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Métodos de Levantamento e Nivelamento Topográfico Topografia Diretor Executivo DAVID LIRA STEPHEN BARROS Gerente Editorial CRISTIANE SILVEIRA CESAR DE OLIVEIRA Projeto Gráfico TIAGO DA ROCHA Autoria LAIS MACEDO DANTAS ALEXSANDRO DE ALMEIDA PEREIRA AUTORIA Lais Macedo Dantas Sou formada em Arquitetura e Urbanismo, com uma pós-graduação em Design de Interiores, e trabalho atualmente como autônoma na área de arquitetura e escrevendo aulas. Sou apaixonada pelo que faço e adoro transmitir minha experiência de vida àqueles que estão iniciando em suas profissões. Por isso, fui convidada pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores independentes. Estou muito feliz em poder ajudar você nesta fase de muito estudo e trabalho. Conte comigo! Alexsandro de Almeida Pereira Sou arquiteto e urbanista graduado pela Universidade Federal de Juiz de Fora (2007) e mestre pelo Programa de Pós Graduação em Arquitetura e Urbanismo (PPGAU) da Universidade Federal Fluminense (UFF) com enfoque na área de Habitação de Interesse Social. Sou membro do corpo docente do grupo ITEC, em que leciono para o curso de Arquitetura e Urbanismo da faculdade TECSOMA diversas disciplinas ligadas a projeto arquitetônico. Fui, ainda, membro do NDE e coordenador substituto do curso de Arquitetura e Urbanismo por seis meses e lecionei para o curso de Engenharia Civil das faculdades Atenas e FINOM de Paracatu — MG durante o período de dois anos e meio. Sou responsável pelo escritório Moinho, atuando nas mais diversas áreas de Projeto Arquitetônico, e ex- presidente do Instituto dos Arquitetos do Brasil (IAB), núcleo de Juiz de Fora – MG, na gestão 2014-2016. Participei como Delegado da revisão do Plano Diretor da Cidade de Juiz de Fora (2015) e fui Conselheiro do Conselho Municipal de Meio Ambiente (CONDEMA) de Juiz de Fora, participando da elaboração do Plano Municipal de Saneamento Ambiental de Juiz de Fora (2013). Por isso, fui convidado pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores independentes. Estou muito feliz em poder ajudar você nesta fase de muito estudo e trabalho. Conte comigo! ICONOGRÁFICOS Olá. Esses ícones irão aparecer em sua trilha de aprendizagem toda vez que: OBJETIVO: para o início do desenvolvimento de uma nova compe- tência; DEFINIÇÃO: houver necessidade de se apresentar um novo conceito; NOTA: quando forem necessários obser- vações ou comple- mentações para o seu conhecimento; IMPORTANTE: as observações escritas tiveram que ser priorizadas para você; EXPLICANDO MELHOR: algo precisa ser melhor explicado ou detalhado; VOCÊ SABIA? curiosidades e indagações lúdicas sobre o tema em estudo, se forem necessárias; SAIBA MAIS: textos, referências bibliográficas e links para aprofundamen- to do seu conheci- mento; REFLITA: se houver a neces- sidade de chamar a atenção sobre algo a ser refletido ou dis- cutido sobre; ACESSE: se for preciso aces- sar um ou mais sites para fazer download, assistir vídeos, ler textos, ouvir podcast; RESUMINDO: quando for preciso se fazer um resumo acumulativo das últi- mas abordagens; ATIVIDADES: quando alguma atividade de au- toaprendizagem for aplicada; TESTANDO: quando o desen- volvimento de uma competência for concluído e questões forem explicadas; SUMÁRIO Levantamento Planimétrico .................................................................. 10 Conceito .................................................................................................................................................10 Tipos de Levantamentos Planimétricos ........................................................................ 13 Poligonação ou Caminhamento ........................................................................ 15 Irradiação ............................................................................................................................16 Interseção ..........................................................................................................................18 Ordenadas ......................................................................................................................... 19 Coordenadas .................................................................................................................. 20 Método de Levantamento de Pontos .............................................................................. 21 Levantamento Altimétrico e PlanialtiMétrico .................................22 Conceito de Levantamento Altimétrico ..........................................................................22 Métodos de Nivelamento Topográficos .....................................................25 Conceito de Levantamento Planialtimétrico ...............................................................26 Nivelamento Geométrico ........................................................................34 Conceito ................................................................................................................................................34 Métodos Utilizados no Nivelamento Geométrico .................................................. 38 Nivelamento Trigonométrico ................................................................. 47 Conceito ................................................................................................................................................47 Métodos do Nivelamento Trigonométrico .................................................................... 51 Aplicações do Nivelamento Trigonométrico ..............................................................55 7 UNIDADE 02 Topografia 8 INTRODUÇÃO Você sabia que a área da topografia é uma das mais áreas mais importantes da Arquitetura e Engenharia e que é responsável por construir cada vez mais construções? Isso mesmo, pois, sem o conhecimento dos métodos de levantamento e nivelamento topográfico, não é possível medir o terreno e, assim, a construção não dará certo. Para uma boa obra ser realizada, o topógrafo profissional sabe aplicar os métodos da planimetria no levantamento topográfico, distinguir a diferença entre o método de levantamento altimétrico do planialtimétrico, como também aplicar o método de nivelamento geométrico e utilizar o nivelamento trigonométrico. Entendeu? Ao longo desta unidade letiva você vai mergulhar nesse universo! Topografia 9 OBJETIVOS Olá. Seja muito bem-vindo à Unidade 2. Nosso objetivo é auxiliar você no desenvolvimento das seguintes competências profissionais até o término desta etapa de estudos: 1. Aplicar o método de planimetria ao levantamento topográfico. 2. Distinguir os métodos de levantamento altimétrico e planialtimétrico, entendendo seus princípios e suas técnicas de aplicação. 3. Aplicar o processo de nivelamento geométrico no levantamento topográfico. 4. Utilizar o nivelamento trigonométrico como alternativa a esse processo. Topografia 10 Levantamento Planimétrico OBJETIVO: Ao término deste capítulo, você será capaz de entender como funciona o levantamento planimétrico. Isso será fundamental para o exercício de sua profissão. Os profissionais que tentaram construir uma obra sem a devida instrução para um levantamento tiveram problemas ao construir. Motivado para desenvolver essa competência? Então vamos lá. Avante!. Conceito O levantamento planimétrico auxilia na obtenção de ângulos, distâncias, localização geográfica, entre outros elementos para a representar graficamente uma área de um terreno e determina os pontos de apoio nos quais são levantados outros pontos para essa representação. A primeira parte pode ser chamada de estabelecimento do apoio topográfico, e a outra parte, de levantamento de detalhes. A definição dos pontos de apoio, segundo a norma ABNT, NBR 13133(1994), é: pontos, convenientemente distribuídos, que amarram ao terreno o levantamento topográficoe, por isso, devem ser materializados por estacas, piquetes, marcos de concreto, pinos de metal, tinta, dependendo da sua importância e permanência. (ABNT, 1994, p. 4) Podemos citar alguns exemplos de materialização de pontos. Topografia 11 Figura 1 – Ponto na calçada Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 122). Outro exemplo seria um marco de concreto. Figura 2 – Marco de concreto Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 122). Topografia 12 Vamos citar as etapas para se fazer um levantamento: • O topógrafo vai em campo (área a ser construída) e faz o reconhecimento do terreno. • Define os pontos da poligonal, utilizando instrumentos topográficos, como piquetes, estacas testemunhas. • Realiza um desenho do local e, com isso, define qual é o tipo de levantamento topográfico planimétrico que irá realizar. De acordo com a NBR 13133 (1994), o levantamento de detalhes conceituase como um: conjunto de operações topográficas clássicas (poligonais, irradiações, interseções ou por ordenadas sobre uma linha base), destinado à determinação das posições planimétricas e/ou altimétricas dos pontos, que vão permitir a representação do terreno a ser levantado topograficamente a partir do apoio topográfico. Estas operações podem conduzir simultaneamente, à obtenção da planimetria e da altimetria, ou então, separadamente, se as condições especiais do terreno ou exigências do levantamento obrigarem à separação. (ABNT, 1994, p.3) A partir desses pontos, são determinadas as coordenadas, momento em que é feita uma monografia do ponto, que apresenta todos os dados sobre ele, como data do levantamento, foto do ponto, entre outros. Topografia 13 Tipos de Levantamentos Planimétricos A definição pela NBR 13133 (1994) sobre levantamento topográfico planimétrico conceitua-o como: Levantamento dos limites e confrontações de uma propriedade, pela determinação do seu perímetro, incluindo, quando houver, o alinhamento da via ou logradouro com o qual faça frente, bem como a sua orientação e a sua amarração a pontos materializados no terreno de uma rede de referência cadastral, ou, no caso de sua inexistência, a pontos notáveis e estáveis nas suas imediações. Quando este levantamento se destinar à identificação dominial do imóvel, são necessários outros elementos complementares, tais como: perícia técnico- judicial, memorial descritivo, etc. (ABNT, 1994, p.3) As poligonais que são feitas em campo podem se classificar em abertas, fechadas e enquadradas. • Abertas: iniciam de um ponto, onde já se conhece as suas coordenadas, e terminam em um ponto. Com isso, não é possível erros no fechamento. Figura 3 – Poligonal aberta Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 134). • Fechadas: iniciam de um ponto e voltam para esse ponto, fazendo o fechamento da poligonal. Nesse tipo de poligonal, é possível verificar o erro. Topografia 14 Figura 4 – Poligonal fechada Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 133). • Enquadrada: inicia com dois pontos de coordenadas conhecidas e termina com outros dois pontos. Nesse caso, também é possível verificar o erro. Figura 5 – Poligonal enquadrada Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 133). O levantamento topográfico planimétrico classifica-se em: poligonação ou caminhamento, irradiação, interseção, ordenadas e coordenadas. Vamos exemplificar cada um a seguir. Topografia 15 Poligonação ou Caminhamento Para determinar os vértices da poligonal de um terreno, é feita a medição dos ângulos e das distâncias, fazendo o caminho de um ponto a outro, partindo do 0, em seguida pro ponto 1, e assim por diante. A leitura do azimute é a primeira coisa a se fazer no primeiro ponto, para, assim, poder fazer a dos pontos seguintes. O sentido do caminhamento deve ser medido em sentidohorário, para medição dos ângulos internos dos vértices, sempre visando o ponto anterior com ajuda de um instrumento topográfico, o teodolito, que zera o ângulo horizontal. O caminhamento do sentido antihorário é quando se visa o ponto posterior e, ao mesmo tempo, se faz a leitura do seu ângulo onde o teodolito se encontra. Figura 6 – Sentido do caminhamento Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 60). Colocando-se o teodolito no ponto 0, é possível realizar dois processos do equipamento, que são a centragem e a calagem. De acordo com Junior, Neto e Andrade (2014): Centragem - Coloca-se o teodolito juntamente com o tripé sobre o ponto topográfico. Através do prumo ótico, a laser ou fio de prumo centra-se o equipamento no ponto topográfico. Calagem - Através das pernas do tripé, cala-se o equipamento com o nível circular (calagem mais grosseira). Após esse procedimento, cala-se refinadamente o Topografia 16 equipamento com auxílio do nível tubular, através dos parafusos calantes. (JUNIOR; NETO; ANDRADE, 2014, p. 61) Após a realização desses dois procedimentos, com a ajuda de uma bussola e da baliza, o profissional responsável, vai determinar a direção do norte magnético, para poder, assim, medir o azimute 0-1. Junior, Neto e Andrade (2014) explicam como acontece essa medição: Para a medição do ângulo interno a partir do ponto 0 (zero), o topógrafo faz uma visada de ré pedindo a um auxiliar para que segure uma baliza, de forma verticalizada, sobre o ponto topográfico 3, zerando o ângulo horizontal do instrumento e medindo o ângulo até a baliza de vante localizada no ponto 1. Para a medição das distâncias 3-0 e 0-1, o topógrafo poderá utilizar-se de uma trena comum, trena eletrônica ou mira-falante para medir através da taqueometria. (JUNIOR; NETO; ANDRADE, 2014, p. 60) Após fazer a medição do vértice 0, ele pode caminhar até o próximo ponto, ponto 1. A partir disso, ele faz a medição dos pontos 0-1, e 1-2, utilizandose da ré 0 e vante em 2, e assim por diante, fechando toda a poligonal. Para não haver erros, o topógrafo pode medir duas vezes em vértices diferentes, conferindo as medições. EXEMPLO: Quando um terreno maior possui vários vértices, por mais que se tenha o reconhecimento do terreno, os vértices da vante são definidos de acordo com a realização do caminhamento. Por causa disso, não se tem certeza de onde será localizado o último vértice, fazendo com que seja necessário instalar duas vezes o teodolito no primeiro vértice, sendo uma no início e outra no final da poligonal do terreno. Irradiação Para áreas relativamente planas ou áreas pequenas, a irradiação é utilizada. Seu início é a partir do ponto 0, onde se faz o levantamento das posições de qualquer objeto, medindo seu ângulo e sua distância partindo de um ponto referencial. Topografia 17 Figura 7 – Irradiação Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 65). IMPORTANTE: Em alguns casos, para representar e detalhar melhor um terreno, é necessário que se faça o uso dos dois métodos: o caminhamento, para o desenho da poligonal, mas, para detalhar alguns objetos, utiliza-se também o método da irradiação. Figura 8 – Exemplo dos dois métodos juntos Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 66). Topografia 18 Para fazer a representação dos ângulos e das medidas, é necessário fazer a tabela. Figura 9 – Tabela Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 66). Interseção A interseção pode ser chamada também de coordenadas bipolares e é um método utilizado somente para pequenas áreas, quando existe algum vértice que seja inacessível, como em terrenos com bastante aclive ou declive. Para a utilização desse método, é necessário que, entre os pontos A e B, haja uma distância de no mínimo de 50 m, com um instrumento em cada ponto desse. Assim, são calculados os ângulos internos alpha e beta e é determinada a localização do ponto C, calculando a distância entre esses dois pontos, pela Lei do Seno. Figura 10 – Interseção Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 68). Topografia 19 Pela Lei dos Senos, conseguimos a seguintefórmula das distâncias A-C e B-C Figura 11 – Fórmula Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 68). Ordenadas De acordo com Junior, Neto e Andrade (2014): É um método usado para o levantamento de alinhamentos curvos e também como auxiliar ao método do caminhamento ou poligonação. Consiste em se traçar um alinhamento auxiliar e a partir deste são levantadas tantas ordenadas quantas forem necessárias para a representação do alinhamento de interesse. (JUNIOR; NETO; ANDRADE, 2014, p. 67) Esse alinhamento auxiliar é traçado a partir do ponto da distância x e da distância y com linhas perpendiculares no mesmo alinhamento. Figura 12 – Ordenadas Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 67). Topografia 20 Coordenadas Para esse método, cria-se um plano cartesiano, com dois pontos de apoio, coloca-se em um desses pontos um instrumento, como o teodolito, e denomina-se como estação ocupada; no outro, coloca-se a baliza, fazendo a amarração. Figura 13 – Coordenadas Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 69). Topografia 21 Método de Levantamento de Pontos Um dos métodos de levantamento de pontos que o topógrafo utiliza é a caderneta de campo, em que ele registra todos os seus dados sobre os pontos levantados, como azimute do alinhamento, altura do teodolito, número da estação, ponto a ser visado, descrição sobre o ponto, ângulo horizontal, ângulo vertical, leitura do fio médio, superior e inferior, distância horizontal e identificação do ponto que será medido. RESUMINDO: E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido sobre o conceito de levantamento planimétrico, no qual sua poligonal pode ser aberta, fechada ou enquadrada, de acordo com método para realizar o levantamento. Os métodos podem ser poligonação ou caminhamento, irradiação, interseção, ordenadas e coordenadas e, para realizar esse levantamento, é de fundamental importância contar com a ajuda de um teodolito. Por fim, você também aprendeu o método de levantamento de pontos, em que o topógrafo utiliza a caderneta de campo para registrar todos os seus dados sobre os pontos levantados. Topografia 22 Levantamento Altimétrico e PlanialtiMétrico OBJETIVO: Ao término deste capítulo, você será capaz de entender como funciona o levantamento altimétrico e planialtimétrico. Isso será fundamental para o exercício de sua profissão. Os profissionais que tentaram construir uma obra sem a devida instrução para um levantamento tiveram problemas no processo. Motivado para desenvolver essa competência? Então vamos lá. Avante! Conceito de Levantamento Altimétrico O conceito é definido pela NBR 13133 (1994) como um: levantamento que objetiva, exclusivamente, a determinação das alturas relativas a uma superfície de referência dos pontos de apoio e/ou dos pontos de detalhe, pressupondo-se o conhecimento de suas posições planimétricas, visando a representação altimétrica da superfície levantada. (ABNT, 1994, p.3) O levantamento altimétrico classifica-se em três métodos para determinar os desníveis dos terrenos: • Nivelamento taqueométrico: o qual a NBR 13133 (1994) define como: nivelamento trigonométrico em que as distâncias são obtidas taqueometricamente e a altura do sinal visado é obtida pela visada do fio médio do retículo da luneta do teodolito sobre uma mira colocada verticalmente no ponto cuja diferença de nível em relação à estação do teodolito é objeto de determinação. (ABNT, 1994, p.3) • Nivelamento geométrico. • Nivelamento trigonométrico. Topografia 23 A NBR 13133 (1994) afirma que existem quatro classes de nivelamento de linhas ou circuitos e seções: a) Classe IN - Nivelamento geométrico para implantação de referências de nível (RN) de apoio altimétrico; b) Classe IIN - Nivelamento geométrico para determinação de altitudes ou cotas em pontos de segurança (PS) e vértices de poligonais para levantamentos topográficos destinados a projetos básicos, executivos, como executado, e obras de engenharia; c) Classe IIIN - Nivelamento trigonométrico para determinação de altitudes ou cotas em poligonais de levantamento, levantamento de perfis para estudos preliminares e/ou de viabilidade em projetos; d) Classe IVN - Nivelamento taqueométrico destinado a levantamento de perfis para estudos expeditos. (ABNT,1994, p.15) O levantamento altimétrico estuda as distâncias verticais, como as diferenças de cotas, de nível e altitudes, que formam relevos nos terrenos a serem medidos. O resultado final no levantamento altimétrico é realizado em uma planta ou carta tridimensional, enquanto, no levantamento planimétrico, é bidimensional. Veja a seguir como é feita a representação para definição do ponto P1, no plano de coordenadas cartesianas (x,y e z), no plano bidimensional e o no plano tridimensional. Figura 14 – Representação Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 94). Topografia 24 Independentemente do método a ser utilizado para determinar altura e medidas dos pontos, a escolha dos pontos deve ser de fundamental importância para o melhor resultado da sua representação. Figura 15 – Representação Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 195). Nesse próximo caso, há uma representação no mesmo terreno, mas com mais escolhas dos pontos com ajuda da baliza, para melhor representação do terreno. Figura 16 – Representação Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 195). Topografia 25 Métodos de Nivelamento Topográficos Eles podem ser de quatro tipos: barométrico, por satélites, trigonométrico e geométrico. • Barométrico: segundo Junior, Neto e Andrade (2014): As medições de altitude são obtidas através do barômetro, que pode ser do tipo coluna de mercúrio ou do tipo aneroide. Seu princípio baseia-se no peso do ar aplicando uma determinada pressão no instrumento. Assim, a pressão pode ser calculada, multiplicando-se a altura da coluna de mercúrio pela densidade do mercúrio e pela aceleração da gravidade. Então, quanto mais alto o terreno, resulta uma menor pressão e, consequentemente maior altitude. Quanto mais baixo o terreno, resulta uma maior pressão e, consequentemente menor altitude. (JUNIOR; NETO; ANDRADE, 2014, p. 94) Portanto, a altitude baseia-se na diferença de pressão, logo é inversamente proporcional à pressão atmosférica. Alguns equipamentos são utilizados, como: o altímetro analógico e altímetro digital. O analógico é constituído por uma capsula metálica a vácuo e, a depender da pressão atmosférica, pode causar deformação. Com auxílio de um ponteiro, ele faz a leitura da altitude em metros ou pés. Já o digital funciona de forma semelhante ao analógico, porém seu visor é LCD. • Por satélite: esse método é realizado por meio dos Sistemas Globais de Navegação por satélite (GNSS). De acordo com Junior, Neto e Andrade (2014), são tecnologias que permitem a localização espacial do receptor em qualquer parte da superfície terrestre, através da recepção de sinais de rádio enviados por satélites. Através do GNSS é possível a obtenção de valores de altitude para um determinado local. Esse sistema permite, em tempo real ou pós-processado, o posicionamento da antena receptora, necessitando de no mínimo quatro satélites. (JUNIOR; NETO; ANDRADE, 2014, p. 104) Topografia 26 Conceito de Levantamento Planialtimétrico É a junção do levantamento altímetro e planimétrico. A NBR 13133 (1994, p. 3) conceitua levantamento planialtimétrico como “acrescido da determinação altimétrica do relevo do terreno e da drenagem natural.” E, em seguida, conceitua levantamento topográfico planialtimétrico cadastral como: acrescido dos elementos planimétricos inerentes ao levantamento planimétrico cadastral, que devem ser discriminados e relacionados nos editais de licitação, propostase instrumentos legais entre as partes interessadas na sua execução. (ABNT, 1994, p. 15) Figura 17 – Representação da planialtimetria Fonte: Veiga, Zanetti, Faggion (2012, p. 3). A planialtimetria conceitua o terreno levando em conta suas dimensões e suas coordenadas altimétricas e planimétricas e estuda distâncias verticais e horizontais, ângulos verticais e horizontais, localização geográfica e posição (orientação). Com a planta planialtimétrica, será possível definir a melhor locação e o traçado de várias construções, como: • Estradas. Topografia 27 Figura 18 – Estradas Fonte: Pixabay • Extração de areia. Figura 19 – Extração de terra Fonte: Pixabay Topografia 28 • Construções civis. • Loteamentos. • Linhas de transmissão. Figura 20 – Linhas de transmissão Fonte: Pixabay • Dutos. • Terraplanagem. • Barragens. Figura 21 – Barragens Fonte: Pixabay Topografia 29 • Usinas. Figura 22 – Usinas Fonte: Pixabay • Peritagem. • Planejamento urbano, entre outros. Os levantamentos planialtimétricos são importantes tanto para arquitetos e engenheiros como para profissionais de ciências agrárias, pois podem auxiliar em várias aplicações no setor da agropecuária, ajudando a explorar mais o terreno, e nas tomadas de decisão. Isso é possível, por exemplo, no plantio em curvas de nível com grandes declives (evitando- se erosões) e na implantação de sistema de irrigação e drenagem. Figura 23 – Curvas de níveis em terrenos Fonte: Pixabay Topografia 30 Esse método é utilizado quando é necessário um detalhamento melhor de um terreno. Ele é muito utilizado também em processos de georreferenciamento para obter tanto o perímetro como as curvas de nível de um terreno. O levantamento topográfico pelo método planialtimétrico foi se modernizando de acordo com a evolução da tecnologia. Antigamente, era necessário contar com a ajuda de um teodolito. O topógrafo fazia todas as anotações sobre distâncias e ângulos com o auxílio da mira-falante e, com isso, fazia todos os cálculos. Figura 24 – Teodolito Fonte: Pixabay Com o passar do tempo, surgiram as estações totais, cuja produção é mais avançada e consegue obter em torno de 1.000 a 1.500 coordenadas. Topografia 31 Figura 25 – Estação total Fonte: Pixabay Após isso, surgiram também os receptores GNSS. Com eles, é possível obter milhares de coordenadas, facilitando e agilizando o processo do levantamento topográfico. Figura 26 – GNSS Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 26). A partir disso, vieram os drones, dando mais detalhamento dos terrenos. Topografia 32 Figura 27 – Drone Fonte: Pixabay A acuracidade necessária para o levantamento topográfico planialtimétrico depende de cada aplicação. Dependendo da acurácia desejada e sabendo de sua aplicação específica, escolhe-se o equipamento que será utilizado, com as dimensões do terreno que será medido. EXEMPLO: Dependendo do tamanho do terreno, se ele for pequeno, não é necessário fazer as medições com um receptor GNSS. Assim, o topógrafo escolherá um equipamento mais simples, como a estação total. O resultado final da planimetria são plantas topográficas contendo curvas de níveis. Topografia 33 Figura 28 – Representação curva de nível Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 96). RESUMINDO: E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido os conceitos do levantamento altimétrico e planialtimétrico. Nesse sentido, você deve ter visto que levantamento altimétrico possui três métodos para determinar os desníveis do terreno, que são: o nivelamento taqueométrico, geométrico e trigonométrico. Além disso, viu os métodos de nivelamento, que são barométricos, por satélites, trigonométricos e geométricos. Aprendeu, também, os conceitos do levantamento planialtimétrico, utilizando drones, GNSS, estação total, teodolitos. Topografia 34 Nivelamento Geométrico OBJETIVO: Ao término deste capítulo, você será capaz de entender como funciona o nivelamento geométrico. Isso será fundamental para o exercício de sua profissão. As pessoas que tentaram utilizar o nivelamento geométrico sem a devida instrução tiveram problemas no levantamento de dados. E então? Motivado para desenvolver essa competência? Vamos lá. Avante!. Conceito A NBR 13133 (1994) define o conceito de nivelamento geométrico como Nivelamento que realiza a medida da diferença de nível entre pontos do terreno por intermédio de leituras correspondentes a visadas horizontais, obtidas com um nível, em miras colocadas verticalmente nos referidos pontos. (ABNT, 1994, p. 3) Portanto, o nivelamento geométrico pode ser utilizado para fins topográficos e geodésicos. Em caso de maior detalhamento com mais precisão, o nivelamento geodésico é realizado juntamente com o instrumento. Seus instrumentos podem ser: níveis e miras. Para permitir essa precisão nos dados, é necessária a utilização de níveis, cujas principais partes são: • Luneta. • Nível de bolha. • Sistema de compensação. • Dispositivos de calagem. Os níveis podem ser classificados em digital e óptico. O óptico pode ser mecânico ou automático, sendo que o mecânico conta com a ajuda de níveis de bolha bipartida, enquanto o automático utiliza um sistema Topografia 35 compensador, no qual a linha de visada é nivelada automaticamente. No caso do digital, faz-se a leitura na mira automaticamente com código de barras. Os eixos do nível são dados por três eixos, definidos, de acordo com Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 196), como “ZZ’= eixo principal ou de rotação do nível OO’= eixo óptico/ linha de visada/ eixo de colimação HH’= eixo do nível tubular ou tangente central”. É possível identificá-los por meio da figura a seguir. Figura 29 – Eixos Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 197). IMPORTANTE: Para que não ocorra erros na medição, é necessário que os eixos sejam alinhados assim como demonstrado na Figura 29: eixo ZZ’ na vertical, HH’ ortogonal ao eixo ZZ’ e na horizontal, e o eixo OO’ tem que estar paralelo ao eixo HH’. Em relação às miras, existem vários modelos, que podem ser de madeiras e alumínio e, ainda, retráteis. Topografia 36 Figura 30 – Modelos de mira Fonte: Veiga, Zanett e Faggion (2012, p. 198). De acordo com Veiga, Zanetti e Faggion (2012), Durante a leitura em uma mira convencional devem ser lidos quatro algarismos, que corresponderão aos valores do metro, decímetro, centímetro e milímetro, sendo que este último é obtido por uma estimativa e os demais por leitura direta dos valores indicados na mira. (VEIGA; ZANETTI; FAGGION, 2012, p. 198) Ainda de acordo com eles, é preciso conhecer elementos importantes para o nivelamento geométrico, como visada, lance, seção, linha de nivelamento, circuito de nivelamento e rede de nivelamento: Visada: leitura efetuada sobre a mira; Lance: é a medida direta do desnível entre duas miras verticais; Seção: é a medida do desnível entre duas referências de nível e é obtida pela soma algébrica dos desníveis dos lances; Linha de nivelamento: é o conjunto das seções compreendidas; entres duas RN chamadas principais; Circuito de nivelamento: é a poligonal fechada constituída de várias linhas justapostas; Rede de nivelamento: é a malha formada por vários circuitos justapostos. (VEIGA; ZANETTI; FAGGION, 2012, p. 204) Topografia 37 O lance pode ser visto na figura a seguir: Figura 31 – Lance Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 203). Em relação à seção, podemos ver sua aplicação na figura a seguir: Figura 32 – Seção Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 204). Topografia 38 Métodos Utilizados no Nivelamento Geométrico São classificados em quatro métodos: • Visadas iguais. • Visadas extremas. • Visadas recíprocas. • Visadasequidistantes. As visadas iguais são um dos métodos que dá mais precisão e são muito utilizadas na área da Engenharia. Nesse método, posicionam-se duas miras na mesma distância do nível, para poder determinar o desnível do terreno, fazendo, assim, as leituras. Com isso, encontra-se o desnível, que é a diferença da ré e a da vante. Figura 33 – Representação Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 198). Não necessariamente o nível deve estar alinhado com as miras. Existem, por exemplo, dois casos (demonstrados a seguir) em que isso não ocorre, sendo que, no segundo, por mais que não esteja no mesmo alinhamento, a distância é igual. Topografia 39 Figura 34 – Exemplo dos dois casos Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 202). No caso de duas alturas diferentes, a leitura também será diferente, entretanto o desnível será o mesmo. Figura 35 – Exemplo Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 202). Esse é um dos métodos em que ocorre o mínimo de erros possíveis da curvatura terrestre, colimação do nível e refração atmosférica. Topografia 40 Figura 36 – Erros Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 203). A figura a seguir refere-se à rede, ao circuito e linha de nivelamento. Figura 37 – Representação Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 205). O nivelamento pode ser classificado em simples e composto. O simples acontece quando há um único lance. Topografia 41 Figura 38 – Nivelamento simples Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 206). E o nivelamento composto é obtido a partir de vários lances. Figura 39 – Nivelamento composto Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 206). Em relação a visadas extremas, de acordo com Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 206), “determina-se o desnível entre a posição do nível e da mira através do conhecimento da altura do nível e da leitura efetuada sobre a mira”. Topografia 42 Figura 40 – Visada extrema Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 219). Um dos benefícios desse método é o rendimento que se apresenta. Colocando o nível numa posição, é possível fazer a leitura dos pontos para as cotas que se deseja determinar. Para evitar erros, de acordo com Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 220), “costuma-se realizar uma visada de ré inicial sobre um ponto de cota conhecida, e desta forma determinar a altura do instrumento já no referencial altimétrico a ser utilizado”. Figura 41 – Exemplo Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 220). Topografia 43 Esse método é utilizado, por exemplo, em um edifício, para determinar as cotas em relação à referência de nível. Com isso, o nível é instalado em qualquer ponto, fazendo a leitura da visada de ré à referência de nível, para saber a altura do instrumento. Figura 42 – Exemplo Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 221). Em relação às visadas recíprocas, Veiga, Zanetti, Faggion (2012, p. 229) dissertam que: Consiste em fazer a medida duas vezes para cada lance, sendo que diferentemente dos outros casos, o nível deverá estar estacionado sobre os pontos que definem o lance. Também são eliminados os erros de refração, colimação e esfericidade, porém não se elimina o erro provocado pela medição da altura do instrumento. (VEIGA; ZANETTI; FAGGION, 2012, p. 229) Topografia 44 Figura 43 – Visada recíproca Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 230). E, por último, temos o método da visada equidistantes. Segundo Veiga, Zanetti, Faggion (2012, p. 227): Neste método de nivelamento geométrico efetuam-se duas medidas para cada lance, o que permite eliminar os erros de colimação, curvatura e refração. A principal desvantagem deste método é a morosidade do mesmo. (VEIGA; ZANETTI; FAGGION, 2012, p. 227) Topografia 45 Figura 44 – Visada equidistantes Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 228). Esse método é utilizado, principalmente, na travessia de obstáculos, como rios, estradas e rodovias. Para que funcione, o nível tem que estar localizado em duas posições, sendo as duas distâncias sempre iguais. Figura 45 – Exemplo Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 229). Topografia 46 RESUMINDO: E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido o conceito do nivelamento geométrico e entendido que o nivelamento pode ser utilizado para fins topográficos e geodésicos. Além disso, você viu seus elementos principais, como: visada, lance, seção, linha de nivelamento, circuito de nivelamento e rede de nivelamento. E, por fim, aprendeu os métodos mais utilizados no nivelamento geométrico: visadas iguais, visadas extremas, visadas recíprocas e visadas equidistantes, compreendendo, assim, como utilizar cada um no nivelamento geométrico. Topografia 47 Nivelamento Trigonométrico OBJETIVO: Ao término deste capítulo, você será capaz de entender como funciona o nivelamento trigonométrico. Isso será fundamental para o exercício de sua profissão. As pessoas que tentaram utilizar o nivelamento trigonométrico sem a devida instrução tiveram problemas no levantamento de dados. E então? Motivado para desenvolver essa competência? Vamos lá. Avante!. Conceito De acordo com a NBR 13133 (2014), o conceito de nivelamento trigonométrico é definido como Nivelamento que realiza a medição da diferença de nível entre pontos do terreno, indiretamente, a partir da determinação do ângulo vertical da direção que os une e da distância entre estes, fundamentando-se na relação trigonométrica entre o ângulo e a distância medidos, levando em consideração a altura do centro do limbo vertical do teodolito ao terreno e a altura sobre o terreno do sinal visado. (ABNT, 1994, p. 4) Quando dois pontos têm sua distância horizontal diferente de zero, utilizasse uma fórmula específica. Figura 46 – Representação Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 107). Topografia 48 Isso também ocorre quando os pontos têm sua distância horizontal igual a zero. Figura 47 – Representação Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 107). Não é possível medir a distância horizontal, na medição de ângulos verticais, sem a ajuda de um equipamento, seja um teodolito ou clinômetro. Figura 48 – Teodolito Fonte: Pixabay Topografia 49 A estação total é outro equipamento que também pode ser utilizado no nivelamento trigonométrico. Figura 49 – Estação total Fonte: Pixabay Para a realização da medição, coloca-se o equipamento no ponto A e a mira no ponto B, conforme na foto. Figura 50 – Representação Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 108). Topografia 50 Com isso, para calcular a distância, quando ela é diferente de zero, usa-se estas fórmulas: Figura 51 – Fórmula Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 108). Para calcular altura de construções, postes, árvores, entre outros, usa-se o nivelamento trigonométrico, no caso, quando a distância for igual a zero. Figura 52 – Representação Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 109). Com o equipamento instalado na frente da edificação, por exemplo a uma determinada distância, instala-se a mira falante na edificação, Topografia 51 calculando, assim, a distância horizontal do equipamento à edificação. De acordo com Junior, Neto e Andrade (2014): Gira-se o instrumento até a ponta ou aresta final do objeto e descobre-se o ângulo alfa do plano topográfico até o objeto (o teodolito dá o ângulo zenital; deve-se calcular o alfa. (JUNIOR; NETO; ANDRADE, 2014, p. 109) Com isso, obtemos estas fórmulas: Figura 53 – Fórmulas Fonte: Junior, Neto e Andrade (2014, p. 109). Métodos do Nivelamento Trigonométrico O nivelamento trigonométrico pode ser dividido em dois métodos: lances curtos e lances longos. O método dos lances curtos é utilizado quando as visadas vão até 150 metros, sendo escolhido o método de levantamento por caminhamento, devidoao fato de ser mais simples e ágil. Figura 54 – Representação Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 231). Topografia 52 Com isso, é feito o cálculo das fórmulas: Figura 55 – Fórmula Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 231). Portanto, fazendo as substituições: Figura 56 – Fórmula Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 232). Topografia 53 Nos quais cada elemento tem seu significado. Figura 57 – Elementos Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 232). Em relação ao método de nivelamento para lances longos, de acordo com Veiga, Zanetti e Faggion (2012): Este método está vinculado com a determinação dos desníveis entre os vértices da triangulação de segunda ordem. Nestes casos deve-se levar em consideração a influência da curvatura da Terra e refração atmosférica. (VEIGA; ZANETTI; FAGGION, 2012, p. 232) Com isso, é utilizada a relação trigonométrica com os ângulos e as distâncias medidas. Portanto, chega-se à fórmula, como demonstrado na figura 58. Figura 58 – Fórmula Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 233). Topografia 54 Sendo que cada elemento tem seu significado: Figura 59 – Elementos Fonte: Veiga, Zanetti e Faggion (2012, p. 233). O topógrafo responsável vai ao terreno, coleta todas as medidas em campo, como as distâncias inclinadas e horizontais, com ângulos, como verticais, zenitais e nadirais, como também a altura do instrumento e do refletor. O método do nivelamento trigonométrico é menos preciso que o nivelamento geométrico, sendo seu erro tolerável menor ou igual a 1 dm a cada 1 quilometro. Ele é o mais utilizado, pois tem maior velocidade de trabalho. No caso do nivelamento trigonométrico, utilizam-se cadernetas que possuem estação, altura do instrumento utilizado, ponto visado, ângulos, sendo zenital e azimutal e leitura dos fios, sendo baixo, médio e cima. Topografia 55 Aplicações do Nivelamento Trigonométrico As aplicações do nivelamento trigonométrico podem ser em diversas áreas, como: • Em áreas com grandes desníveis. Figura 60 – Desnível Fonte: Pixabay • Levantamento em áreas grandes. Figura 61 – Áreas grandes Fonte: Freepik Topografia 56 • Medição de alturas de morros. Figura 62 – Morros Fonte: Pixabay • Medição de alturas de prédios. Figura 63 – Prédios Fonte: Pixabay Topografia 57 • Medição de altura de torres. Figura 64 – Torres Fonte: Pixabay • Estudo de vales. Figura 65 – Vales Fonte: Pixabay Topografia 58 RESUMINDO: E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido o conceito de nivelamento trigonométrico e visto que não é possível medir a distância horizontal – para a medição de ângulos verticais – sem a ajuda de um equipamento, seja um teodolito, clinômetro ou a estação total. Aprendeu, ainda, que, para calcular altura de construções, postes, árvores, entre outros, utiliza-se o nivelamento trigonométrico quando a distância for igual a zero. Além disso, você viu a utilização dos métodos de nivelamento trigonométrico, representada pelos lances longos e os curtos, que utilizam o método de levantamento por caminhamento, devido ao fato de ser mais simples e ágil, e, por fim, compreendeu também as aplicações do nivelamento trigonométrico em diversas áreas. Topografia 59 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13133: Execução de levantamento topográfico. Rio de Janeiro, p. 35, 1994. CASACA, J.M.; MATOS, J.L.; DIAS, J.B. Topografia Geral 4ª Edição; São Paulo: Grupo Gen - LTC, 2007. GONÇALVES, J.A.; MADEIRA, S. Topografia - Conceitos e Aplicações. 3. ed. Lisboa: LIDEL Edições Técnicas Ltda, 2012. JUNIOR, J. M; NETO, F. C; ANDRADE, J. da S. Topografia Geral. Recife: EDUFRPE, 2014. Disponível em: https://repository.ufrpe.br/ bitstream/123456789/2418/1/livro_topografiaGeral.pdf. Acesso em: 1 jul 2021. VEIGA, L. A.; ZANETTI, M. A.; FAGGION, P. L. Fundamentos de topografia. Curitiba: UFPR, 2012. Disponível em: http://www.cartografica. ufpr.br/docs/topo2/apos_topo.pdf. Acesso em: 1 jul 2021. Topografia https://repository.ufrpe.br/bitstream/123456789/2418/1/livro_topografiaGeral.pdf https://repository.ufrpe.br/bitstream/123456789/2418/1/livro_topografiaGeral.pdf http://www.cartografica.ufpr.br/docs/topo2/apos_topo.pdf http://www.cartografica.ufpr.br/docs/topo2/apos_topo.pdf
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