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TOPOGRAFIA Unidade II Planimetria Disciplina: Topografia Profª MSc. Ana Carolina da C. Reis acc.reis@ufma.br Apresentação 2.1 Ângulos, azimutes, rumos e conversões 2.2 Fundamentos e Métodos 2.3 Poligonais 2.4 Cálculo de áreas TOPOGRAFIA Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis 2.1 ÂNGULOS, AZIMUTES, RUMOS E CONVERSÕES Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis RUMOS Rumo de uma linha é o ângulo horizontal entre a direção norte-sul e a linha, medido a partir do norte ou do sul na direção da linha, porém, não ultrapassando 90° ou 100 grd. N S E W 30° Diz que os rumos das linhas são: A-1 = N 70° E A-2 = S 45° E A-3 = S 30° W A-4 = N 60° W 1 2 3 4 2.1 ÂNGULOS, AZIMUTES, RUMOS E CONVERSÕES Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis N S E W D Está errado dizer que o rumo de CD é N 110° E; O correto é S 70° E. 2.1 ÂNGULOS, AZIMUTES, RUMOS E CONVERSÕES Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis AZIMUTES Azimute de uma linha é o ângulo que essa linha faz com a direção norte-sul, medido a partir do norte ou do sul, para a direita ou para a esquerda e variando de 0 a 360° ou 400grd. N S Diz que os azimutes da linha são: Azimute à direita do norte = 240° Azimute à esquerda do norte = 120° Azimute à direita do sul = 60° Azimute à esquerda do sul = 300° 2 Azimute à esquerda do Sul 1 Azimute à direita do Norte Azimute à direita do Sul Azimute à esquerda do Norte Chama-se: sentido à direita aquele que gira como os ponteiros do relógio (sentido horário) e; sentido à esquerda, o contrário (sentido anti- horário). No hemisfério sul, e portanto no Brasil, usa-se sempre medir o azimute a partir do norte, sendo mais comum ainda no sentido horário, ou seja à direita; No hemisfério norte em alguns países usa-se medi-los a partir do sul. Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis N S E W 2 BRASIL: usa-se Azimute à direita do Norte 1 Como são muito raras as ocasiões em que será usado outro tipo de azimute, quando não for expressamente afirmado o contrário, azimute será sempre à direita. 2.1 ÂNGULOS, AZIMUTES, RUMOS E CONVERSÕES EXERCÍCIOS 1. Transformar rumos em azimutes à direita do norte. Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis Linha Rumo 1 - 2 N 42° 15' W 2 - 3 S 0° 15' W 3 - 4 S 89° 40' E 4 - 5 S 10° 15' E 5 - 6 N 89° 40' E 6 - 7 N 0° 10' E 7 - 8 N 12° 00' W Azimute à direita 317° 45' 180° 15' 90° 20' 169° 45' 89° 40' 0° 10' 348° 00' RESPOSTA: 2.1 ÂNGULOS, AZIMUTES, RUMOS E CONVERSÕES EXERCÍCIOS 2. Transformar rumos em azimutes à esquerda do norte. Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis Linha Rumo 1 - 2 S 15° 05' W 2 - 3 N 0° 50' W 3 - 4 N 89° 50' W 4 - 5 S 12° 35' E 5 - 6 S 7° 50' E 6 - 7 N 89° 00' E 7 - 8 N 0° 10' E Azimute à esquerda 164° 55' 0° 50' 89° 50' 192° 35' 187° 50' 271° 00' 359° 50' RESPOSTA: 2.1 ÂNGULOS, AZIMUTES, RUMOS E CONVERSÕES O objetivo da planimetria é descrever geograficamente determinada região da superfície terrestre; As formas de representação são os desenhos (plantas e mapas), sendo as unidades gráficas pontos, segmentos de reta e polígonos. 2.2 FUNDAMENTOS E MÉTODOS 2.2 FUNDAMENTOS E MÉTODOS Cabe ao topógrafo identificar os pontos mais importantes para a definição da área a ser levantada; Determinar a posição (coordenadas) de um ponto na superfície terrestre significa relacioná-lo (referenciá-lo) a um outro ponto de posição conhecida; A maneira mais comum de obter a posição de um ponto no campo é medir a direção (azimute ou rumo) e o comprimento do segmento de reta; Levanta-se utilizando-se ângulos e distâncias (sistema polar) e então transformar para um sistema de coordenadas retangulares. Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis A obtenção das coordenadas de um ponto é feita a partir de um outro que serve de referência; Os elementos topográficos devem estar sempre ‘amarrados’ a uma rede de referência. Para um melhor entendimento do levantamento topográfico deve-se recorrer a NBR 13.133/94. 2.2 FUNDAMENTOS E MÉTODOS 0 1 Y (N) X (E) 𝒅𝟎𝟏= distância horizontal entre os vértices 0 e 1; 𝑨𝟎𝟏 = Azimute na direção 0-1; ΔX = Projeção da distância 𝑑01 sobre o eixo X; ΔY = Projeção da distância 𝑑01 sobre o eixo Y. ΔX ΔY ∆𝒀 = 𝒅𝟎𝟏 . cos 𝑨𝟎𝟏 ∆𝑿 = 𝒅𝟎𝟏 . sen 𝑨𝟎𝟏 2.2 FUNDAMENTOS E MÉTODOS Representação de uma poligonal e suas respectivas projeções Conhecendo as coordenadas planimétricas de dois pontos é possível calcular o azimute da direção formada entre eles: 2.2 FUNDAMENTOS E MÉTODOS 0 1 2 4 3 1° QUADRANTE 2° QUADRANTE 3° QUADRANTE 4° QUADRANTE ΔX = + ΔY = + ΔX = + ΔY = - ΔX = - ΔY = - ΔX = - ΔY = + X = 90° 0 ~ 360° Y 270° 180° 0 1 Y (N) X (E) ΔX ΔY 𝑨𝟎𝟏 = arctg 𝜟𝑿 𝜟𝒀 ∆𝑿 = 𝑿𝟏 - 𝑿𝟎 ∆𝑿 = 𝒀𝟏 - 𝒀𝟎 1. Calcular o azimute da direção 1-2 conhecendo-se as coordenadas. 2.2 EXERCÍCIOS 1 2 Y (N) X (E) ΔX ΔY W S 𝑋1 = 459,234 m 𝑌1 = 233,786 m 𝑋2 = 778,546 m 𝑌2 = 451,263 m RESPOSTA → 𝑨𝟏−𝟐 = 55° 44’ 24’’ 2. Calcular o azimute da direção 2-3 sendo. 2.2 EXERCÍCIOS 2 3 Y (N) X (E) W S 𝑋2 = 459,234 m 𝑌2 = 233,786 m 𝑋3 = 498,376 m 𝑌3 = 102,876 m RESPOSTA → 𝑨𝟐−𝟑 = 16° 38’ 24’’ (1° QUADRANTE) 𝑨𝟐−𝟑 = 163° 21’ 36’’ (2° QUADRANTE) 3. Calcular o azimute da direção 3-4 sendo. 2.2 EXERCÍCIOS 3 4 Y (N) X (E) W S 𝑋3 = 459,234 m 𝑌3 = 233,786 m 𝑋4 = 285,550 m 𝑌4 = 99,459 m RESPOSTA → 𝑨𝟑−𝟒 = 52° 16’ 48’’ (1° QUADRANTE) 𝑨𝟑−𝟒 = 232° 16’ 48’’ (3° QUADRANTE) 4. Calcular o azimute da direção 4-5 sendo. 2.2 EXERCÍCIOS 4 5 Y (N) X (E) W S 𝑋4 = 459,234 m 𝑌4 = 233,786 m 𝑋5 = 301,459 m 𝑌5 = 502,591 m RESPOSTA → 𝑨𝟒−𝟓 = 30° 24’ 36’’ (1° QUADRANTE) 𝑨𝟒−𝟓 = 329° 35’ 24’’ (4° QUADRANTE) 2.3 POLIGONAIS POLIGONAÇÃO Constitui-se de uma série de alinhamento consecutivos, dos quais a extensão e a direção são medidas no campo. É o ato de estabelecer no campo os vértices de poligonais e realizar as medidas necessárias. A partir dos vértices da poligonal são levantados os pontos de detalhes necessários para a completa descrição da área. Representação da projeção da distância D em X e em Y. Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis POLIGONAIS SEGUNDO A NORMA 13.133/94 Principal → poligonal que determina os pontos de apoio topográfico de primeira ordem; Secundária → apoia-se na principal e determina os pontos de segunda ordem; Auxiliar → poligonal usada para coletar os pontos de detalhes julgados importantes. As poligonais levantadas poderão ser fechadas, enquadradas ou abertas. 2.3 POLIGONAIS Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis POLIGONAIS FECHADA 2.3 POLIGONAIS Poligonal fechada: parte e retorna ao mesmo ponto. Vantagem de verificar o erro de fechamento angular e linear. POLIGONAISENQUADRADA 2.3 POLIGONAIS Poligonal enquadrada: parte de dois pontos com coordenadas conhecidas e chega em dois pontos com coordenadas conhecidas. Permite a verificação do erro de fechamento angular e linear. Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis POLIGONAIS ABERTA 2.3 POLIGONAIS Poligonal aberta: parte de um ponto com coordenadas conhecidas e acaba em um ponto cujas coordenadas deseja-se determinar. Não é possível determinar erros de fechamento. Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis Para o levantamento de uma poligonal é necessário ter no mínimo um ponto com coordenadas conhecidas e uma orientação; Se forem utilizadas como apoio topográfico a rede geodésica é necessário que pelo menos dois pontos sejam comuns. 2.3 POLIGONAIS Um dos elementos necessários para a definição de uma poligonal são os ângulos formados por seus lados. Determina-se os ângulos externos e internos da poligonal. 2.3 POLIGONAIS Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis 2.3 POLIGONAIS Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis A soma dos ângulos EXTERNOS é dada pela fórmula: 2.3 POLIGONAIS 𝑺𝒆 = (n + 2) . 180° , onde ‘n’ é o número de lados. 𝐀 + 𝐁 + 𝐂 + 𝐃 = 𝟒 + 𝟐 . 𝟏𝟖𝟎° EXEMPLO → A soma dos ângulos INTERNOS é dada pela fórmula: 2.3 POLIGONAIS 𝑺𝒊 = (n - 2) . 180° , onde ‘n’ é o número de lados. a + 𝐛 + 𝐜 + 𝐝 = 𝟒 − 𝟐 . 𝟏𝟖𝟎° EXEMPLO → ERRO ANGULAR DE FECHAMENTO DA POLIGONAL Num polígono qualquer, a diferença entre a somatória das deflexões num sentido e no outro deve ser igual a 360°; Concluída a poligonal, soma-se as deflexões à direita e à esquerda, subtraindo uma somatória da outra. 2.3 POLIGONAIS É a diferença entre o valor medido no campo e os valores teóricos obtidos pelas fórmulas geométricas “Si” para os ângulos internos e “Se” para os ângulos externos. A diferença entre o valor encontrado e 360° é, portanto, o erro angular cometido. Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis ERRO ANGULAR DE FECHAMENTO DA POLIGONAL 2.3 POLIGONAIS 𝜺𝒂 = p . 𝒎 Onde ‘P’ é o perímetro e m’ é o número de ângulos medidos na poligonal. Deflexão → é o ângulo formado pelo prolongamento do alinhamento anterior do caminhamento e o novo alinhamento. Esses ângulos podem ter sentido à direita ou a esquerda, conforme a direção do novo alinhamento. Varia entre 0° e 180°. AZIMUTES E RUMOS DOS LADOS DA POLIGONAL - AZIMUTES 2.3 POLIGONAIS 𝑨𝒛 𝟐−𝟑 = 𝑨𝒛 𝟏−𝟐 + â lido – 180° 𝑨𝒛 𝟑−𝟒 = 𝑨𝒛 𝟐−𝟑 – (180° – â) 𝑨𝒛 𝟑−𝟒 = 𝑨𝒛 𝟐−𝟑 + â – 180° 𝐝𝐃 → 𝐬𝐨𝐦𝐚 − 𝐬𝐞 𝐚𝐨 𝐀𝐳 𝐚𝐧𝐭𝐞𝐫𝐢𝐨𝐫 𝐝𝐄 → 𝐬𝐮𝐛𝐭𝐫𝐚𝐢 − 𝐬𝐞 𝐝𝐨 𝐀𝐳 𝐚𝐧𝐭𝐞𝐫𝐢𝐨𝐫 â 𝐥𝐢𝐝𝐨 − 𝟏𝟖𝟎° → deflexão à direita 180° − â lido → deflexão à esquerda 𝑨𝒛 𝟐−𝟑 = 𝑨𝒛 𝟏−𝟐 + dD 𝑨𝒛 𝟑−𝟒 = 𝑨𝒛 𝟐−𝟑 + dE 𝐀𝐳 𝐬𝐞𝐠𝐮𝐢𝐧𝐭𝐞 → 𝐀𝐳𝐢𝐦𝐮𝐭𝐞 𝐚𝐧𝐭𝐞𝐫𝐢𝐨𝐫 + â𝐧𝐠𝐮𝐥𝐨 𝐡𝐨𝐫𝐢𝐳𝐨𝐧𝐭𝐚𝐥 𝐬𝐞𝐧𝐭𝐢𝐝𝐨 𝐡𝐨𝐫á𝐫𝐢𝐨 𝐧𝐨 𝐯é𝐫𝐭𝐢𝐜𝐞 𝐬𝐞𝐠𝐮𝐢𝐧𝐭𝐞 − 𝟏𝟖𝟎° 2.3 POLIGONAIS 𝐀𝐳𝐢 , 𝐢+𝟏 = 𝐀𝐳𝐢−𝟏 , 𝐢 + ∝𝐢 - 180° i variando de 0 a (n-1), onde n é o número de estações/pontos/vértices da poligonal; Se i+1 > n, então i = 0; Se i-1 < n, então i = n. AZIMUTES E RUMOS DOS LADOS DA POLIGONAL - RUMOS 2.3 POLIGONAIS QUADRANTE NE Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis AZIMUTES E RUMOS DOS LADOS DA POLIGONAL - RUMOS 2.3 POLIGONAIS QUADRANTE SO AZIMUTES E RUMOS DOS LADOS DA POLIGONAL - RUMOS 2.3 POLIGONAIS QUADRANTE NO AZIMUTES E RUMOS DOS LADOS DA POLIGONAL - RUMOS 2.3 POLIGONAIS QUANDO RESUMO PARA O CÁLCULO DO RUMO Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis AZIMUTES E RUMOS DOS LADOS DA POLIGONAL - RUMOS 2.3 POLIGONAIS OBSERVAÇÕES No quadrante NE, 𝑹𝟐−𝟑 = 𝑹𝟏−𝟐 − 𝒅𝑬 , se dE > 𝑹𝟏−𝟐 o resultado é negativo; Portanto, 𝑹𝟐−𝟑 será o módulo do valor encontrado e estará no quadrante NO. AZIMUTES E RUMOS DOS LADOS DA POLIGONAL - RUMOS 2.3 POLIGONAIS OBSERVAÇÕES No quadrante SE, 𝑹𝟐−𝟑 = 𝑹𝟏−𝟐 − 𝒅𝑫 , se dD > 𝑹𝟏−𝟐 o resultado é negativo; 𝑹𝟐−𝟑 estará no quadrante SO. AZIMUTES E RUMOS DOS LADOS DA POLIGONAL - RUMOS 2.3 POLIGONAIS OBSERVAÇÕES No quadrante SO, 𝑹𝟐−𝟑 = 𝑹𝟏−𝟐 + 𝒅𝑫; 𝑹𝟏−𝟐 + dD > 90°. Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis EXERCÍCIOS 1. De posse dos ângulos horizontais lidos da poligonal abaixo, calcule os azimutes verdadeiros, deflexões e rumos. 2.3 POLIGONAIS EXERCÍCIOS 2. Dados os ângulos horizontais abaixo, obtidos visando-se a ré com 0°00’ e sentido horário, calcule as deflexões. a. 105º30’15’’ b. 320º22’05’’ c. 248º11’00’’ d. 45º36’40’’ e. 276º00’50’’ f. 51º46’30’’ g. 192º57’10’’ h. 322º26’25’’ i. 81º41’20’’ j. 77º38’00’’ k.66º10’00’’ l. 246º05’30’’ 2.3 POLIGONAIS Resp. → EXERCÍCIOS 3. Calcular o rumo ou azimute do alinhamento 2-3 conhecendo-se o rumo ou azimute do alinhamento 1-2 e a deflexão de 2 para 3. a. R12=57º32’SO d23=142º30’D b. R12=29º07’NE d23=75º28’E c. R12=43º13’NO d23=179º04’D d. R12=08º21’SE d23=49º27’E e. R12=54º37’SO d23=102º51’D f. Az12=19º06’ d23=91º14’D g. Az12=321º24’ d23=164º30’E h. Az12=251º40’ d23=143º50’D i. Az12=49º16’ d23=101º48’E j. Az12=152º08’ d23=63º18’D 2.3 POLIGONAIS Resp. → EXERCÍCIOS 4. Calcular os azimutes do polígono 0-1-2-3-4-5-6-0, conhecendo-se o azimute inicial e os ângulos horizontais. Caso exista erro angular de fechamento, qual o seu valor. 2.3 POLIGONAIS Resp. → EXERCÍCIOS 5. Com os dados de campo fornecidos pela caderneta abaixo, calcular as deflexões e os rumos ou azimutes do polígono 0-1-2-3-4-5-6-0, sabendo-se que o vértice anterior (ré) foi visado 0°00’00’’. 2.3 POLIGONAIS EXERCÍCIOS 5. (CONTINUAÇÃO) 2.3 POLIGONAIS Resp. → CÁLCULO DAS COORDENADAS PRINCIPAIS Após todos os ângulos terem sidos corrigidos e os azimutes calculados é possível iniciar o cálculo das coordenadas parciais dos pontos. VERIFICAÇÃO DO ERRO DE FECHAMENTO LINEAR A partir do ponto de partida, calculam-se as coordenadas dos demais pontos até retornar ao ponto de partida; A diferença entre as coordenadas fornecidas e calculadas resultará no chamado erro planimétrico ou linear; 2.3 POLIGONAIS 𝑿𝒊 = 𝑿𝒊−𝟏 + 𝒅𝒊−𝟏 ,𝒊 . sen (𝑨𝒛𝒊−𝟏 ,𝒊) 𝒀𝒊 = 𝑿𝒊−𝟏 + 𝒅𝒊−𝟏 ,𝒊 . cos (𝑨𝒛𝒊−𝟏 ,𝒊) VERIFICAÇÃO DO ERRO DE FECHAMENTO LINEAR O erro planimétrico pode ser decomposto em uma componente na direção “x” e outra na direção “y”. 2.3 POLIGONAIS VERIFICAÇÃO DO ERRO DE FECHAMENTO LINEAR A seguir é apresentado um resumo da sequência de cálculo e ajuste de uma poligonal fechada. Determinação das coordenadas do ponto de partida; Determinação da orientação da poligonal; Cálculo do erro de fechamento angular; Distribuição do erro de fechamento angular; Cálculo dos azimutes; Cálculo das coordenadas parciais (x, y); Cálculo do erro de fechamento linear; Cálculo das coordenadas definitivas (xc, yc). 2.3 POLIGONAIS EXERCÍCIO 1. Dada a caderneta decampo abaixo, utilizada para levantamento de uma poligonal, determinar as coordenadas dos pontos que formam a mesma. São dados. 2.3 POLIGONAIS EXERCÍCIO 2. Dada a caderneta de campo abaixo, complete as informações que estão faltando, tais quais: azimutes, projeções, correções da projeção e coordenadas finais. 2.3 POLIGONAIS PE PV Âng. Int. Medido Âng. Corrigido Azimute Distância Projeções Correções Coordenadas Finais ∆X ∆Y Cx Cy X Y -- 1 1000 1000 1 2 112°00‘15'' 211°58'50'' 147,058 2 3 75°24‘35'' 110,404 3 4 202°05‘05'' 72,372 4 5 56°50‘10'' 186,583 5 1 93°40‘20'' 105,451 GRÁFICO A área a ser avaliada é dividida em figuras geométricas e a área final será determinada pelo somatório de todas as áreas das figuras. 2.4 CÁLCULO DE ÁREA Cálculo de área: é uma atividade comum dentro da topografia. Os processos de cálculo podem ser definidos como: analíticos, gráficos, computacionais e mecânicos. COMPUTACIONAL Forma bastante prática para o cálculo das áreas; Baseado no emprego de algum programa gráfico do tipo CAD, no qual são desenhados os pontos que definem as áreas levantadas, e o cálculo é feito por métodos analíticos pelo programa. 2.4 CÁLCULO DE ÁREA MECÂNICO Utiliza-se um equipamento chamado de planímetro. 2.4 CÁLCULO DE ÁREA Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis ANALÍTICO A área é avaliada utilizando fórmulas matemáticas que permitem, a partir de coordenadas dos pontos que definem a feição, realizar os cálculos desejados; O cálculo da área de poligonais, pode ser realizado a partir da fórmula de Gauss. 2.4 CÁLCULO DE ÁREA ANALÍTICO Exemplo de cálculo da área de um trapézio qualquer. 2.4 CÁLCULO DE ÁREA ANALÍTICO A área do trapézio será: 2.4 CÁLCULO DE ÁREA Desta forma a área 1 será calculada por: Da mesma forma a área 2 será calculada : A área da poligonal será dada por: Desenvolvendo tem-se: ANALÍTICO 2.4 CÁLCULO DE ÁREA Rescrevendo a equação, eliminando-se o sinal negativo obtém-se: Genericamente a equação pode ser escrita: Ou, EXERCÍCIO 1. Dadas as coordenadas dos pontos de uma poligonal, calcular a área da mesma. 2.4 CÁLCULO DE ÁREA Profª MSc. Ana Carolina da Cruz Reis