais e com ângulos verticais e horizontais. Campo de atuação da Topografia1.4 A Topografia supõe a Terra plana, portanto, resulta em plantas e não em cartas. As técnicas topográficas ficam limitadas às diferenças entre a superfície plana e a superfície geoidal; caso essas diferenças não possam ser desprezadas, sai-se da Topografia e entra-se em outra ciência chamada de Geodésia. Em áreas dentrode um raio de 5 km, as técnicas da Topografia são perfeitamente aceitáveis para levantamentos planimétricos. Para realizarmos levantamentos topográficos, com frequência, temos que fazer conversões de medidas. Assim, passaremos aos estudos das grandezas, unidades e como fazer as conversões de medidas. Grandezas de medidas1.5 1.5.1 Grandezas angulares Ângulo horizontal: é o ângulo entre duas linhas ou alinhamentos de um terreno, medidos no plano horizontal. Um ângulo horizontal pode ser à direita ou à esquerda. Ângulo vertical: é o ângulo formado entre dois pontos do terreno em relação ao plano do horizonte. Os ângulos verticais podem ser ascendentes ou descendentes, em função de sua posição em relação ao plano de referência, podendo ser em aclive (acima do plano) ou em declive (abaixo do plano). 1.5.2 Grandezas lineares Distância horizontal: é a distância linear medida entre dois pontos, no plano horizontal, sem considerar as deformidades do terreno no plano vertical (Figura 1). 6 UNIUBE Figura 1: Distância horizontal. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Distância vertical ou diferença de nível: é a distância medida entre dois pontos, num plano vertical que é perpendicular ao plano horizontal, desconsiderando-se as irregularidades do terreno (Figura 2). Figura 2. Distância vertical. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Distância inclinada: é a distância medida entre dois pontos inclinados em relação à linha horizontal (Figura 3). Figura 3: Distância inclinada. Fonte: Júlio César Martins Deamo. UNIUBE 7 Ressaltamos 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 por meio de um perfil. IMPORTANTE! Unidades de medida1.6 Na Topografia, são medidas duas espécies de grandezas: as lineares e as angulares, mas trabalhamos, também, com outras duas espécies de grandezas: as de superfície e as de volume. O sistema de unidades utilizado no Brasil é o métrico decimal, porém, em função dos equipamentos e da bibliografia utilizada, na sua grande maioria importada, algumas unidades relacionadas, a seguir, apresentarão seus valores correspondentes no sistema americano. 1.6.1 Unidades de medida linear • mm, mm, cm, dm, m e km • polegada inglesa = 2,54 cm = 0,0254 m • pé = 30,48cm = 0,3048 m • jarda = 91,44cm = 0,9144m • milha brasileira = 2200 m • milha terrestre/inglesa = 1609,31 m 1.6.2 Unidades de medida angular Para as medidas angulares, trabalhamos com o grau, grados e radianos; seguem suas relações: 360° = 400g = 2π Grados Uma unidade de medida de ângulos planos equivalente a π/200 radianos ou 0,9 graus. Radiano É a unidade de medida de um ângulo. http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%82ngulo_plano http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%82ngulo_plano http://pt.wikipedia.org/wiki/Radiano http://pt.wikipedia.org/wiki/Grau http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%82ngulo_plano 8 UNIUBE O valor de PI (π) corresponde a 3,1415926539... É a razão entre o comprimento de uma circunferência pelo seu diâmetro. 1.6.3 Unidades de medida de superfície Para as medidas de superfície, ou seja, cálculo de áreas, utilizamos centímetro quadrado, metro quadrado, hectares, ou alqueire; seguem suas relações: • cm², m² e km²; • are = 100 m²; • acre = 4.046,86 m²; • hectare (ha) = 10.000 m²; • alqueire paulista = 2,42 ha = 24.200 m²; • alqueire mineiro = 4,84 ha = 48.400 m². O alqueire era uma unidade de volume usada para medida de grãos; em Minas Gerais, correspondia a 80 litros, e em São Paulo a 40 litros. Essa forma de avaliar a área em alqueires foi devido ao plantio de grãos em certa superfície, portanto, aquela superfície correspondia à quantidade de alqueires de grãos plantados. Hoje, é a unidade de medida de superfície agrária equivalente em Minas Gerais, Rio de Janeiro e Goiás, que são de 4,84 hectares, e, em São Paulo, 2,42 hectares. Hectare é unidade de medida de superfície com 10.000m². SAIBA MAIS A unidade de superfície é determinada de acordo com o cálculo de áreas. Os exemplos mais comuns que podemos observar são as grandezas das áreas de terrenos, construções, praças, rodovias, dentre outras. UNIUBE 9 O polígono ABCD representa um terreno urbano de uma cidade qualquer. Determine a área deste terreno com base na representação da Figura 4 a seguir: Figura 4: Desenho do polígono ABCD. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Resolução Para calcular a área deste terreno, primeiramente, temos que dividir o terreno em duas áreas, de acordo com o croqui representado na Figura 5. Agora, basta-nos utilizar as fórmulas para cálculo de áreas. Figura 5: Desenho do polígono ABCD, dividido em um quadrado e um triângulo. Croqui do terreno. Fonte: Júlio César Martins Deamo EXPLICANDO MELHOR 10 UNIUBE • Opção 1 Para cálculo de áreas: • Triângulo: Base x Altura 2 • Quadrado: Lado x Lado Portanto: Para a parte 1: • Quadrado: Lado x Lado = 10m x 10m = 100 m² Para a parte 2: • Triângulo: Base x Altura 2 = 10m x 15m 2m = 75 m² Agora, é só somar as áreas e encontraremos como resultado a área do terreno, que é 175 m². • Opção 2 Já que o polígono (terreno) é um trapézio, podemos calcular a área da seguinte forma: (lado maior + lado menor) ( 25m + 10m).10 Área = = = 175 m² 2 2 Nos exemplos dados, podemos notar que são figuras geométricas perfeitas, porém, na prática, na maioria das vezes, isso não acontece, pois o que encontraremos são áreas das mais variadas formas, portanto o levantamento e a determinação das áreas serão mais complexos e necessitarão da utilização de métodos mais precisos e específicos. UNIUBE 11 1.6.4 Unidades de medida de volume Para as medidas de volumes, são usados centímetros cúbicos, metros cúbicos ou litros; a seguir, suas relações: 1 m³ = 1.000 cm³ = 1000 l As medidas de volumes são trabalhadas na engenharia em obras de terraplenagem, para calcular o volume de terra a ser trabalhada; também trabalhamos com os traços de concreto em volume, e ainda alguns materiais são adquiridos em volume. Exemplos: temos os agregados, como a areia e britas. Imagine um terreno medindo 10 m de frente e 20 m de comprimento, em que o fundo do terreno está 50 cm abaixo do nível da frente do terreno. Determine o volume a ser aterrado neste terreno, de forma que o fundo do terreno fique com 40 cm acima do nível da frente do terreno. Veja, a seguir, a representação do perfil deste terreno. Considerando que a frente do terreno está na cota 0,0 e o fundo está na cota – 50,0: Lembre-se de que o aterro é o preenchimento com terra de espaços a serem trabalhados, com a devida compactação. A cota em Topografia é a altura de um ponto relativamente a um plano horizontal. 0,0 – 50,00 cmPerfil do terreno Resolução Inicialmente, iremos calcular a área a ser aterrada. Vejamos o perfil, a seguir: para calcular esta área, observe que temos 50 cm abaixo do nível da frente do terreno e iremos deixá-lo com 40 cm acima, então, temos que aterrar 90 cm no fundo do terreno. Veja a seguir, o croqui de como ficará o terreno após o aterro. EXEMPLIFICANDO! http://pt.wikipedia.org/wiki/Topografia 12 UNIUBE Perfil do terreno depois do aterro 0,0 0,0 + 40 cm – 50,00 cm Observando a figura anterior, temos um triângulo. Com base de 90cm e altura de 20m (corresponde ao comprimento do terreno), para o cálculo desta área, temos: = = = 0,90 . 20 9 ² 2 2 Base x Altura m mÁrea m Considerações: • as cotas estão em centímetros; devem ser transformadas em metros; • observe a unidade, metros quadrados é uma unidade de área. Agora, para calcularmos o volume, basta multiplicarmos a área encontrada pela largura do terreno; vejamos: Volume = 9 m² x 10m = 90m³ Portanto, o volume a ser aterrado é de 90 m³. Conversões de medidas1.7 A conversão de medida é importante e utilizada quando temos alguma informação em umaunidade e queremos saber qual o valor dessa medida em outra unidade conhecida. UNIUBE 13 Os aparelhos de televisão estão disponíveis em vários modelos e marcas. Possuem tamanho das telas variado: 21”, 29”, 32” 42”, dentre outras. Mas, como podemos nos certificar se estamos comprando a televisão correta? Para respondermos a essa questão, primeiramente, é necessário conhecer que as medidas das telas correspondem às medidas da diagonal desta, ou seja, em uma televisão de 29”, as distâncias das diagonais de sua tela têm 29”. Mas, quantos centímetros têm 29”? Vejamos: Vamos descobrir a relação entre as medidas. Conforme vimos, uma polegada tem 2,54 cm. Agora, basta aplicarmos a regra de três, ou seja: 1” ------------------- 2,54cm 29” ------------------ A cm Logo Portanto, as telas de 29” medem 73,66 cm. EXEMPLIFICANDO! Levantamento com medidas horizontais1.8 Neste método, trabalharemos somente com a planimetria, com levantamento manual de medidas horizontais, para representá-las em desenhos em formatos e escalas a serem definidos posteriormente. Na elaboração de um projeto, a primeira necessidade é identificar as dimensões do terreno, ou ainda, se já existe uma edificação, verificando se o proprietário tem o projeto desta edificação. O próximo passo é certificar se as Escala É um método de ordenação de grandezas físicas e químicas qualitativas ou quantitativas, que permite a comparação. Escala é uma relação existente entre as medidas na planta e as distâncias lineares correspondentes no terreno. http://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica http://pt.wikipedia.org/wiki/Qu%C3%ADmica 14 UNIUBE documentações estão fielmente de acordo com a realidade, porque não podemos simplesmente nos basear nos dados das escrituras, e /ou do projeto, pois já podem ter realizadas alterações na edificação, sem modificações nos documentos. Portanto, muitas vezes, temos que realizar os levantamentos de terrenos, casas, galpões, imóveis comerciais, dentre outros. Neste capítulo, aprenderemos como realizar o levantamento com medidas horizontais, e quais são os cuidados a serem tomados. 1.8.1 Medida direta de distâncias É simplesmente medir a distância entre dois pontos conhecidos. Esta distância é determinada em comparação a uma grandeza padrão previamente estabelecida; no caso do Brasil, utilizamos “metro” ou “centímetros” como unidades de medida. Podemos observar o exemplo, a Figura 6 a seguir, em que temos dois pontos “A” e “B”, cuja distância horizontal entre eles é de 300 centímetros ou 3 metros. Figura 6: Distância entre dois pontos. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Para obter as distâncias horizontais, é necessária a utilização de ferramenta de medição e alguns acessórios de apoio como: balizas e caderneta de campo. • Trenas de aço: ferramentas de medição feitas de uma lâmina de aço, graduada em metros, centímetros e milímetros, com largura variável de 10 a 20 mm, comprimento de 3, 5, 8, 20, 30, 60, 100 e 150 metros, são leves e praticamente indeformáveis. Baliza É um instrumento utilizado pelo topógrafo (geomensor ou agrimensor) para elevar o ponto topográfico com objetivo de torná-lo visível. http://pt.wikipedia.org/wiki/Geomensor UNIUBE 15 • Balizas: são utilizadas para manter o alinhamento, na medição entre pontos; quando há necessidade de se executar vários lances, são feitas de madeira ou ferro; arredondadas, sextavadas ou oitavadas, são terminadas em ponta guarnecida de ferro, comprimento de 2 metros e diâmetro de 16 a 20 mm; são pintadas em cores contrastantes (branco e vermelho ou branco e preto) para permitir que sejam facilmente visualizadas a distância e devem ser mantidas na posição vertical. • Cadernetas de campo: documento onde são registrados todos os elementos levantados no campo: croquis dos pontos, distâncias horizontais, ângulos e outras anotações importantes e necessárias para os trabalhos de Topografia. 1.8.2 Cuidados nos levantamentos das medidas horizontais A precisão das distâncias horizontais está relacionada diretamente com os cuidados que devem ser observados durante o processo de medição das distâncias horizontais. a) Escolha da trena: a qualidade da trena é essencial para as medições de distâncias horizontais; principalmente com a globalização, é fácil encontrar no mercado trenas de má qualidade que se deformam com a variação de temperatura, interferindo diretamente no levantamento das áreas. Escolha as trenas de aço, com largura de 12 mm. b) Utilize apenas uma única trena: no levantamento, utilize apenas uma única trena, pois pode haver pequena diferença entre uma trena e outra; consequentemente, pode interferir no resultado final do levantamento. c) Posição da trena: durante as medições de distâncias horizontais, a trena deve estar esticada e nivelada para evitar os erros de medidas. Veja as figuras 7 e 8: d) Balizas: quando for necessária a utilização das balizas no auxílio das medidas, estas deverão estar sempre na posição vertical. 16 UNIUBE Figura 7: Erro devido ao deslocamento “e”. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Observe a Figura 7 e note que, se houver um deslocamento “e” na trena durante a medição da distância horizontal, haverá um erro de medição para maior. Figura 8: Erro devido à inclinação da trena. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Observe a Figura 8 e note que as distâncias “a” e “b” são diferentes; portanto, deve-se tomar cuidado e manter a trena na posição horizontal ao realizar as medições, evitando inclinar a trena e, consequentemente, evitando os erros de medições. Procedimentos para levantamentos de distâncias horizontais 1.9 Antes de aprendermos os levantamentos de distâncias horizontais, vamos recordar que, por um único ponto, passam infinitas retas; que, por dois pontos, passa apenas uma única reta, e que a distância horizontal é a distância entre dois pontos no plano horizontal. Para realizar os levantamentos de distâncias horizontais, devemos ter cuidados conforme descritos no item 1.2, anteriormente. Para o levantamento de um ponto, devemos ter duas medidas deste ponto para amarração no desenho (método da triangulação). UNIUBE 17 Para proceder ao levantamento, seguem algumas instruções: 1. inicialmente, temos que fazer a inspeção do local para o conhecimento da área; 2. no local, deve-se fazer um croqui na caderneta de campo ou em um rascunho, identificando os pontos a serem levantados; 3. definir as referências principais, ou seja, a partir de quais pontos iremos realizar as medições; 4. realizar as medições horizontais e anotar na caderneta de campo ou rascunhos, lembrando que cada ponto deve ter duas medidas para sua amarração. Após os levantamentos, ou seja, das medições topográficas, temos as representações gráficas. Como não podemos desenhar as áreas nas dimensões reais, precisamos utilizar as escalas gráficas. Escala gráfica1.10 A escala gráfica é a representação gráfica de uma escala nominal ou numérica. Esta forma de representação da escala é utilizada, principal- mente, para fins de acompanhamento de ampliações ou reduções de plantas ou cartas topográficas. 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. 1.10.1 Principais escalas e suas aplicações Na Tabela 1, temos as principais escalas utilizadas por engenheiros e as suas respectivas aplicações. 18 UNIUBE Tabela 1: Escalas utilizadas nos desenhos APLICAÇÕES ESCALAS Plantas de terrenos urbanos 1 : 50 Planta de pequenos lotes e edifícios 1:100 e 1:200 Planta de arruamentos e loteamentos urbanos 1 : 500 1 : 1.000 Planta cadastral de cidades e grandes propriedades rurais ou industriais 1 : 5.000 1 : 10.000 1 : 25.000 Cartas de municípios 1 : 50.000 1 : 100.000 Mapas de estado, países, continentes etc. 1 : 200.000 1 : 10.000.000 Fonte: Douglas Tsukamoto. É importante destacarque, dependendo da escala, a denominação da representação muda para planta, carta ou mapa. 1.10.2 Definição da escala de desenho Para a definição da escala, devemos conhecer: a) o tamanho da porção de terreno levantado; b) o tamanho da folha utilizada. Os tamanhos de folha mais utilizados para a representação da superfície terrestre seguem as normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, que variam do tamanho A0 (máximo) ao A5 (mínimo). IMPORTANTE! Quando a porção levantada e a ser projetada é bastante extensa e, se quer representar convenientemente todos os detalhes naturais e artificiais a ela pertinentes, procura-se, em vez de reduzir a escala, para que toda a porção caiba numa única folha de papel, dividir esta porção em partes e representar cada parte em uma folha. É o que se denomina representação parcial. UNIUBE 19 A escala de desenho é definida pela seguinte relação: = = 1 IE M L Em que: L = representa qualquer comprimento linear real, medido sobre o terreno; I = representa um comprimento linear gráfico qualquer, medido sobre o papel, e que é correspondente ao comprimento medido sobre o terreno; M = é denominado Módulo da escala e representa o inverso de (l / L). O desenho topográfico nada mais é do que a projeção de todas as medidas obtidas da área sobre o plano do papel. Imagine um simples terreno de 10m x 20m; teríamos que ter, no mínimo, 20 m² de papel. Impossível, não é verdade! Portanto, para desenhar, devemos utilizar as escalas. Vamos adotar o papel no formato A4, que tem dimensões de 210mm de largura por 297mm de altura. Para a escala 1:50, temos: = = → = → = → 1 1 0,40 40 50 20 I IE I m cm M L m Como a maior dimensão da folha A4 tem 0,297m, não é possível desenhar na escala 1:50. Vamos tentar a escala 1:100: = = → = → = → = = → = → = → 1 1 0,20 20 100 20 1 1 0,10 10 100 10 I IE I m cm M L m I IE I m cm M L m Agora sim, para representarmos o terreno de 10 x 20m, podemos desenhar no papel A4, utilizando a escala gráfica de 1:100; para facilitar os desenhos, sem necessidade de fazer cálculos de escalas, podemos utilizar os escalímetros. EXEMPLIFICANDO! Escalímetro É um instrumento na forma de um prisma triangular, que possui 6 réguas com diferentes escalas. É utilizado para medir e conceber desenhos em escalas ampliadas ou reduzidas. http://pt.wikipedia.org/wiki/Prisma http://pt.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9gua http://pt.wikipedia.org/wiki/Escala 20 UNIUBE Rumos e azimutes1.11 1.11.1 Rumos Rumo de uma linha é o ângulo formado entre a direção Norte/Sul e a linha meridiana, medido a partir do Norte ou a partir do Sul, variando de 0 a 90° ou 100 grados. O rumo será expresso em função do quadrante em que está localizado, pois além do valor numérico, acrescenta-se uma sigla cuja primeira letra indica a origem de onde parte o ângulo e a segunda letra o ponto de chegada (Figura 9). • NE = parte do Norte no sentido Leste (Nordeste) • SE = parte do Sul no sentido Leste (Sudeste) • SW = parte do Sul no sentido Oeste-West (Sudoeste) • NW = parte do Norte no sentido Oeste-West (Noroeste) Figura 9: Siglas representativas dos rumos em função do quadrante. Fonte: Júlio César Martins Deamo. UNIUBE 21 1.11.2 Azimutes Azimute de uma linha é o ângulo formado a partir do Norte no sentido horário, e varia de 0° a 360° (Figura 10). Figura 10: Exemplos de representação dos azimutes. Fonte: Júlio César Martins Deamo. • Representação do rumo em função do azimute (Figura 11) Figura 11: Representação do rumo em função do azimute. Fonte: Júlio César Martins Deamo. 22 UNIUBE • 1º quadrante: Rumo = Azimute • 2º quadrante: Rumo = 180° – azimute • 3º quadrante: Rumo = azimute – 180° • 4º quadrante: Rumo = 360° – azimute • Representação do Azimute em função do rumo (Figura 12) Figura 12: Representação do azimute em função do rumo. Fonte: Júlio César Martins Deamo. • 1º quadrante => Azimute = rumo • 2º quadrante=> Azimute = 180° – rumo • 3º quadrante=> Azimute = 180° + rumo • 4º quadrante=> Azimute = 360° – rumo 1.11.3 Norte magnético Direção norte de um meridiano magnético, assinalada pela agulha de uma bússola imantada. UNIUBE 23 1.11.4 Declinação magnética Ângulo formado entre o norte magnético e o norte geográfico. O norte magnético é variável, logo o ângulo de declinação também varia. Taqueometria ou estadimetria1.12 As observações de campo são realizadas com o auxílio de teodolitos. Com o teodolito, realiza-se a medição do ângulo vertical ou ângulo zenital, o qual, em conjunto com as leituras efetuadas, será utilizado no cálculo da distância. Observe as figuras 13, 14 e 15, a seguir, que lhe dará a sequência de uma leitura estadimétrica. 1.12.1 Miras As miras estadimétricas são réguas graduadas centimetricamente, ou seja, cada espaço branco ou preto (Figura 13) corresponde a um centímetro. Os decímetros são indicados ao lado da escala centimétrica. Na mira, a seguir (Figura 14), os números 1, 2, 3 etc. correspondem, respectivamente, a 1 decímetro, 2 decímetros, 3 decímetros e assim por diante. A escala métrica é indicada com pequenos círculos localizados acima da escala decimétrica, sendo que o número de círculos corresponde ao número de metros, como pode ser visto acima do número I e II (figuras 13 e 14). Isso quer dizer que esta parte da mira está, aproximadamente, a 1 e 2 metros do chão, respectivamente. Na mira, são efetuadas as leituras dos fios estadimétricos (superior, médio e inferior). Para o exemplo da Figura 13, estas leituras são: Superior: 1,300m Médio: 1,150m Inferior: 1,000m 24 UNIUBE Figura 13. Leitura dos fios estadimétricos Fonte: Júlio César Martins Deamo. Figura 14: Mira. Fonte: Adaptado de Júlio César Martins Deamo. UNIUBE 25 Figura 15: Aplicação prática do teodolito. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Medida de distância1.13 Na Planimetria, existe a necessidade de medir as distâncias entre os pontos que se pretende representar em um plano horizontal. As distâncias podem ser avaliadas direta ou indiretamente. Medição direta é aquela em que se aplica diretamente sobre o terreno um instrumento que permita marcar distâncias (trena, fita métrica etc.) e medição indireta ou estadimétrica, quando se calcula com o auxílio da trigonometria, a distância desejada. 1.13.1 Distância horizontal A distância horizontal pode ser obtida através do método direto ou por estadimetria, utilizando mira e teodolito (método indireto). Depois de obtidos os dados de campo, encontraremos a distância horizontal através da fórmula: DH = 100 ×H × cos²α + C, 26 UNIUBE em que: DH = distância horizontal; H = retículo superior – retículo inferior; α = ângulo da inclinação da luneta; C= Constante do instrumento (para o caso de instrumentos precisos C=0). 1.13.2 Distância vertical ou diferença de nível Assim como na determinação das distâncias horizontais, as distâncias verticais podem ser obtidas por meio de métodos diretos (trena, corrente de agrimensor etc.) ou indiretos (teodolito e mira). Porém, a obtenção das distâncias é realizada pela seguinte fórmula: x TAN i – Fm,= +DN DH a em que: DN = diferença de nível ou distância vertical; α = 90º - ângulo vertical; i = altura do aparelho; Fm = fio médio. Levantamento topográfico – Planimetria1.14 Para realizar o levantamento topográfico, é necessário determinar pontos de apoio, e, a partir desses pontos, é possível representar os demais pontos e assim determinar a área levantada. A representação topográfica da área está baseada nos pontos levantados a serem medidos e para os quais são determinadas as coordenadas. O levantamento é realizado pelo método de caminhamento, medindo-se todos os ângulos e lados, tendo-se uma orientação inicial, sendo assim possível calcular as coordenadas de todos os pontos que formam a poligonal. Essas coordenadas de cada ponto são obtidas pela projeção ortogonal no plano cartesiano em X eY. As coordenadas do eixo Z são determinadas pela Altimetria. UNIUBE 27 Para a determinação das coordenadas de cada ponto, deve-se fazer a projeção tanto no eixo X (ordenadas) quanto no Y (abscissas). Na Figura 16, temos os seguintes dados: ΔX = projeção do ponto B no eixo X ΔY = projeção do ponto B no eixo Y A = distância horizontal entre os pontos C e D Figura 16: Representação da projeção da distância A em X (ΔX) e em Y (ΔY). Fonte: Júlio César Martins Deamo. Com base na Figura 16, e utilizando os conceitos da trigonometria plana, é possível calcular as projeções de cada ponto, tanto no eixo X quanto no eixo Y; para isso, devemos aplicar as seguintes fórmulas: ΔX = A . sen Az ΔY = A . cos AZ, em que, A= distância horizontal entre os dois pontos; ΔX = projeção do ponto em X; ΔY = projeção do ponto em Y; Az= azimute da direção. 28 UNIUBE Figura 17: Representação da poligonal fechada. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Levantamento da poligonal1.15 No levantamento topográfico, podemos encontrar diversas possibilidades de obtenção do posicionamento dos pontos, sendo que o principal método é a leitura por irradiação, na qual podemos determinar as poligonais que podem ser abertas ou fechadas. Nesse capítulo, abordaremos somente a poligonal fechada por ser o método mais empregado. Para definirmos uma poligonal, é necessário efetuarmos a medição dos ângulos formados por seus lados. Geralmente, determinamos os ângulos externos da poligonal. As poligonais fechadas são aquelas que partem de um ponto com coordenadas conhecidas e retornam ao mesmo ponto (Figura 17). UNIUBE 29 Poligonais abertas são aquelas que partem de um ponto conhecido e terminam em um ponto cuja coordenada se deseja determinar (Figura 18). Figura 18: Representação da poligonal aberta. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Para determinar uma poligonal, é necessária a definição dos ângulos formados por seus lados. Esses ângulos podem ser determinados pelos ângulos internos (Figura 19) ou externos (Figura 20) à poligonal. Figura 19: Ângulos internos. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Figura 20: Ângulos externos. Fonte: Júlio César Martins Deamo. 30 UNIUBE Em que: Az: azimute da direção CD; A: distância horizontal entre os pontos C e D; Xo e Yo: coordenadas do ponto C; X1 e Y1: coordenadas do ponto D. As coordenadas do ponto D serão dadas por: X1 = Xo + ΔX Y1 = Yo + ΔY, em que ΔX e ΔY são calculados por: ΔX = A . sen (Az) ΔY = A . cos (Az) A partir da coordenada do ponto D, será possível calcular a coordenada do próximo ponto, e assim por diante. Figura 21: Cálculo das coordenadas. Fonte: Júlio César Martins Deamo. 1.15.1 Cálculo da poligonal Com base nos dados de campo (ângulos e distâncias), na orientação inicial e nas coordenadas do ponto de partida, podemos calcular as coordenadas de todos os pontos da poligonal. Inicia-se o cálculo a partir do ponto C. A Figura 21 ilustra o processo de cálculo. UNIUBE 31 1.15.2 Verificação do erro de fechamento angular Antes de calcular o azimute das direções em uma poligonal fechada, é necessário fazer a verificação dos ângulos medidos. Como o próprio nome sugere, a poligonal fechada forma um polígono fechado, por isso é possível verificar se houve algum erro na medição dos ângulos. Em um polígono qualquer, o somatório dos ângulos externos deverá ser igual a: somatório dos ângulos medidos = (n + 2) . 180º em que n é o número de pontos (estações) da poligonal. O erro angular (ea) será dado por: ea = somatório dos ângulos medidos – (n + 2).180º . O somatório dos ângulos internos deverá ser igual a: somatório dos ângulos medidos= (n – 2) . 180° Cálculo dos azimutes 1.16 De posse do azimute do primeiro alinhamento da poligonal (medido ou calculado), faz-se o transporte para os demais alinhamentos por meio da relação: Azc = Aza + e < 180° (somam-se 180°) Azc = Aza + e > 180° e < 540° (subtraem-se 180°) Azc = Aza + e > 540° (subtraem-se 540°) em que: Azc = azimute calculado; Aza = azimute do alinhamento anterior; e = ângulo externo. Para verificar se o transporte do azimute foi realizado corretamente, o azimute de chegada encontrado deve ser igual ao azimute de saída. 32 UNIUBE Resumo Neste capítulo, vimos a Topografia enquanto ciência que descreve geometricamente determinado local; sendo a base para todas as atividades que consideram a posição geográfica, ou seja, nos mais variados ramos (Engenharias, Arquitetura, Urbanismo, Geografia, Agronomia etc.). A área da Topografia tem importância significativa no que diz respeito a projetos (Hidráulica, Estruturas, Construção). A Topografia é uma área de estudo e aplicação essencial para a descrição, concepção e cálculo de projetos e intervenções de obras de dimensão apreciável, bem como a avaliação do impacto ambiental na área a ser construída. Com o auxílio da Topografia, obras podem ser implantadas e posicionadas de forma mais rápida e segura. Essas técnicas são integradas em processos de controle de qualidade em todas as fases da obra e permitem o rigor posicional, bem como o nivelamento. Referências BORGES, Alberto de Campos. Topografia aplicada à Engenharia Civil. São Paulo: Edgard Blücher, 1977. CARDÃO, Celso. Topografia. Belo Horizonte: Edições Engenharia e Arquitetura, 1979. ESPARTEL, Lélis. Curso de Topografia. Porto Alegre: Editora Globo, 1965. Douglas Tsukamoto Júlio Cesar Martins Deamo Larissa Soriani Zanini Ribeiro Soares Introdução Levantamentos altimétricosCapítulo 2 A Altimetria é o ramo da Topografia que define os meios e instru- mentos empregados no estudo e representação do relevo do solo. Para se estudar um terreno, é preciso determinar as alturas dos pontos que definem a Altimetria, relacionados a uma superfície de comparação. A Altimetria tem por finalidade determinar a distância vertical ou o desnível entre os pontos. Conhecendo-se um valor de referência inicial, é possível calcular as demais cotas ou altitudes. A determinação das diferenças de nível entre dois pontos é possível com os seguintes métodos: • nivelamento geométrico; • nivelamento trigonométrico. No campo da Engenharia, é fundamental a determinação da cota (altitude) para a elaboração de projetos, como, por exemplo, projetos de redes de esgoto, planejamento urbano, dentre outros. Ao final dos estudos propostos neste capítulo, esperamos que esteja apto(a) a: • conceituar Altimetria, topologia, altitude e cota; • identificar o erro de nível aparente; Objetivos 34 UNIUBE • fazer o nivelamento geométrico; • conhecer o nível óptico; • calcular declividades; • fazer levantamentos altimétricos; • identificar os métodos de obtenção de curvas de nível; • caracterizar curvas de nível; • identificar os erros de interpretação gráfica; • realizar terraplenagem para plataformas. 2.1 Altimetria: conceitos importantes 2.2 Erro de nível aparente 2.3 Nivelamento geométrico 2.4 Perfil do terreno 2.5 Curvas de nível 2.6 Topologia 2.7 Obtenção das curvas de nível 2.8 Terraplenagem para plataformas Esquema Altimetria: conceitos importantes2.1 Relembrando o conceito de altimetria, temos que a altimetria compreende 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 suas representações em relação a um plano de referência vertical por meio de suas coordenadas X, Y e Z. UNIUBE 35 Em outras palavras, Altimetria é o ramo da Topografia que estuda de maneira metódica a representação do relevo de um terreno, tendo como objetivo complementar as informações obtidas através do levantamento planimétrico, uma vez que a maioria dos acidentes geográficos de um terreno não pode ser mostrada com clareza tomando-se como base somente a planimetria. Como foi visto no capitulo anterior, a Planimetria é orientada somente pelas dimensões planas, ou distância entre dois ou mais pontos, sem considerar as diferenças de nível existentesentre eles. Já na Altimetria, além da distância entre pontos, também são consideradas as alturas de cada ponto, podendo com isso, determinar a forma volumétrica de uma determinada porção da superfície terrestre. Chama-se altura de um ponto, em Altimetria, o comprimento da perpendicular baixada deste ponto sobre um plano horizontal qualquer, denominado superfície de nível de comparação. A determinação da altura de um ponto corresponde, portanto, à medição de uma distância realizada em direção vertical. Na Altimetria, utilizam-se como representação as vistas laterais, ou perfis, ou cortes, ou elevações, que são representadas sobre um plano vertical. A única exceção são as curvas de nível, que são representadas em plantas, e capazes de representar claramente a Altimetria. Estudaremos o nivelamento, que é a operação que determina as diferenças de nível ou distâncias verticais entre pontos do terreno. O nivelamento destes pontos, porém, não termina com a determinação do desnível entre eles, inclui, também, o transporte da cota ou altitude de um ponto conhecido para os pontos nivelados. Para entendermos melhor os levantamentos altimétricos, vamos definir altitude e cota: Perpendicular Diz-se da reta que forma ângulos adjacentes iguais com outra ou com as que, pertencendo a um mesmo plano, passam pelo ponto em que ela intercepta esse plano em um ângulo de 90º. 36 UNIUBE Para definirmos a altitude de qualquer ponto ou localidade na superfície da terra, adotamos como padrão a distância vertical dessa superfície ou ponto em relação à superfície média dos mares, que é adotada como altitude zero, também conhecida como geoide. Quando temos os jogos de futebol da Seleção Brasileira, na Bolívia, os comentaristas e narradores de futebol sempre comentam sobre a altitude naquele país, especialmente quando a partida será realizada na cidade de La Paz, que está a uma altitude de 3.660 metros; em outras palavras, a cidade de La Paz está a 3.660 metros acima do nível do mar. A cota de um ponto ou localidade corresponde à distância vertical desse ponto ou localidade em relação a uma superfície ou ponto tomado como referência, que não necessariamente é a superfície média dos mares. Pode-se adotar qualquer ponto próximo ao local onde se deseja efetuar o levantamento altimétrico como referencial. Observe a Figura 1 a seguir: Figura 1: Representação de altitude e cota. Fonte: Douglas Tsukamoto. Considerações: • ponto A: nível do mar; • ponto B: localização de uma cidade qualquer; • ponto C: ponto mais alto de uma montanha qualquer. UNIUBE 37 Observando a Figura 1, podemos notar claramente a diferença entre altitude e cota; quando falamos de altitude, o nosso referencial sempre será o mar, e quando falamos de cota, nós adotamos o referencial vertical. Temos que o Everest é a montanha mais alta do mundo, e seu pico está na altitude de 8.844,43 metros; já, Uberaba, cidade onde se localiza a matriz da Universidade de Uberaba (Uniube), está na altitude de 823 metros, portanto podemos dizer que o pico do Everest está na cota de 8.021,43 metros acima da cidade de Uberaba. EXEMPLIFICANDO! Erro de nível aparente2.2 Erro cometido quando se substitui a superfície de nível verdadeira pela superfície de nível aparente, também conhecido como erro de esfericidade, pode ser demonstrado aplicando-se a seguinte equação: e = 0,0000000661*D2 em que: e= erro de nível aparente; D= distância em metros entre os dois pontos visados. Atribuindo a D os valores constantes da Tabela 1, obtemos os seguintes valores para o erro de nível aparente: Observe a Figura 2 a seguir. Figura 2: Representação do nível aparente – traço NM. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. 38 UNIUBE Ao analisarmos a Figura 2, podemos notar que a superfície de nível verdadeiro é representada pelo arco de circunferência que passa pelos pontos X e Y. Tal superfície foi obtida através de um corte do geoide da terra (superfície ideal de terra) em um plano vertical. Com base nessa informação, pode-se concluir que ambos os pontos X e Y estão situados sobre a mesma superfície de nível verdadeiro, sendo suas altitudes iguais a zero, e, portanto, não existindo diferença de nível entre eles. Agora, considerando que a altitude do Ponto Y não seja conhecida, como podemos determiná-la? Para isso, observe agora a Figura 3. Figura 3: Determinação da altitude de um ponto. Fonte: Desenho de Júlio Cesar Martins Deamo A Figura 3 mostra como se deve proceder para determinação da altitude do ponto Y. Primeiramente, devemos colocar uma mira em posição vertical no ponto Y. No ponto X, estaciona-se um instrumento adequado (teodolito, nível de engenharia, estação total etc.) que, devidamente nivelado, dará a horizontal NM, correspondente à superfície de nível aparente que irá interceptar a mira em um ponto Z, e não em Y, pois o arco XY não pode ser determinado pelos aparelhos de topografia. UNIUBE 39 Em razão disso, nos procedimentos práticos adotados em Altimetria, deve-se substituir a superfície de nível verdadeira, representada pelo arco XY, por outra formada pelo plano horizontal correspondente ao plano de visada dos níveis, cuja interseção com o plano vertical da Figura 2 dá o traço NM. Assim, visando de X a mira colocada no ponto Y, vê-se este ponto mais baixo do que o ponto X. Como, na realidade, os dois pontos considerados A e B estão situados na mesma superfície de nível, e, portanto, em nível, a distância YZ representa, pois, o erro de nível aparente que se comete por causa da curvatura da superfície de nível verdadeira e por sua necessária substituição pela superfície de nível aparente NM. Nivelamento geométrico2.3 O método de nivelamento geométrico consiste em leituras de réguas ou miras graduadas. Os aparelhos utilizados devem ser estacionados à meia distância entre os pontos (ré e vante), dentro ou fora do alinhamento a medir. A determinação das diferenças de nível entre os diversos pontos de um terreno é denominada, em Topografia, de nivelamento, que nada mais é do que a determinação da diferença de nível existente entre dois ou mais pontos de um terreno. Essa operação topográfica necessita ser realizada utilizando-se métodos e instrumentos adequados. No nivelamento geométrico (direto), as diferenças de nível entre os pontos são determinadas por instrumentos que permitem a criação de linhas retas no plano horizontal entre a mira e o instrumento utilizado. Nesse método, geralmente mantém-se o instrumento estacionado e percorre-se o terreno mudando a mira de posição, colocando-a nos pontos topográficos desejados e, pela leitura do instrumento nesses pontos, determina-se as alturas em cada um deles e, pela diferença entre os valores encontrados, pode-se chegar às diferenças de nível procuradas (COMASTRI; JÚNIOR, 1990). Interseção Ponto em que se cruzam duas linhas ou superfícies. 40 UNIUBE Os equipamentos que podem ser utilizados para realizar os nivelamentos geométricos são: • Nível ótico; • Nível digital; • Nível a laser. A modernidade e a funcionalidade são as diferenças entre os equipamentos citados anteriormente. O equipamento mais moderno é o nível a laser, que é um nível automático cujo funcionamento está baseado na tecnologia do infravermelho, e o aparelho de nível digital funciona baseando-se no processo digital de leitura, ou seja, num sistema eletrônico de varredura e interpretação de padrões codificados. Em nossos estudos, utilizaremos o aparelho de nível óptico como referên- cia, pois tem a mesma eficiência, e, pedagogicamente, é melhor para trabalhar. É um equipamento simples, de fácil manuseio. Assim, vejamos com detalhes esse aparelho: 2.3.1 Nível ótico É um aparelho constituído de: • suporte munido de três parafusos niveladores (calantes); • barra horizontal; • luneta fixada ou apoiada sobre a barra horizontal; • nível de bolha circular para o nivelamento da base. O manuseio do aparelho de nível ópticoé simples. Basta fixá-los sobre o tripé de forma que sua base fique na posição horizontal; depois, por meio dos parafusos niveladores (girando para direita ou esquerda), você deverá calibrá-lo. O aparelho estará calibrado quando olharmos para o nível de bolha, e a bolha estiver no centro. Depois disso, podemos iniciar as leituras das distâncias verticais com o auxílio da mira ou régua graduada. Varredura Ato ou efeito de varrer; varrida, varrição. No caso empregado, tem o sentido de verificação de toda área. UNIUBE 41 Os nivelamentos geométricos podem ser simples ou compostos; o método a ser utilizado será determinado pelo perfil da área a ser levantada. • Nivelamento geométrico simples Neste método, instala-se o aparelho de nível uma única vez em um ponto estratégico, para realizar as leituras de todos os pontos. Portanto, deve-se tomar o cuidado para que o desnível entre os pontos não exceda o comprimento da régua ou mira, que é de quatro metros. IMPORTANTE! Observe a Figura 4, a seguir: Figura 4: Representação do aparelho de nível instalado para realizar o nivelamento altimétrico. Fonte: Douglas Tsukamoto. • Nivelamento geométrico composto Este método exige que se instale o aparelho de nível mais de uma vez, faz-se necessário quando o desnível do terreno entre os pontos a nivelar é superior ao comprimento da mira. Lembrando que o comprimento da mira é de quatro metros. Vide Figura 5. 42 UNIUBE Figura 5: Representação das instalações do aparelho de nível para realizar o nivelamento altimétrico composto. Fonte: Douglas Tsukamoto. Observe a Figura 5; considerando as linhas mais espessas representando as miras, note que, com o aparelho de nível instalado no ponto “B”, não é possível realizar a leitura no ponto “G”, pois o ponto “G” está abaixo, em uma cota inferior, mais distante que quatro metros do ponto B, portanto é necessário reinstalar o aparelho de nível em outro ponto para prosseguir as medições. Neste método, instalamos o aparelho de nível e medimos as distâncias verticais dos pontos; estes pontos são denominados de “vantes”; quando mudamos o aparelho de nível de lugar, antes de medir os demais pontos, é necessário medir a distância vertical de um ponto já medido. A este ponto, denomina-se “ré”. 2.3.2 Cálculo de cotas Foi realizado um nivelamento geométrico em uma área qualquer e obtiveram-se as seguintes leituras na tabela 1: Tabela 1: Leituras obtidas do nivelamento geométrico Pontos Leituras (cm) B 223 C 192 D 162 E 218 F 247 Fonte: Douglas Tsukamoto. UNIUBE 43 Após a instalação do aparelho de nível, mediu-se a altura, que foi de 150 cm. Observe o croqui do levantamento na Figura 6: Figura 6: Representação da instalação do aparelho de nível. Fonte: Douglas Tsukamoto. Adotando-se a cota do ponto ”A” de 10 m, temos: Cota do ponto “B” = Cota A + Altura do aparelho - Distância vertical Cota do ponto “B” = 10 + 1,5 – 2,23 = 9,27 m Repetindo os cálculos para os demais pontos, temos: Cota do ponto “C” = 10 + 1,5 – 1,92 = 9,58 m Cota do ponto “D” = 10 + 1,5 – 1,62 = 9,88 m Cota do ponto “E” = 10 + 1,5 – 2,18 = 9,32 m Cota do ponto “F” = 10 + 1,5 – 2,47 = 9,03 m Agora, temos um exemplo na tabela 2 com o nivelamento geométrico composto. Depois de realizado o nivelamento geométrico composto em uma área qualquer, obtiveram-se as seguintes leituras: 44 UNIUBE Tabela 2: Leituras obtidas do nivelamento geométrico composto Pontos Leituras (cm) Ré Vante A – 30 C 120 D 240 E 20 360 G 150 H 180 I 200 Fonte: Douglas Tsukamoto. Durante as instalações do aparelho de nível, mediram-se as alturas do aparelho instalado; no ponto “B”, foi de 150 cm, e, no ponto “F”, foi instalado na altura de 155 cm, e observe que para o ponto de “ré” foi adotado o ponto E; portanto, no ponto E temos duas medições. Observe o croqui do levantamento na Figura 7: Figura 7: Nivelamento geométrico composto. Fonte: Douglas Tsukamoto. Adotando a cota do ponto “B”, de 20 m, temos: Cota do ponto “A” = Cota B + Altura do Aparelho - Distância vertical Cota do ponto “B” = 20 + 1,5 – 0,3 = 21,20 m UNIUBE 45 Repetindo os cálculos para os pontos C, D e E, temos: Cota do ponto “C” = 20 + 1,5 – 1,20 = 20,30 m Cota do ponto “D” = 20 + 1,5 – 2,40 = 19,10 m Cota do ponto “E” = 20 + 1,5 – 3,60 = 17,90 m Para calcularmos as cotas dos pontos G, H e I, temos de, primeiro, calcular a cota do ponto F. Observando o croqui anterior, podemos deduzir que: Cota do ponto F = Cota do ponto E + Distância vertical (Ré) – Altura do aparelho Cota do ponto F = 17,90 + 0,20 – 1,55 = 16,55 m Calculando as cotas dos pontos G, H e I. Cota do ponto G = cota do ponto F + altura do aparelho - distância vertical Cota do ponto G = 16,55 + 1,55 – 1,50 = 16,60 m Cota do ponto H = 16,55 + 1,55 – 1,80 = 16,30 m Cota do ponto I = 16,55 + 1,55 – 2,00 = 16,10 m Perfil do terreno2.4 O perfil é a representação gráfica do nivelamento e a sua determinação tem por finalidade o estudo do relevo por meio das curvas de nível, ou ainda, o estudo da declividade para projetos de engenharia e arquitetura. 2.4.1 Declividade entre pontos A declividade entre dois pontos do terreno é a relação entre a distância vertical e a horizontal entre eles; em porcentagem, a declividade é dada por: d(%) = DV x 100 DH 46 UNIUBE Sendo: d – declividade; DV – distância vertical; DH – distância horizontal. O perfil, a seguir, é de uma área qualquer; as cotas são dadas em centímetros. Calcule a declividade desta área. Resolução: d(%) = DV x 100 = 0,50 x 100 = 4,17% DH 12 Logo, a declividade do terreno é de 4,17%. Portanto, podemos dizer que este terreno tem a declividade de 4,17%. EXEMPLIFICANDO! Curvas de nível2.5 São as linhas que representam a ligação de todos os pontos de um terreno que se encontram no mesmo nível (cota) ou altitude. Na planimetria, por se tratar de uma representação gráfica perfeita (projeção horizontal), pode-se representar os ângulos em sua verdadeira grandeza com abertura e distâncias exatas. Na Altimetria, para se obter uma visualização do perfil exato do terreno, deve-se usar além da vista superior (planta), a vista frontal (elevação), vista lateral (perfil), corte etc. Porém, isso é insuficiente para se ter uma visão panorâmica do terreno. Isso se deve ao fato de um terreno ser formado por inúmeras camadas UNIUBE 47 de solo, cada uma com sua cota e direção. Por esse motivo, as curvas de nível são representadas na planta abrangendo uma determinada área, o que permite que os profissionais da área tenham uma visão imaginária da sinuosidade do terreno. Essa representação gráfica permite a representação de todos os acidentes geográficos presentes no terreno (encostas, espigões, divisores de água pluviais etc.) (BORGES, 1992). 2.5.1 Características das curvas de nível 1. São as linhas que representam a ligação de todos os pontos de um terreno que se encontram no mesmo nível (cota) ou altitude. 2. A diferença de altitude entre duas curvas de nível consecutivas é denominada de intervalo entre curvas de nível. 3. Em uma mesma representação gráfica, o intervalo entre curvas de nível deve ser constante. 4. Pelo fato de sempre representarem altitudes diferentes, as linhas que representam as curvas de nível nunca se cruzam. 5. Quanto maior a declividade do terreno, maior será a proximidade entre as curvas, não obstante, quanto mais distantes uma curva da outra, menor será a declividade do terreno. A Figura 8, a seguir, ilustra uma planta altimétrica com curvas de nível. Observe que o intervalo entre as curvas é de dois metros. Os intervalos entre curvas de nível devem ser constantes na representação gráfica. Sinuosidade Qualidade ou estado de sinuoso; tortuosidade. 48 UNIUBE A Figura 9, a seguir, ilustra a planta altimétrica com curvas de nível, e, logo a seguir, a representação gráfica do perfil do terreno ou também chamado de elevação. Observando o perfil, notamos que as curvas de nível representam um “monte”com as extremidades no nível mais baixo, e o centro com cotas maiores. Figura 9: Perfil do terreno, de acordo com as curvas de nível da Figura 8. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. Figura 8: Representação de curvas de nível. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. UNIUBE 49 Agora, observe na Figura 10, o que acontece se invertermos as cotas e na mesma representação gráfica. Agora, o perfil do terreno se tornou um fundo de vale, ou seja, as extremidades estão com cotas mais altas e o centro com cotas inferiores. Figura 10: Perfil do terreno, com a inversão das curvas de nível da Figura 8. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. 2.5.2 Intervalo entre curvas de nível Para representação das curvas de nível, usualmente adotam-se intervalos em sequência de 1, 2 e 5 metros, ou seus múltiplos:10m, 200m, 500m. A escolha do intervalo varia basicamente em função da declividade do terreno e da escala na qual esse terreno será representado, sendo que, por convenção, para as escalas até 1:1000 usa-se o intervalo de 1m, escalas até 1:2000 o intervalo deve ser de 2m, e assim por diante. Para plantas em escala maiores do que 1;1.000, que é o caso de lotes urbanos, podemos usar intervalos menores do que 1m, ou seja, 0,5m ou 0,2m. Portanto, as representações gráficas das curvas de nível são de extrema importância, e ainda são as únicas capazes de representar a altimetria em planta. 50 UNIUBE Vejamos, na Figura 11, o caso de um lote urbano, de 12m de frente por 30m da frente aos fundos, cujas cotas aparecem na Figura 12, em escala 1:200. As curvas de nível, com intervalo de 0,5m, foram obtidas por interpolação, operação que será explicada mais adiante. As cotas dos vértices do terreno foram obtidas por levantamento topográfico. Figura 11: Desenho de lote urbano. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. UNIUBE 51 2.5.3 Erros de interpretação gráfica nas curvas de nível Alguns erros técnicos, ocasionados por falta de atenção ou por desconhecimento, são comuns na representação de curvas de nível. Porém, eles devem ser corrigidos, pois comprometem a fiel representação do terreno estudado. Os erros mais comuns são listados a seguir, cf. Borges (1944): 1. As curvas de nível não devem aparecer ou desaparecer de forma aleatória. Na Figura 12, podemos observar que o terreno, na seção XY, apresentou uma interrupção na cota 615, isso nos leva a entender que o terreno passará da cota 610 para a 620 sem passar pela cota 615, e isso seria impossível. A curva de nível de cota 615 desapareceu repentinamente; erro técnico, fruto da desatenção. Figura 12: Curva de nível de cota 615 desaparecida. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. 52 UNIUBE Figura 13: Forma insensata. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. Topologia2.6 Definição: A Topologia é ciência que estuda as formas exteriores da superfície da Terra e as leis que regem o seu modelado. É a partir da Topologia que são definidas as características de cada um dos acidentes naturais existentes na superfície terrestre. Observe que, na Figura 13, duas curvas estão se cruzando. Por falta de conhecimento das regras básicas, a seção XY do terreno tem uma forma insensata. As curvas 615 e 620 cruzam-se no ponto 0, o que torna insensata a geometria do terreno no corte XY, pois o terreno passa da cota 610 para 620 sem passar pela cota 615. UNIUBE 53 Obtenção das curvas de nível2.7 A obtenção das curvas de nível se dá após a realização do levantamento topográfico do terreno. Geralmente são empregados três métodos para sua obtenção. I) Quadriculação Apesar de ser um método demorado e trabalhoso, tem como principal vantagem a precisão no levanta- mento de nível. Devido às suas características, não é recomendado para grandes áreas. Sua realização consiste em criar um greide do terreno (quadrículas) com a utilização de piquetes que serão adotados para o nivelamento. Para a marcação do greide, são utilizadas além das trenas para marcar as distâncias entre piquetes, as balizas para garantirem o alinhamento entre eles. A determinação da medida do quadrilátero a ser adotado dependerá principalmente das características da superfície do terreno (sinuosidade, dimensões, precisão requerida etc.). Após a criação das quadrículas, os dados coletados são desenhados em escala apropriada e, a partir dos pontos de cota obtidos, realiza-se a interpolação e os traçados das curvas de nível. II) Irradiação taqueométrica É o método recomendado para nivelamento de grandes áreas que tenham relevo com relativa planeza. Consiste em determinar poligonais principais e secundárias que serão interligadas e niveladas. A partir dessas poligonais, são determinados pontos notáveis do terreno que são posicionados por meio de ângulos e medidas de distâncias horizontais. Para realização desse procedimento, geralmente é recomendado o uso de teodolito ou Estação Total. Após o levantamento, os dados podem ser processados por programas computacionais ou por cálculos trigonométricos, ambos para interpolação e traçados das curvas de nível. Piquete Pequena estaca de madeira que deve ser cravada no solo, com finalidade de marcar um ponto. Teodolito Instrumento destinado a medir ângulos horizontais e verticais, bem como determinar distâncias e alturas. 54 UNIUBE III) Seções transversais Em terrenos que apresentem relevo estreito e longo, esse é o método mais indicado. As curvas de nível são obtidas em faixas. Por intermédio de levantamento topográfico planialtimétrico, são definidas linhas transversais em relação a uma linha longitudinal obtida por intermédio da criação de uma poligonal aberta. Após o trabalho de campo, os dados são processados e as curvas de nível são calculadas, interpoladas e traçadas em escala apropriada. 2.7.1 Interpolação A interpolação 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 múltipla da equidistância vertical. b) Interpolação numérica O método consiste em determinar os pontos de cota inteira e múltipla da equidistância vertical por semelhança de triângulos. Veja o método na Figura 14. Poligonal Relativo ao polígono. Que tem por base um polígono. Que tem muitos ângulos. Equidistância Igualdade de distância. Figura 14: Perfil do terreno, interpretação para interpolação das cotas. Fonte: Douglas Tsukamoto. UNIUBE 55 Temos o perfil do terreno entre dois pontos “A” e “B”; observe como podemos interpolar a cota do ponto “C”. Observe a figura do lado direito, em que temos dois triângulos ACD e ABE; note que são dois triângulos semelhantes. Portanto, para interpolar a cota do ponto “C”, iremos aplicar a semelhança de triângulos. Temos: EB ------------- AE DC ------------- AD 2.7.2 Levantamento passo a passo Para melhor entendimento do processo de levantamento altimétrico para obtenção de curvas de nível, vamos descrever, passo a passo, os procedimentos: 1) reconhecimento da área Antes de iniciar os trabalhos, é necessário caminhar sobre a área para fazer o reconhecimento, com a finalidade de definir os pontos estratégicos, como, por exemplo: o ponto de instalação do aparelho de nível, como elaborar o levantamento planimétrico e definir o método de obtenção das curvas de nível. 2) levantamentos planimétricos Após o reconhecimento da área, é necessário realizar os levantamentos planimétricos com a finalidade de elaborar a representação gráfica. Sempre que necessário, consulte o roteiro de Introdução à Topografia, para revisar os procedimentos dos levantamentos planimétricos, inclusive a confecção do croqui. 3) definição e marcação dos pontos Primeiramente, temos que definir o método de obtenção das curvas de nível, que pode ser pela quadriculação, irradiação taqueométrica ou seções transversais. De acordo com o método escolhido, é necessário marcar os pontos a serem levantados; esses pontos devem ser marcadoscom a cravação de piquetes sobre eles. 56 UNIUBE 4) Instalação do aparelho de nível Instalar o aparelho de nível em local estratégico, de forma que possa visualizar e realizar o maior número de leituras possíveis dos pontos marcados. O aparelho de nível deve ser fixado sobre o tripé por meio do parafuso central; procure fixar o tripé de forma que a base do aparelho de nível fique na horizontal. Para facilitar a instalação, regule a altura das pernas do tripé. 5) Calibração do aparelho de nível A calibração do aparelho de nível é realizada, movimentando os três parafusos na base do aparelho, e a referência é uma bolha de ar dentro de um prumo de centro localizado na base do equipamento; o aparelho de nível estará calibrado quando a bolha de ar estiver no centro do círculo central do prumo. 6) Utilizando a mira É necessária uma pessoa para auxiliar no levantamento. Essa pessoa deverá segurar a mira sobre os pontos a serem levantados, e deve estar na posição vertical evitando a leitura com a mira inclinada. Observe que a mira é graduada dos dois lados. 7) Leituras das distâncias verticais Com o aparelho de nível calibrado, você deve fazer a leitura das distâncias horizontais. A leitura é simples e direta, basta olhar pela luneta do aparelho e onde a linha central coincidir com a medida da mira será a distância vertical. Anotar as leituras no croqui. 8) Cálculos de cotas As cotas dos pontos serão o resultado da soma da cota do ponto onde o aparelho foi instalado, mais a altura do aparelho, menos a distância vertical lida no aparelho. Portanto, não se esqueça de anotar a altura do aparelho após sua instalação e calibração. Veja a Figura 15, e, logo a seguir, um cálculo das suas cotas. UNIUBE 57 Figura 15: Representação do aparelho de nível instalado e as cotas do terreno. Fonte: Douglas Tsukamoto. Cota do ponto B = cota do ponto A + AA – b Cota do ponto C = cota do ponto A + AA – c Cota do ponto D = cota do ponto A + AA – d Sendo AA a altura do aparelho de nível instalado e calibrado. 9) Interpolações das cotas Calcular as interpolações das cotas intermediárias, que podem ser pela interpolação numérica ou gráfica. 10) Representação gráfica das curvas de nível Desenhar a representação gráfica da área de acordo com o levanta- mento planimétrico, depois marcar os pontos levantados e marcar os pontos correspondentes às cotas interpoladas. 11) Representação gráfica do perfil do terreno Com a representação gráfica das curvas de nível, podemos desenhar os perfis do terreno, para melhor visualização e interpretação das declividades. 58 UNIUBE Terraplenagem para plataformas 2.8 Podemos definir terraplenagem como o conjunto de operações necessárias para remover a terra dos locais em que se encontra em excesso para aqueles em que há falta, tendo em vista um determinado projeto a ser executado. É uma operação fundamental na construção de praticamente qualquer obra civil. Como geralmente envolve a movimentação de terra, é necessário conhecer o volume a ser trabalhado e, para isso, obviamente, é necessário conhecer o perfil do terreno obtido pelo levantamento topográfico. Para melhores resultados, devemos utilizar o método das quadrículas; para isso, de posse do levantamento topográfico, deve-se locar a obra e, em seguida, fazer as quadrículas. De acordo com Borges (1992), a terraplenagem é sempre feita para atender a uma determinada finalidade ou objetivo, genericamente chamado de “projeto”. Ainda de acordo com Borges (1992), o “projeto” poderá solicitar da Topografia o planejamento para uma das quatro hipóteses: • 1ª hipótese: plano final horizontal sem a imposição de uma cota final determinada; • 2ª hipótese: plano final horizontal com a imposição de uma cota final determinada; • 3ª hipótese: plano inclinado sem a imposição da altura em que este plano deverá ficar; • 4ª hipótese: plano inclinado impondo uma determinada altura para ele, pela escolha da cota de um determinado ponto. A movimentação de terra (terraplenagem) envolve custos na remoção e transporte, portanto quanto menor for a movimentação, menores serão os custos envolvidos no processo. Por esse motivo, é de extrema importância planejar e minimizar esses custos para melhorar a viabilidade econômica do projeto. Vejamos a aplicação das quatro hipóteses! UNIUBE 59 Figura 16: Modelo do terreno (planta). Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. Para demonstração das quatro hipóteses, usaremos o mesmo modelo de terreno, o da Figura 16. É um retângulo de 100m x 80m, quadriculado de 20 em 20 metros, cujos vértices tiveram suas cotas obtidas por nivelamento geométrico com precisão decimétrica. Atenção! Na prática, utiliza-se para terrenos urbanos de pequeno porte quadriculado de, no máximo, 10 m, e cotas com precisão em centímetros. Para não alongar os cálculos, é que foi escolhido o lado de 20m e cotas com apenas uma casa decimal. 2.8.1 Cota de passagem De acordo com o conteúdo estudado, verificamos que a movimentação de terra envolve um custo bastante elevado e, por esse motivo, deve ser minimizada. Para que se consiga uma mínima movimentação de terra, a melhor maneira é aquela em que o volume de cortes e aterros 60 UNIUBE sejam iguais. Para que ambos os volumes sejam iguais (corte e aterro), é necessário determinar a cota ou curva de passagem (Cp). Essa cota pode ser determinada aplicando-se a seguinte equação: Cp = 2.8.1.1 Determinação do peso O peso refere-se a quantas vezes um determinado ponto será utilizado para o cálculo de cada sólido; logo, se analisarmos a Figura 17, a seguir, veremos que o ponto A1 terá peso 1, pois será utilizado apenas para determinar o primeiro sólido, os pontos A2, A3, A4, terão peso 2, o ponto A6 terá peso 1, o ponto B2 terá peso 4 e, assim, sucessivamente. Para facilitar a visualização, adotaremos que todo ponto representado por 1/4 de circunferência terá peso 1, todo ponto representado por 1/2 circunferência terá peso 2 e, por fim, todo ponto representado por uma circunferência completa terá peso quatro. Figura 17: Desenho com a descrição do peso de cada ponto. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. UNIUBE 61 2.8.1.2 Determinação da cota de passagem Para facilitar os cálculos, será utilizada a Tabela 4, a seguir, para determinação dos somatórios. Tabela 4: Determinação da cota de passagem Ponto Cota Peso Cota x Peso A1 41,8 1 41,8 A2 41,3 2 82,6 A3 40,7 2 81,4 A4 40,4 2 80,8 A5 40,2 2 80,4 A6 41,1 1 41,1 B1 43,2 2 86,4 B2 42,8 4 171,2 B3 42,1 4 168,4 B4 42,3 4 169,2 B5 42,5 4 170,0 B6 42,8 2 85,6 C1 44,6 2 89,2 C2 44,3 4 177,2 C3 44,2 4 176,8 C4 44,3 4 177,2 C5 44,4 4 177,6 C6 44,5 2 89,0 D1 46,5 2 93,0 D2 45,8 4 183,2 D3 45,9 4 183,6 D4 45,9 4 183,6 D5 46,0 4 184,0 D6 46,1 2 92,2 E1 48,8 1 48,8 E2 48,7 2 97,4 E3 48,6 2 97,2 E4 48,5 2 97,0 E5 48,62 2 96,8 E6 48,4 1 48,4 ∑ 80 3551,32 CP 44,4 Fonte: Júlio César Martins Deamo. 62 UNIUBE Exemplo da 1ª hipótese No projeto, existe a solicitação de um plano horizontal, porém sem imposição da sua cota final. Pelos cálculos topográficos, determina-se a cota ideal para que os volumes de corte e aterro sejam iguais. Essa solução é a mais viável economicamente. 1ª hipótese: plano horizontal – cota final livre. • Seção A Com o desenho do perfil em mãos, o próximo passo é calcular a área de corte e aterro. No caso do perfil A, não haverá corte, pois todas as cotas estão abaixo da cota de passagem, portanto, nesse perfil, haverá apenas aterro. Para o cálculo da área, será utilizado o cálculo da área dos polígonos regulares; nesse caso, utilizaremos o cálculo do trapézio. Aqui, é importante lembrar que a distância entre quadrículas é de 20 metros. Para iniciar os cálculos, deve-se subtrair a cota de cada ponto da cota de passagem (44,4). Ponto CP Cota Cp-Cota A1 44,4 41,8 2,6 A2 44,4 41,3 3,1 A3 44,4 40,7 3,7 A4 44,4 40,4 4,0 A5 44,4 40,2 4,2 A6 44,4 41,1 3,3 Cálculo da área de aterro da seção A (SAA): SAA = + + ++ SAA = + + + + SAA= 359 m² EXEMPLIFICANDO! 2.8.2 Modelo do terreno Após a obtenção dos pontos de cotas inteiras, as curvas de nível foram traçadas por interpolação. UNIUBE 63 • Seção B Determinação da diferença de cotas na seção B: Ponto CP Cota Cp-Cota B1 44,4 43,2 1,2 B2 44,4 42,8 1,6 B3 44,4 42,1 2,3 B4 44,4 42,3 2,1 B5 44,4 42,5 1,9 B6 44,4 42,8 1,6 Cálculo da área de aterro da seção B (SAB): SAB = + + + + SAB = + + + + SAB= 186 m² • Seção C Na seção C, teremos que calcular tanto a área de aterro como a de corte. Para isso, vamos ampliar o desenho para melhor visualizar os pontos de transição de corte e aterro na figura a seguir. 64 UNIUBE Ampliação da primeira quadrícula da seção C: Para determinar as medidas X e Y, usaremos uma regra de três simples. Se, em 20 metros, a medida aumenta de 44,3 para 44,6 (0,30m), qual será o valor de X se o desnível variar de 44,3 para 44,4 (0,10m)? 20m --------- 0,30m Xm --------- 0,10m X = X = Por dedução, o valor de Y será 20 metros menos o valor de X Y = Y = Logo, a área de corte será (Figura 23): SC(C1)= SC(C1)= ² E a área de aterro será (figura a seguir): SA(C1)= SA(C1)= UNIUBE 65 Área de corte e aterro na primeira quadrícula da seção C: Nas quadrículas 2, 3 e 4, da seção C, haverá apenas aterro. Com base nos valores encontrados nos pontos dados, calcularemos os valores desses aterros e, posteriormente, do corte na última quadrícula, conforme quadro e figura a seguir: Determinação da diferença de cotas na seção C: Ponto CP Cota Cp-Cota C1 44,4 44,6 0,2 C2 44,4 44,3 0,1 C3 44,4 44,2 0,2 C4 44,4 44,3 0,1 C5 44,4 44,4 0 C6 44,4 44,5 0,1 Áreas de aterro da seção C: Cálculo das áreas de aterro da seção C (SAC). SAC = + + SAC = + + SAC = 66 UNIUBE Na última quadrícula da seção C, também será necessário efetuar um corte; portanto, calcula-se a área de corte como na figura a seguir: SC(C6) = SC(C6) = Área total de corte da seção C (SCC). SCC = ² + SCC = Área total de aterro da seção C (SAC) SAC = SAC = Seção D Com o perfil dado pela figura anterior, podemos verificar que, nesse perfil, haverá somente corte. Com base nas cotas encontradas, iremos calcular a área de corte, conforme quadro e figura a seguir: Determinação da diferença de cotas na seção D: Ponto CP Cota Cp-Cota D1 44,4 46,5 2,1 D2 44,4 45,8 1,4 D3 44,4 45,9 1,5 D4 44,4 45,9 1,5 D5 44,4 46 1,6 D6 44,4 46,1 1,7 UNIUBE 67 Seção D: Cálculo da área de corte da seção D (SCD): SCD = + + + + SCD = + + + + SCD = 158 m² Seção E Com o perfil dado pela figura anterior, podemos verificar que nesse perfil haverá somente um corte. Com base nas cotas encontradas, iremos calcular a área de corte, conforme quadro e figura a seguir: Determinação da diferença de cotas na seção E Ponto CP Cota Cp-Cota E1 44,4 48,8 4,4 E2 44,4 48,7 4,3 E3 44,4 48,6 4,2 E4 44,4 48,5 4,1 E5 44,4 48,62 4,22 E6 44,4 48,4 4 68 UNIUBE Seção E: Cálculo da área de corte da seção E (SCE): SCE = + + + + SCE = + + + + SCE = 420,4m² Cálculo do volume total de cortes e aterros em relação à cota de passagem Tendo todas as áreas de corte e aterro calculadas, podemos então calcular o volume final de corte e aterro. Começaremos pelo volume de aterro. O valor de “d” na fórmula é a distância entre duas seções consecutivas. Volume de Aterro V Aterro = V Aterro = V Aterro = V Aterro = 7387,4 m³ UNIUBE 69 Volume de corte V Corte = V Corte = V Corte = V Corte = 7387,3 m³ Considerações importantes: 1. a pequena diferença entre o volume de corte e o volume de aterro se deve ao arredondamento de valores; 2. como era de se esperar, o volume de corte e de aterro foi praticamente igual. A diferença de 0,1 m³ encontrada deve-se a questões de arredondamento e, na prática, seria insignificante. Exemplo da 2ª hipótese Na 2ª hipótese, devido a exigências de projeto, é necessário que o desenho fique com uma cota final de 42,00. Pelos cálculos de topografia, determinaremos a altura de corte e aterro em cada vértice, as áreas de corte e aterro em cada seção e o volume de corte e aterro final. Todos os passos que foram feitos na primeira hipótese devem ser refeitos nesse caso, porém não será calculada a cota de passagem. Sendo assim, utilizaremos a cota final exigida em projeto para efetuarmos todos os cálculos. Por se tratar de uma repetição em relação ao que já foi visto, demonstraremos apenas a primeira seção, sendo que para as demais devem-se seguir os mesmos passos. EXEMPLIFICANDO! 70 UNIUBE Seção A Determinação da diferença de cotas na seção A Ponto CP Cota Cp-Cota A1 42,00 41,80 0,20 A2 42,00 41,30 0,70 A3 42,00 40,70 1,30 A4 42,00 40,40 1,60 A5 42,00 40,20 1,80 A6 42,00 41,10 0,90 Para efeito de cálculo, também será necessário utilizar a área de polígonos regulares para solucionar o problema, assim como na primeira hipótese utiliza-se a área do trapézio. Outro detalhe importante a ser observado nessa seção é o fato de a mesma apresentar apenas aterro (todas as cotas estão abaixo da cota estabelecida em projeto). SAterro A = + + + + SAterro A = + + + + SAterro A = m² Seção B Seção B UNIUBE 71 Determinação da diferença de cotas na seção B Ponto CP Cota Cp-Cota B1 42,00 43,20 1,20 B2 42,00 42,80 0,80 B3 42,00 42,10 0,10 B4 42,00 42,30 0,30 B5 42,00 42,50 0,50 B6 42,00 42,80 0,80 SCorte B = + + + + SCorte B = + + + + SCorte B = m² Seção C Determinação da diferença de cotas na seção C Ponto CP Cota Cp-Cota C1 42,00 44,6 2,60 C2 42,00 44,3 2,30 C3 42,00 44,2 2,20 C4 42,00 44,3 2,30 C5 42,00 44,4 2,40 C6 42,00 44,5 2,50 72 UNIUBE SCorte C = + + + + SCorte C = + + + + SCorte C = m² Seção D Determinação da diferença de cotas na seção D Ponto CP Cota Cp-Cota D1 42,00 46,50 4,50 D2 42,00 45,80 3,80 D3 42,00 45,90 3,90 D4 42,00 45,90 3,90 D5 42,00 46,00 4,00 D6 42,00 46,10 4,10 SCorte D = + + + + SCorte D = + + + + SCorte D = m² UNIUBE 73 Seção E Determinação da diferença de cotas na seção E Ponto CP Cota Cp-Cota E1 42,00 48,80 6,80 E2 42,00 48,70 6,70 E3 42,00 48,60 6,60 E4 42,00 48,50 6,50 E5 42,00 48,62 6,62 E6 42,00 48,40 6,40 SCorte E = + + + + SCorte E = + + + + SCorte E = m² Volume de aterro V Aterro = V Aterro = V Aterro = 1190 m³ 74 UNIUBE Volume de corte Vcorte= VCorte = VCorte = VCorte = 19.804 m³ Encerramos este capítulo, sugerindo-lhe que o estude, reveja os cálculos realizados, preparando-se para a realização das atividades propostas. Resumo A Altimetria é parte da Topografia que trata de métodos e instrumentos utilizados para medir distâncias e ângulos verticais (desníveis) entre os pontos, que na planta não podem ser representados. Para representação, é utilizada a vista lateral, (perfil), corte e elevação. Para a engenharia, é de suma importância a determinação da cota/altitude de um ponto. Exemplos de aplicação de Altimetria são os projetos de redes de esgoto, de estradas, planejamento urbano, entre outros. A determinação do valor da cota/altitude está baseada em métodos que permitem obter o desnível entre pontos. Conhecendo-se um valor de referência inicial, é possível determinar as demais cotas ou altitudes. Estes métodos são denominados de nivelamento. Referências BORGES, Alberto de Campos. Topografia aplicada à Engenharia civil. São Paulo: Edgard Blücher, 1992. CARDÃO, Celso. Topografia. Belo Horizonte: Edições Engenharia e Arquitetura, 1979. UNIUBE 75 COMASTRI, J.A. e JUNIOR, J. G. – Topografia aplicada: Medição, divisão e demarcação. Imprensa Universitária UFV, 1990, Viçosa/MG, 203p. ESPARTEL, Lélis. Curso de Topografia. Porto Alegre: Editora Globo, 1965. Osmar Ribeiro de Morais Larissa Soriani Zanini Ribeiro Soares Introdução Altimetria I: fundamentos, curvas de nível e cálculo de volume Capítulo 3 Nos estudos anteriores, você aprendeu conceitostopográficos da planimetria, ou seja, aprendeu a medir distâncias, azimutes, transformar em coordenadas retangulares (x,y) direções e distâncias. Aprendeu, também, a desenhar em escala, calcular distâncias, áreas, tudo isso, porém, no plano bidimensional (x,y). Agora, chegou o momento de acrescentar outra dimensão a tudo aquilo. Nos estudos referentes à Altimetria, enfocaremos os procedimentos topográficos necessários para manipular essa terceira dimensão, chamada distância vertical, para, em seguida, compreendermos a forma de um relevo manipulando as coordenadas x, y e z. Abordaremos os seguintes temas: • fundamentos da Altimetria; • nivelamentos; • curvas de nível; • greides e seções transversais; • cálculo de volumes. Ao término dos estudos que propomos nesse capítulo, você deverá ser capaz de: • compreender o relevo e desenhá-lo no plano; Objetivos 78 UNIUBE • analisar ou acompanhar serviços de terraplenagem; • avaliar os volumes de materiais a movimentar. 3.1 Fundamentos da Altimetria 3.1.1 Forma da Terra 3.1.2 Fundamentos altimétricos 3.2 Nivelamento 3.2.1 Nivelamento trigonométrico 3.2.2 Nivelamento geométrico 3.3 Curvas de nível 3.4 Greides e seções transversais 3.4.1 Greide 3.4.2 Secções transversais 3.4.3 Cálculo de volumes Esquema Fundamentos da Altimetria3.1 A Altimetria é a parte da Topografia que trata dos métodos e instrumentos empregados no estudo e representação do relevo do solo. O estudo do relevo de um terreno consiste na determinação das alturas de seus pontos característicos e definidores da altimetria, relacionados com uma superfície de nível que se toma como elemento de comparação (CEFET/SC, 2012). Mas, para melhor fixarmos essa definição, é importante entendermos a forma da Terra e em que se apoiam os fundamentos altimétricos para compreender os conceitos de Altimetria. UNIUBE 79 3.1.1 Forma da Terra A Terra é um corpo físico que possui uma forma específica chamada geodal, isto é: ‘forma da Terra’, aparentemente e inicialmente dizemos que é uma ‘bola’, porém, várias tentativas foram feitas para obter uma representação matemática dessa forma e nenhuma é perfeitamente capaz disso. Os primeiros trabalhos científicos, neste sentido, datam do 2º século antes de Cristo, pelo grego Erastóstenes que, de forma bem engenhosa, avaliou o tamanho da sombra ao ‘meio do dia’ em Alexandria (Egito) enquanto o Sol estava a “pino” em Siena (Egito) sabendo da distância entre esses locais, pôde avaliar o comprimento do círculo do Equador com excelente precisão para a época. Posteriormente, após o Renascimento e as Grandes descobertas, o assunto foi estudado por vários cientistas, destacando-se o trabalho de Cassine (França), Newton (Inglaterra) que divergiram entre si sobre o achatamento da Terra, gerando um bom momento para se calcular com mais precisão a expressão matemática que melhor representaria o planeta. O matemático alemão Carl Friedrich Gauss (1777-1855) introduziu o conceito de geoide como sendo: a superfície do nível médio do mar estendido sob os continentes . A partir de 1840, houve uma verdadeira corrida dos cientistas para se definir a forma matemática mais exata da Terra; todas, porém, apresentaram distorções em relação ao geoide. Hoje, adotamos, basicamente, que a forma da Terra (geoide) (figuras 1 e 2) se aproxima a de um elipsoide de revolução, com as dimensões da Tabela 1 a seguir: Figura 1: Forma matemática elipsoide de revolução. Figura 2: Superfície da Terra/ elipsoide e geoide. Fonte: Acervo EAD-Uniube. 80 UNIUBE Tabela 1: Elipsoides mais importantes ELIPSOIDE Semieixos Nota Maior(a) Menor(b) Erastóstenes(270AC) Raio=6110km Histórico Bessel(1841) 6.377.397,15 6.356.078,97 Histórico Clarke(1880) 6.378.249,20 6.356.514,92 Histórico Hayford (C. Alegre) (1910) 6.378.388,00 6.356.911,95 Usado no Brasil até 1979 SAD69 6.378.160,00 6.356.752,30 South America Datum 1969: Usado atualmente no Brasil por força de lei WGS84 6.378.137,00 6.356.774,50 World Geodesic System 1984, usado nos EUA. Usado nos Sistemas GPS; GoogleEarth Fonte: Acervo dos autores. Saiba mais, consulte: <http://www.pobonline.com/Articles/Column/090c56559e0f6010VgnVCM1 00000f932a8c0> PESQUISANDO NA WEB 3.1.2 Fundamentos altimétricos Superfície de nível: é uma superfície paralela ao geoide, portanto tem a mesma altitude. A distância entre duas superfícies de nível é uma distância vertical e recebe vários nomes, tais como: altitude, cota, elevação, altura, nível etc. e é representado pela letra Z. http://www.pobonline.com/Articles/Column/090c56559e0f6010VgnVCM100000f932a8c0 http://www.pobonline.com/Articles/Column/090c56559e0f6010VgnVCM100000f932a8c0 UNIUBE 81 A altitude da Praça Dom Eduardo, em Uberaba, é 766, 02m, isto quer dizer que a distância vertical entre o nível do mar e a Praça é 766, 02 m (Figura 3) Figura 3: Geoide/Superfície de nível. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Observe na Figura 4, que esse mesmo ponto pode ter a cota 13.205m, isto é: está a 13.205m acima de um referencial de nível qualquer. Figura 4: RN Referência de nível arbitrário. Fonte: Acervo EAD-Uniube. n , 82 UNIUBE Observe e compreenda a diferença entre altitude e cota. • altitude: quando a distância vertical está em relação ao nível do mar (geoide); • cota: quando a distância vertical está em relação a qualquer uma superfície de nível diferente do geoide; • elevação: o mesmo que cota; costuma ser chamado também de nível, altura (este termo é o adotado no software de desenhos Autocad); • desnível ou diferença de cota: é a variação da cota ou da altitude entre dois pontos. Representado por DΖ. Exemplo 1 Sejam os pontos “a” e “b” com suas respectivas altitudes e cotas: considerando a altitude: Za = 750.301 Zb = 752.427 ∆Ζa/b= Zb-Za= 752.427-750.301 = 2.126m considerando a cota: Za = 12.253 e Zb =14.379 ∆Ζa/b= Zb-Za= 14.379-12.253 = 2.126m Notar: o desnível refere-se ao mesmo valor independente de ser altitude ou cota. Exemplo 2 Calcular as diferenças de nível ou desnível entre os 4 cantos de um lote (12x25m), conforme croqui na Figura 5 a seguir, conhecendo suas cotas. EXEMPLIFICANDO! UNIUBE 83 Figura 5: Croqui de um terreno. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Resposta: calculando: ∆Ζ1/2= Ζ2−Ζ1= 73,156−74,201= −1,045 ∆Ζ2/4= Ζ4−Ζ2= 74,023−73.156= 0.867 ∆Ζ4/3= Ζ3−Ζ4= 75.752−74,023= 1,729 ∆Ζ3/1= Ζ1−Ζ3= 74,201−75,752= −1,551 Agora, vamos fazer algumas questões sobre a situação desse terreno. Acompanhe as respostas: 1) Qual o desnível máximo desse terreno? Resposta: O ponto “3” é o mais alto de cota 75,752. O ponto “2” é o mais baixo de cota 73,156. O desnível máximo é 75,752-73,156= 2,596m. 84 UNIUBE 2) Qual o desnível entre o RN e o ponto “4”? Resposta: Referência de nível (RN) 70,000 Ponto 4 74,023 ∆Z (Ponto 4) − 4,023 3) Qual a cota média geométrica desse terreno? Resposta: 75,752 74,201 74,023 73,156 74 4 Soma das cotasCota média número de cotas + + + = = = Exemplo 3 Calcule as altitudes do terreno da Figura 6, conhecendo-lhe as diferenças de nível. Figura 6: Terreno 2 e diferenças de nível. Fonte: Acervo EAD-Uniube. UNIUBE 85 Resolução: Observe que o desnível pode ser positivo (lado 5/6), quando o terreno está subindo, ou negativo para descendo (lado 1/2) Cálculo da cota Z2 Dado: desnível entre 1 e 2 é negativo, portanto o terreno está descendo no sentido 1 para 2: ∆Ζ(1/2)= Ζ2−Ζ1= −1,386 Então: Ζ2 = Ζ1 +∆Ζ(1/2) = 756,128−1,386 = 754,742 Cálculo da cota Z6 ∆Ζ(6/1)=Ζ1−Ζ6= 1,125 → ∆Ζ(1/6)=−1,125 Então: Ζ6= Ζ1 +∆Ζ(1/6)= 756,128−1,125= 755,003 Cálculo da cota Z5 ∆Ζ(5/6)=Ζ6−Ζ5= 1,485 → ∆Ζ(6/5)=−1,485 Então: Ζ5= Ζ5 +∆Ζ(6/5)= 755,003−1,485= 753,518 Cálculo da cota Z3 ∆Ζ(3/2)= Ζ2−Ζ3 = −1,097 → ∆Ζ(2/3)=1,097 Então: Ζ3= Ζ2 +∆Ζ(2/3)= 754,742+1,097= 755,839 Cálculo da cota Z4 ∆Ζ(4/3)= 0,987 → ∆Ζ(3/4)=−0,987 Então: Ζ4= Ζ3 +∆Ζ(3/4)=755,839−0,987= 754,852 86 UNIUBE Veja, a seguir, o terreno 2, da Figura 7, com as medidas calculadas: Figura 7: Terreno 2 com as medidas calculadas. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Atividade 1 Com base na Figura 7: a) determine o desnível entre os pontos 4 e 5; b) responda qual é o desnível máximo desse terreno; c) determine a média geométrica das cotas. AGORA É A SUA VEZ Nivelamento3.2 É o processo topográfico em que se obtém a cota de um ou vários pontos de lugar. Existem 4 tipos de nivelamentos: UNIUBE 87 baseado em relações trigonométricas. 1)Trigonométrico pura geometria e de alta precisão. 2) Geométrico equipamento de nivelamento com início de uso recente e não será objeto desse estudo. 4) por GPS baseado na relação inversamente proporcional entre a pressão atmosférica e a altitude, utilizado quando não se pode usar os tipos anteriores e é de baixa precisão. 3) Barométrico 3.2.1 Nivelamento trigonométrico É o processo em que se utiliza de um teodolito, seja convencional ou Estação Total, para se obter a cota(Z) de um ponto: A fórmula fundamental em que: • H= Altura do aparelho • DR= Distância Reduzida = DH • a = Ângulo vertical formado com plano horizonte • Fm = Fio médio (para Estadimetria) ou Altura do Prisma, para Es- tações Totais • Corr = Correção devido à Curvatura Terrestre e Refração Atmosférica, e é assim expressa: 88 UNIUBE Essa correção se faz necessária em serviços de alta precisão para distâncias entre os pontos superiores a 300m. Veja a Tabela 2 de correções, a seguir: Tabela 2: Correção devido à curvatura terrestre e refração atmosférica Distância Valor(mm) 100 0,7 200 3 300 6 No entanto, como estamos tratando de nivelamento para distâncias inferiores a 150m, esse termo da expressão fundamental será desprezado. Ficando: Analise a Figura 8 de uma estação total: H= Altura do Aparelho Distância entre a luneta e o ponto onde está ‘estacionado’ o aparelho Ponto de Referência Figura 8: Altura do aparelho. Foto: Osmar Ribeiro de Morais. UNIUBE 89 Figura 9: Fios estadimétricos de um teodolito. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. Quando olhamos através de um teodolito, vemos 4 fios, sendo 1 vertical e 3 horizontais. Os horizontais são paralelos e a distância entre eles permite medir a distância entre o ponto estacionado e o ponto visado, desde que se ponha uma mira no ponto visado e determine a variação entre os fios superior e inferior. A esse processo, chamamos de estadimetria. A compreensão do conceito de Distância Reduzida (DR) é primordial para a Topografia, podendo dizer que ela é a menor distância entre os dois pontos; sendo chamada também de Distância Horizontal, é a distância sobre o plano horizontal local. Pela fórmula a seguir, ela é calculada com um teodolito. Em que: • C = Constante Multiplicativa do teodolito =100 • fs = fio superior • fi = fio inferior • a = ângulo formado com o plano horizontal 90 UNIUBE Para melhor compreender, observe a Figura 11, a seguir: Mas, como funciona o nivelamento trigonométrico? Com o aparelho Estação Total instalado no ponto A, numa altura (H), visando o ponto B na altura do prisma (AP), o aparelho grava a distância inclinada, o ângulo vertical, a altura do aparelho, a altura do prisma, o nome do ponto visado e outros dados diretamente no software presente no equipamento. Então, o Valor H e AP, a partir da forma , esse, através da fórmula fundamental, calcula o Desnível entre os pontos. Vamos a um exemplo numérico. Figura 10: Esquema geral do nivelamento trigonométrico do teodolito. Fonte: EAD-Uniube. Figura 11: Esquema geral do nivelamento trigonométrico com uma estação total. Foto: Osmar Ribeiro de Morais. Analise o desenho representado na Figura 10, a seguir: UNIUBE 91 Exemplo 4 Calcular o DESNÍVEL entre os pontos A e B, sabendo que foi colocado um teodolito convencional no ponto A, com altura de 1,47m e visado o ponto B com as seguintes leituras estadimétricas fi = 1,250; fm = 1,865; fs = 2,475 e Ângulo vertical (α)= 2º55’. Distância Reduzida: DR= 100 x (2,475-1,250) x cos²(2º55’) DR= 122,5 x cos(2º55’) x cos(2º55’) DR= 122,183m Desnível: ∆Z(A/B) = 1,470+122,183 x tan(2º55’) – 1,865 ∆Z(A/B) = 5,830m Quer dizer que o ponto B está mais alto que o ponto A, em 5,830m. Exemplo 5 Calcule as cotas do terreno (12,5 x 30m) da Figura 12, orientando-se pelas Tabelas topográficas 3 e 4 seguintes: EXEMPLIFICANDO! Figura 12: Terreno 12.5x 30m. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais 92 UNIUBE Ta be la 3 : Q ua dr o a co m pl et ar d o ni ve la m en to tr ig on om ét ric o po r e st ad im et ria Da do s Li do s A ca lc ul ar Es ta çã o Po nt o Vi sa do H Fi os e st ad im ét ric os Ân gu lo Ve rt. (α ) Cx G DR DR x ta n( α) AZ Co ta (Z ) fi Fm fs A 1 1, 45 1, 20 0 1, 35 6 1, 51 3 -2 º1 0’ A 2 1, 45 0, 97 0 1, 18 7 1, 40 4 -1 º0 5’ A 3 1, 45 1, 25 0 1, 53 5 1, 81 9 -1 º2 7’ A 4 1, 45 1, 60 0 1, 80 4 2, 00 9 1º 40 ’ A 5 1, 45 1, 80 0 2, 05 4 2, 30 8 1º 01 ’ A 6 1, 45 2, 10 0 2, 41 4 2, 72 7 2º 15 ’ Fo nt e: O sm ar R ib ei ro d e M or ai s. Ta be la 4 : Q ua dr o co m pl et o do n ive la m en to tr ig on om ét ric o po r e st ad im et ria Da do s l id os Ca lc ul ad os Es ta çã o Po nt o Vi sa do H Fi os e st ad im ét ric os An g. Ve rt (α ) C xG D R D R x ta n( α) AZ C ot a (Z ) fi Fm fs A 1 1, 45 1, 20 0 1, 35 6 1, 51 3 -2 º1 0’ 31 ,2 8 31 ,2 35 -1 ,1 82 -1 ,0 88 48 ,9 12 A 2 1, 45 0, 97 0 1, 87 0 1, 40 4 -1 º0 5’ 43 ,4 2 43 ,4 04 -0 ,8 21 -0 ,5 57 49 ,4 43 A 3 1, 45 1, 25 0 1, 53 5 1, 81 9 -1 º2 7’ 56 ,9 4 56 ,8 36 -2 ,4 32 -1 ,5 24 48 ,4 76 A 4 1, 45 1, 60 0 1, 80 4 2, 00 9 1º 40 ’ 40 ,8 9 40 ,8 55 1, 18 9 0, 83 5 50 ,8 35 A 5 1, 45 1, 80 0 2, 05 4 2, 30 8 1º 01 ’ 50 ,7 8 50 ,7 17 1, 78 6 0, 29 7 50 ,2 97 A 6 1, 45 2, 10 0 2, 41 4 2, 72 7 2º 15 ’ 62 ,7 4 62 ,6 43 2, 46 1 1, 49 6 51 ,4 96 Fo nt e: O sm ar R ib ei ro d e M or ai s. UNIUBE 93 Figura 13: Terreno da Figura 12 com as cotas calculadas e posicionadas. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. Atividade 2 Examine a Tabela 4 anterior e a Figura 14, a seguir, em que são assinaladas as cotas calculadas no Exemplo 5: Agora, a) determine o desnível máximo; b) identifique qual é a cota média geométrica desse terreno. AGORA É A SUA VEZ Figura14: Terreno do Exemplo 5, com as cotas demarcadas. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. 94 UNIUBE Atividade 3 Um engenheiro foi contratado para determinar a altitude de dois pontos num lote próximo ao marco geodésico existente na Praça Dom Eduardo, em Uberaba-MG (Z=766,02m). Determine o desnível entre os pontos 1 e 2. Os dados obtidos em campo com o aparelho instalado no marco são: • Para o ponto 1: Ângulo vertical com o zênite = 93º20’15” Distância horizontal = 148,42m Altura do aparelho = 1,47m Altura do prisma= 1,50m • Para o ponto 2: Ângulo vertical com o zênite = 93º37’10” Distância inclinada = 159,78m Se você entendeu o nivelamento, então, não se preocupe com os cálculos nas Estações Totais, pois as Cotas(Z) do terreno são calculadas diretamente pelo software do equipamento, não havendo necessidade da Tabela 3 anterior. PARADA OBRIGATÓRIA 3.2.2 Nivelamento geométrico Esse tipo de nivelamento é o mais simples, geralmente usado em rodovias, ferrovias, serviços de terraplanagem. O seu procedimento é muito simples. Observe essa explicação: UNIUBE 95 – a fórmula fundamental do nivelamento trigonométrico tem uma função trigonométrica ‘tan()’, porém no nivelamento geométrico essa função, sempre, tem seu valor igual a zero, pois o ângulo vertical formado com a linha do horizonte será sempre ZERO. Sabendo que ∆z é uma variação de cota, observe o cálculo direto da cota, no nivelamento geométrico: Sejam os pontos A e B, então:AZ (A/B) = ZB – ZA = H(A) – fm(B) ZB = ZA + H(A) – fm(B) Com o aparelho num mesmo local, podemos visualizar vários pontos e a cota(Z); para todos eles, será sempre: Veja a simplicidade do exemplo, a seguir. Como o aparelho nivelado forma um plano horizontal, então, fm(RN) = H(RN), conforme visualizado na Figura 15: tan (a) = 0 Constante = Cota do plano do aparelho 96 UNIUBE Figura15: Nivelamento geométrico simples. Fonte: Acervo EAD-Uniube. A Tabela 5, de Nivelamento geométrico, fica muito simples: Tabela 5: Nivelamento geométrico Ponto Visado Leitura Plano Cota Ré Vante RN 2,125 12,125 10,000 1 2,625 9,500 2 1,627 10,498 3 1,056 11,069 4 1,895 10,230 Fonte: Osmar Ribeiro Morais. A coluna Leitura se refere a Fio médio (fm) e está dividida em ré e vante: • Ré : quando se vai calcular a cota do plano do aparelho; • Vante: quando se vai calcular a cota de um ponto. DICAS UNIUBE 97 Exemplo 6 Calcular as cotas do terreno (20 x 30) conforme Figura 16 e Tabela 6 a seguir. Figura 16: Terreno 20x 30m. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Tabela 6: Nivelamento geométrico composto Ponto Visado Leitura Plano Cota Ré Vante RN= Meio-fio 0,856 30,000 1 1,023 2 2,259 3 3,015 4 1,895 5 2,850 7 3,525 7 1,458 8 2,155 9 3,512 6 2,450 Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. EXEMPLIFICANDO! 98 UNIUBE Tabela 7: Planos e cotas do Quadro 3 calculados Ponto Visado Leitura Plano Cota Ré Vante RN= Meio-fio 0,856 30,856 30,000 1 1,023 29,833 2 2,259 28,597 3 3,015 27,841 4 1,895 28,961 5 2,850 28,006 7 3,525 27,331 7 1,458 28,789 27,331 8 2,155 26,634 9 3,512 25,277 6 2,450 26,339 Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. Observe, na Tabela 7, a presença de 2 leituras rés e a repetição do ponto 7. Isso porque se deslocou o aparelho para outro local. Atividade 4 Sejam a Tabela 8 e a Figura 17 a seguir: a) calcule as cotas do terreno; b) calcule o desnível máximo; c) calcule a cota média geométrica. AGORA É A SUA VEZ UNIUBE 99 Tabela 8: Nivelamento geométrico composto Ponto Visado Leitura Plano Cota Ré Vante RN= Meio-fio 1 2,263 a 1,850 b 1,562 c 1,256 d 0,530 e 1,260 f 0,235 f 2,860 g 2,120 h 1,530 Meio-fio 2 1,968 i 0,650 i 2,236 j 1,280 k 0,942 l 0,620 Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. Figura 17: Terreno 20 x 30. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. meio-fio 2 meio-fio 1 100 UNIUBE Confira suas respostas na Figura 18: Figura 18: Respostas do nivelamento geométrico composto. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Curvas de nível3.3 São linhas imaginárias que representam o relevo no desenho plano. É a forma mais eficiente de representação do relevo (Figura 19). Figura 19: Curvas de nível. Fonte: Acervo EAD-Uniube. UNIUBE 101 As curvas de nível são vitais para a compreensão do todo. Elas nos dão a compreensão de todas as cotas, ao mesmo tempo. Portanto, vamos nos dedicar alguns momentos para entender o que são elas. Existem 7 regras que regem as curvas de nível: 1) todos os pontos de uma curva de nível têm a mesma cota; 2) cada curva de nível fecha-se sempre em si mesma; 3) elas nunca se cruzam, podendo tocarem-se em locais de paredões; 4) quanto mais aproximadas entre si, mais íngreme o terreno; 5) quanto mais distanciadas entre si, mais plano o terreno; 6) elas são sempre perpendiculares ao deslocamento natural da água no terreno; 7) são distanciadas verticalmente por uma constante. São 5 as formas básicas de relevo na natureza; veja-as nas figuras de números 20 a 24: Figura 20: Forma de relevo Talvegue. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Figura 21: Forma de relevo Divisor de águas. Fonte: Acervo EAD-Uniube. 102 UNIUBE Figura 22: Forma de relevo Ponto de cela. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Figura 23: Forma de relevo Morro. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Figura 24: Forma de relevo Depressão. Fonte: Acervo EAD-Uniube. As curvas de nível são montadas a partir das cotas feitas por um nivelamento. Ao processo de traçar as curvas de nível de um terreno, é chamado de ‘interpolamento’, e é feito considerando-se a posição de cada cota, duas a duas. Atualmente, esse processo é totalmente automatizado em vários softwares (Topograph, Geosis, Posição etc.) ou mesmo por Macros, do Autocad. Acompanhe o processo de lançamento das curvas de nível da Atividade 4 anterior. UNIUBE 103 1) Precisamos saber qual será a distância vertical entre elas: vamos criar curvas a cada metro com cotas inteiras; este terreno tem a cota mínima de 750,666 e a cota máxima de 756,107, portanto, procuraremos as curvas de nível 751,752,753,754,755 e 756. 2) Agora, vamos interpolar: • iniciemos pela curva mais baixa: 751; • veja o lado ‘bc’ com as cotas 750,954 e 751,260; • a curva de nível 751 passa neste intervalo e é preciso calcular a que distância se encontra do ponto de cota 751,260 ‘c’ Exemplo1: (E1) Intervalo ‘b/c’: a curva 751 passa do ponto ‘c’ a: Exemplo 2: (E2) Intervalo ‘b/f’: a curva 751 passa do ponto ‘f’ a: Exemplo 3: (E3) Intervalo ‘a/e’: a curva 751 passa do ponto ‘e’: Exemplo 4: (E4) Intervalo ‘d/h’: a curva 752 passa do ponto ‘h’ a: 104 UNIUBE Assim, sucessivamente, e sempre dois a dois, calcula-se a posição de cada curva sobre a reta entre os dois pontos escolhidos (Figura 25). Figura 25: Curvas de nível calculadas. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. 3) A seguir, ligamos os pontos de mesma cota. Ligando os pontos de mesma cota, forma-se o conjunto de curvas de nível, conforme a Figura 26. Figura 26: Somente curvas de nível. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. 9.65 (E2) UNIUBE 105 4) Por fim, traçamos e numeramos as curvas de nível obtidas. O relevo fica definido pelas curvas de nível, conforme você percebeu na Figura 26. Atividade 5 Trace as curvas de nível inteiras, de metro em metro, no terreno representado pela Figura 27 a seguir: Figura 27: Terreno para traçar as curvas de nível. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. Atividade 6 Trace, de forma aproximada, as curvas de nível inteiras, de metro em metro, no terreno 30 x 40m, da Figura 28 seguinte: AGORA É A SUA VEZ 106 UNIUBE Figura 28: Terreno para lançar as curvas de nível. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. Veja mais sobre curvas de nível. Sites: <http://www.infoescola.com/ geografia/>; <http:// www.geografia.fflch.usp.br/carta/.../curva_nivel.htm>. PESQUISANDO NA WEB http://www.infoescola.com/geografia/ http://www.infoescola.com/geografia/ UNIUBE 107 Greide e seções transversais3.4 3.4.1 Greide Vamos falar de greide antes de estudarmos as secções transversais. É uma palavra inicialmente estranha que significa algo simples, porém de vital importância para se definir volumes em terraplenagem. Já sabemos que as coordenadas (XY) de um ponto são obtidas pela planimetria e a cota Z de cada ponto (X, Y) é obtida pelo processo de nivelamento. Com o conjunto de ponto (XYZ), podemos ter o sólido que compõe a forma de um terreno natural, porém precisamos de outro conjunto de cotas – o greide, aquelas que desejamos para cada ponto. Exemplo 7 Na Atividade 5 anterior (terreno 20 x 20m), Figura 27, temos um conjunto de 9 cotas, e se quiséssemos deixá-lo sobre o greide - um plano horizontal na cota 22.50m, teríamos que efetuar uma movimentação de terra - corte em cada ponto, conforme Figura 29, a seguir, com aterros e cortes. EXEMPLIFICANDO! Figura 29: Terreno com a linha neutra. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. A1,01 108 UNIUBE Ora, neste caso, todos os pontos do terreno teriam a cota 22.50 como o greide. Examine com cuidado a Figura 29 e, se entendeu o que é greide, podemos pensar, então, em calcular volume, que é o objetivo central deste capítulo. Observe que o talude para corte é 1/1 e para aterro, 2/3. Atividade 7 a) Qual é o greide para um platô na Figura 27 (Atividade 5), caso queiramos apenas cortar nesse terreno 20cm abaixo do ponto mais baixo? b) Qual a cota mínima do greide para um platô de somente aterro? c) Quais seriam as cotas do greide, se quiséssemos umplano inclinado de 2% para o lado direito, usando a cota média geométrica na lateral esquerda? AGORA É A SUA VEZ 3.4.2 Seções transversais Seções transversais são perfis das cotas de um terreno natural e seu greide respectivo. São cortes no terreno paralelos entre si. A Figura 30, a seguir, ilustra esse conceito. Figura 30: Seções Transversais. Fonte: Acervo EAD-Uniube. UNIUBE 109 Perfis são cortes geralmente com escalas desproporcionais, na razão de 10 vezes, entre as escalas horizontal e a vertical. Exemplo 8 Desenhe as seções transversais na Figura 29 do Exemplo 7 anterior: EXEMPLIFICANDO! Figura 31: Terreno para seções transversais. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. A seguir, observe as seções correspondentes na Figura 32. Figura 32: Seções transversais. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. Agora que entendemos o que são seções transversais, podemos iniciar a explicação sobre o cálculo de volumes. A1,01 A1,01 C1,6 110 UNIUBE 3.4.3 Cálculo de volumes O volume entre as seções será sempre calculado para uma sequência de seções, utilizando-se a equação: Então, para calcularmos o volume de terraplenagem, corte(m³) ou aterro(m³), basta: 1) desenharmos as seções transversais com base no terreno e greide; 2) calcularmos as áreas de cada seção; 3) montarmos uma planilha que soma os volumes parciais. Exemplo 9 Vamos calcular o volume (m³) de corte no terreno (30x35m), sabendo que as cotas do terreno natural foram obtidas pela nivelamento geométrico, e o greide é um platô na cota 46,00m, conforme Figura 33, a seguir. EXEMPLIFICANDO! Figura 33: Terreno e greide para seções transversais. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. S3=62,71m² UNIUBE 111 Distância entre a seção 0 e seção 1 Talude e variação de seu afastamento; então, tiramos a média dos afastamentos: distância = (0,50+1,05+1,50)/3= 1.0166 Distância entre seção 4 e seção 5: (3,68+3,30+3,02)/3= 3.33 Observe que sempre haverá uma seção inicial e final com área igual a zero. Essas seções ocorrem devido ao talude. Folha de cubação: é uma planilha em que se calcula, de forma rápida, o volume a partir das áreas das seções, como na Tabela 9, a seguir. Tabela 9: Folha de cubação Folha de cubação Seção Área Soma das Áreas Semidistância Volume Parcial Volume Total S0 0,00 S1 21,75 21,75 0,51 11,06 11,06 S2 41,00 62,75 5,00 313,75 324,81 S3 62,71 103,71 5,00 518,55 843,36 S4 77,83 140,54 5,00 702,71 1546,06 S5 0,00 77,83 1,66 129,20 1675,26 Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. 112 UNIUBE Exemplo 10 Calcular o volume de terra existente em um monte, conforme Figura 34, em que se visualizam suas curvas de nível. Procedimentos: 1º. – estudar a disposição das seções transversais; 2º. – desenhar as seções preferencialmente no computador usando software Autocad ou similar (Figura 35); 3º. – calcular as áreas das seções; 4º. – montar a folha de cubação. Figura 34: Morro para seções transversais. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. Analise, na Figura 35, como foram montadas as seções transversais. Figura 35: Seções transversais em um morro. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. UNIUBE 113 Tabela 10: Folha de cubação do Exemplo 10 Folha de cubação Seção Área Soma das Áreas Semidistância Volume Parcial Volume Acumulado S1 0 S2 53,14 53,14 5 265,70 265,70 S3 87,4 140,54 5 702,70 968,40 S4 149,62 237,02 5 1185,10 2153,50 S5 176,61 326,23 5 1631,15 3784,65 S6 165,65 342,26 5 1711,30 5495,95 S7 90,68 256,33 5 1281,65 6777,60 S8 0 90,68 5,36 486,04 7263,64 Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. O volume de material neste monte é de 7.263,64m³ Quanto menor a distância entre as seções, melhor será o resultado do cálculo do volume. DICAS Atividade 8 Calcule o volume de aterro no terreno da Figura 36 a seguir, sabendo que haverá um muro de arrimo em toda as divisas. O greide é um platô com cota 30cm acima do ponto mais alto. AGORA É A SUA VEZ 114 UNIUBE Figura 36: Terreno para desenhar seções transversais. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. Atividade 9 Calcule os volumes de corte e aterro, ao mesmo tempo, para o terreno da Figura 37, a seguir: sendo o platô horizontal na cota média geométrica e rampas para fora de cortes 1/1 e aterros 2/3, com greide: platô na cota 22,50. Figura 37: Terreno para seções transversais. A1,01 UNIUBE 115 É importante ficar atento, pois a folha de cubação, na Tabela 11, será uma só para os dois volumes. Veja o modelo, a seguir, antes de calcular: Tabela 11: Modelo de folha de cubação para corte e aterro Folha de Cubação para Corte e Aterro Seção Áreas Soma das Áreas Semidis- tância Volumes Parciais Volumes Acumulados Corte Aterro Corte Aterro Corte Aterro Corte Aterro Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. Atividade 10 Calcule o volume de corte e aterro para o terreno da Figura 38, a seguir, sabendo que o greide será um plano horizontal na cota média geométrica. Figura 38: Figura para fazer a cubação. Fonte: Osmar Ribeiro de Morais. 116 UNIUBE Passos: a) desenhe as seções; b) calcule as áreas; c) monte a folha de cubação. Finalizando esse capítulo, queremos relembrá-lo de que a precisão desse sistema de cálculo de volumes em terraplenagem está diretamente ligada à distância entre as seções transversais, isto é, quanto mais próximas, mais preciso o volume obtido. Pense nisso antes de montar as seções no campo. Resumo Chegamos ao final deste capítulo introdutório aos conceitos de Altimetria. Apesar de introdutório, pode-se notar que muitos dos conhecimentos aqui levantados são exigidos para a completa compreensão do conteúdo. Observe então que este é um capítulo multidisciplinar. Se algum conteúdo não foi bem-assimilado, retome a leitura fazendo anotações dos principais pontos-chave. O levantamento topográfico é entendido como sendo o conjunto de operações que tem por objetivo a determinação da posição relativa de pontos na superfície da Terra. Essas operações consistem, essencialmente, em medir distâncias verticais e horizontais entre diversos pontos, determinar ângulos entre alinhamentos e achar a orientação destes alinhamentos. Complementando essas operações, tem-se o cálculo das observações, permitindo determinar distâncias, ângulos, orientações, posições, alturas, áreas e volumes. Calculados esses dados de campos, pode-se representar graficamente, na forma de mapas, perfis longitudinais e transversais, diagramas entre outros. Esses dados obtidos são fundamentais para a execução das obras de engenharia. Esperamos que você, em relação à Topografia, tenha compreendido os conceitos de Altimetria e saiba como determinar os cálculos de volume de corte e aterro. Bons estudos! UNIUBE 117 Referências CEFET-SC. Altimetria. Centro Federal de Educação Tecnológica. Departamento Acadêmico da Construção Civil. Curso Técnico de Geomensura. Disciplina: Topografia II. Disponível em: <http://agrimensura.florianopolis.ifsc.edu.br/download/Topografia%20II. pdf>. Acesso em: 09 maio.2012. IBGE. Noções básicas de Cartografia, 1999. BORGES, Alberto de Campos. Exercício de Topografia. 3. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1975. LOCH, Carlos; CORDINI, Jucilei. Curso de Topografia. 7. ed. Porto Alegre: Globo, 1980. LOCK, Carlos. Topografia contemporânea. UFCR,1999. NIETO, Álvaro Torres; BONILHA, Eduardo Villate. Topografia. 1. ed. Bogotá. Escuela Colombiana de Ingenieria, 2001. RAIZ, Erwin Josephus. Cartografia geral. Rio de Janeiro, 1969. Luciano Rodrigues Introdução Altimetria IICapítulo 4 Na área das engenharias, especialmente na Engenharia civil, é de extrema importância o conhecimento, não só da projeção horizontal e área de um terreno, como também o estudo e a representação de seu relevo, identificando suas formas e acidentes. A superfície de um terreno, com seus vales e montanhas, é denominada pela Cartografia como Superfície topográfica. A Altimetria, ou Hipsometria, é a parte da Topografia que trata dos métodos e instrumentos empregados no estudo e representaçãodo relevo da superfície topográfica, tendo como finalidade a medida da diferença de nível entre dois ou mais pontos no terreno. Por meio da Altimetria, pode-se determinar o relevo de um terreno. A operação realizada para determinar as diferenças de níveis entre dois ou mais pontos no terreno, chama-se Nivelamento altimétrico ou Levantamento altimétrico. Em conjunto com o Levantamento planimétrico, estudado em Topografia I, o Levantamento altimétrico forma o Levantamento planialtimétrico, que é utilizado nas obras de Engenharia civil que envolvem o conhecimento do relevo do local, como construção civil, barragens, estradas e túneis. Nos últimos anos, o Sistema de Posicionamento Global (GPS – Global Positioning System), originariamente concebido para fins militares, teve seu escopo estendido a vários campos do conhecimento. A integração do GPS com a Cartografia abriu 120 UNIUBE um grande horizonte para o engenheiro, particularmente para aplicações antes restritas ao campo da Topografia. Por exemplo, em vários empreendimentos das engenharias são utilizadas as coordenadas ortogonais UTM, ou mesmo o georreferenciamento de precisão, não só para aumentar o grau de precisão e exatidão das medições, como para integrar o trabalho executado em um sistema de informações geográficas (GIS – Geographic Information System). É fundamental que o engenheiro saiba identificar os limites e as aplicações da Topografia e da Cartografia, utilizando o georreferenciamento de precisão. Este capítulo tem por objetivos principais: • apresentar os conceitos utilizados no campo da Altimetria; • descrever os principais métodos de nivelamento topográfico; • identificar os instrumentos utilizados no nivelamento topográfico e as técnicas empregadas nestas medições. Para tanto, propomos, como objetivos secundários: • conhecer a Norma ABNT NBR 13133 “Execução de Levanta- mento Topográfico” e os conceitos básicos referentes ao tema Cartografia; • desenvolver a base teórica necessária à execução de trabalhos práticos de Topografia, que consiste no levantamento altimétrico em campo, construção da caderneta de campo, cálculos altimétricos e confecção de plantas planialtimétricas. 4.1 Conceitos básicos de Altimetria 4.1.1 Estacionamento de equipamentos topográficos 4.1.2 Tabelas de classificação de equipamentos topográficos 4.1.3 Generalidade e definições Objetivos Esquema UNIUBE 121 4.2 Altimetria 4.2.1 Conceitos básicos de Altimetria 4.3 Levantamento de curvas de nível 4.3.1 Critérios de levantamento de curvas de nível 4.3.2 Etapas do levantamento das curvas de nível 4.3.3 Procedimentos para desenho das curvas de nível 4.3.4 Topologia 4.3.5 Noções de Cartografia 4.3.6 Escala 4.3.7 Seleção de escala 4.3.8 Projeções cartográficas 4.3.9 Sistema de coordenadas cartográficas 4.3.10 Classificação de cartas e mapas Conceitos básicos de Altimetria4.1 4.1.1 Estacionamento de equipamentos topográficos Antes de tratar do assunto específico deste volume, serão apresentados os procedimentos para estacionamento de equipamentos topográficos. Baseado no trabalho de Geomensura (CEFET-SC, 2010), este procedimento visa auxiliar o aluno no estacionamento de equipamentos topográficos com prumo ótico – teodolito, níveis de luneta e estações totais: 122 UNIUBE • Passo 1 – posicionar o tripé do instrumento aproximadamente na vertical do ponto topográfico. Caso a superfície topográfica seja irregular, posicionar apenas uma perna na parte mais alta e utilizar o fio de prumo para auxiliar na detecção da vertical. Procurar adaptar a altura do tripé para a sua altura, não deixando de considerar a irregularidade da superfície e nem a altura do instrumento. Aproveitar este momento para deixar a mesa do tripé aproximadamente nivelada e cravar uma das pernas no solo (de preferência a que estiver na parte mais alta do terreno); • Passo 2 – retirar o instrumento de seu estojo e colocá-lo sobre o tripé. Posicionar os três calantes numa mesma altura (de preferência num ponto intermediário do recurso total do calante); • Passo 3 – posicionar a marca central do prumo ótico sobre o ponto topográfico utilizando as duas pernas do tripé que ainda não estão cravadas. Quando a marca estiver perfeitamente sobre o ponto topográfico, cravar as pernas soltas e iniciar o nivelamento da bolha circular utilizando as três pernas. Prestar atenção na direção formada pela bolha e o círculo. Esta direção irá definir com qual perna você deverá subir ou abaixar a mesa; • Passo 4 – conforme as ilustrações das Figuras 1a e 1b, a seguir, a perna que deverá baixar a mesa é a perna 1, pois a bolha circular está na sua direção, para o seu lado. Figura 1.a: Vista superior da bolha circular do equipamento. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Figura 1.b: Vista superior do tripé do equipamento. Fonte: Acervo EAD-Uniube. UNIUBE 123 • Passo 5 – com a bolha perfeitamente dentro do círculo (automa- ticamente a mesa estará nivelada, pois os calantes estão numa mesma altura), verificar se a marca central do prumo ótico saiu da vertical do ponto. Caso ela tenha saído, afrouxe o instrumento do tripé e posicione novamente a marca sobre o ponto topográfico; • Passo 6 – iniciar o nivelamento da bolha tubular utilizando o “Mé- todo dos Três Calantes”, ou o “Método do Calante Perpendicular”. Independente de qual método seja utilizado, o procedimento de- verá ser executado duas vezes. Uma vez completado, verificar se a marca central do prumo ótico saiu do ponto. Caso tenha saído, refazer o procedimento. • Passo 7.a: (Vide Figura 2) Método dos três calantes: deixar a bolha tubular paralela aos calantes 1-2 e efetuar o seu nivelamento utilizando somente estes dois calantes. O movimento dos calantes deverá ser sempre em sentidos opostos (quando um for girado no sentido horário, o outro deverá ser girado no anti-horário). Em seguida, posicionar a bolha tubular paralela aos calantes 2-3 e utilizar estes calantes para nivelar a bolha. Não esquecer que os calantes devem girar em sentidos opostos. Finalmente, deixar a bolha paralela aos calantes 3-1 e efetuar o seu nivelamento. Figura 2: Base do equipamento mostrando os três calantes Fonte: Acervo EAD-Uniube. 124 UNIUBE • Passo 7.b: Método do calante perpendicular: deixar a bolha paralela aos calantes 1-2 e efetuar o seu nivelamento utilizando somente estes dois calantes. O movimento dos calantes deverá ser sempre em sentidos opostos (quando um for girado no sentido horário, o outro deverá ser girado no anti-horário). Em seguida, posicionar a bolha tubular perpendicular aos calantes 1-2 e utilizar somente o calante 3 para nivelar a bolha. Figura 3: Movimento dos calantes. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Antes de executar as aulas de campo de Altimetria, exercite seus conhecimentos sobre os procedimentos de estacionamento de equipamentos topográficos, treinando o Método dos três calantes e o Método do calante perpendicular. Você terá uma produtividade muito maior em campo e suas medições serão mais precisas e confiáveis. 4.1.2 Tabelas de classificação de equipamentos topográficos Tabela 1: Classificação de teodolitos Classes de teodolitos Desvio padrão Precisão angular 1 – precisão baixa 2 – precisão média 3 – precisão alta Fonte: NBR 13133 (1994, p. 6). Tabela 2: Classificação dos níveis Classes de níveis Desvio padrão 1 – precisão baixa 2 – precisão média 3 – precisão alta 4 – precisão muito alta Fonte: NBR 13133 (1994, p. 6). UNIUBE 125 Tabela 3: Classificação do MED Classes do MED Desvio padrão 1 – precisão baixa 2 – precisão média 3 – precisão alta Fonte: NBR 13133 (1994, p. 6). Tabela 4: Classificação de estações totais Classes de estações totais Desvio padrão Precisão angular Desvio padrão Precisão linear 1 – precisão baixa 2 – precisão média 3 – precisão alta Fonte: NBR 13133 (1994, p. 7). 4.1.3 Generalidade e definições Ao se estudar a forma da superfície da Terra, torna-se necessário reconhecera diferença de três conceitos: Superfície real: a superfície terrestre é totalmente irregular, o que impossibilita sua modelagem perfeita por meio de figuras geométricas. Por isso, utiliza-se o geoide como uma figura que simplifica estas irregularidades. Em levantamentos topográficos, trabalha-se sobre a superfície real da Terra, ou seja, sua superfície física, considerando as suas irregularidades locais, ou seja, a superfície topográfica. É nesta superfície topográfica que se materializam os pontos topográficos de um levantamento. O plano topográfico é um conceito abstrato – uma superfície plana perfeita, sem curvatura e que é tangente à superfície da esfera terrestre e possui dimensões limitadas ao campo topográfico. 126 UNIUBE Geoide: a superfície da Terra não é esférica nem elíptica, como é modelada matematicamente nos estudos geodésicos. Na verdade, a superfície terrestre é completamente irregular. A forma mais aproximada do planeta é o geoide, um modelo físico da forma da Terra baseado numa superfície de potencial gravitacional constante, que, em média, coincide com o valor médio do nível médio das águas do mar. Elipsoide: a forma real da Terra caracteriza-se por um leve achatamento nos polos e alargamento no Equador. Por isso, a figura geométrica que mais se assemelha à forma da Terra é um elipsoide de revolução e não uma esfera, como se vê nos globos terrestres utilizados no Ensino Fundamental. Elipsoide de revolução é uma figura originada da rotação de uma elipse pelo eixo menor. Um elipsoide de revolução que descreve a forma da Terra é denominado elipsoide de referência. Ele é definido pelos seus semieixos maior e menor. Na prática, em Geodésia, utiliza-se o semieixo maior (designado pela letra a) e o achatamento (designado pela letra f). Por exemplo, para o elipsoide de referência do WGS-84, tem-se: • raio equatorial = 6.378.137,0000 m; • raio polar = 6.356.752,3142 m; • inverso do achatamento (1/f) = 298,257223563. Você conhece as equações utilizadas no estudo de elipses? Sabe definir quais são os seus parâmetros? Não perca esta oportunidade de recordar estes conceitos de Geometria analítica! “Geodésia é a ciência que se ocupa da determinação da forma, das dimensões e do campo de gravidade da Terra. Na prática, a atuação do IBGE, instituição responsável no País por essas atividades, caracteriza-se pela implantação e manutenção do Sistema Geodésico Brasileiro (SGB), formado pelo conjunto de estações, materializadas no terreno, cuja posição serve como referência precisa a diversos projetos de engenharia – construção de estradas, pontes, barragens etc. –, mapeamento, geofísica, pesquisas científicas, dentre outros. SAIBA MAIS UNIUBE 127 As atividades geodésicas têm experimentado uma verdadeira revolução com o advento do Sistema de Posicionamento Global (GPS). A capacidade que este sistema possui de permitir a determinação de posições, estáticas ou cinemáticas, aliando rapidez e precisão muito superiores aos métodos clássicos de levantamento, provocou a necessidade de revisão das características do SGB. A implantação da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC) representa a consequência desta rediscussão. Com o seu funcionamento, os usuários de informações do IBGE passarão a contar com uma infraestrutura ativa e compatível com os métodos atuais de posicionamento baseados no GPS. Entretanto, a componente altimétrica do SGB ainda não está totalmente contemplada, em virtude de desconhecermos com suficiente precisão a forma real da Terra (geoide). Com isto, há a necessidade de concentrarem-se esforços nas atividades de nivelamento geodésico, de maregrafia e de gravimetria, que levarão a um maior conhecimento do geoide, com todas as suas anomalias, segundo a escala dos geodesistas. Será possível, então, o uso da ferramenta GPS em um espectro mais amplo de aplicações onde se busca preferencialmente a determinação dos valores de altitude.” (IBGE, 2010). Altimetria4.2 4.2.1 Conceitos básicos de Altimetria 4.2.1.1 Superfícies equipotenciais ou superfícies de níveis Numa dada região em estudo topográfico, o conjunto de pontos que possuem a mesma cota (altura em relação a um plano de referência) ou altitude (superfície de referência) é desenhado como uma linha contínua que une estes pontos. Esta linha chama-se curva de nível. Assim, numa planta altimétrica, constroem-se várias destas curvas, cada uma com uma altitude ou cota específica e com espaçamento (diferenças de altitude ou cota) constante entre elas (equidistância vertical), escolhido de forma compatível com a escala e a declividade do terreno. Veja essas características na Figura 4 a seguir. 128 UNIUBE Figura 4: Superfícies equipotenciais. Fonte: Acervo EAD-Uniube. Na construção de curvas de nível, o topógrafo deve atentar-se para as seguintes propriedades da Altimetria: • cada curva de nível fecha-se sobre si mesma, dentro ou fora dos limites do papel; • duas curvas de nível, adjacentes ou não, nunca se cruzam; • várias curvas de níveis podem chegar a ser tangentes entre si; isso ocorre no caso de terreno em rocha viva; • uma curva de nível não pode bifurcar-se; • terrenos planos apresentam curvas de níveis mais espaçadas que terrenos acidentados. UNIUBE 129 4.2.1.2 Referência de nível Referência de Nível (RN) é um plano arbitrário que o topógrafo escolhe como referência para realizar uma medição. A cota da RN pode ser 0,00 m ou qualquer outro valor arbitrado, uma vez que o que interessa é a diferença de altura entre cada ponto da área trabalhada e a RN. A simbologia para RN em planta e em corte, utilizada em desenhos de Engenharia está apresentada na Figura 5. Nível em planta Nível em corte Figura 5: Simbologia para nível em desenhos de Engenharia. 4.2.1.3 Cota absoluta de um ponto ou altitude de um ponto Trata-se da altitude real do ponto em questão, ou seja, é a sua altura em relação ao geoide, medida na direção vertical. 4.2.1.4 Cota de um ponto É a distância vertical deste ponto e a RN, ou seja, é a altura deste ponto em relação à superfície de referência com a qual se está trabalhando, como se vê na Figura 6. Figura 6: Diferença entre cota e altitude. Fonte: Adaptado de (VEIGA, ZANETTI e FAGGION, 2007, p. 130). 130 UNIUBE 4.2.1.5 Diferença de nível entre dois pontos O problema básico da Altimetria é determinar a diferença de nível entre dois pontos. Esta diferença representa a distância vertical que separa estes dois pontos topográficos em questão. A diferença pode ser positiva, negativa ou nula, de acordo com a posição relativa do ponto estudado em relação ao ponto tomado como referência para a medição do desnível. Instrumentos de nível Existem inúmeras tarefas que demandam o uso de instrumento de medição ou determinação de nível, indo desde tarefas simples, como nivelar uma mesa, nivelar uma parede, nivelar um piso ou nivelar um campo de futebol até tarefas mais complexas, como nivelar pilares entre os diversos pavimentos de um edifício, realizar o nivelamento topográfico de um loteamento, de campo de aviação, de um trecho de vale de um rio para estudo de viabilidade de construção de uma barragem, dentre outros. No desenrolar da história da humanidade, vários tipos de níveis foram desenvolvidos. Assim, existem no mercado níveis de tecnologia bastante simples como os níveis de bolha de uso geral até os níveis de alta tecnologia, que permitem medições com alta precisão e exatidão. Associadas às tecnologias dos equipamentos de níveis, têm-se as metodologias ou procedimentos de nivelamento. Por exemplo, no processo de medição com nível de luneta, necessita-se de miras, balizas, tripé e dois operadores. De acordo com a Norma ABNT NBR 13133, os níveis são classificados segundo o desvio padrão de 1 km de duplo nivelamento, conforme apresentado na Tabela 2, no início desse capítulo. • Nível de mangueira Trata-se, na verdade, de uma metodologia de medição de nível, baseadono princípio dos vasos comunicantes. É muito utilizada na construção civil para nivelamentos simples, como pisos, janelas e outros. UNIUBE 131 Pode, também, ser utilizado para levantar curvas de nível do terreno em aplicações agrícolas. A mangueira deve ser de diâmetro pequeno e parede espessa e ser transparente. Nesse processo, deve-se evitar a formação de bolhas para se obterem medições confiáveis. Neste método, fazem-se necessários dois operadores, duas balizas, duas trenas e uma mangueira. As figuras 7a e 7b ilustram a aplicação do método do nível de mangueira em um levantamento altimétrico. Figura 7.a.: Método do nível de mangueira. Fonte: Adaptado (PLANOAUDITORIA, 2010, p. 11-12). Figura 7.b: Levantamento altimétrico em terreno com aclive utilizando o método do nível de mangueira. Fonte: Adaptado (PLANOAUDITORIA, 2010, p. 11-12). 132 UNIUBE Para alinhar verticalmente uma parede, muro ou pilar, utiliza-se na prática da construção civil o nível de prumo, que consiste em um cordão com um peso em sua extremidade inferior. Qual princípio físico fundamenta o seu uso? Levantamento topográfico altimétrico ou nivelamento Segundo a NBR 13.133, é o “Levantamento que objetiva, exclusivamente, a determinação das alturas relativas a uma superfície de referência, dos pontos de apoio e/ou dos pontos de detalhes, pressupondo-se o conhecimento de suas posições planimétricas, visando à representação altimétrica da superfície levantada”. Existem vários processos para se determinar o nivelamento geométrico em campo. Aqui serão estudados os seguintes processos: • nivelamento geométrico (simples ou composto); • nivelamento trigonométrico; • nivelamento barométrico. • Nivelamento geométrico O Nivelamento geométrico caracteriza-se pela utilização de mira graduada e nível de luneta. Assim, neste método, não se trabalha com ângulos, como se pode verificar pela Figura 8, a seguir. Figura 8: Nivelamento geométrico. Fonte: Adaptado (CEFET-SC, 2010, p. 14). UNIUBE 133 O procedimento consiste em se estacionar o nível entre os dois pontos que se deseja levantar o desnível, de preferência no ponto central, para corrigir o erro de curvatura da Terra. Em seguida, coloca-se a mira verticalmente em um dos pontos e faz-se a leitura, por exemplo, a leitura de ré. Leva-se a mira até o outro ponto, coloca-a na posição vertical, e toma-se a leitura. Neste caso, leitura de vante. O desnível é calculado pela diferença entre a leitura de Ré e a leitura de Vante. ⇒ Nivelamento geométrico simples No Nivelamento geométrico simples, determina-se a diferença de nível entre dois pontos. Para minimizar os erros da curvatura terrestre e da refração atmosférica dos raios de luz, deve-se estacionar o nível de forma que fique equidistante dos dois pontos sob medição. A distância máxima ideal entre os dois pontos é de 60 m, podendo-se aceitar distâncias de até 80 m. Erro de esfericidade da Terra ou erro de curvatura da Terra: em distâncias superiores a 1 km, o erro de curvatura da Terra é significativo num levantamento topográfico e deve ser compensado. A correção é sempre positiva e deve ser somada algebricamente às diferenças de níveis aparentes. O seu valor é dado pela seguinte fórmula: 2 2e DC R = , em que: Ce – correção devida ao efeito de esfericidade da Terra; D – distância entre os dois pontos; R – raio da Terra. SAIBA MAIS 134 UNIUBE Erro de refração atmosférica: trata-se de uma distorção na propagação do sinal luminoso entre a mira e o nível, causada pela refração deste sinal durante o percurso mira-nível. Em função desta distorção, acontece uma curvatura do raio luminoso, o que leva ao erro de medição. O valor da correção é dado pela seguinte equação: 2 r D ne R ⋅ = − , em que: er – erro de refração; D – distância entre os dois pontos; R – raio da Terra; n – coeficiente experimental, em torno de 0,08. Observação: existem outras fontes de erro durante as medições que podem ser mais significativas que estas duas distorções citadas anteriormente. Por exemplo, para uma dada medição, se três operadores efetuarem a leitura no nível, normalmente anotam resultados distintos. ⇒ Nivelamento geométrico composto Em alguns casos, não é possível determinar por meio de uma única medição (nivelamento geométrico simples) o desnível entre dois pontos. Isso ocorre em função de desníveis muito acentuados (o limite de altura da mira é, normalmente, de 4m), em relação à distância entre os pontos de ré e vante ou ainda quando eles não forem visíveis entre si. Neste caso, a alternativa da Topografia é a decomposição do trecho a nivelar em dois ou mais trechos intermediários, como visualizado na Figura 12. Figura 9: Nivelamento geométrico composto. Fonte: Adaptado (CEFET-SC, 2010, p. 15). UNIUBE 135 Este método é chamado de nivelamento geométrico composto e consiste na utilização, em cada trecho, do mesmo procedimento visto no nivelamento geométrico simples. • Nivelamento trigonométrico ou Taqueometria O nivelamento trigonométrico substitui o nivelamento geométrico no levantamento de áreas extensas, quando existirem grandes desníveis ou quando se necessita nivelar muitas linhas de visadas em direções distintas em estudos de vales. Utilizado também para determinar a altura de torres e prédios, por exemplo, o nivelamento geométrico é mais preciso, porém é mais moroso que o trigonométrico. O nivelamento trigonométrico é baseado na resolução de um triângulo retângulo, onde se conhece a distância horizontal entre os pontos e procura-se determinar o desnível por meio da determinação do ângulo entre eles. Neste método, utiliza-se de um teodolito e uma mira. Observe a Figura 10. Figura 10: Nivelamento trigonométrico. Fonte: Adaptado (BORGES, 2010, p. 21). 136 UNIUBE Pode-se demonstrar que o cálculo da distância D, na Figura 10, é dado por: 2( ) ( ) 10 s iL LD sen z− = ⋅ , em que: Ls – leitura superior (S); Li – leitura inferior (I); Z – ângulo zenital. O desnível entre os dois pontos pode ser calculado pela seguinte equação (BORGES, 2010, p. 21): ∆H = D.tg (90° – z) + hi – M ou ∆H = D.tg a + hi – M, em que: a – ângulo vertical ao horizonte; z – ângulo zenital; hi – altura do teodolito; D – distância entre os pontos; ∆H – desnível entre os pontos; M – leitura estadimétrica no retículo médio. Num dado alinhamento AB, dada a cota do ponto A, o cálculo da cota do ponto B é dado pela soma da cota do ponto A mais a diferença de altura (ΔH) entre os dois pontos (A e B), tanto para o nivelamento geométrico (com nível) quanto para o trigonométrico (teodolito): B A ABC C H= + ∆ Por exemplo, se o ponto A tem altura = 820,500 m e a diferença de altura para o ponto B é de 3,036 m, a cota do ponto B é: 820,500 3,036 823,536 .BC m= + = REGISTRANDO UNIUBE 137 Determinar as cotas dos pontos levantados por nivelamento trigonométrico da Figura 11, a partir da estaca E1. Altura do aparelho I = 1500 mm; ZE1 = 745,240 m. Figura 11: Pontos levantados por nivelamento trigonométrico. Equações fornecidas: 2( ) 10 S IL Ldistância sen β− = ⋅ (1) H V I L∆ = + − (2) distânciaV tgβ = (3) B A ABC C H= + ∆ (4) Resolução: Para cada ponto visado, temos o ângulo zenital β, as leituras dos fios da mira (leitura superior, leitura do fio médio e leitura inferior), conforme mostramos na Tabela 6 a seguir. EXEMPLIFICANDO! 138 UNIUBE Tabela 6: Leituras para cada ponto levantado na Figura 11, a partir do ponto E1 E PV α β MIRA DISTÂNCIA [m] ΔH [m] COTA [m] E1 P3 270° 88,5000° 2204 1602 1000 P2 270° 86,8000° 1810 1405 1000 P1 270° 88,9000° 1400 1200 1000 P4 90°92,5000° 1380 1190 1000 P5 90° 91,0000° 1820 1410 1000 P6 90° 92,0000° 2100 1550 1000 Com estas informações e as equações (1), (2) e (3) dadas, podemos calcular a distância e o desnível para cada ponto visado. Fica faltando a determinação da cota de cada ponto, que pode ser calculada a partir da cota do ponto E1, que foi fornecida, com a utilização da equação (4). • Ponto P3 2( ) 10 S IL Ldistância sen β− = ⋅ 2(2204 1000) 88,5000 120,317 10 distância sen m− = ⋅ = UNIUBE 139 distânciaV tgβ = 120,317 3,1506 (88,5000) V m tg = = H V I L∆ = + − 3,1506 1,500 1,602 3,049H m∆ = + − = 3 1 1 3P E E PC C H= + ∆ 3 745,240 3,049 748,289PC m= + = • Ponto P2 2( ) 10 S IL Ldistância sen β− = ⋅ 2(1810 1000) 86,8000 80,748 10 distância sen m− = ⋅ = distânciaV tgβ = 80,748 4,514 (86,8000) V m tg = = H V I L∆ = + − 4,514 1,500 1,405 4,609H m∆ = + − = 2 1 1 2P E E PC C H= + ∆ 2 745,240 4,609 749,849PC m= + = 140 UNIUBE • Ponto P1 2( ) 10 S IL Ldistância sen β− = ⋅ 2(1400 1000) 88,9000 39,985 10 distância sen m− = ⋅ = distânciaV tgβ = 39,985 0,768 (88,9000) V m tg = = H V I L∆ = + − 0,768 1,500 1,200 1,068H m∆ = + − = 1 1 1 1P E E PC C H= + ∆ 1 745,240 1,068 746,308PC m= + = • Ponto P4 2( ) 10 S IL Ldistância sen β− = ⋅ 2(1380 1000) 92,5000 37,928 10 distância sen m− = ⋅ = distânciaV tgβ = 37,928 1,656 (92,5000) V m tg = = − H V I L∆ = + − UNIUBE 141 1,656 1,500 1,190 1,346H m∆ = − + − = − 4 1 1 4P E E PC C H= + ∆ 4 745,240 1,346 743,894PC m= − = • Ponto P5 2( ) 10 S IL Ldistância sen β− = ⋅ 2(1820 1000) 91,0000 81,975 10 distância sen m− = ⋅ = distânciaV tgβ = 81,975 1,431 (91,0000) V m tg = = − H V I L∆ = + − 1,431 1,500 1,410 1,341H m∆ = − + − = − 5 1 1 5P E E PC C H= + ∆ 5 745,240 1,341 743,899PC m= − = • Ponto P6 2( ) 10 S IL Ldistância sen β− = ⋅ 2(2100 1000) 92,0000 109,866 10 distância sen m− = ⋅ = 142 UNIUBE distânciaV tgβ = 109,866 3,837 (92,0000) V m tg = = − H V I L∆ = + − 3,837 1,500 1,550 3,887H m∆ = − + − = − 6 1 1 6P E E PC C H= + ∆ 6 745,240 3,887 741,353PC m= − = Finalmente, temos todos os dados para completar a Tabela 6 anterior. Tabela 7: Tabela 6 com as informações completas sobre os pontos a partir da estaca E1 E PV α β MIRA DISTÂNCIA [m] ΔH [m] COTA [m] E1 P3 270° 88,5000° 2204 120,317 3,049 748,2891602 1000 P2 270° 86,8000° 1810 80,748 4,609 749,8491405 1000 P1 270° 88,9000° 1400 30,985 1,068 746,3081200 1000 P4 90° 92,5000° 1380 37,928 -1,346 743,8941190 1000 P5 90° 91,0000° 1820 81,975 -1,341 743,8991410 1000 P6 90° 92,0000° 2100 109,866 -3,887 741,3531550 1000 UNIUBE 143 • Nivelamento barométrico O nivelamento barométrico prevê a determinação da altitude de um ponto topográfico por meio da medição da pressão atmosférica no local do mesmo. O princípio físico utilizado é o da relação inversa entre pressão atmosférica e altitude. Pode ser utilizado qualquer método de determinação para pressão atmosférica. Uma vez determinada a altitude dos dois pontos, obtém-se o desnível por subtração dos valores das altitudes. Apesar deste tipo de medição estar relacionado diretamente com o nível verdadeiro do ponto, não é um processo de alta precisão, sendo, por isso, indicado para trabalhos de reconhecimento. A seguir, estão detalhados dois tipos de instrumentos utilizados no nivelamento barométrico: – Altímetro analógico: é um instrumento analógico cujo ponteiro se desloca em função da variação de pressão aplicada à sua cápsula metálica, que é fechada a vácuo. Alguns tipos de altímetros possuem um mecanismo para compensar o efeito da temperatura. Você se lembra da relação entre pressão, volume e temperatura? Se sim, parabéns! Se não, este é um bom momento para rever esta importante relação de grandezas físicas! – Altímetro digital: o princípio de funcionamento é o mesmo do altímetro analógico. A diferença é que neste existe um transdutor que converte a diferença de pressão (entre a pressão atmosférica externa e o vácuo interno) em tensão elétrica (diferença de potencial elétrico). A partir da tensão elétrica, um circuito eletrônico conversor A/D (analógico para digital) transforma a variável analógica v(t) em uma variável digital que é mostrada no visor de LCD (visor de cristal líquido) na forma de altura (m). 144 UNIUBE Exemplo 1 Com uma aplicação da Topografia a obras de terraplenagem, a malha da Figura 12, a seguir, mostra uma matriz de 16 pontos que foram levantados, utilizando-se nivelamento geométrico. Figura 12: Representação malha quadrada 15 x 15 m. Em terraplenagem, as atividades que geram custo são o corte e o transporte de terra, sendo o aterro uma consequência do corte com transporte de terra (ou seja, não gera custo adicional). Portanto, a solução mais econômica será aquela que gerar volumes de cortes iguais aos volumes de aterro (desconsiderar os efeitos de compactação de terra). Se o projeto determinar uma altura específica para o plano da terraplenagem, a Topografia deverá calcular os volumes de corte e de aterro resultantes. A matriz anterior apresenta uma malha quadrada de 15 m x 15 m. Pede-se: EXEMPLIFICANDO! UNIUBE 145 a) calcular a cota do plano horizontal de forma que o volume de corte iguale o volume de aterro; b) calcular o volume de corte para uma cota final de 7,200 m, considerando que já houve uma uniformização do terreno. Resposta: A solução consiste em se determinar os pesos para os pontos e calcular a média ponderada das alturas pelos pesos. O valor encontrado será a cota procurada. Tabela 8: Cálculo dos pesos para os pontos Peso 1 Peso 2 Peso 4 12,200 10,900 7,000 8,400 9,320 6,900 5,100 6,400 7,200 7,300 6,100 6,900 5,900 6,400 8,600 9,980 33,000 63,600 28,000 x1 x2 x4 33,000 127,200 112,000 Peso 1: 4 x 1 = 4 Peso 2: = 8 x 2 = 16 Peso 4: 4 x 4 = 16 Cm = Cota média = total de cotas ponderadas / total de pesos Cm = (33,000 + 127,200 + 112,00) / (4 + 16 + 16) Cm = 7,561 m é a cota do plano horizontal que torna o volume de corte igual ao volume de aterro. b) A diferença de cotas é: 7,561 – 7,200 = 0,361 m. Como a área total é de 225,000 m2 (15 m x 15 m), o volume de corte para que todo o plano esteja na cota de 7,200 m será de: 225,000 x 0,361 = 81,250 m3. 146 UNIUBE Atividade 1 Efetue os cálculos de distâncias e desníveis para a caderneta de campo apresentada na Tabela 9 a seguir. Tabela 9: Caderneta de campo Pontos visados Distância ré (m) Leituras estadimétricas Distância vante (m) Fio nivelador Desnível (m) Ré (m) Vante (m) Ré Vante RN X1 2,407 2,157 2,204 2,0042,204 2,004 2,108 1,878 X1 X2 1,904 1,701 1,802 1,6101,802 1,610 1,701 1,548 X2 X3 1,680 1,452 1,558 1,3211,558 1,321 1,450 1,218 X3 X4 1,350 1,670 1,222 1,5521,222 1,552 1,156 1,456 Atividade 2 Descreva a diferença entre o nivelamento geométrico e o nivelamento trigonométrico. Atividade 3 Como uma aplicação da Topografia a obras de terraplenagem, a malha da Figura 13, a seguir, mostra uma matriz de 16 pontos que foram levantados utilizando-se o nivelamento geométrico. AGORA É A SUA VEZ UNIUBE 147 Figura 13: Representação da malha. Em terraplenagem, as atividades que geram custo são o corte e o transporte de terra, sendo o aterro uma consequência do corte com transporte de terra (ou seja, não gera custo adicional). Portanto, a solução mais econômica será aquela que gerar volumes de cortes iguais aos volumes de aterro (desconsiderar os efeitos de compactação). Se o projeto do trabalho determinar uma altura específica, a Topografia deverá calcular os volumes de corte e de aterro resultantes. A matriz da Figura 13 apresenta uma malha quadrada de 30 m x 30 m. Sendo assim, atenda ao que se pede: a) calcule a cota do plano horizontal de forma que o volume de corte iguale o volume de aterro; b) calcule o volume de corte para cota final de 6,200 m. 148 UNIUBE Levantamento de curvas de nível4.3 Esta seção é baseada nas notas de sala de aula doProfessor Joseph Salem Barbar (BARBAR, 2006). Os pontos a serem levantados devem ser escolhidos criteriosamente de forma a permitir as interpolações: • pontos mais altos; • pontos mais baixos; • pontos de mudança de declividade; • pontos que formam parte de cumeadas (espigões), de vales (talve- gues) ou de linhas d’água. A quantidade de pontos depende do quão acentuado (aclives/declives) é o terreno. 4.3.1 Critérios de levantamento de curvas de nível (procedimentos práticos): • método das seções radiais e não radiais – consiste na marcação, no terreno, de um alinhamento, a partir de um ponto conhecido, na direção de maior declividade (positiva ou negativa) do terreno (Figura 14). Figura 14: Método das seções radiais e não radiais. Fonte: Adaptado de Barbar (Notas de aula, 2006). UNIUBE 149 • método da irradiação – estaciona-se o teodolito sobre um ponto conhecido (vértice), gira-se em um dado ângulo, levantam-se vários pontos em uma seção, gira-se para outro ângulo, levanta-se nova seção, e assim por diante. Veja Figura 15. Figura 15: Método da irradiação. Fonte: Adaptado de Barbar (Notas de Aula, 2006). • método do eixo longitudinal e seções transversais – consiste em partir-se de um ponto conhecido, construir (levantar) um alinhamento, colocar piquetes regularmente espaçados e realizar o nivelamento e contranivelamento dos piquetes. Em seguida, traçar alinhamentos perpendiculares ao alinhamento, conforme Figura 16. Figura 16: Método do eixo longitudinal e seções transversais. Fonte: Adaptado de Barbar (NOTAS DE AULAS, 2006). • método do levantamento de cotas inteiras – consiste no uso do teodolito, mira e nível. 150 UNIUBE 4.3.2 Etapas do levantamento das curvas de nível O levantamento deve obter dados que permitam marcar no desenho o número de pontos notáveis cotados capazes de caracterizar o relevo da superfície topográfica por meio de curvas de nível que melhor o representem. • os pontos notáveis são pontos onde o terreno apresenta uma mudança acentuada de declividade em relação às suas proximidades; • são classificados sempre em relação às suas proximidades em: pontos mais altos, pontos mais baixos e pontos intermediários. A união de pontos notáveis da mesma categoria dá origem às linhas notáveis, que se classificam em: • linhas de cumeada (cumiada), de espigão ou divisórias de águas – são linhas formadas pela sucessão de pontos notáveis mais altos; • linhas de talvegues (talvegue vem do alemão e significa caminho do vale) – são as linhas formadas pela sucessão de pontos notáveis mais baixos; • linhas notáveis intermediárias – são linhas de acentuada mudança de declividade em relação às suas proximidades. O conjunto de pontos e linhas notáveis de um terreno caracteriza a forma de sua superfície topográfica. A construção das curvas de nível é feita por meio de pontos cotados, criteriosamente levantados no local, marcados e cotados no desenho. Na confecção da planta planialtimétrica, com curvas de nível, deve-se marcar inicialmente os pontos cotados conhecidos, procurando-se visualizar o relevo do terreno, delineando-se as linhas notáveis, os vales e os espigões. Em seguida, faz-se, por qualquer processo, a interpolação de cada par de pontos cotados, obtendo-se vários pontos de cotas inteiras. Unindo-se os pontos de mesma cota inteira, obtêm-se as curvas de nível. UNIUBE 151 4.3.3 Procedimentos para desenho das curvas de nível 1) Demarque os pontos com suas cotas. 2) Tome pontos próximos, formando triângulos, sob cujas arestas será feita a interpolação. Ao longo dos lados, determine os pontos de cota inteira. A interpolação, em geral linear, pode ser feita de forma gráfica, geométrica (cálculos) ou outra. 3) Evite linhas de interpolação que se cruzem, ou que, partindo de um mesmo ponto, tenham direções muito próximas. 4) Visualize as linhas notáveis (rios, cumeadas, vales, picos e outros) e esquematize-as. Essas linhas formam barreiras para a interpolação, já que não se devem unir pontos de lados opostos, o que definiria cotas irreais. 5) Una os pontos de mesma cota, definindo as curvas de nível. 6) Procure retocar as curvas de modo a torná-las coerentes com a forma geral do terreno, tendo em conta que curvas de nível bem-traçadas: • apresentam uma certa harmonia de conjunto; • não se cruzam e nem se interrompem; • formam curvas fechadas em torno de elevações e depressões; • tendem ao paralelismo com as linhas de vale. 7) No desenho final, não devem aparecer as construções auxiliares, somente as curvas. 8) As curvas (linhas) mestras devem ser reforçadas com uma espessura maior e interrompendo o seu traçado para indicar a cota. 9) Nos desenhos, as curvas de nível são representadas na cor terra de siena (sépia ou marrom), enquanto as cotas são representadas em preto. 4.3.4 Topologia A palavra Topologia tem sua origem em topos (forma) e logia (estudo). É a parte da Topografia que estuda a morfologia do terreno, ou seja, estuda as formas da superfície da Terra e as leis que regem a sua modelagem. A principal aplicação da Topologia é a representação cartográfica do terreno pelas curvas de nível. A seguir, serão listadas denominações e definições topológicas de algumas formas de terreno: 152 UNIUBE • morro – pequena elevação de terra; • montanha – grande elevação de terra, de altura superior a 400 m; • cordilheira – cadeia de montanhas de grande altitude; • contraforte – montanha alongada que se destaca da cordilheira, formando uma cadeia de segunda ordem; • espigão – contraforte secundário; • serra – cadeia de montanhas, de forma alongada, cuja parte elevada aparenta dentes de serra; • vértice ou cimo – ponto culminante da montanha. Pode ser arredondado (pico) ou pontiagudo (agulha); • maciço – conjunto de montanhas agrupadas em torno de um ponto culminante; • colina – pequena elevação, de 200 m a 400 m, com declives pouco pronunciados (quando isolada numa planície ou planalto, recebe o nome de outeiro); • planalto – superfícies regulares, mais ou menos extensas, situadas a grandes altitudes; • planícies – superfícies regulares, mais ou menos extensas, situadas a pequenas altitudes; • vertentes – superfícies inclinadas que vêm do cimo até a base das montanhas; • dorso – superfície convexa formada pelo encontro de duas vertentes. Também recebe o nome de divisor de águas; • vale – superfície côncava formada pelo conjunto de duas vertentes opostas. Os vales podem ter fundo côncavo, fundo de ravina ou fundo chato; • talvegue – vem do alemão talweg (caminho do vale). É a linha de encontro de duas vertentes opostas. É a linha que recolhe as águas que descem pelas duas encostas opostas do vale; • cabeceira – vales curtos e úmidos que dão origem aos cursos d’água; • gargantas ou selados – lugar do terreno onde a superfície sobe para dois lados opostos e desce para outros dois lados opostos. A garganta é o ponto mais baixo de um divisor de águas e o ponto mais alto dos dois talvegues que aí nascem. Se a garganta é estreita e profunda, recebe o nome de brecha; se a profundidade é muito grande, trata-se de um cânion (canyon). UNIUBE 153 Atividade 4 Descreva um dos métodos de levantamento de curvas de nível. Elabore um resumo dos passos do procedimento para desenho das curvas de nível. AGORA É A SUA VEZ 4.3.5 Noções de Cartografia A Cartografia é uma das ferramentas básicas do desenvolvimento econômico. Qualquer trabalho de melhoria das condições de vida de um determinado grupo social passa por obras de engenharia, que utilizam a Cartografia na sua fase de planejamento e execução. 4.3.5.1 Representação cartográfica Globo – consiste de uma representação dos aspectos naturais e artificiais de um planeta sobre uma superfície esférica. A finalidade do globo é apenas ilustrativa. Mapa – é uma representação no plano, para fins diversos, em escala pequena, de uma área da superfície de um planeta. São representados os acidentes naturais, tais comobacias, planaltos, chapadas, rios, lagos e outros. Carta – é uma representação no plano, numa escala que vai de média a grande. As cartas são organizadas de forma sistemática, delimitada por paralelos e meridianos, destinadas à representação precisa, de acordo com a escala adotada, de detalhes, áreas e pontos geográficos. Planta – é um tipo de carta restrita a uma área limitada na superfície terrestre, com escala grande, o que permite um detalhamento maior. Nestas condições, despreza-se a curvatura da Terra. Uma das aplicações da planta é nos estudos de viabilidade, planejamento e execução de obras de Engenharia civil. Ou seja, a planta a que se refere aqui é a planta topográfica. 154 UNIUBE Quando se despreza a curvatura da superfície terrestre, incorre-se em um erro nas medições de distância. Em consequência, erra-se também nas medições de área. Veja o erro linear em função da distância: • distância de 1 km ---------- erro de 0,008 mm; • distância de 10 km -------- erro de 8,2 mm; • distância de 25 km -------- erro de 12,8 mm. Como erro de até 12,8 mm (pouco mais de 1 cm) é aceitável em Planimetria, limita-se o plano topográfico a 25 km para a maior dimensão. EXPLICANDO MELHOR 4.3.6 Escala Escala – é uma relação entre a medida da dimensão de um objeto representada no papel e a sua medida real. dE D = , em que: E = escala; d = comprimento medido no desenho; D = comprimento real (medido no objeto). Na prática, utilizam-se escalas com numerador igual a 1. 1E N = Neste caso, o denominador, N, é chamado módulo da escala. Por exemplo, na escala 1:30.000, o módulo é 30.000. UNIUBE 155 O que significa dizer que uma escala é maior ou menor que outra escala? – Uma escala é tanto maior quanto menor for o denominador. Por exemplo, a escala 1:50.000 é maior que 1:100.000. IMPORTANTE! Precisão gráfica – é a menor dimensão medida no terreno, a qual é possível ser representada no desenho, em uma determinada escala. Em termos práticos, a menor dimensão possível de ser representada é de 1/5 mm ou 0,2 mm. Este valor representa também o erro admissível em uma representação gráfica (em). Dessa forma, pode-se determinar o erro que se pode tolerar quando se trabalha com uma determinada escala. 1E N = 1 0,0002me N = = 0,0002me N= Quanto menor a escala, ou seja, quanto maior o módulo N, maior o erro admissível. Assim, acidentes com dimensões menores que o erro admissível não serão representados no desenho. Nestes casos, podem-se utilizar símbolos cartográficos no desenho, uma vez que são independentes da escala. 4.3.7 Seleção de escala Da fórmula 0,0002me N= , explicita-se 0,0002 meN = . Seja uma região da superfície da Terra a que se queira mapear e que possua acidentes com 10 m de menor dimensão, a menor escala que se deve adotar para que esses acidentes tenham representação será: 10 50.000 0,0002 N = = A escala adotada deverá, portanto, ser igual a ou maior que 1:50.000. Ou seja, na escala 1:50.000, o erro prático (0,2 mm ou 1/5 mm) corresponde a 10 m no terreno. Então, o denominador mínimo, também conhecido como módulo da escala, deverá ser 50.000 para que acidentes com 10 m de extensão possam ser representados no desenho. 156 UNIUBE Atividade 5 a) Encontre a escala adequada para representar a base quadrada de uma torre de telecomunicações com 3 m de lado, considerando um erro máximo tolerável de 1/5 mm. b) Verifique se, em um formato A1, é possível representar toda a área sendo trabalhada, que tem largura máxima de 30 km e altura de 8 km. AGORA É A SUA VEZ 4.3.8 Projeções cartográficas A técnica de projeção cartográfica consiste na projeção da superfície terrestre em um plano, utilizando-se de uma figura geométrica auxiliar (cone, cilindro ou plano). Para efetuar a projeção, considera-se que a superfície da Terra tem a forma de uma esfera ou de um elipsoide. Veja, a seguir, uma classificação das projeções quanto à superfície de projeção (IBGE, 2010): a) planas – este tipo de superfície pode assumir três posições em relação à superfície de referência: polar, equatorial e oblíqua (ou horizontal); b) cônicas – embora esta não seja uma superfície plana, já que a superfície de projeção é o cone, ela pode ser desenvolvida em um plano sem que haja distorções e funciona como superfície auxiliar na obtenção de uma representação. A sua posição em relação à superfície de referência pode ser: normal, transversal e oblíqua (ou horizontal); c) cilíndricas – a superfície de projeção que utiliza o cilindro pode ser desenvolvida em um plano e suas possíveis posições em relação à superfície de referência podem ser: equatorial, transversal e oblíqua (ou horizontal). A Figura 17 apresenta as principais superfícies de projeção utilizadas na Cartografia atualmente. UNIUBE 157 Figura 17: Superfícies de projeção, desenvolvidas em um plano. Fonte: Acervo EAD-Uniube. 4.3.9 Sistema de coordenadas cartográficas Um sistema de coordenadas é definido por um elipsoide de referência, uma figura geométrica semelhante ao geoide, permitindo um tratamento matemático estruturado. A materialização de pontos da superfície terrestre para um determinado elipsoide de referência é chamado Datum. Ou seja, os parâmetros de um determinado elipsoide de referência – seu semieixo maior e a sua excentricidade – e a sua amarração (materialização) com um ponto sobre a superfície terrestre define um Datum. Um sistema de coordenadas também define-se pelo tipo de projeção cartográfica utilizado. 158 UNIUBE 4.3.9.1 Características básicas do Sistema UTM Gerardus Mercator foi um geógrafo belga que se dedicou à construção de globos e mapas. Em 1569, Mercator desenvolveu matematicamente a projeção cilíndrica do globo terrestre sobre um plano, o que revolucionou a cartografia da época, mesmo considerando que ela apresentava distorções cada vez maiores quanto mais se afastava do equador em direção aos polos. São úteis para representar áreas que são maiores no sentido Norte-Sul do que no sentido Leste-Oeste. As distorções aumentam a partir do meridiano central, tanto em escala e distância como em direção e área. Por exemplo, a área da Europa é menos da metade da área da América do Sul, porém, no mapa mundial, a Europa aparece maior que a América do Sul. O Sistema de Projeção UTM (Universal Transverse Mercator – Universal Transversa de Mercator) foi utilizado pelo Instituto de Cartografia do Exército Americano durante a Segunda Guerra Mundial quando o aperfeiçoou. A partir daí, passou a ser adotado internacionalmente, inclusive para aplicações civis. A projeção UTM é cilíndrica secante (conserva os ângulos) conforme se vê na Figura 18. Figura 18: Cilindo secante do Sistema UTM. Fonte: Acervo EAD-Uniube. As principais características do Sistema UTM estão descritas a seguir (IBGE, 2010): • o globo terrestre é dividido em 60 fusos, em que cada um se estende por 6º de longitude. Os fusos são numerados de um a sessenta, começando no fuso 180º a 174º W Greenwich. Cada um destes fusos é gerado a partir de uma rotação do cilindro de forma que o meridiano de tangência divide o fuso em duas partes iguais de 3º de amplitude. A latitude de cada fuso é de 6° e sua longitude é de 4°; UNIUBE 159 • o quadriculado UTM está associado ao sistema de coordenadas plano-retangulares, tal que um eixo coincide com a projeção do Meridiano Central do fuso (eixo N apontando para Norte) e o outro eixo, com o do Equador. Assim, cada ponto do elipsoide de referência (descrito por latitude, longitude) estará biunivocamente associado ao terno de valores Meridiano Central, coordenada E e coordenada N, como se vê na Figura 19; Figura 19: Divisão em fusos do Sistema UTM. Fonte: Adaptado (EPUSP, 2004). • avaliando-se a deformação de escala em um fuso UTM (tangente), pode-se verificar que o fator de escala é igual a 1(um) no meridiano central e aproximadamente igual a 1.0015 (1/666) nos extremos do fuso. Desta forma,atribuindo-se a um fator de escala k = 0,9996 ao meridiano central do sistema UTM (o que faz com que o cilindro tangente se torne secante), torna-se possível assegurar um padrão mais favorável de deformação em escala ao longo do fuso. O erro de escala fica limitado a 1/2.500 no meridiano central, e a 1/1030 nos extremos do fuso; • para calcular a longitude do meridiano central (MC) em função do fuso (F), utiliza-se a fórmula: MC=183-6F. Para encontrar os limites do fuso, basta somar e subtrair 3º ao MC; • para se calcular o meridiano central (MC) em função da longitude (ϕ ) de um ponto, utiliza-se a fórmula MC = 6 x INT((ϕ +3)/6); 160 UNIUBE • a cada fuso, associamos um sistema cartesiano métrico de referência, atribuindo à origem do sistema (interseção da linha do Equador com o meridiano central) as coordenadas 500.000 m, para contagem de coordenadas ao longo do Equador, e 10.000.000 m ou 0 (zero) m, para contagem de coordenadas ao longo do meridiano central, para os hemisférios sul e norte, respectivamente. Isto elimina a possibilidade de ocorrência de valores negativos de coordenadas; • cada fuso deve ser prolongado até 30’ sobre os fusos adjacentes, criando-se, assim, uma área de superposição de 1º de largura. Esta área de superposição serve para facilitar o trabalho de campo em certas atividades; • o sistema UTM é usado entre as latitudes 84º N e 80º S. 4.3.10 Classificação de cartas e mapas Conforme o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2010), a classificação de cartas e mapas é a seguinte. Quanto à natureza da representação, temos três tipos de cartas e mapas: I) cadastral – até 1:25.000. Representação em escala grande, geralmente planimétrica e com maior nível de detalhamento, apresentando grande precisão geométrica. Normalmente, é utilizada para representar cidades e regiões metropolitanas, nas quais a densidade de edificações e arruamento é grande. As escalas mais usuais na representação cadastral, são: 1:1.000, 1:2.000, 1:5.000, 1:10.000 e 1:15.000; II) geral topográfica – de 1:25.000 até 1:250.000. Carta elaborada a partir de levantamentos aerofotogramétrico e geodésico original ou compilados de outras cartas topográficas em escalas maiores. Inclui os acidentes naturais e artificiais, em que os elementos planimétricos (sistema viário, obras etc.) e altimétricos (relevo por meio de curvas de nível, pontos colados etc.) são geometricamente bem representados. As aplicações das cartas topográficas variam de acordo com sua escala: UNIUBE 161 1:25.000 – representa cartograficamente áreas específicas, com forte densidade demográfica, fornecendo elementos para o planejamento socioeconômico e bases para anteprojetos de engenharia. Esse mapeamento, pelas características da escala, está dirigido para as áreas das regiões metropolitanas e outras que se definem pelo atendimento a projetos específicos. Cobertura Nacional: 1,01%; 1:50.000 – retrata cartograficamente zonas densamente povoadas, sendo adequada ao planejamento socioeconômico e à formulação de anteprojetos de engenharia; 1:100.000 – tem como objetivo a representação de áreas com notável ocupação, priorizadas para os investimentos governamentais, em todos os níveis de governo – federal, estadual e municipal; 1:250.000 – subsidia o planejamento regional, além da elaboração de estudos e projetos que envolvam ou modifiquem o meio ambiente. Mapa Municipal: entre os principais produtos cartográficos produzidos pelo IBGE, encontra-se o mapa municipal, que é a representação cartográfica da área de um município, contendo os limites estabelecidos pela Divisão Político-administrativa, acidentes naturais e artificiais, toponímia, rede de coordenadas geográficas e UTM etc. Esta representação é elaborada a partir de bases cartográficas mais recentes e de documentos cartográficos auxiliares, na escala das referidas bases. O mapeamento dos municípios brasileiros é para fins de planejamento e gestão territorial e em especial, para dar suporte às atividades de coleta e disseminação de pesquisas do IBGE; III) geral geográfica – 1:1:000.000 e menores (1:2.500.000, 1:5.000.000 até 1:30.000.000). Carta em que os detalhes planimétricos e altimétricos são genera- lizados, os quais oferecem uma precisão de acordo com a escala de publicação. A representação planimétrica é feita por meio de símbolos que ampliam muito os objetos correspondentes, alguns dos quais muitas vezes têm que ser bastante deslocados. A representa- ção altimétrica é feita por meio de curvas de nível, cuja equidistância apenas dá uma ideia geral do relevo e, em geral, são emprega- das cores hipsométricas. São elaboradas na escala. 1:500.000 e menores, como, por exemplo, a Carta Internacional do Mundo ao Milionésimo (CIM). 162 UNIUBE Mapeamento das Unidades Territoriais: representa, a partir do mapeamento topográfico, o espaço territorial brasileiro por meio de mapas elaborados especificamente para cada unidade territorial do país. Produtos gerados: mapas do Brasil (escalas 1:2.500.000,1:5.000.000,1: 10.000.000 e outras escalas menores). • Mapas regionais (escalas geográficas diversas). • Mapas estaduais (escalas geográficas e topográficas diversas). Atividade 6 Releia o item anterior sobre o UTM, pesquise o site em que ele se encontra (busque a referência no final do capítulo) e depois de tê-lo compreendido bem, descreva como é realizado o mapeamento da superfície terrestre no plano de coordenadas UTM (Universal Transverse Mercator). Atividade 7 Determinar, no Quadro 5, as cotas dos pontos levantados por nivelamento trigonométrico na Figura 20 a partir da estaca E1. Altura do aparelho I = 1600 mm; ZE1 = 638,350 m. Equações fornecidas: 2( ) 10 S IL Ldistância sen β− = ⋅ (1) H V I L∆ = + − (2) distânciaV tgβ = (3) B A ABC C H= + ∆ (4) AGORA É A SUA VEZ UNIUBE 163 Figura 20: Desenho sem escala da Estaca 1 e seus pontos. Tabela 10: Informações a completar sobre os pontos a partir da Estaca (E1) E PV α β MIRA DISTÂNCIA [m] ΔH [m] COTA [m] E1 P3 270° 85,2000° 2100 1510 1000 P2 270° 83,4000° 1712 1280 1000 P1 270° 85,1200° 1350 1190 1000 P4 90° 90,2500° 1340 1150 1000 P5 90° 93,5000° 1700 1389 1000 P6 90° 94,7500° 2200 1640 1000 164 UNIUBE Resumo Neste capítulo, discutimos acerca dos conceitos de Altimetria como métodos de nivelamento, cálculos topográficos envolvidos nas medições de altimétricas e iniciamos os primeiros passos rumo aos conceitos de projeções cartográficas, principalmente o Sistema de Coordenadas UTM. Vários exercícios resolvidos foram utilizados para explicar melhor os conceitos desenvolvidos. Também foram propostas atividades de autoverificação do aprendizado. Espera-se que, ao final deste estudo, você esteja preparado para dar início aos trabalhos práticos de campo e de laboratório em Altimetria. Você teve o primeiro contato com a Altimetria, a área da Topografia que trata da medição de altura. No início do capítulo, apresentamos como estacionar um equipamento topográfico. Esta atividade, aparentemente simples, tem causado perda de tempo aos estudantes e medições incorretas que precisam ser refeitas. Portanto, aproveite para estar preparado para as aulas de campo! Especificamente sobre Altimetria, espera-se que você domine os conceitos de superfícies equipotenciais, referência de nível, cota absoluta e relativa de um ponto, diferença de nível entre dois pontos e técnicas de nivelamento, como nivelamento geométrico e trigonométrico. Se tiver alguma dúvida com o manejo das cadernetas de campo e cálculos associados, reveja esta seção e os exercícios resolvidos. Senecessário, refaça as atividades de autoverificação. Lembre-se do provérbio latino, válido inclusive na era digital que vivemos: qui scribit bis legit (quem escreve, lê duas vezes). A confecção de plantas planialtimétricas será tratada nos próximos capítulos. Na ocasião, faremos todo o ciclo do processo: planejamento e trabalho em campo, cálculos planialtimétricos, plantas planialtimétricas e traçado de curvas de nível. Você verá como os assuntos aqui tratados são importantes para sua evolução no entendimento da Topografia. O assunto Cartografia foi introduzido neste capítulo para que possamos discutir questões acerca dele ao longo do curso. Na sua vida prática, você estará constantemente em contato direto ou indireto com ele. UNIUBE 165 Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - NBR 13133. Execução de levantamento topográfico. Rio de Janeiro, maio 1994. BARBAR, Joseph Salem. Topografia II. Notas de sala de aula. UNIUBE, 2006. BORGES, Adilson Luiz. Topografia. Disponível em: <pessoal.utfpr.edu.br/ arildo/arquivos/>. Acesso em: 3 jun. 2010. BRANDALIZE, Maria Cecília Bonatto. Topografia – apostila 4. Disponível em: <http://www2.uefs.br/geotec/topografia/apostilas>. Acesso em: 3 jun. 2010. BRITO, Jorge Luís Silva. Curso de Georreferenciamento: projeções cartográficas. Apostila. Universidade Federal de Uberlândia. Out. 2009. CEFET-SC – CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA. Topografia II – Altimetria. Disponível em: <http://florianopolis.ifsc.edu.br>. Acesso em: 3 jun. 2010. CEFET-SC – CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA – DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL. Módulo I Unidade Curricular Topografia I. Disponível em: <http://florianopolis.ifsc. edu.br/~geomensura/>. Acesso em: 11 jul. 2010. CORDINI, Jucilei. O terreno e sua representação. Disponível em: <http://www.topografia. ufsc.br>. Acesso em: 30 maio 2010. EPUSP – ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO. Sistema UTM. 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Disponível em: <http://web.dv.utfpr.edu.br/www.dv/professores/arquivos/>. Acesso em: 30 maio 2010. Anotações _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ __________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ __________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ 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_________________________________________________________ Anotações _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ __________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ __________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ 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_________________________________________________________ _________________________________________________________ Anotações _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ __________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ __________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ 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_________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ Introdução à Topografia 1.1 1.2 1.3 Erros em Topografia 1.5.1 Grandezas angulares 1.5.2 Grandezas lineares 1.6.2 Unidades de medida angular 1.6.1 Unidades de medida linear 1.6.4 Unidades de medida de volume 1.6.3 Unidades de medida de superfície 1.7 Conversões de medidas 1.8 Levantamento com medidas horizontais 1.8.1 Medida direta de distâncias 1.8.2 Cuidados nos levantamentos das medidas horizontais 1.9 Procedimentos para levantamentos de distâncias horizontais 1.10.1 Principais escalas e suas aplicações 1.10.2 Definição da escala de desenho 1.11.1 Rumos 1.11.4 Declinação magnética 1.11.3 Norte magnético 1.11.2 Azimutes 1.12.1 Miras 1.13.1 Distância horizontal 1.15 Levantamento da poligonal 1.15.1 Cálculo da poligonal 1.15.2 Verificação do erro de fechamento angular 1.16 Cálculo dos azimutes Levantamentos altimétricos 2.1 Altimetria: conceitos importantes 2.2 Erro de nível aparente 2.3 Nivelamento geométrico 2.3.1 Nível ótico 2.3.2 Cálculo de cotas 2.4.1 Declividade entre pontos 2.5 Curvas de nível 2.5.1 Características das curvas de nível 2.5.2 Intervalo entre curvas de nível 2.5.3 Erros de interpretação gráfica nas curvas de nível 2.6 Topologia 2.7 Obtenção das curvas de nível 2.7.1 Interpolação 2.7.2 Levantamento passo a passo 2.8 Terraplenagem para plataformas 2.8.1 Cota de passagem 2.8.2 Modelo do terreno Altimetria I: fundamentos, curvas de nível e cálculo de volume 3.1 Fundamentos da Altimetria 3.1.1 Forma da Terra 3.1.2 Fundamentos altimétricos 3.2 Nivelamento 3.2.1 Nivelamento trigonométrico 3.2.2 Nivelamento geométrico 3.3 Curvas de nível 3.4.1 Greide 3.4.3 Cálculo de volumes 3.4.2 Seções transversais Altimetria II 4.1.1 Estacionamento de equipamentos topográficos 4.1.3 Generalidade e definições 4.1.2 Tabelas de classificação de equipamentos topográficos 4.3.1 Critérios de levantamento de curvas de nível (procedimentos práticos): 4.3.10 Classificação de cartas e mapas 4.3.9 Sistema de coordenadas cartográficas 4.3.8 Projeções cartográficas 4.3.7 Seleção de escala 4.3.6 Escala 4.3.5 Noções de Cartografia 4.3.4 Topologia 4.3.3 Procedimentos para desenho das curvas de nível 4.3.2 Etapas do levantamento das curvas de nível 4.2.1 Conceitos básicos de Altimetria