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2016 TOPOGRAFIA E GEODÉSIA II MATERIAL DE APOIO ÀS AULAS Elaboração: Prof. Sebastião Jarbas Pinheiro e Prof. Paulo F. Bueno Versão: V02.13.02.16 1 Sumário 1.0 –ALTIMETRIA 1.1- DFINIÇÃO 5 1.2- FINALIDADE 5 1.3- ALTIMETRIA E COTA 6 1.4-REFERÊNCIA DE NÍVEL 6 1.5-PROCESSOS DE NIVELAMENTO 7 1.6-AVALIAÇÃO DO ERRO DE NIVELAMENTO 8 1.7-PRECISÃO NOS NIVELAMENTOS E TOLERÂNCIAS 9 2.0- PLANIALTIMETRIA 9 2.1- DEFINIÇÃO 9 2.2-CARACTERÍSTICAS 10 2.3-MÉTODOS DE LEVANTAMENTO PLANIALTIMÉTRICO 10 2.3.1-NIVELAMENTO TRIGONOMÉTRICO OU INDIRETO 10 2.3.2-NIVELAMENTO GEOMÉTRICO 14 2.3.2.1-NIVELAMENTO GEOMÉTRICO SIMPLES 15 2.3.2.2-NIVELAMENTO GEOMÉTRICO COMPOSTO 15 2.3.3 – FORMAS DE COLETA DE DADOS 16 3.0- PROCESSO DAS CURVAS DE NÍVEL 3.1-DEFINIÇÃO 18 3.2- CARACTERÍSTICAS DAS CURVAS DE NÍVEL 19 4.0-INTERPOLAÇÃO DAS CURVAS DE NÍVEL 20 4.1- PROCESSO ANALÍTICO 20 5.0-TRAÇADO DAS CURVAS DE NÍVEL 21 5.1-FORMATO COM PONTOS NOTÁVEIS DO TERRENO - LEVANTAMENTO POR IRRADIAÇÕES 21 5.2-DEMARCAÇÃO NO CAMPO 22 6.0-PERFIL 23 6.1- DEFINIÇÃO 23 6.2-PROCEDIMENTOS PARA TRAÇAR UM PERFIL 24 6.3-REPRESENTAÇÃO GRÁFICA 24 6.3.1-A PARTIR DE ELEMENTOS DO ESTAQUEAMENTO 24 6.3.2-A PARTIR DE INTERSECÇÃO DE UM PLANTO VERTICAL COM ELEMENTOS DA PLANTA 25 6.4-GREIDE 25 6.4.1-DEFINIÇÃO E CARACTERÍSTICAS 25 6.4.2-RAMPA 26 2 6.4.3-DECLIVIDADE OU INCLINAÇÃO 26 7.0- TERRAPLENAGEM 32 7.1-DEFINIÇÃO 32 7.2-PLATAFORMAS (PLATÔS) 32 7.3-CÁLCULO DE VOLUMES 33 8.0- LOCAÇÃO DE OBRAS 39 LISTA DE EXERCÍCIOS 46 9.0-SENSORIAMENTO REMOTO 56 9.1- PRINCÍPIOS DO SENSORIAMENTO REMOTO 56 9.2-SISTEMAS DE SENSORES 56 9.3-FOTOGRAFIAS ANALÍTICAS E DIGITAIS 56 9.4-ESTEREOSCOPIA 56 9.5-OPERAÇÕES SOBRE IMAGENS 56 9.6-CONFECÇÕES DE MAPAS 56 10- ELEMENTOS DE GEODÉSIA 57 10.1-MODELOS DA TERRA 57 10.1.1-MODELO ESFÉRICO 57 10.1.2-MODELO ELIPSOIDAL 58 10.1.3 -MODELO GEOIDAL 59 10.1.4- MODELO PLANO 60 10.2- DATUM ALTIMÉTRICO OU VERTICAL 60 10.3 -ALTITUDE ORTOMÉTRICA (GEOIDAL) 60 10.4-ALTITUDE GEOMÉTRICA (ELIPSÓIDAL) 61 10.5- CONVERSÃO DE ALTITUDES 62 10.5.1-MODELO DE ONDULAÇÃO GEOIDAL 62 10.6- SISTEMA GEODÉSICO BRASILEIRO(SGB) 64 10.6.1-REDE ALTIMÉTRICA 64 3 MEDIDA INDIRETA DE DISTÂNCIA - ESTADIMETRIA - Distância Horizontal (DH) 3,692 3,642 7,334 Exemplo 1 7,334 4 TIPOS DE ÂNGULOS VERTICAIS Exemplo 2 5 Fórmulas para o cálculo de DH DH = G.100.cos2 ou DH = G.100.sen²z Onde: DH = Distância horizontal G = Fs – Fi (em metros) 100 = constante estadimétrica = ângulo vertical z = ângulo zenital Aplicações 1- Calcular a distância horizontal (DH) entre dois pontos, medida com auxílio de um teodolito e mira. Dados: a) Leituras de mira b) Angulo vertical : () = 4º28’ FS = 1600 mm Cálculos FM = 1200 mm DH = 100.G. cos ² FI = 800 mm G= 1,600 – 0,800 = 0,80 DH = 100 x 0.80 x 0.9939 = 79,51 m 1.0 – ALTIMETRIA 1.1 – DEFINIÇÃO É a parte da Topografia que determina as cotas ou distâncias verticais de um certo número de pontos referidos ao plano horizontal de projeção. 1.2 - FINALIDADE A altimetria tem por fim a medida da distância vertical ou diferença de nível entre diversos pontos do terreno. DN (-) 6 1.3 - ALTITUDE E COTA • Altitude – Quando as distâncias verticais são referidas à superfície média dos mares. • Cota – Quando as distâncias verticais são referidas a um plano de referência arbitrário (fictício), situado acima ou abaixo das superfícies dos mares. 1.4 - REFERÊNCIA DE NÍVEL (RN) São pontos fixos no terreno que correspondem a cotas ou altitudes de um nivelamento. Podem ser : artificiais : concreto. 7 • natural : soleira de porta de edifício, pedra natural, etc. 1.5 - PROCESSOS DE NIVELAMENTO • Nivelamento barométrico Realizado com barômetros Utiliza-se pressões atmosféricas entre pontos para determinar diferença de nível - método sem precisão para serviços topográficos - Instrumentos: barômetros de mercúrio e barômetros aneróides. Analógico Digital • Nivelamento trigonométrico 8 • Nivelamento Trigonométrico/Estadimétrico/Taqueométrico Realizado com teodolito NIVELAMENTO GEOMÉTRICO Realizado com níveis ópticos 1.6 - AVALIAÇÃO DO ERRO DE NIVELAMENTO - Erros instrumentais: aparelhos desretificados, mira com folga, etc. -Erros do operador: imprecisão nas leituras, anotações, etc. -Erros devido às condições climáticas e atmosféricas: calor, frio, pressão atmosférica, etc. 9 1.7 - PRECISÃO NOS NIVELAMENTOS E TOLERÂNCIAS - Resultado do processamento: Obtido com os dados de campo. - Tolerâncias: Preconizadas pela Norma NBR 13.133. IVN Taqueométrico IN Geométrico 2.0 – PLANIALTIMETRIA 2.1 – Definição Planialtimetria representa as informações planimétricas e altimétricas em uma única planta, carta ou mapa. 2.2- Características 10 A planimetria permite representar os acidentes geográficos (naturais ou artificiais) do terreno em função de suas coordenadas planas (x, y). A altimetria, por sua vez, fornece um elemento a mais, que é a coordenada (z) de pontos isolados do terreno (pontos cotados) ou de planos horizontais de interseção com o terreno (curvas de nível). 2.3- Métodos de levantamento Planialtimétrico 2.3.1 - Nivelamento trigonométrico ou indireto -Baseia-se na resolução de um triângulo, do qual se conhece um dos catetos (distância D), e se procura o outro cateto medindo para tal o ângulo formado entre a horizontal e o ponto visado na mira (fio médio). Método menos exato que o geométrico Pequeno erro na medida do ângulo dá um erro sensível na diferença de nível. Deseja-se obter a distância horizontal (DH), a diferença de nível (DN) e a altitude (HB). Z hi fmA B DH DH .tg DN DATUM (NMM) HA HB linha de v isada mira Exemplo: Seja a fig. abaixo, onde: DH= Distância horizontal = ângulo vertical DN= Diferença de Nível z= ângulo zenital hi= Altura do Instrumento HA= Altitude de A fm=Fio médio HB=Altitude de B 11 FÓRMULAS Distância horizontal (DH) DH = G.100.cos2 ou DH= G.100.sen²z Onde : G = Fs – Fi (em metros) Diferença de nível (DN ) DN = hi + DH. tg - Fm Entrar com o sinal (+/-) Cota de um ponto (Hn) Onde: Hn-1 = cota do ponto anterior (cota do ponto da estação do teodolito) Exemplo 1 Nivelamento de um eixo longitudinal Calcular as cotas dos pontos A,B,C,D e E , nivelados pelo processo trigonométrico. r Hn = Hn-1 +/- DN Dado: Caderneta de campo/planilha 12 Exemplo 2 Exemplo 2 Levantamento planialtimétrico de uma área (poligonal fechada) A - Cálculo das distâncias reduzidas (DH) Croqui ii 13 B - Cálculo do erro altimétrico O erro é calculado somando as diferenças de nível (+) e as diferenças de nível (-), separadamente, obtendo-se: DN (+) e DN (-). O erro na cota (Ec) será: Ec = DN (+) - DN (-) AJUSTAMENTO Ajustamento (Ajc) letra C na planilha. O ajustamento das cotas é feito levando-se em consideração o erro de cota por metro percorrido e que é dado por: Emc = Ec /D Portanto, o valor a ser ajustado em uma cota será o produto do erro por metro percorrido pela distância percorrida, desde o vértice anterior (estação) até o ponto em questão (ponto visado). Ajc = Emc. D Cálculo da Cota A cota de cada ponto visado é obtida considerando-se, para o vértice inicial, um valor arbitrário (de cota) suficientemente grande para que todos os resultados a serem obtidos sejam positivos e, a seguir, faz-se sucessivamente a soma algébrica (acumulada) entre os valores da cota do vértice anterior e o valor da diferença de nível compensada. C - CÁLCULO DAS COTAS DOS VÉRTICES DA POLIGONAL FECHADA 14 D- Cálculo das cotas das irradiações 2.3.2- NIVELAMENTO GEOMÉTRICO • É aquele que opera por meio de visadas horizontais obtidas com auxílio de instrumentos ópticos de precisão chamados níveis. a) Erro altimétrico (Ec) ΣDN(+) = ΣDN(-) = Ec = Ec = b) Cálculo da tolerância da cota (Tc) Tc = 0,30m√ c) Erro por metro Emc = Ec/D Emc = Emc = 15 NÍVEIS ÓPTICOS (Níveis de Engenharia) 2.3.2.1- Nivelamento Geométrico Simples É aquele realizado com apenas uma estação do nível. 2.3.2.2 - NIVELAMENTO GEOMÉTRICO COMPOSTO É aquele realizado com mais de uma estação do nível. Conferência do Nivelamento Geométrico 16 2.3.3 - FORMAS DE COLETA DE DADOS: POR EIXO LONGITUDINAL POR SEÇÕES TRANSVERSAIS POR POLIGONAÇÃO COM IRRADIAÇÕES POR QUADRICULAÇÃO Sentido contrário ao nivelamento .a .b .c .d .e .f .h .i .g 17 o CLASSIFICAÇÃO QUANTO À PRECISÃO Nivelamento de alta precisão ou de 1ª ordem ou Geodésico – quando o erro provável acidental não atinge 2 mm por km; Nivelamento geométrico de precisão ou de 2ª ordem – quando o erro provável por km não atinge 6 mm; Nivelamento geométrico topográfico ou de 3ª ordem – quando o erro provável não atinge 3 cm (30 mm) por km o APLICAÇÃO: Transporte de RN Determinação do relevo de terrenos Marcação direta de curvas de nível para construção de terraços Obras de construção (engenharia) em geral Controle de recalque em obras de engenharia o DEFINIÇÕES: Visada ré (Vr) – É a leitura de mira feita em um ponto de cota conhecida. Visada vante (Vv) – É a leitura de mira feita em um ponto de cota desconhecida ou a calcular. Visada vante de mudança (Vvm) – É a última leitura de mira vante de uma estação. Altura do Instrumento (Ai) – É a distância vertical que vai do plano de referência até a linha de visada na mira (FM). Cálculos: Ai = C + Vr C = Ai – Vv A verificação do nivelamento de uma poligonal aberta é feita através do contranivelamento, ou seja, nivelamento em sentido contrário. 18 Exemplo de cálculo de um Nivelamento Geométrico (Poligonal aberta) o PROCESSOS DE REPRESENTAÇÃO DO RELEVO A representação do relevo é feita principalmente pelos seguintes processos: Das curvas de nível Dos planos cotados 3.0 - PROCESSO DAS CURVAS DE NÍVEL 3.1- Definição Consiste em seccionar o terreno por um conjunto de planos horizontais equidistantes, que interceptam a superfície do local, determinando linhas fechadas que recebem o nome de “curvas de nível”. PONT OS NIVE LADO S (PN) VISADAS Altura do instrumento (Ai) Cota ( c ) m Obs Ré (Vr) Vante (Vv) R N- 0 3,120 -------- 700,000 Estaqueame nto de 20 em 20 m. RN-0: Localizado no entroncame nto das ruas ........ próximo .................... .................... ....... 0 2,320 1 1,430 2 1,840 + 1 1 2,020 3 2,140 4 2,210 + 7 1,190 2,200 5 1,340 + 2 2,840 19 3.2 - CARACTERÍSTICAS DAS CURVAS DE NÍVEL a) duas curvas de nível jamais se cruzam, porque disto resultaria um único ponto com duas elevações diferentes; b) quando as curvas de nível estão muito afastadas umas das outras significa que o terreno é levemente inclinado, e quando muito próximas, um terreno fortemente inclinado; c) curvas de nível igualmente espaçadas indicam terreno de inclinação invariável; d) uma curva de nível não pode desaparecer repentinamente; e) o maior declive do terreno ocorre no local onde aparecer a menor distância entre duas curvas de nível; f) formam linhas fechadas em torno das elevações e depressões, dentro ou fora dos limites do desenho; g) ausência de curvas de nível nota-se quando há terreno plano; h) as curvas de nível não atravessam perpendicularmente um curso d’água. Elas acompanham o leito em sentido inverso ao das águas, e o atravessam descrevendo um V; sua culminância coincide com o talvegue, retornando depois pela margem oposta. 20 • PROCESSO DOS PLANOS COTADOS 4.0 – INTERPOLAÇÃO DAS CURVAS DE NÍVEL 4.1 – PROCESSO ANALÍTICO Representa-seem planta as curvas de nível que tenham cota inteira, a uma equidistância vertical de acordo com a declividade do terreno e escala do desenho. A posição dos pontos de cota inteira é obtida por interpolação linear entre os pontos levantados no terreno. EXEMPLO Interpolar para obter a curva inteira 46 21 5- TRAÇADO DAS CURVAS DE NÍVEL 5.1 – Formato com pontos notáveis do terreno levantados por irradiações Como os pontos a serem interpolados estarão dispostos de maneira desordenada é importante saber quais as interpolações que devem ser feitas e quais não devem ser feitas. Seguir as três regras: 1- Somente interpolar entre pontos imediatamente próximos 2- Não cruzar direções de interpolação 3- Não passar uma direção de interpolação muito perto de pontos de cota conhecida. Na figura acima, as linhas contínuas representam as interpolações corretas. A linha tracejada 13 - 15 desrespeita a 2ª regra. A linha tracejada 1 - 17 desrespeita a 3ª regra, porque passa muito perto do ponto 12. Uma eventual interpolação entre os pontos 2 e 15 desrespeitaria a 1ª regra, pois desconheceria a existência do ponto 14 de cota conhecida. Quando ocorrem os desrespeitos a estas regras, as curvas de nível resultarão deslocadas, deformadas e, certas vezes, até com indeterminações. No exemplo abaixo uma inadequada interpolação entre A e D faria supor que o terreno fosse uniformemente inclinado entre estes 2 pontos, quando na realidade apresenta menor aclive ente A e a reta BC e um maior aclive entre BC e D. 22 Na figura acima, caso fossem feitas apenas as interpolações corretas AB,BC,CD e BD, as curvas de nível seriam as linhas contínuas. Acrescentada a interpolação incorreta AD passariam a ser as tracejadas que, como se vê, foram repuxadas para o lado de A, inclusive obrigando a curva 13 a atravessar a reta BC, onde não pode haver pontos com esta cota. 5.2 - Demarcação no campo São locadas diretamente no campo para fins de construção de terraços, que tem as seguintes finalidades: Diminuir a velocidade da enxurrada; Diminuir o volume de água da enxurrada; Diminuir as perdas de solo, sementes, adubos, nutrientes, herbicidas, inseticidas e fungicidas; Aumentar a umidade do solo, uma vez que há maior infiltração de água. Se o terraço for em nível, este deverá reter todo o volume de água escorrida para posterior infiltração. Quando em desnível, deverá dar vazão ao escorrimento superficial de forma disciplinada, sem causar erosão em seu interior. 6- PERFIL 6.1 – Definição É a representação gráfica do relevo, num plano vertical, segundo uma direção pré-estabelecida. Perfil Longitudinal Perfil Transversal P V 23 o APLICAÇÕES Implantação de edifícios – verificação de volumes de cortes e aterros Implantação de redes de água e esgoto – definição de cotas para escavação Implantação de redes elétricas – definição de extensão de cabeamento Implantação de estradas – definição de cortes e aterros Estudos geológicos – realização de cortes geológicos que permite visualizar a disposição e a relação entre as diferentes litologias que se encontram em profundidade. 6.2 – PROCEDIMENTOS PARA TRAÇAR UM PERFIL Sobre o eixo horizontal (abscissas) marcam-se as distâncias horizontais na ordem em que foram levantados (estaqueamento). Sobre o eixo vertical (ordenadas) marcam-se as cotas inteiras, iniciando pela menor e indo até a maior cota. Para marcar os pontos do terreno, segue no eixo horizontal até o primeiro ponto do estaqueamento, subindo daí no eixo vertical até a cota desejada, marcando assim o ponto do terreno, e assim sucessivamente. O perfil geralmente é desenhado em duas escalas, sendo a vertical 1/10 da horizontal, a fim de realçar mais o relevo. Ex. : Escalas: H= 1/2000 e V= 1/200 24 6.3 – Representação gráfica 6.3.1 – A partir de elementos do estaqueamento 6.3.2 – A partir de intersecção de um plano vertical com elementos da planta 25 6.4 – GREIDE 6.4.1 – Definição e Característica É a linha projetada sobre o perfil, dotada de uma certa declividade ou não, que determina quanto do terreno deve ser cortado ou aterrado. Uma característica do greide é a Cota Vermelha, a qual é a distância vertical entre um ponto qualquer do greide e um ponto correspondente no terreno. A cota vermelha pode ser positiva (aterro) ou negativa (corte). Cota A’ = Cotaant + ((i/100).DH)) Cota vermelha (aterro) = Cota A’ – Cota A Cota vermelha (corte) = Cota B’ – Cota B Ponto de Passagem: Quando o ponto do greide coincide com o ponto do terreno, não havendo assim corte ou aterro, ponto C. AA' = Cota Vermelha POSITIVA (+) ATERRO BB' = Cota Vermelha NEGATIVA (-) CORTE 26 6.4.2 – RAMPA 6.4.3 – Declividade ou inclinação A declividade de um terreno entre dois pontos A e B é medida pela inclinação da reta que os une com o plano horizontal. Pode ser expressa em porcentagem, em milésimos ou em graus. Declive ou inclinação em porcentagem – O meio mais comum de exprimir a valor do declive de uma encosta é em porcentagem. O declive em porcentagem é igual a: D = DN . 100 DH Onde: D = Declive ou inclinação em porcentagem (%) DN =Diferença de nível entre dois pontos DH =Distância horizontal entre dois pontos Na planta a distância horizontal é medida diretamente, e a altura vertical é a diferença de nível entre os pontos. Um declive ascendente é positivo (+) e um descendente é negativo (-). Exemplo 1 • Na fig. a linha XY representa uma encosta. Se a distância horizontal entre X e Y é de 100 metros e a diferença de nível é de 10 metros, o declive da encosta XY é igual a: 27 D = . 100 = 10% Exemplo 2 • Na fig. abaixo, trata-se de achar o declive entre A e B. Mede-se primeiramente a distância horizontal (DH) 220 m. Determina-se a altura (Dn) subtraindo a cota de A da cota de B. A altura é de: 559 m – 530 m = + 29 m. O declive é: D = 29 . 100 D = 13% 220 Declive = Diferença de Nível x 100 Dist. horizontal (DH) Distância horizontal (DH) 100 m 1 0 m D if er en ça d e N ív el ( D N ) 100 10 y 28 o DIFERENÇA DE NÍVEL ENTRE PONTOS DO TERRENO 1 – Dada pela diferença entre as cotas ou altitudes dos pontos. 2- Dada pela diferença de leituras nas miras. o DETERMINAÇÃO NA PLANTA DA COTA DE UM PONTO Seja determinar na fig. a cota do ponto P. Ele se acha compreendido entre as curvas de nível 40 e 50. Traçando-se a normal MN às duas curvas passando por P verificamos ser as distâncias horizontais MP’ e MN’ iguais a 40 e 145 metros, respectivamente. Como a equidistância entre as curvas é de 10 metros, temos que a diferença de nível (PP’) é de: Evidentemente, o valor de H será positivo se a cotade C (HC) for maior que a cota de B (HB) e negativo em caso contrário. DN = LA - LB L A L B mPP PP 76,2 145 40.10 ' 40 ' 145 10 Logo, a cota do ponto P será: Cota de M + 2,76 m = 40 + 2,76 m = 42,76 m. 29 Cálculos da Inclinação (Declividade), da cota do Greide e da Cota Vermelha Exemplo Dados: PIV-1= 707,556 e PIV-2= 715,254 30 DN FÓRMULAS: 1- Inclinação (i%) I = 100 2- Cota do Greide (CG) CG(n) = CG(n-1) + (i/100 . DH) 3- CV = Cota do greide – Cota do terreno Exercício 1- Dado o perfil longitudinal na pag. seguinte, pede-se: a)-Calcular as declividades dos greides b)-Calcular as cotas dos greides c)-Calcular as cotas vermelhas 31 32 7.0 – TERRAPLENAGEM 7.1- Definição De forma genérica pode-se definir terraplenagem ou movimento de terras como o conjunto de operações necessárias à remoção do excesso de terra para locais onde esta esteja em falta, tendo em vista um determinado projeto a ser implantado. Aplicação A construção de uma estrada de rodagem, ferrovia ou aeroporto, a edificação de uma fábrica ou usina hidrelétrica, ou mesmo de um conjunto residencial exigem a execução de serviços de terraplenagem prévios, regularizando o terreno natural, em obediência ao projeto que se deseja implantar. Pode-se afirmar, portanto, que todas as obras de Engenharia Civil de grande porte ou pequeno porte exigem trabalhos prévios de movimentação de terras. 7.2 - PLATAFORMAS (platôs) As plataformas são obras projetadas e executadas com a finalidade de tornar plana a superfície irregular de um terreno; elas tanto podem ser horizontais como inclinadas. Com relação ao tipo de movimento de terra utilizado, podem ser classificadas em: Plataformas em aterro Plataformas em corte Plataformas em corte e aterro 7.3- CÁLCULO DE VOLUMES 33 7.3- CÁLCULO DE VOLUMES 7.3.1-Volume pela fórmula do Prismóide Se o volume estiver compreendido entre duas superfícies horizontais delimitadas por curvas de nível, será estimado pela fórmula do Prismóide. Considere a fig. abaixo. Onde: A1 e A2 Áreas das figs. limitadas por curvas de nível h equidistância vertical V volume A fórmula do Prismóide é a mais adequada para calcular volumes do tipo apresentado na fig. acima. Representa o volume de uma secção cônica de altura h cujas áreas de base e topo têm valores A1 e A2, respectivamente. 7.3.2 - Volume pela fórmula da Seção Média Se o volume a determinar estiver compreendido entre superfícies verticais, como é o caso de volumes a movimentar ao longo de futuros eixos de vias rodoviárias, fig. abaixo, ele será aproximado pela fórmula da Seção Média, representada pela equação: Onde: V volume A1 e A2 áreas das figuras limitadas por perfis do terreno. h distância entre as duas superfícies verticais. ).( 3 2211 AAAA h V V = ( + ) 34 Na fig. acima as superfícies verticais são encontradas construindo perfis das seções transversais do terreno. É usual, em projetos de vias rodoviárias, efetuar cálculos de volumes por este processo a cada 20 metros de via. o CÁLCULO DO VOLUME DE CORTE Exemplo 1 35 Exemplo 2 – VOLUME DE CORTE = VOLUME DE ATERRO 36 o ETAPAS DE UM PROJETO DE TERRAPLENAGEM 1) LEVANTAMENTO PLANIALTIMÉTRICO 2) DESENHO DO PROJETO - SITUAÇÃO REMANEJADA 37 • Sempre que se executa um corte ou um aterro num determinado terreno, é necessário criar planos inclinados (de corte ou de aterro), para a contenção do terreno superior. Esses planos inclinados recebem o nome de taludes de corte (nos casos de corte) ou saias de aterro (nos casos de aterro). • As escolhas das inclinações são feitas em função da necessidade de estabilidade ou por motivos estéticos. Por outro lado, a estabilidade maior ou menor depende da natureza do solo. Por exemplo, taludes de corte em rocha podem ser até verticais. Nos casos comuns, os taludes de corte variam entre 2/3 e 1/1 e os de aterro entre 1/1 e 3/2. o FATORES DE EMPOLAMENTO DOS SOLOS Quando se escava o terreno natural, o solo que se encontrava num certo estado de compactação, proveniente do seu próprio processo de formação, experimenta uma expansão volumétrica que chega a ser considerável em certos casos. Os solos naturais apresentam expansões volumétricas diferentes, gerando diversos valores de fator de empolamento e porcentagem de empolamento. De modo geral, quanto maior as porcentagens de finos (argila e silte), maior será essa expansão. Ao contrário, os solos arenosos, com pequenas porcentagens de finos, sofrem pequeno empolamento (tabela abaixo). Tipo de solo Empolamento (%) Solos argilosos 40 Terra comum seca (solos argilo-siltosos com areia) 25 Terra comum úmida 25 Solo arenoso seco 12 38 o PROJETO DE PLATÔ Roteiro a) definir a forma e dimensões do platô; b) localizar o platô sobre as curvas de nível; c) definir o nível altimétrico (corte e/ou aterro) d) definir cota média (Vc = Va) e corrigi-la em função do “FC” (fator de conversão) por tentativas; e) definido a cota de implantação deverá ser definido os contornos do platô, que são decorrentes do projeto de arquitetura (layout, acessos externos e internos); f) definido o contorno do platô, deve-se desenhar as saias do aterro e cristas dos cortes. g) retira-se todas as curvas de nível que cruzam o platô (um plano pode ser circundado por uma curva de nível, jamais cruzado). Exemplo Projeto de platô – relevo após movimento de terra 39 o OFF-SETS É a linha que representa em planta a crista da escavação e “pé” da saia do aterro. Crista de Corte (estaca offset): Ponto limite da conformação dos taludes de corte. Pé de Aterro (estaca offset) : Ponto limite da saia dos aterros. A escavação e aterro devem ser iniciados a partir da linha de “off-set, portanto estas obras devem ser executadas respectivamente de cima para baixo e inversamente para o aterro. 8.0 - LOCAÇÃO DE OBRAS • GENERALIDADES Levantamentos para locação deobras podem ser de maior ou menor complexidade, dependendo da forma do terreno, da importância da estrutura a ser locada e da amplitude da obra. O sucesso da obra dependerá de um correto levantamento, de um projeto bem elaborado e de uma boa locação. 40 • ALGUNS TIPOS DE PROJETOS QUE NECESSITAM DE LOCAÇÃO: Construção de vias de transportes (eixos de rodovias e ferrovias, intersecção viárias, etc). Edificações (estacas, blocos e sapatas, eixo de pilares, etc). Loteamentos (quadras, lotes, glebas, sistema viário, área de proteção ambiental, etc.). Mineração (Locação de frentes de lavras e banquetas, pontos de sondagem, poços piezométricos, furos para explosivos, drenagem, etc.). Controle de terraplenagem (alturas de corte e aterro, inclinações de taludes, banquetas, sistemas de drenagem, etc.). Construções com características de desenvolvimento vertical (torres, chaminés, dutos, contrapesos, poços de elevador, etc.). Túneis e barragens (traçados, altura do nível de água, etc.). Montagem industriais (eixos, alinhamentos horizontais e verticais, paralelismos, etc.). Canalizações e redes de transmissão (traçados em geral, etc.). 41 Existem diferentes métodos de locação, os quais variam em função do tipo de obra. No projeto de locação a obra estará referenciada a pontos conhecidos e previamente definidos. A partir destes pontos, passa-se a locar no solo a projeção da obra desenhada na planta. É comum ter-se como referência, para a locação da obra, os seguintes elementos: o alinhamento da rua; um poste localizado no alinhamento do passeio; um ponto (marco) com coordenadas x,y,z deixado pelo topógrafo quando da realização do controle da terraplenagem; uma lateral do terreno quando este estiver corretamente localizado; marcos de uma triangulação com coordenadas x,y,z conhecidas; marcos de amarração dos Pi’s e RN’s deixados pela topografia quando do levantamento do trecho de uma estrada, etc. 42 1- LOCAÇÃO POR COORDENADAS POLARES Para a locação de pontos por esse processo é necessário conhecer um ponto origem, uma direção de referência, os ângulos e as distâncias em relação à linha de referência para os demais pontos. A direção de referência é obtida a partir das coordenadas de dois pontos ou de um determinado alinhamento. Ex. locação do ponto P EXERCÍCIO Calcular o ângulo () e a distância necessários para locar o ponto 1 . CADERNETA DE LOCAÇÃO ESTAÇÃO DE REFERÊNCIA COORDENADA X (m) COORDENADA Y (m) A 1868,658 660,039 ESTAÇÃO DE RÉ COORDENADA X (m) COORDENADA Y (m) B 1892,645 669,805 PONTO A LOCAR PONTO X (m) Y (m) D (m) 1 1886,750 655,739 43 2- LOCAÇÃO POR COORDENADAS RETANGULARES Exemplo Seja locar uma residência térrea composta de 29 fundações (sapatas e estacas), com base nas medidas contidas no projeto de locação, figura seguinte. CADERNETA DE LOCAÇÃO PRELIMINAR 44 45 Exemplo de um gabarito em uma obra Exemplo de uma marcação da locação dos pilares no gabarito 46 3- LOCAÇÃO POR INTERSECÇÃO Neste processo o ponto será locado a partir de outros dois pontos conhecidos. Pode-se empregar observações angulares ou lineares. Exemplo: LISTA DE EXERCÍCIOS 1- Nivelamento trigonométrico 1.1- Redução de distâncias (DH ) DH = 100 .G . sen² z ou DH = 100 . G . cos²α 47 Dados: FS = 1,600 FM = 1,200 FI = 0,800 AV = 85° 32´ 00´´ FS = 2,156 FM = 1,500 FI = 0,844 AV = 93° 54´ 30´´ 1. 2- Diferença de nível ( DN ) : DN = AI – FM + DH . tan α Dados: a) FS = 1,842 ; FM = 1,642 ; FI = 1,442 ; AV = 86° 15´ 30´´; AI = 1,52 b) FS = 1,690 ; FM = 1,500 ; FI = 1,310 ; AV = 95° 45´ 20´ ; AI = 1,38 1.3- Cota ( H ): Hn = Hn-1 +/- DN a) Calcular a Cota (H) do ponto B. Dados: Ponto A : AI = 1,42 ; HA = 10,000 Ponto B : FS = 0,809 ; FM = 0,567; FI = 0,325 ; AV = 84° 15´ b) Calcular a Cota (H) do ponto 2. Ponto 1 : AI = 1,48 ; H1 = 20,000 Ponto 2 : FS = 1,300 ; FM = 0,950 ; FI = 0,600 ; AV = 97° 02´ 2- Declividade (D%) ou inclinação (i%) (rampa) D = DN / DH . 100 48 a) calcular a declividade entre os pontos A e B, separados por uma distância de 151,80 m, sabendo que suas cotas são HA = 25,120 m e HB = 42,580 m. b) calcular a declividade entre os pontos 1 e 2, separados por uma distância de 350,50 m, sabendo que suas altitudes são H1 = 760,224 m e H2 =715,184 m. 3 - Nivelamento Geométrico a) compor a caderneta de nivelamento geométrico, calcular as cotas dos pontos e fazer a prova dos cálculos. PN RÉ Vint. Vmud. Alt.Inst. (AI) COTAS (m) RN1 49 b) com base no esquema (croqui) de um nivelamento geométrico, compor a caderneta, calcular as cotas dos pontos e fazer a prova dos cálculos. Cota do RN1 = 10,00 m A, B, C = Estações do Nível ( ....... ) = leitura de mira Pontos Nivelados: RN, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 PN Ré Vint. Vmud. Alt. Inst. (Ai) Cotas (m) RN1 50 c) compor, completar e calcular a caderneta de nivelamento geométrico e fazer a prova de cálculo. Os valores entre “aspas” são as cotas dos pontos. Os valores sobre as linhas tracejadas são as alturas do instrumento. Os valores entre parêntesis são as leituras de mira. PN Ré Vint. Vmud. Alt. Inst.(Ai) Cotas (m) RN1 51 d) completar a caderneta de nivelamento geométrico, calcular as cotas e fazer a prova de cálculo. PN RÉ VANTE AI COTAS 3,511 100,000 2 2,110 3 0,813 3 4 3,120 103,348 5 2,084 6 106,258 6 109,982 7 1,002 4 - Interpolação de Curvas de Nível Fórmula: d = dn. Onde: d = distância parcial D = distância total dn = diferença de nível parcial DN = diferença de nível total DN D dn d DN D C 52 e) Interpolar e traçar as curvas de nível de 1m em 1m no desenho abaixo. Tirar as medidas entre os pontos na escala de 1 : 500. Desenhar o perfil entre os pontos A, G, H, D. Escalas: H = 1: 500 e V = 1 : 50. Utilizar o papel milimetrado formato A4. Pontos Cotas A 10,20 B 8,9 C 7,5 D 5,5 E 8,4 F 6,7 G 9,8 H 11,2 53 5- Greide 5.1- Dados de um projeto (rodovia): a) Cotas do Terreno b) Cotas dos greides PONTOS COTAS 1 101,30 2 103,60 3 104,50 4 104,40 5 103,50 6 103,90 7 105,80 8 106,40 9 105,60 10 103,00 11 101,80 12 102,10 Obs.: Estaqueamento de 20m em 20m. Pede-se: a) desenhar o perfil longitudinal e os greides em papel milimetrado formato A4, nas escalas (Horizontal 1: 1000 e Vertical 1: 100). b) calcular as cotas do greide nos pontos 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 e 11 c) calcular a inclinação (rampa) do terreno entre os pontos 1 - 7 e 7 – 12. d) calcular as cotas vermelhas em todos os pontos. PONTOS COTAS 1 101,30 7 105,80 12 102,10 54 6 - Cálculo de volumes a) uma vala foi aberta para a passagem de uma tubulação, conforme mostra a fig. abaixo. Pede-se para calcular o volume de escavação efetuado. Para efeitos de cálculo, tanto o terreno quanto a base da escavação são planos. b) deseja-se construir uma rampa com inclinação de 10%, conforme o exemplo dado. Sabendo-se que a cota de início da rampa é de 34,55m (ponto mais baixo), que o terreno está nivelado na cota 36,73m e que a rampa deverá ter largura de 7m, calcular o volume de material a ser retirado do terreno. 55 c) um terreno de 20m x 20m foi quadriculado de 10 m x 10 m, obtendo as cotas conforme croqui. Pede-se: 1- Calcular a cota final do plano horizontal que resulte em volumes de corte e aterro iguais (Vc = Va) 2- Interpolar e traçar no desenho a curva de passagem entre corte e aterro 3- Desenhar os perfis das seções A, B e C 4- Calcular as áreas de aterro e de corte 5- Calcular o volume total de aterro 6- Calcular o volume total de corte. Obs.: Para atender os itens 2 e 3 , desenhar a fig. acima na escala 1:200 no formato A4, em papel milimetrado. 56 7- LOCAÇÃO 1- Calcular os ângulos , e para fins de locação dos pilares P3 e P4 da ponte projetada sobre o rio. 9 - SENSORIAMENTO REMOTO 9.1 – Princípios de sensoriamento remoto 9.2 – Sistemas de sensores 9.3 – Fotografias analógicas e digitais 9.4 - Estereoscopia 9.5 - Operações sobre imagens 9.6 - Confecção de mapas Este conteúdo será desenvolvido em grupo em atividade de pesquisa. 57 10 - ELEMENTOS DE GEODÉSIA 10.1 - Modelos da Terra Devido às irregularidades da superfície terrestre, utilizam-se modelos para a sua representação, mais simples, regulares e geométricos e que mais se aproximam da forma real para efetuar os cálculos. Cada um destes modelos tem a sua aplicação, e quanto mais complexa a figura empregada para a representação da Terra, mais complexos serão os cálculos sobre esta superfície. 10.1.1 - Modelo Esférico Em diversas aplicações a Terra pode ser considerada uma esfera, como no caso da Astronomia. Um ponto pode ser localizado sobre esta esfera através de sua latitude e longitude. Tratando-se de Astronomia, estas coordenadas são denominadas de latitude e longitude astronômicas. 10.1.2 - Modelo Elipsoidal A Geodésia adota como modelo o elipsóide de revolução. 58 Mais de 70 diferentes elipsóides de revolução são utilizados em trabalhos de Geodésia no mundo. Um elipsóide de revolução fica definido por meio de dois parâmetros, os semi-eixos a (maior) e b (menor). Principais Elipsóides utilizados no Brasil Elipsóides Semi-eixo maior (a) Semi-eixo menor (b) Achatamento Hayford Córrego Alegre 6.378.388 6356911,94600 297,000745015 SAD-69 Datum Chuá 6.378.160 6356774,71900 298,25000004356 WGS-84 GPS 6.378.137 6356752,31425 298,257223563 SIRGAS2000 25/02/2015 6.378.137 6.356.752,31425 298,257222101 10.1.3 - Modelo Geoidal O modelo geoidal é o que mais se aproxima da forma da Terra. É definido teoricamente como sendo o nível médio dos mares em 59 repouso, prolongado através dos continentes. Não é uma superfície regular e é de difícil tratamento matemático. A figura a seguir representa de forma esquemática a superfície física da Terra, o elipsóide e o geóide. 10.1.4 - Modelo Plano Considera a porção da Terra em estudo como sendo plana. É a simplificação utilizada pela Topografia. Esta aproximação é válida dentro de certos limites e facilita bastante os cálculos topográficos. Face aos erros decorrentes destas simplificações, este plano tem suas dimensões limitadas. Tem-se adotado como limite para este plano na prática a dimensão de 20 a 30 km. A NRB 13133 (Execução de Levantamento Topográfico) admite um plano com até aproximadamente 80 km. Geóide 60 10.2 - DATUM ALTIMÉTRICO OU VERTICAL O geóide é uma superfície equipotencial do campo da gravidade ou superfície de nível, utilizado como referência para as altitudes ortométricas. As altitudes podem ser do tipo Ortométrica ou Geométrica. 10.3 - Altitude Ortométrica (geoidal). Definição: Distância medida sobre a vertical, do geóide até a superfície física no ponto considerado. São as altitudes referenciadas ao geóide (nível médio do mar). Cada região ou país banhado por um oceano pesquisa em sua costa lugares onde a variação de marés é mínima. Nestes locais são instalados instrumentos que medem a variação das marés, denominados Marégrafos . Um destes marégrafos é escolhido como referência denominado de Datum de Controle Vertical. O referencial altimétrico ou Datum Vertical Oficial no Brasil é o Datum Imbituba definido por observações maregráficas tomadas na baía de Imbituba, no litoral do Estado de Santa Catarina, entre os anos de 1949 e 1957 . Caso Particular: Datum Porto de Santana, que é referência para o Estado do Amapá, tomado entre os anos de 1957 e 1958. 61 Os Marcos de Referência de Nível são transportados a partir de Nivelamentos geométrico e trigonométrico. 10.4 - Altitude Geométrica (Elipsoidal) h : São as altitudes referenciadas ao elipsóide (calculadas geometricamente) Mudando de Datum, mudaremos de altitude geométrica Obtido a partir de sistemas de posicionamentos via satélites. • O GPS fornece diretamente a altitude elipsóidica referido ao WGS-84. • A altitude usada na engenharia é a altitude ortométrica. H: altitude ortométrica h:altitude geométrica (elipsóidica) N: altura geoidal 62 10.5- CONVERSÃO DE ALTITUDES A conversão da altitude geométrica em ortométrica é feita pela equação H = h-N. O problema é na determinação de N, uma vez que o geóide no Brasil não é bem determinado, pois temos poucos pontos Gravimétricos. 10.5.1- MODELO DE ONDULAÇÃO GEOIDAL O Mapa Geoidal ,fig. seguinte, apresenta as ondulações geoidais. Porém, esse mapa possui escala muito pequena para fazer interpolação. Então, para a obtenção de N, utilizamos o software Mapgeo 2015, disponibilizado pelo IBGE para interpolação. http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/oquee_geoi de.shtm. 63 64 10.6 - SISTEMA GEODÉSICO BRASILEIRO (SGB) 10.6.1- Rede Altimétrica A partir de uma referência altimétrica (marégrafo) transportam-se as altitudes para todo o território através de linhas de nivelamento geométrico de alta precisão. Exemplo de transporte de Altitudes k• 61853 pontos (160.000 km) • Iniciada em 1945 • Referência – marégrafo da baía de Imbituba-SC • Precisão relativa melhor que 2mm 65 Rede Altimétrica de Alta Precisão (RAAP) do SGB
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