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CTET - CENTRO DE TREINAMENTO EDUCACIONAL E TECNÓLIGO AUPES - Associação Unificada Pirassununguense de Ensino Superior FEAP – Faculdade de Engenharia Agrimensura de Pirassununga TOPOGRAFIA APLICADA AO GEORREFERENCIAMENTO Prof. Engº. Paulo Augusto F. Borges Engenheiro Agrimensor MAIO 2009 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 4 2. OBJETIVOS .............................................................................................................. 5 3. INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA TOPOGRAFIA .............................................. 6 3.1. Definições ........................................................................................................................ 6 3.2. Objetivos e o Problema da Topografia ............................................................................ 6 3.3. Divisão da Topografia ..................................................................................................... 8 4. ORIENTAÇÃO ........................................................................................................ 10 4.1. Azimute ......................................................................................................................... 10 4.2. Declinação Magnética ................................................................................................... 14 4.3. Rumo ............................................................................................................................. 16 5. SISTEMA DE COORDENADAS .......................................................................... 17 5.1. Sistema de Coordenadas Geográficas............................................................................ 17 5.2. Sistema de Coordenadas Topográficas. ......................................................................... 19 5.3. Conversão de Sistemas de Coordenadas ....................................................................... 21 6. O USO DE ESCALAS E CONVENÇÕES TOPOGRÁFICAS ........................... 24 6.1. Escalas ........................................................................................................................... 24 6.2. Convenções e Normas do Incra ..................................................................................... 28 7. MEDIDAS ANGULARES ...................................................................................... 33 7.1. Classificação dos Equipamentos segundo à Precisão .................................................... 33 7.2. Métodos de Medição Angular ....................................................................................... 35 8. MEDIDAS LINEARES ........................................................................................... 40 8.1. Medida Direta de Distâncias.......................................................................................... 41 8.2. Erros nas Medidas com Diastímetros ............................................................................ 45 8.3. Medida Indireta de Distâncias ....................................................................................... 47 8.4. Medidas Lineares com Precisão .................................................................................... 56 8.5. Medida Eletrônica de Distâncias ................................................................................... 63 9. MÉTODOS DE LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS ................................. 75 9.1. Levantamentos Planimétricos ........................................................................................ 75 9.2. Métodos de Levantamentos ........................................................................................... 77 9.3. Calculo de Poligonais .................................................................................................... 80 10. PLANO TOPOGRÁFICO LOCAL ................................................................... 86 10.1. Definição do Plano Topográfico Local ..................................................................... 86 10.2. Extensão do Sistema Topográfico Local ................................................................... 87 10.3. O Sistema Topográfico Local .................................................................................... 90 11. TRANSFORMAÇÕES DE COORDENADAS ................................................. 99 11.1. Transformações de Coordenadas Geodésicas em Topográficas Locais .................... 99 11.2. Transformações de Coordenadas Topográficas Locais em Geodésicas .................. 102 11.3. Determinação do Norte geográfico a partir das coordenadas plano retangulares no sistema topográfico local de pontos definidores dos azimutes planos (topográficos) ............. 104 11.4. Exemplo de Transformação de coordenadas Geodésicas em plano retangulares no sistema topográfico local: ........................................................................................................ 106 11.5. Exemplo de transformação de coordenadas planoretangulares - sistema topográfico local em coordenadas geodésicas ............................................................................................ 110 12. BIBILIOGRAFIA .............................................................................................. 115 1. INTRODUÇÃO A obtenção das coordenadas geodésicas de pontos na Superfície física da Terra, utilizando o posicionamento por satélites, através da técnica de posicionamento global GPS, tem se tornado uma tarefa comum em vários campos de aplicação, inclusive para fins de levantamentos topográficos. A prática deste tipo de posicionamento tem demonstrado que é possível obter resultados com diferentes níveis de precisão, dependendo do equipamento utilizado, da metodologia adotada e do processamento empregado. Com a evolução dos receptores geodésicos, melhores técnicas de observação disponível e dos modernos e sofisticados métodos de ajustamento empregados, pôde- se alcançar precisões (estatísticas) das coordenadas na casa de centímetros, e em alguns casos, de milímetros, desde que o rastreamento das portadoras seja efetuado por períodos longos, e se utilizem técnicas de pós-processamento dos dados. Assim, o advento do uso de receptores GPS para fins de levantamentos topográficos trouxe grandes facilidades para as práticas de georreferenciamento de glebas, que se tornou uma tarefa comum aos engenheiros do mensuramento e profissionais de áreas afins, devido à regulamentação da atual Lei de Registro de Terras 10.267 através do decreto 4.449 de 30 de outubro de 2002. Segundo a nova Lei, nos casos de desmembramento, parcelamento ou remembramento de imóveis rurais, a identificação de um imóvel rural será obtida a partir do memorial descritivo, contendo as coordenadas dos vértices definidores dos limites dos imóveis rurais, georreferenciadas ao Sistema Geodésico Brasileiro. Com isso, tornou-se cotidiano a manipulação (transformação) de coordenadas entre diferentes sistemas, cabendo a nós, profissionais da área do mensuramento, dominar com desenvoltura o processo de transformação de pontos geodésicos caracterizados por suas coordenadas geodésicas para coordenadas plano-retangulares no Sistema Topográfico Local e vice-versa. Para tal fim, cabe salientar, portanto, que é primordial o conhecimento e o domínio dos métodos e as técnicas convencionais aplicados aos levantamentos topográficos, uma vez que mesmo com o avanço da tecnologia para posicionamento baseado na recepção de satélites, muitas vezes teremos que recorreraos métodos tradicionais da Topografia. É também de extrema importância, dominar o Sistema de Projeção UTM, evitando-se o seu emprego generalizado, tal como a transformação das Coordenadas Planas no Sistema UTM para Coordenadas Planas no Sistema Topográfico Local, com aplicações das correções relativas ao fator de deformação linear (fator K) e ao fator de elevação, porém, sem o estabelecimento de uma origem, abstraindo-se o efeito da curvatura terrestre, o que ocasiona erros além do limite de precisão requerido pelo levantamento topográfico. Neste curso pretende-se apresentar os principais conceitos e fundamentos da topografia para que os profissionais possam dominar as técnicas de medição mais utilizadas, e exigidas pela Norma Técnica de Georreferenciamento, quando estes optarem pela execução dos levantamentos utilizando-se da Topografia convencional. Além de todo este estudo, pretende-se proporcionar o conhecimento e o uso na prática, dos principais e mais modernos equipamentos utilizados para a execução dos levantamentos, desde o uso de estações totais até as técnicas de posicionamento e processamento de dados coletados com receptores geodésicos (GPS). Para isso o curso será complementado com aulas práticas de campo, para que os alunos possam trabalhar na prática com estes equipamentos, procurando simular os trabalhos e procedimentos que deverão ser executados para o levantamento dos imóveis rurais. 2. OBJETIVOS O objetivo desta disciplina é fornecer aos alunos do curso de Topografia Aplicada, os conhecimentos necessários para dominar e manipular com desenvoltura os trabalhos relacionados à execução de serviços de Levantamentos Topográficos voltados para o georreferenciamento de imóveis rurais em atendimento à Lei 10.267. Pretende-se apresentar os conceitos e as técnicas convencionais empregadas na Topografia bem como explorar o uso de novas tecnologias. Em função do grande salto no desenvolvimento tecnológico das técnicas de posicionamento através de satélites, a partir da introdução do sistema NAVSTAR-GPS, cabe aos profissionais habilitados aos serviços de medição, demarcação e georreferenciamento conhecer os procedimentos necessários para mesclar o uso dos levantamentos coletados com receptores Geodésicos (GPS) com os levantamentos executados pelas técnicas convencionais de Topografia, aplicando-se as transformações necessárias para a geração de uma representação em planta decorrente destes levantamentos. 3. INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA TOPOGRAFIA 3.1. Definições A palavra topografia deriva etimologicamente do grego TOPOS, que significa “lugar” e de GRAPHEN, que significa “descrição”. Desta derivação surge as definições atribuídas à Topografia: Segundo UZEDA (1963), a Topografia “é a arte de representar em uma folha de papel, determinada superfície do solo terrestre, com todos os detalhes naturais e artificiais que aí se encontrem, dando, ao mesmo tempo, uma representação expressiva e rigorosa do seu relevo”. “A Topografia tem por finalidade determinar o contorno, dimensão e posição relativa de uma porção limitada da superfície terrestre, sem levar em conta a curvatura resultante da esfericidade terrestre” (ESPARTEL, 1987). Cita-se ainda definições mais elaboradas como: Topografia é “a ciência aplicada, baseada na geometria e na trigonometria plana, que utiliza medidas de distâncias horizontais, de diferenças de nível, de ângulos e de orientação, com o fim de obter a representação, em projeção ortogonal sobre um plano de referência, dos pontos que definem a forma, as dimensões e a posição relativa de uma porção limitada do terreno, sem considerar a curvatura da terra” (LOCH e CORDINI, 1995). 3.2. Objetivos e o Problema da Topografia O objetivo final da topografia é a representação em planta de parte da superfície terrestre visando a definição de limites naturais, dimensões e a posição relativa dos pontos e também a representação da própria superfície topográfica (representação do relevo) realizado através das curvas de nível. Em função deste objetivo surge o problema da topografia, que é a representação do geóide (uma superfície curva) em um plano. O geóide por se tratar de uma superfície que, apesar de obedecer a certas leis topológicas, não se aproxima de nenhum sólido geométrico regular. Sendo assim, um ponto qualquer da superfície terrestre deveria ser representado pelas suas três coordenadas X, Y e Z, de forma que sua representação plana se torna impossível sem que haja deformações. Assim o artifício utilizado é a projeção ortogonal de todos os pontos da superfície sobre uma superfície horizontal de referência e em nível. Tal superfície plana é definida pelo plano tangente ao geóide no ponto de origem do sistema. Segundo LISTING (in GEMAEL, 1987) o geóide é caracterizado por ser, em todos os seus pontos, normal à direção da gravidade e coincidente com a superfície média dos mares prolongada através dos continentes. Assim, todo ponto A na Superfície Topográfica corresponderá: a) um ponto a que é a projeção do ponto A sobre a superfície de projeção (plano topográfico local). b) Um valor correspondente à distância A - a que representa a cota Z do ponto A em relação à superfície de comparação (ver Figura 3.1). Figura 3.1 – Superfícies de Referência: Topográfica, Geóide e Elipsóide. Por se tratar de uma projeção ortogonal têm-se como conseqüência, a não consideração da superfície curva da terra fazendo com que as projetantes (verticais) sejam paralelas entre si e normais (ortogonais) a este plano tangente (LOCH e CORDINI, 1995). A a 3.3. Divisão da Topografia 3.1.1. Topometria: Este segmento da Topografia procura estudar os procedimentos utilizados para determinação de distância, ângulos e diferenças de nível com o intuito de determinar a posição relativa dos pontos da superfície topográfica. É subdividida em Planimetria e Altimetria. A Planimetria estabelece os procedimentos necessários à determinação de distância e ângulos no plano horizontal de referência que permitirá a localização planimétrica de pontos do terreno. Essa determinação é obtida a partir da referência dos pontos desconhecidos a um ou mais pontos do terreno já determinados (arbitrariamente ou georreferenciados). A Altimetria visa estabelecer a relação vertical entre pontos do terreno, ou seja, a determinação das diferenças de nível entre eles. Para isso utiliza-se de medidas diretas (nivelamento geométrico) ou indiretas (nivelamento trigonométrico) obtidas a partir da medição de ângulos verticais. Segundo LOCH e CORDINI (1995), a topometria pode alcançar seus objetivos mediante três procedimentos distintos: 1. tomando-se medidas de grandezas angulares e lineares em relação a um plano horizontal de referência – planimetria ou a um plano vertical de referência – altimetria. 2. efetuando conjuntamente medidas de grandezas angulares e lineares em relação aos dois planos de referência, possibilitando a determinação planimétrica e altimétrica – taqueometria (ou levantamentos planialtimétricos). 3. efetuando medidas de grandezas angulares, lineares e altimétricas a partir de fotografias de pontos do terreno – fotogrametria terrestre ou a partir de aeronaves – aerofotogrametria. 3.1.2. Topologia: A topologia visa o estudo das formas exteriores do terreno e os processos empregados para representação das formas do terreno. Esta representação se dá pelas curvas de nível ou por meio de pontos cotados. 4. ORIENTAÇÃO 4.1. Azimute É o ângulo que um alinhamento forma com a direção norte, contado no sentido horário, variando, portanto, de0º a 360º. Em topografia, utiliza-se o norte verdadeiro, ou geográfico, que é direção dada pelo meridiano que passa pelo ponto em questão, sendo que em alguns casos admite-se o norte magnético, que é direção indicada por uma agulha imantada quando suspensa (bússola). O problema que se apresenta é a determinação do norte verdadeiro, uma vez que uma planta topográfica deve ser orientada nesse sentido. 4.1.1. Determinação do norte verdadeiro Existem vários processos para determinação do azimute verdadeiro de um alinhamento, desde processos expeditos até os mais precisos que se baseiam em determinações astronômicas. O caso mais desejável é a utilização de vértices geodésicos de coordenadas oficiais. Neste caso são necessários pelo menos dois vértices que proporcionam a correta orientação do trabalho através do cálculo do azimute existente entre os dois vértices oficiais. Na inexistência de pontos topográficos conhecidos, quando necessário, determina- se o azimute de um alinhamento, por um processo compatível com a precisão desejável. Alguns dos processos são: a) Processos expeditos - determinação da declinação magnética (ver item 4.2) - método do estilete vertical, cuja sombra projetada no período da manhã apresentará no período da tarde, com igual afastamento, uma posição simétrica. A bissetriz do ângulo formado entre o estilete e estes pontos materializará no terreno a direção do norte verdadeiro. - extração do azimute, a partir de uma carta da região, de um alinhamento perfeitamente identificável em campo e que possa, ser levantado. b) Processos precisos Todos os processos que requeiram maior precisão são baseados em determinações astronômicas, tanto do sol como de estrelas, sendo que no segundo caso, é sempre mais recomendável em função da maior precisão atingida. Os métodos são: - Alturas iguais do sol; - Distância zenital absoluta do sol; - Alturas iguais de estrelas; - Distância zenital absoluta de estrelas; - Máxima elongação de uma estrela circumpolar; - Circum - elongação de estrelas; - Passagem meridiana de uma estrela Como exemplo segue abaixo detalhes da determinação do Norte Verdadeiro pelo método da distância Zenital Absoluta. Segundo GEMAEL (1971), este método é especialmente indicado para observações a um astro fixo. Entretanto, com algumas correções pode-se aplicá-lo em observações ao Sol. Observando-se a Figura 4.1 , temos que Hn0ºHsME1 representa o plano do horizonte do observador. 0º é a direção da graduação zero do limbo horizontal do aparelho. M é uma mira e ZE é a vertical de um astro. Figura 4.1 – Determinação do Azimute por visando-se o Sol.. Vamos considerar também a seguinte notação: LE Æ Leitura Horizontal do Astro LM Æ Leitura Horizontal da Mira. AE Æ Azimute do Astro. AM Æ Azimute da Mira. Nos procedimentos de campo o observador deve realizar uma leitura na mira LM, em seguida deve-se visar o astro obtendo a leitura LE e no limbo vertical a distância zenital z. Sabendo-se que a graduações do limbo azimutal crescem no sentido horário, têm-se da geometria que: MMEE ALAL −=− e logo EEMM ALLA +−= Se o aparelho nos fornece LM e LE, além da distância zenital z, nos resta determinar o azimute do astro (AE) para o momento da observação. A trigonometria esférica possibilita a solução de um triângulo esférico cujos lados são conhecidos, assim segundo GEMAEL (1981), utiliza-se a seguinte expressão: senz senzsenAE × −×= φ δφ cos )cos(cos onde: φ = Latitude do Local da Observação δ = Declinação do Astro z = Distância zenital medida e corrigida Ao final dos cálculos teremos dois azimutes que satisfazem a equação, de forma que elimina-se a ambigüidade a partir do conhecimento do horário da observação: o astro nasce a leste e oculta a oeste. De forma resumida este é o método para determinação do azimute verdadeiro de uma direção pelo método da distância zenital absoluta. O processo de cálculo completo pode ser consultado no Livro TOPOGRAFIA COMTEMPORÂNEA, de Carlos Loch e Jucilei Cordini. c) Processo de alta precisão Este processo é utilizado para determinação de azimutes astronômicos de 1ª ordem sobre vértices da rede fundamental geodésica. É baseado na observação da estrela σ octantis, pelas características especiais que possui. d) Determinação do Azimute Geodésico por meio de Observações GPS Com a utilização de sistemas receptores de sinais GPS, nosso trabalho de determinação da orientação se torna muito mais fácil. Conhecendo-se as coordenadas geodésicas dos pontos de partida e referência da poligonal a determinação do azimute geodésico pode ser realizada a partir da transformação dessas coordenas para topográficas locais, item do Capítulo 11. Figura 4.2 – Determinação do Azimute através das coordenadas topográficas. Este método consiste em determinar o azimute calculando-se o ângulo α pela seguinte expressão: Y X Δ Δ= arctanα α α α α 1º 2º 3º 4º Assim o azimute será calculado da seguinte forma: 1º QUADRANTE α=AZ 2º QUADRANTE α−=180AZ 3º QUADRANTE α+=180AZ 4º QUADRANTE α−= 360AZ Para que o azimute calculado seja igual ao azimute geodésico, deve-se definir o ponto A como sendo a origem do sistema topográfico local, que será visto em detalhes mais adiante. Este ponto de origem deverá ser também o ponto de partida da poligonal de modo que o azimute calculado deste ponto para qualquer que seja o ponto de referência (P1, P2, P3 e P4) seja também o azimute geodésico. 4.2. Declinação Magnética A bússola nada mais é que uma agulha imantada (imã) suspensa pelo seu centro de gravidade por meio de um pivô que oferece um mínimo de atrito, de modo que a agulha ao girar livremente acusa a direção do azimute magnético em um limbo graduado. O emprego da bússola é baseado na propriedade que tem a agulha imantada de se orientar sempre na direção do pólo magnético terrestre, quando da possibilidade de se mover livremente sobre o pivô. O magnetismo terrestre submete a agulha imantada a um movimento de rotação, pela ação de duas forças iguais, em sentido contrário (binário), e aplicadas em cada pólo da agulha, de modo que o momento provocado pelo binário somente se anula quando a agulha ocupa a direção norte-sul magnética. Existem uma infinidade de bússolas, desde as bússolas simples de mão até bússolas montadas sobre tripés e dotadas de lunetas. O norte magnético não coincide com o norte verdadeiro, formando um ângulo denominado declinação magnética. Sabe-se, contudo, que a direção para onde aponta a agulha imantada varia de um lugar para o outro (com a posição geográfica) e ao longo do tempo, de maneira que a declinação magnética torna-se variável. Figura 4.3 – Declinação magnética As variações da declinação magnética discriminam-se do seguinte modo: - Variações geográficas: em um dado instante ocorre variações de declinação de acordo com o local em que se observa. Para representar melhor essa situação são publicadas periodicamente as cartas isogônicas, que representam linhas que unem pontos sobre a superfície terrestre com a mesma declinação magnética, denominadas de curvas isogônicas. - Variações seculares: são aquelas observadas no decorrer dos séculos, em que o pólo norte magnético caminha em torno do pólo norte geográfico. Após um grande período de tempo a declinação magnética, em um mesmo local, pode até apresentar valor contrário àquele que já teve. Foi assim no Rio de Janeiro onde observações efetuadas em 1670 até 1924, onde a declinaçãovariou de 24º10’, visto ter passado de -12º10’ (declinação ocidental ou oeste) para + 12º (declinação oriental ou leste), tendo um valor nulo em 1850. As curvas isopóricas são linhas que unem pontos com a mesma variação anual de declividade, e as plantas que as representam são denominadas de cartas isopóricas. Geralmente são publicadas as cartas isogônicas - isopóricas que representam simultaneamente as duas famílias de curvas. - Variações anuais: não são ainda bem conhecidas e variam de maneira não uniforme durante os meses do ano. Adotam-se valores médios de variações mensais de acordo com as variações anuais, dado a inexistência de observações em curtos espaços de tempo. - Variações diurnas: Apresentam variações sensíveis. Geralmente das 6 horas às 14 horas, há um desvio crescente para oeste, e daí em sentido contrário. As estações do ano e as regiões NVNV NMNM δδ afetam muito essas oscilações, que atingem os maiores valores por ocasião dos solstícios. Verifica-se ainda que a amplitude da variação é maior durante o dia do que à noite. - Variações locais: são variações da declinação motivadas por perturbações locais, tais como a presença ou proximidade de minério de ferro (magnetita, oligisto), linhas de transmissão, linhas telefônica, cercas, entre outros. - Variações acidentais: também denominadas de perturbações da agulha magnética, seguem, as vezes, repentinamente, desencadeadas pelas tempestades magnéticas, auroras boreais, tremores de terras, raios cósmicos, etc. Sob essas condições as variações são bruscas e repentinas. O cálculo da declinação magnética é efetuado a partir de interpolação linear das cartas isogônicas-isopóricas. Para isso é necessário conhecer as coordenas geográficas aproximadas (latitude e longitude) para localização da região em questão na carta. 4.3. Rumo O rumo de um alinhamento é o menor ângulo que este forma com a direção do norte ou do sul. Varia de 0º a 90º contados a partir do: - norte para a direita - quadrante NE - norte para a esquerda - quadrante NW - sul para a direita - quadrante SE - sul para a esquerda - quadrante SW Desta forma o rumo é sempre expresso por um ângulo entre 0º a 90º seguido pelas duas letras que indicam o quadrante. Figura 4.4 – Os quadrantes do Rumo N NENW SW SE EW S 0º 0º 90º90º 5. SISTEMA DE COORDENADAS Após um levantamento topográfico o próximo passo é representar o terreno em um sistema de eixos coordenados. Qualquer trabalho que envolva topografia ou geodésia deve ser representado em um sistema único de referência, representação esta, realizada por meio de um par ordenado X e Y (representação planimétrica). O sistema de coordenadas baseadas em coordenadas ortogonais foi introduzido por René Descartes (1596-1650) que o denominou de sistemas cartesianos. Mundialmente, o sistema mais usado é o sistema de coordenadas geográficas ou Latitude / Longitude, mas devido às necessidades de representação em um plano surgiram os sistemas de projeção, que visam a transformação da superfície do elipsóide não desenvolvível em uma superfície plana. 5.1. Sistema de Coordenadas Geográficas. A astronomia de campo é a Ciência que determina as coordenadas Geográficas ou Astronômicas representadas pela latitude (φ) e longitude (λ). Como referência, toma-se a Linha do Equador (que divide a Terra em Hemisfério Norte e Hemisfério Sul) e a linha que passa pelos pólos e pela cidade inglesa de Greenwich (Meridiano de Greenwich), que divide a Terra em Hemisfério Oeste (W, de West) e Hemisfério Leste (E, de East). As linhas imaginárias paralelas à do Equador são chamadas de Paralelos e suas perpendiculares, de Meridianos. Convencionou-se que a linha do Equador é a linha 0º de Latitude e o meridiano de Greenwich, a linha 0º de Longitude. O meridiano oposto (a 180º) é chamado de "International Date Line" (Linha Internacional de Mudança de Data). A latitude varia de 0º no Equador a ± 90º nos pólos, tendo-se latitudes positivas para pontos no hemisfério Norte e latitudes negativas para pontos no hemisfério Sul. Figura 5.1 – Representação dos Meridianos e Paralelos. Definições: Latitude geodésica ϕ: ângulo, que a normal ao elipsóide, passante por um ponto P, forma com sua projeção equatorial. É contado ao longo do meridiano de P. Longitude geodésica λ: ângulo que mede o diedro formado pelos meridianos geodésicos do ponto considerado de Greenwich, contada a partir deste positivamente por leste. Altura geométrica h: ou altura elipsoidal, é o segmento da normal compreendida entre o ponto P e o elipsóide. Pode ser positiva ou negativa conforme P esteja acima ou abaixo da superfície elipsoidal. Figura 5.2 – Latitude e Longitude Geodésica: Meridiano de Greenwich 5.2. Sistema de Coordenadas Topográficas. O sistema de coordenadas topográficas ou de projeção topográfica é o sistema utilizado nos levantamentos topográficos para posicionamento e representação dos elementos levantados, cujas características são definidas pelo item 3.40 da NBR-13.133. Somente por questões didáticas será dividido em dois tipos de sistemas de coordenadas no plano topográfico: - Coordenadas Polares - Coordenadas Retangulares 5.2.1. Coordenadas Polares. As coordenadas polares são definidas sobre um plano cartesiano a partir de um ângulo (azimute ou rumo) e um vetor (distância topográfica). Um plano cartesiano é constituído por um sistema de dois eixos perpendiculares entre si, sendo que um deles assume a direção norte-sul e o outro a direção leste-oeste. Desta forma a direção em relação aos eixos cartesianos é dada pelo azimute (ou rumo) e a distância em relação ao ponto em que se considera é definida pela distância topográfica. Figura 5.3 – Sistema de coordenadas polar N= Y E= X Dis t To po grá fica 0º 0º 0º 90º 90º90º 180º 270º α O B 5.2.1. Coordenadas Retangulares No plano cartesiano é possível posicionar um ponto topográfico por meio de um par de coordenadas denominadas coordenadas topográficas, comumente expressas pela abcissa X (ou abcissa Este) e pela ordenada Y (ou ordenada Norte). Ver figura. Essas coordenadas devem estar vinculadas (referenciadas) a vértices do Sistema Geodésico Brasileiro (SGB - item 3.39 da norma). Para isso o levantamento topográfico deve partir de pontos vinculados ao SGB, de forma a proporcionar uma amarração do plano topográfico local, permitindo, também, a vinculação a outros trabalhos já executados na região, nessas condições, ou a trabalhos que venham a ser executados no futuro. Existem situações, no entanto, em que essa amarração não é “possível” ou não é necessária, admitindo a adoção de um sistema topográfico local com origem arbitrária. O item 5.3 e sub-itens da norma definem essas condições. Figura 5.4 – Sistema de coordenadas retangulares N= Y E= X XB YB O B(X,Y) 5.3. Conversão de Sistemas de Coordenadas Normalmente as observações efetuadas em campo (ângulos e distâncias) são inicialmente transformadas em coordenadas polares (azimutes e distâncias horizontais) e depois em coordenadas retangulares (Coordenadas Norte e Este). Pode ocorrer, no entanto a necessidade de uma transformação inversa (coordenadas retangulares para polares), é o caso de reconstituição de poligonais já existentes ou de locação de obras, quando se devem levar os dados de escritório de volta para o campo. 5.3.1. Conversão de Coordenadas Polares em RetangularesNeste caso admite-se que partiu-se de um ponto B de coordenas retangulares pré existentes (conhecidas) para determinar as coordenadas de um ponto C, cujas coordenadas polares foram obtidas em relação ao ponto B. Desta forma basta calcular as projeções ΔN=DY e ΔE=DX a partir das coordenadas polares e somá-las às coordenadas do ponto B, conforme a figura a seguir: Figura 5.5 – Sistema de coordenadas retangular absoluta e relativa Pela análise da figura acima tem-se : DYYY DXXX BC BC += += (2) N= Y E= X XB XC YB YC O B(X,Y) C(?,?) AZBC DX DY DhBC Eduarda Realce O segmento DX corresponde à projeção da distância Dh entre B e C sobre o eixo X, e pode ser obtido por : )( BCBC AZsenDhDX ⋅= (3) O segmento DY corresponde à projeção da distância Dh entre B e C sobre o eixo Y, e pode ser obtido por : )cos( BCBC AZDhDY ⋅= (4) Substituindo as expressões anteriores na principal temos : )cos( )( BCBCBC BCBCBC AZDhYY AZsenDhXX ⋅+= ⋅+= (5) ou )cos( )( BCBCBC BCBCBC AZDhNN AZsenDhEE ⋅+= ⋅+= (6) onde: NB e NC coordenadas Norte dos pontos B e C; EB e EC coordenadas Este dos pontos B e C; DhBC distância horizontal entre os pontos B e C AzBC azimute do ponto B para o ponto C. DhBC e AzBC são as coordenadas polares do ponto B para o ponto C e devem ser obtidas conforme o 3.6.2.1. Nota1: Observe que só faz sentido falar em coordenadas polares relativas, isto é, os valores de distância e o azimute de um ponto em relação a outro ponto. Nota2: Já as coordenadas retangulares (ou coordenadas topográficas o que aliás é mais correto por ser um termo específico), são absolutas uma vez que está referenciada a origem do sistema topográfico adotado que pode ser local ou vinculado ao SGB, conforme visto. Nota3: Todavia, pode-se falar, também, em coordenadas topográficas relativas (ou projeções), que nesse caso seriam expressas pelas equações (3) e (4) respectivamente. 5.3.1. Conversão de Coordenadas Retangulares em Polares Nesse caso a operação é inversa, sendo que, para isso, deve-se aplicar a formulação a seguir: Figura 5.6 – Conversão de coordenadas Pela figura anterior tem-se: E NTagou DX DYTag Δ Δ== ) ( ) ( θθ (7) Assim, ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − −= BC BC EE NNArcTag θ (8) com a devida análise do quadrante. Isto é: Quadrante NE AzBC = θ (ΔEBC > 0 e ΔNBC > 0) Quadrante SE AzBC = 180º - θ (ΔEBC > 0 e ΔNBC < 0) Quadrante SW AzBC = 180º + θ (ΔEBC < 0 e ΔNBC < 0) Quadrante NW AzBC = 360º - θ (ΔEBC < 0 e ΔNBC > 0), e A distância entre os pontos pode ser obtida por : ( ) ( )22 NEDhBC Δ+Δ= (9) B(X,Y) C(X,Y) θ DX DY Eduarda Realce 6. O USO DE ESCALAS E CONVENÇÕES TOPOGRÁFICAS 6.1. Escalas Segundo ESPARTEL (1987) o desenho topográfico nada mais é do que a projeção de todas as medidas obtidas no terreno sobre o plano do papel. Neste desenho, os ângulos são representados em verdadeira grandeza (VG) e as distâncias são reduzidas segundo uma razão constante. A esta razão constante denomina-se ESCALA. A escala de uma planta ou desenho é definida pela seguinte relação: E L = =1 M l Onde: "L" representa qualquer comprimento linear real, medido sobre o terreno. "l" representa um comprimento linear gráfico qualquer, medido sobre o papel, e que correspondente ao comprimento medido sobre o terreno. "M" é denominado Título ou Módulo da escala e representa o inverso de (l / L). A escala pode ser apresentada sob a forma de: • fração : 1/100, 1/2000 etc. ou • proporção : 1:100, 1:2000 etc. Podemos dizer ainda que a escala é: • de ampliação : quando l > L (Ex.: 2:1) • natural : quando l = L (Ex.: 1:1) • de redução : quando l < L (Ex.: 1:50) 6.1.1. Critérios para a Escolha da Escala de uma Planta Se, ao se levantar uma determinada porção da superfície terrestre, deste levantamento, resultarem algumas medidas de distâncias e ângulos, estas medidas poderão ser representadas sobre o papel segundo: 6.1.1.1 - O Tamanho da Folha Utilizada Para a representação de uma porção bidimensional (área) do terreno, terão que ser levadas em consideração as dimensões reais desta (em largura e comprimento), bem como, as dimensões x e y do papel onde ela (a porção) será projetada. Assim, ao aplicar a relação fundamental de escala, ter-se-á como resultado duas escalas, uma para cada eixo. A escala escolhida para melhor representar a porção em questão deve ser aquela de maior módulo, ou seja, cuja razão seja menor. É importante ressaltar que os tamanhos de folha mais utilizados para a representação da superfície terrestre seguem as normas da ABNT, que variam do tamanho A0 (máximo) ao A5 (mínimo). 6.1.1.2 - O Tamanho da Porção de Terreno Levantado Quando a porção levantada e a ser projetada é bastante extensa e, se quer representar convenientemente todos os detalhes naturais e artificiais a ela pertinentes, procura-se, ao invés de reduzir a escala para que toda a porção caiba numa única folha de papel, dividir esta porção em partes e representar cada parte em uma folha. É o que se denomina representação parcial. A escolha da escala para estas representações parciais deve seguir os critérios abordados no item anterior. 6.1.1.3 - O Erro de Graficismo ou Precisão do Levantamento Segundo DOMINGUES (1979) o Erro de Graficismo (ε), também chamado de Precisão Gráfica, é o nome dado ao raio do menor círculo no interior do qual se pode marcar um ponto com os recursos do desenho técnico. O valor de (ε), para os levantamentos topográficos desenhados manualmente, é da ordem de 0,2mm (1/5mm). Para desenhos efetuados por plotadores automáticos, este erro, em função da resolução do plotador, poderá ser maior ou menor. Assim, a escala escolhida para representar a porção do terreno levantada, levando em consideração o erro de graficismo, pode ser definida pela relação: P E ε≤ Onde: P: é a incerteza, erro ou precisão do levantamento topográfico, medida em metros, e que não deve aparecer no desenho. Por exemplo: a representação de uma região na escala 1:50.000, considerando o erro de graficismo igual a 0,2mm, permite que a posição de um ponto do terreno possa ser determinada com um erro relativo de até 10m sem que isto afete a precisão da carta. Analogamente, para a escala 1:5.000, o erro relativo permitido em um levantamento seria de apenas 1m. Desta forma, pode-se concluir que o erro admissível na determinação de um ponto do terreno diminui à medida em que a escala aumenta. 6.1.2. Escala Gráfica Segundo DOMINGUES (1979), a escala gráfica é a representação gráfica de uma escala nominal ou numérica. Esta forma de representação da escala é utilizada, principalmente, para fins de acompanhamento de ampliações ou reduções de plantas ou cartas topográficas, em processos fotográficos comuns ou xerox, cujos produtos finais não correspondem à escala nominal neles registrada. A escala gráfica é também utilizada no acompanhamento da dilatação ou retração do papel no qual o desenho da planta ou carta foi realizado. Esta dilatação ou retração se deve, normalmente, a alterações ambientais ou climáticas do tipo: variações de temperatura, variações de umidade, manuseio, armazenamento, etc. Ainda segundo DOMINGUES (1979) a escala gráfica fornece, rapidamente e sem cálculos, o valor real das medidas executadas sobre o desenho, qualquer que tenha sido a redução ouampliação sofrida por este. A construção de uma escala gráfica deve obedecer aos seguintes critérios: 1) Conhecer a escala nominal da planta. 2) Conhecer a unidade e o intervalo de representação desta escala. 3) Traçar uma linha reta AB de comprimento igual ao intervalo na escala da planta. 4) Dividir esta linha em 5 ou 10 partes iguais. 5) Traçar à esquerda de A um segmento de reta de comprimento igual a 1 (um) intervalo. 6) Dividir este segmento em 5 ou 10 partes iguais. 7) Determinar a precisão gráfica da escala. Exemplo: supondo que a escala de uma planta seja 1:100 e que o intervalo de representação seja de 1m, a escala gráfica correspondente terá o seguinte aspecto: A figura a seguir mostra outros tipos de representação da escala gráfica. Eduarda Realce 6.1.3. Principais Escalas e suas Aplicações A seguir encontra-se um quadro com as principais escalas utilizadas por engenheiros e as suas respectivas aplicações. É importante perceber que, dependendo da escala, a denominação da representação muda para planta, carta ou mapa. Aplicação Escala Detalhes de terrenos urbanos 1:50 Planta de pequenos lotes e edifícios 1:100 e 1:200 Planta de arruamentos e loteamentos urbanos 1:500 1:1.000 Planta de propriedades rurais 1:1.000 1:2.000 1:5.000 Planta cadastral de cidades e grandes propriedades rurais ou industriais 1:5.000 1:10.000 1:25.000 Cartas de municípios 1:50.000 1:100.000 Mapas de estados, países, continentes etc. 1:200.000 a 1:10.000.000 Tabela 6.1 – Principais escalas e suas aplicações 6.2. Convenções e Normas do Incra Segundo a Norma Técnica de Georreferenciamento, deve-se seguir algumas instruções para a elaboração da planta e do memorial descritivo, as quais estão listadas abaixo. MINISTÉRIO DO DESENVOLVIMENTO AGRÁRIO INSTITUTO NACIONAL DE COLONIZAÇÃO E REFORMA AGRÁRIA SUPERINTENDÊNCIA REGIONAL DE SÃO PAULO DIVISÃO TÉCNICA Informações Cartográficas que deverão constar na planta e memorial descritivo do imóvel, em conformidade com ABNT, NBR 13133 de 30.06.94 é necessário consultar ainda Decreto no. 89817 de 20.06.84, Instruções Reguladoras das Normas Técnicas da Cartografia Nacional, quanto aos padrões de exatidão, NBR’s complementares e; Lei 10.267 de 28.08.01 que Institui o Sistema Público de Registros de Terras, e Decreto 4449 de 30 de outubro de 2002, DOU de 31/10/2002. NA PLANTA: (i) LEGENDA PADRÃO CONTENDO: 1 - Formato de acordo com a Norma da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), linha de corte com 210 x 297. Campo Um Cabeçalho descrevendo tipo de levantamento - Planimétrico e ou Planialtimétrico folha nº. Campo Dois 3.2.1. – Nome do Imóvel; 3.2.2. – Nome do Proprietário; 3.2.3. – Código do Imóvel; 3.2.4. – Transcrições e ou matrículas; 3.2.5. – Município, Comarca e Estado; 3.2.6. – Área do imóvel e perímetro; 3.2.7. – Data da elaboração dos Trabalhos; – Escala Campo Três 1 – Descrição e somatória das áreas ( Reservas Legal, Pres. Permanente, Estradas ) etc.; Campo Quatro 1 – Assinatura do Proprietário; 2 – Assinatura do Resp. Técnico, contendo CREA e Qualificação Profissional; Campo Cinco Espaço que deverá estar livre para apor carimbos, registros e assinaturas de órgãos oficiais. QUADRO DE CONVENÇÕES: No quadro das convenções topográficas e sinais convencionais, colocados acima da legenda contendo:- 1 – Norte quadrícula indicado na parte superior e a direita da planta; 2 – Norte verdadeiro indicado na parte superior e a direita da planta; 3 – Convergência Meridiana - Centro da planta ou área considerada; 4 – Datum Horizontal e Meridiano Central; 5 – Convenções Topográficas; 6 – Sinais Convencionais; 7 – Situação do Imóvel etc.; (ii) PROJEÇÕES ORTOGONAIS CONTENDO: 1 – Na elaboração da planta, descrever as coordenadas no Sistema UTM (Universal Transverso de Mercator) de todos os vértices do perímetro do imóvel ou quadro discriminando pontos ou marcos com as respectivas coordenadas; 2 – A PLANTA e o MEMORIAL, deverão ser apresentados em três vias impressas, juntamente com um disquete no formato DGN, DWG ou DXF da planta; 3 – Escala da planta deverá ser apresentada em múltiplos de 100; 200; 250 e 500; 4 – Quando não for possível descrever os elementos técnicos de cada lado do imóvel, faze-lo em quadro a parte; NO MEMORIAL DESCRITIVO: Cabeçalho contendo: 1 – Propriedade; Proprietário; Município; Comarca; Área; Perímetro; Transcrição e ou matrícula do imóvel; Descrição do perímetro contendo: 1 – Descrição e Localização do ponto inicial, com as respectivas coordenadas Referenciada ao Sistema Geodésico Brasileiro, no sistema UTM, bem como Meridiano Central e Datum Horizontal SAD 69 (Oficial – IBGE). 2 – Descrever as confrontações, conforme desenvolvimento da descrição do perímetro do imóvel, não sendo necessário repetir o confrontante em comum a cada lado de desenvolvimento; 3 – A descrição deverá conter azimutes, seguido das respectivas distâncias e coordenadas N e E, no Sistema UTM dos respectivos vértices, separando cada lado descrito por ponto e virgula ( ; ); 4 – Ao término da descrição do perímetro, informar a área em Hectares com 4 casas decimais. ex. O perímetro acima descrito, encerra uma área de n,nnnn ha.; 5 – A descrição do perímetro principal ou do imóvel propriamente dito, deverá estar em folhas distintas com assinatura somente do técnico responsável, seguido da qualificação profissional e CREA; 6 – A descrição de áreas internas, tais como áreas de preservação permanente, de reserva legal e outras, poderá ser de modo corrente, ou seqüencial com uma única assinatura do responsável técnico no final, assinatura esta, aos moldes do item 5; RELATÓRIO TÉCNICO 1 – Relatório Técnico detalhado dos trabalhos executados contendo informações sobre: Metodologia e ainda: Objeto: Finalidade; Período de Execução; Localização; Origem (datum); Ocupantes Proprietários; Descrição dos Serviços Executados, (inclusive o georreferenciamento); Precisões obtidas; Quantidades Realizadas ; Relação de Equipamentos; Equipe Técnica e finalmente Documentos Produzidos. A.R.T. - Anotação de Responsabilidade Técnica. 1 – O responsável técnico, deverá apresentar a respectiva A.R.T. no original, conforme Área ou campo de Atuação, ou seja, no campo 4 item 04, para trabalhos executados por Engenheiros Agrimensores; item 06, para trabalhos executados por Engenheiros Cartógrafos, ou Engenheiros com formação Acadêmica em Geodésia, tudo de acordo com as atribuições específicas de cada área; 2 – Na A. R. T., campo 17 (modelo novo), deverá descrever todo trabalho inerente à aquela anotação, ou seja o trabalho em si e as peças técnicas elaboradas; Obs. Importante: Os serviços/obras , devem corresponder às atribuições do profissional responsável, às mesmas que estão anotados na sua carteira emitida pelo CREA de sua jurisdição, sob pena de nulidade da ART, conforme artigo 9 , inciso II da Resolução 425/98 do CONFEA. 3 – Poderá o INCRA, a qualquer tempo, promover vistorias e checar tais declarações sobre a veracidade das informações prestadas e do requerido, bem como solicitar ao CREA, informação sobre atribuições da área do profissional responsável. 1 FL . 2 3 4 5 B C Formato ABNT - linha de corte Medida de A a B = 297 milímetros Medida de B a C = 210 milímetros 7. MEDIDAS ANGULARESEm levantamentos por meio de técnicas convencionais (a partir de estações totais e teodolitos), a medição de ângulos e distâncias se torna uma das tarefas mais importantes da topografia. A qualidade de um trabalho topográfico está intrinsecamente relacionado com a capacidade de se obter, através de métodos e equipamentos de medição adequados, um nível de precisão tolerável para os fins a que se destina o levantamento. Em se tratando de levantamentos topográficos para fins de georreferenciamento de imóveis rurais, as medições angulares e lineares devem ser realizadas obedecendo-se às diretrizes estabelecidas pela Norma Técnica de Georreferenciamento. 7.1. Classificação dos Equipamentos segundo à Precisão Em poligonais para fins de apoio básico e de apoio à Demarcação deve-se atentar à precisão do equipamento utilizado. Teodolitos Segundo a Norma, os “teodolitos são classificados de acordo com o desvio padrão de uma direção observada em duas posições da luneta (CE/CD). O valor da precisão interna de cada modelo é normalmente definido pelo fabricante. Não havendo indicação deste, a precisão angular poderá ser aferida por entidade oficial habilitada a partir de testes efetuados em campo de prova ou laboratório de aferição”. Classe de teodolitos Desvio-padrão (precisão angular) precisão baixa ≤ 30” precisão média ≤ 07” precisão alta ≤ 02” Tabela 7.1 - Classificação dos teodolios de acordo com sua precisão angular (ABNT- NBR-13.133/DIN). Med’s (Medidores Eletrônicos de Distâncias) Classe de MEDs Desvio-padrão precisão baixa (10 mm + 10 ppm x D) precisão média (5 mm + 5 ppm x D) precisão alta (3 mm + 2 ppm x D) Tabela 7.2 - Classificação dos medidores eletrônicos de distância – MEDs (ABNT-NBR- 13.133). Estações Totais Classes de Estações Totais Desvio padrão (precisão angular) Desvio-padrão (precisão linear) precisão baixa ≤ 30” (10 mm + 10 ppm x D) precisão média ≤ 07” (5 mm + 5 ppm x D) precisão alta ≤ 02” ( 3 mm + 3 ppm x D) Tabela 7.3 - Classificação das estações totais de acordo com a precisão interna (ABNT- NBR-13.133). Pela Norma, as Poligonais deverão ser desenvolvidas linearmente, sem mudanças substanciais de sentido, com deflexão inferior a 60°, visando minimizar os erros de orientação. O controle azimutal deverá ser rigorosamente observado. Nas medições angulares, metade das observações será efetuada no ângulo interno e metade no ângulo externo, com discrepâncias máximas de 360° ± 4”, 360° ± 5” respectivamente para poligonais de precisão (CONTROLE BÁSICO) e apoio ao levantamento e à demarcação (CONTROLE IMEDIATO). Importante: Nos desenvolvimentos poligonais os pontos de partida e chegada deverão ser distintos, qualquer que seja a técnica de levantamento utilizada. Sob nenhuma hipótese será admitido o fechamento de desenvolvimentos poligonais em torno de um mesmo ponto. 7.2. Métodos de Medição Angular Com o intuito de se obter melhores resultados nas medidas angulares, uma vez que a obtenção destas medidas é uma das maiores fontes de erros nas medições, são utilizados diferentes métodos de observação os quais devem ser selecionados segundo o tipo de aparelho utilizado e o nível de precisão exigida. Dentre os métodos utilizados para obtenção dos ângulos horizontais o mais preciso possível, destacam-se os seguintes: 7.1.1. Método da Repetição Segundo ESPARTEL (1977) e DOMINGUES (1979) este método consiste em visar, sucessivamente, os alinhamentos a vante e a ré de um determinado ponto ou estação, fixando o ângulo horizontal lido e tomando-o como partida para a medida da próxima direção a vante. Normalmente é um método utilizado em equipamentos com movimento geral e particular (teodolitos de eixo duplo, por exemplo, Wild T2), no qual é possível a fixação de uma direção qualquer para a primeira leitura a ré. A Figura abaixo exemplifica o Método da Repetição: Figura 7.1 – Representação do Método da Repetição Procedimentos para Aplicação do Método: 9 Aponta-se a luneta do aparelho para o ponto a Vante (Ponto E2), onde no limbo horizontal se fixa uma direção inicial, normalmente próxima a zero graus; Eduarda Nota inicionull 9 Libera-se o aparelho e a luneta é apontada para o ponto a Ré (Ponto E0), onde anota- se a direção observada; 9 O ângulo horizontal resultante será a leitura da direção a Ré menos a leitura da direção a Vante; 9 Fixa-se a direção observada a Ré e o aparelho é liberado e a luneta é novamente apontada para o ponto a Vante; 9 A nova direção a vante será a leitura da direção a Ré lida anteriormente. 9 Libera-se novamente o aparelho e aponta-se para o ponto a vante e uma nova direção é anotada; 9 O processo se repete um certo número n de vezes. Cada medição será denominada uma série de leitura, onde deve-se definir o número de séries adequado para cada caso. Dependendo da precisão exigida, deve-se utilizar 3 a 8 séries de leitura. O ângulo horizontal final (Af) obtido será calculado pela seguinte expressão: )1( 1 − −= n AAA nf An = Última leitura do ângulo a Ré (E0). A1 = Leitura do primeiro ângulo de partida à Vante (E2) n = número de séries de leitura. 7.1.2. Método da Reiteração Segundo ESPARTEL (1977) e DOMINGUES (1979) este método consiste em visar de forma sucessiva os alinhamentos a Vante e a Ré a um determinado ponto, tomando como partida para a medida dos ângulos um valor com intervalos regulares do círculo. Assim como indicado na figura a seguir: 9 A luneta do aparelho é apontada para o ponto a vante (pontaria fina) e o círculo horizontal do mesmo é zerado; 9 Em seguida, o aparelho é liberado e a luneta é apontada (pontaria fina) para o ponto a ré; 9 O ângulo horizontal resultante é anotado ou registrado; 9 O aparelho é liberado e a luneta é novamente apontada para o ponto a vante; 9 O ângulo de partida utilizado neste momento para a segunda medida do ângulo horizontal deve ser diferente de zero e inteiro. (ex.: 090°00’00”, 180°00’00”, 270°00’00”); 9 Libera-se novamente o aparelho e aponta-se para o ponto a ré; 9 Um novo ângulo horizontal é anotado ou registrado. 9 O processo se repete um certo número n de vezes, até que o ângulo tenha sido medido em todos os quadrantes do círculo. Figura 7.2 – Representação do Método da Reiteração O valor final do ângulo horizontal, para os alinhamentos medidos, é dado pela seguinte relação: n )HzHz(Hz 12 −Σ= Onde: Hz2: é a leitura do ângulo horizontal (na ré). Hz1: é o ângulo horizontal de partida utilizado (na vante). n: número de leituras efetuadas na vante. 7.1.3. Método das Direções O método das direções é o mais utilizado e o mais indicado para a medição de ângulos em um levantamento para fins de georreferenciamento. Consiste em medir um ângulo α entre dois alinhamentos OA e OB (Ver Figura 4.9), por meio de uma série de repetições. Figura 7.3 – Medindo ângulos. O processo consiste em instalar o aparelho no ponto O, visa-se o ponto de ré (Ponto A) com a luneta na posição direta medindo-se uma primeira direção com o limbo horizontal próximo a 0º00’00”. Em seguida mede-se a direção do ponto de vante (Ponto B). Assim, inverte-se a luneta, visa-se novamente o Ponto A (que agora terá uma direção próximo a 180º00’00”) e mede novamente a direção para o Ponto B, completando-se assim a primeira série de leitura (CD e CE, conforme estabelecido pela Norma Técnica). Repete-se o processo, alterando-se apenas a próxima direção inicial, que para 4 séries de leitura, por exemplo, seria próxima a 45º00’00”, depois próximoa 90º00’00” e finalizando-se com a direção próxima a 135º00’00”. Para atendimento à Norma, exige-se apenas um ciclo à direita (CD) e um ciclo à esquerda (CE). Assim, pode-se iniciar a 1ª leitura à RÉ com qualquer direção. Abaixo segue um exemplo de caderneta observada segundo o método das direções: Figura 74 – Exemplo numérico do Método das Direções Segue abaixo uma tabela com as especificações do INCRA para poligonais de demarcação. Descrição Taqueométrica Eletrônica 1 Desenvolvimento Espaçamento entre estações Comprimento máximo do desenvolvimento (recomendável) Até 150 m 15 km (recomendável) Até 500 m 15 km 2 Edição Angular Horizontal Método Instrumento (classificação ABNT) Número de Séries Número de posições p/ série das direções precisão baixa 1 (CE e CD) 2 das direções precisão baixa 1 (CE e CD) 2 3 Medição dos lados Número mínimo de séries de leituras recíprocas 1 (FI, FM, FS) 2 leituras válidas 4 Controle Azimutal Número máximo e lados sem controle Erro de fechamento máximo em azimute para direções de controle 25 1’ 15 1’ 5 Medição angular vertical Número de séries Valor máximo da diferença entre leituras verticais Número máximo de lados entre pontos de altitudes conhecidas Valor máximo do erro de fechamento altimétrico 1 20” 25 20 mm/Km 1 20” 15 20 mm/Km 6 Fechamentos: Angular Linear (coordenadas) Valor máximo para o erro relativo em coordenadas após a compensação em azimute. N'1 1/1000 N'1 1/2000 Tabela 7.4 - Poligonais Geodésicas para Levantamento e Demarcação (CONTROLE IMEDIATO). Fonte: Norma Técnica de Georreferenciamento – INCRA. 8. MEDIDAS LINEARES A planimetria tem como objetivo a representação em planta da projeção ortogonal dos pontos do terreno, por meio de suas coordenadas ortogonais. Para se determinar estas coordenadas, deve-se determinar as distâncias entre os pontos, juntamente com as medidas angulares. Em planimetria nos interessa somente as dimensões horizontais. Desta forma as distâncias medidas em campo, quando inclinadas devem ser reduzidas ao horizonte e após isso, segundo a o item 5.15.1 da NBR-13.133, reduzidas ao nível de referência altimétrica do sistema de projeção topográfica adotado. Isto é: Figura 8.1 – Elementos definidores do cálculo da distância horizontal ( )ZsenDD ih ×= Onde: Dh é a distância reduzida ao horizonte; Di é a distância inclinada; e Z é a distância zenital. Tanto Di como Z devem ser corrigidas das influências sistemáticas conhecidas. A Dh Di B z 8.1. Medida Direta de Distâncias Uma medição é dita “direta” quando se utiliza um instrumento diretamente sobre o terreno, o qual está em uma unidade de medida e que é tomada como termo de comparação. Para isso é necessário percorrer todo o alinhamento determinando-se o número de vezes que a referida unidade cabe dentro do trecho. Os instrumentos destinados à medida direta de distância são denominados “diastímetros”. De acordo com a natureza da unidade empregada (diastímetro) pode-se ter: a) Medição de baixa precisão: empregada em levantamentos expeditos como o passo do homem ou do animal em que se monta (passômetro e odômetro), pela roda das viaturas (odômetro), pelo som, pelo relógio, por réguas graduadas, etc. b) Medição de média precisão: empregado em levantamentos regulares, atualmente apenas como auxílio ao processo de medição indireta, por apresentar precisão inferior (excluindo-se a taqueametria). Os diastímetros empregados são: corrente do agrimensor, fita de aço, trena de aço, trenas de lona e de fibra de vidro. c) Medição de alta precisão: que é o caso da fita de ínvar empregada nas medições de bases geodésicas. Nos interessa somente o estudo das medições diretas cujo diastímetro é a trena, uma vez que, atualmente, praticamente em todos os levantamentos topográficos as distâncias são medidas indiretamente, como veremos adiante, sobrando a aplicação da trena, em distâncias auxiliares ao levantamento, de menor precisão, ou em outro caso, em pequenas distâncias, principalmente na locação de obras de montagem industrial. Segundo ESPARTEL (1987) os principais dispositivos e acessórios utilizados na medição direta de distâncias são: 8.1.1. Trenas A trena é uma fita flexível com graduação em metros, centímetros e milímetros cujo material utilizado em sua fabricação pode ser: lona, plástico reforçado com fibra de vidro, aço ou ainda de ínvar (material amplamente utilizado, por proporcionar menor dilatação linear em ambientes com temperaturas elevadas). A largura destes instrumentos varia de 10 a 12 mm com comprimentos vários, alguns de 30, 60, 100 e 150 metros de extensão. São apresentados enrolados em um tambor ou em cruzetas com cabos distensores nas extremidades para permitir esticá-los no momento da medição. O processo de medição com trenas, basicamente consiste em definir o alinhamento utilizando-se de balizas para o auxílio à medição (empregadas com o objetivo de demarcar ou balizar um alinhamento no terreno, as quais podem ser de madeira ou de aço). Figura 8.2 – Balizas Uma terceira baliza deve ser utilizada para orientar as trenadas. Durante a medição a trena deve ser mantida, o máximo possível, na horizontal, a partir de uma maior tração em suas extremidades. Para a medição de alinhamentos maiores que o comprimento da trena, se utilizam marcadores denominados fichas (peças metálicas pontiagudas em uma extremidade terminando em argolas na outra). Figura 8.3 –Exemplos de Fichas. Assim a cada trenada de 20 m, por exemplo, assenta-se a baliza intermediária e crava-se uma ficha. Ao final do processo de medição do alinhamento, contam-se as fichas, multiplica-se por 20 e soma-se a fração de trenada no final do trecho. Figura 8.4 –Exemplos de trenas. 8.1.2. Piquetes São necessários para marcar, convenientemente, os extremos do alinhamento a ser medido. Normalmente feitos de madeira roliça ou de seção quadrada com a superfície no topo plana, onde se crava uma tachinha de cobre, ou até mesmo um prego, para materialização do ponto topográfico. Seu comprimento varia de 15 a 30 cm, e o diâmetro varia de 3 a 5cm. É cravado no solo, porém, parte dele (cerca de 3 a 5 cm) deve permanecer visível. 8.1.3. Estacas As estacas são utilizadas como testemunhas da posição do piquete, para facilitar a localização do piquete. São cravadas próximas ao piquete cerca de 30 a 50cm, onde seu comprimento varia de 15 a 40cm; São chanfradas na parte superior para permitir uma inscrição numérica ou alfabética, que pertence ao piquete testemunhado. Figura 8.5 –Exemplo de estaca. 8.1.4. Nível de Cantoneira É utilizado para auxiliar o posicionamento da baliza na posição vertical, uma vez que está dotado de um nível de bolha circular. Figura 8.6 –Exemplo de nível de cantoneira. 8.1.5. Barômetro de Bolso Destinado à medição da pressão atmosférica (em mb = milibares) para fins de correção dos valores obtidos no levantamento. São aparelhos digitais, que além de fornecerem valores de pressão, fornecem também valores de altitude. Figura 8.7 –Exemplo de barômetro de bolso. 8.1.6. Dinamômetro Destinado à medição das tensões que são aplicadas aos diastímetros para fins de correção dos valores obtidos no levantamento em função do coeficiente de elasticidade do material com que o diastímetro foi fabricado. 8.1.7. Termômetro Destinado à mediçãoda temperatura do ar (°C) no momento da medição para fins de correção dos valores obtidos no levantamento em função do coeficiente de dilatação do material com que o diastímetro foi fabricado. 8.2. Erros nas Medidas com Diastímetros Segundo LOCH e CORDINI (1995) os principais erros causadores de imprecisões na determinação de distâncias com diastímetros são: 8.2.1. Horizontalidade: Em qualquer medição com um diastímetro, deve sempre ser observada a sua horizontalidade no momento da medição. Os erros cometidos serão sempre proporcionais ao comprimento do diastímetro, que será maior quanto maior for o seu comprimento. Este erro será sempre positivo, ou seja, a distância medida será sempre maior que a medida real. 8.2.2. Dilatação: Os fabricantes em geral graduam as trenas na temperatura de 20º. Para corrigir o efeito de dilatação devido ao efeito da temperatura, que causa um erro negativo para temperaturas de trabalho acima da de aferição, deve-se aplicar a equação: ( ) α⋅−⋅= 0ttSct onde : t0 é a temperatura de aferição da trena t é a temperatura de trabalho S é o comprimento da trena α é o coeficiente de dilatação da trena Para uma trena de 30 m com temperatura de aferição de 20º C e temperatura de trabalho de 40º, sendo o coeficiente de dilatação do aço de 1,2×10-5 ºC-1, tem-se uma variação de 7 mm, que é um valor considerável para as medidas de precisão. 8.2.3. Catenária: A catenária é a curva descrita pela trena quando suspensa do solo e tracionada, sendo ocasionada pelo seu próprio peso. Eduarda Realce A S T T P f B Figura 8.8 – Catenária. Como conseqüência origina um erro de sinal negativo, uma vez que os comprimentos medidos resultam ligeiramente maiores, o qual podem ser expresso por: S fCc ⋅ ⋅= 3 8 2 onde : f é a flecha da catenária S é o comprimento da trena O valor de f pode ser obtido pela equação T SPf ⋅ ⋅= 8 2 Onde : P o peso da trena e T a tensão empregada na medição Observe que para uma flecha de 0,10 m em uma trena de 20 m o erro é de 1 mm, evidenciando-se a pequena influência do efeito da catenária. Isto mostra, também, que é desnecessário tracionar demasiadamente a trena no afã de neutralizar a catenária. Para produzir efeito mais positivo, pode-se colocar vários suporte intermediários que, praticamente, eliminam o efeito da catenária; ou aplicar-se a correção conforme formulação apresentada. 8.2.4. Elasticidade: Para minimizar o efeito da catenária, e em alguns casos, para vencer a força do vento, a trena é submetida a uma força de tração superior aquela com que foi aferida. Quando a tensão é assegurada a mão (ao invés do dinamômetro), pode-se cometer erros Eduarda Realce Eduarda Realce sensíveis para trabalhos de precisão. Neste caso o erro é negativo, já que se obtém uma medida menor que a real. A variação do comprimento da trena (c), pode ser calculada por: ( ) Es Sc ⋅ −⋅= 0σσ onde: S é o comprimento da trena (m) σ é a tensão de aferição da trena (kg) σ0 é a tensão de trabalho (kg) s é a área da seção da trena (mm2) E é o módulo de elasticidade da trena (kg/mm2) Considerando, por exemplo, uma trena de 50 m com seção de 0,4 mm × 12 mm, graduada sob tensão de 10 kg e trabalhando a 15 kg, sofrerá uma variação de 3 mm, que pode ser considerável em trabalhos que requeiram maior precisão. Por outro lado para cometer erros inferiores a 1 mm a tensão de trabalho não deve exceder a 2 kg da de aferição, isto é, 10 kg ±2 kg. 8.2.5. Padronagem: Erro ocasionado pelo uso contínuo do diastímetro que produz deformações que causam o seu alongamento, apresentando comprimento diferente do valor que indica. É um erro sistemático cumulativo e pode dar diferenças razoáveis. Para evitá-lo deve-se adquirir trenas de boa qualidade e fazer constantes aferições, comparando-se com outra trena confiável ou com um distanciômetro (MED). O erro cometido pode ser corrigido após a correta aferição da trena. 8.3. Medida Indireta de Distâncias Segundo DOMINGUES (1979) diz-se que o processo de medida de distâncias é indireto quando estas distâncias são calculadas em função da medida de outras grandezas, Eduarda Realce não havendo, portanto, necessidade de percorrê-las para compará-las com a grandeza padrão. Os instrumentos de medição indireta são denominados “distânciômetros” e se dividem em três grupos: equipamentos óticos, mecânicos e eletrônicos. Figura 8.9 –Exemplos de instrumentos. Para o uso destes equipamentos se utilizam alguns acessórios essenciais, dentre os quais cita-se: o tripé (servirá de base para apoio e para estacionar o aparelho); o fio de prumo (serve para posicionar o aparelho exatamente sobre o ponto no terreno); a lupa (para leitura dos ângulos) para os casos do aparelho com limbos horizontais e verticais graduados. Figura 8.10 –Exemplos de tripés. Outro acessório essencial é a Mira ou Régua graduada: é uma régua de madeira, alumínio ou PVC, graduada em m, dm, cm e mm; utilizada na determinação de distâncias horizontais e verticais entre pontos. A figura a seguir (BORGES, 1988), ilustra parte de uma régua de quatro metros de comprimento e as respectivas divisões do metro: dm, cm e mm. Figura 8.11 –Exemplo de régua graduada. Ao processo de medida indireta denomina-se Estadimetria ou Taqueometria. A Taqueometria é a parte da Topografia que se ocupa da medida indireta das distâncias horizontais e das diferenças de nível, quer por meios óticos, quer por meios mecânicos, utilizando-se de instrumentos denominados taqueômetros (LOCH e CORDINI, 1995). Os teodolitos taqueométricos são aparelhos dotados de luneta que contém: 3 fios estadimétricos horizontais (FS, FM e FI) 1 fio estadimétrico vertical Figura 8.12 –Estádia. 8.3.1. Métodos de Medida Indireta Segundo GARCIA e PIEDADE (1984) os métodos indiretos de medida de distâncias são: 8.3.1.1 Distância Horizontal - Visada Horizontal A figura a seguir (GARCIA, 1984) ilustra um teodolito estacionado no ponto P e a régua graduada no ponto Q. Do ponto P visa-se o ponto Q com o círculo vertical do teodolito zerado, ou seja, com a luneta na posição horizontal. Procede-se a leitura dos fios estadimétricos inferior (FI), médio (FM) e superior (FS). A distância horizontal entre os pontos será deduzida da relação existente entre os triângulos a'b'F e ABF, que são semelhantes e opostos pelo vértice. Figura 8.13 –Visada Horizontal. Da figura tem-se: f = distância focal da objetiva F = foco exterior à objetiva c = distância do centro ótico do aparelho à objetiva C = c + f = constante do instrumento d = distância do foco à régua graduada H = AB = B - A = FS - FI = diferença entre as leituras M = FM = leitura do retículo médio Pelas regras de semelhança pode-se escrever que: Eduarda Realce a b f AB d ' ' = d AB a b f= ' ' . a b f' '= 100→ fornecido pelo fabricante d AB ff= . 100 Hd ×= 100 CdDH += Portanto CHDH +×=100 C é a constante de Reichembach, que assume valor 0 cm para equipamentos com lunetas analáticas e valores que variam de 25 cm a 50 cm para equipamentos com lunetas aláticas. 8.3.1.2 Distância Horizontal - Visada Inclinada Neste caso, para visar a régua graduada no ponto Q há necessidade de se inclinar a luneta, para cima ou para baixo, de um ângulo (α) em relação ao plano horizontal. Como indicado na figura abaixo (GARCIA, 1984), a distância horizontal poderá ser deduzida através: Figura 8.14 –VisadaInclinada. Do triângulo AA'M → αcos' ×= MAMA Do triângulo BB'M → αcos' ×= MBMB Assim, ( ) αcos'' ×+=+ MBMAMBMA Porém, '''' BAMBMA =+ e HABMBMA ==+ Portanto, αcos'' ×= HBA Do triângulo OMR → αcos×= OMOR CBAOM +×= ''100 CHOM +××= αcos100 ( ) αα coscos100 ×+××= CHOR Como ORDH = , tem-se que αα coscos100 2 ×+××= CHDH Desprezando-se o termo (cos α) na segunda parcela da expressão tem-se: CHDH +××= α2cos100 8.3.1.3 Distância Vertical - Visada Ascendente A figura a seguir (GARCIA, 1984) ilustra a luneta de um teodolito inclinada no sentido ascendente (para cima). Assim, a diferença de nível ou distância vertical entre dois pontos será deduzida da relação: Figura 8.15 –Visada Ascendente.. MQRMRSQS −+= onde, QS = DN = diferença de nível RS = I = altura do instrumento MQ = M = FM = leitura do retículo médio 2 FIFSFM += Do triângulo ORM, tem-se que: αtgORRM ×= Æ αtgDHRM ×= ( ) αα tgCHRM ×+××= 2cos100 ααα tgCtgHRM ×+×××= 2cos100 αα αα tgCsenHRM ×+×××= cos cos100 2 ααα tgCsenHRM ×+×××= cos100 entretanto, ( ) 2 2cos ααα sensen =× , logo ( ) αα tgCsenHRM ×+××= 2 2100 . Desprezando-se a última parcela tem-se, α250 senHRM ××= . Substituindo na equação inicial, resulta: IFMsenHDN +−××= )2(50 α A interpretação do resultado desta relação se faz da seguinte forma: Se DN for positivo, significa que o terreno, no sentido da medição, está em ACLIVE. Se DN for negativo, significa que o terreno, no sentido da medição, está em DECLIVE. 8.3.1.4 Distância Vertical - Visada Descendente A figura a seguir (GARCIA, 1984) ilustra a luneta de um teodolito inclinada no sentido descendente (para baixo). Assim, a diferença de nível entre dois pontos será deduzida da mesma forma que para o item 3, porém, com os sinais trocados. Figura 8.16 –Visada Descendente. Logo: IFMsenHDN −+××−= )2(50 α A interpretação do resultado desta relação se faz da seguinte forma: Se DN for positivo, significa que o terreno, no sentido da medição, está em DECLIVE. Se DN for negativo, significa que o terreno, no sentido da medição, está em ACLIVE. 8.3.2. Erros nas Medidas Indiretas de Distâncias As principais fontes de incertezas na determinação das distâncias através das medições estadimétricas são: 1 - leitura da régua: erro de leitura dos fios estadimétricos inferior, médio e superior, causados principalmente: - pela distância entre o teodolito e a régua (muito longa ou muito curta). - pela falta de capacidade de aproximação da luneta. - pela espessura dos traços do retículo. - pelo meio ambiente (refração atmosférica, ventos, má iluminação). - pela maneira como a régua está dividida e pela variação do seu comprimento. - pela falta de experiência do operador. 2 - leitura de ângulos: leitura errônea dos círculos vertical e/ou horizontal, por falha ou falta de experiência do operador. 3 - verticalidade da baliza: é o mais grave de todos e ocorre quando não se faz uso do nível de cantoneira. A figura abaixo (BORGES, 1988) ilustra a maneira correta de posicionamento da baliza nos levantamentos, ou seja, na vertical e sobre a tachinha do piquete. Figura 8.17 – Baliza na vertical. 4 - verticalidade da mira: assim como para a baliza, ocorre quando não se faz uso do nível de cantoneira. 5 - pontaria: no caso de leitura dos ângulos horizontais, ocorre quando o fio estadimétrico vertical do teodolito não coincide com a baliza (centro). 6 - erro linear de centragem do teodolito: segundo ESPARTEL (1987), este erro se verifica quando a projeção do centro do instrumento não coincide exatamente com o vértice do ângulo a medir, ou seja, o prumo do aparelho não coincide com o ponto sobre o qual se encontra estacionado. 7 - erro de calagem ou nivelamento do teodolito: ocorre quando o operador, por falta de experiência, não nivela o aparelho corretamente. 8.4. Medidas Lineares com Precisão 8.4.1. Desenvolvimento de Bases Topográficas O desenvolvimento de bases topográficas consiste em calcular uma distância horizontal D a partir da solução de triângulos, partindo-se de uma base inicial menor observada por um método mais preciso (medida por meio do ângulo paralático com mira horizontal – método descrito no item seguinte) e observando os ângulos necessários para a resolução do triângulo. Pode-se utilizar duas metodologias para determinação da distância D: a) Medindo dois ângulos: Considere a Figura 6.1 abaixo onde: AB = d = base observada CB = D = base a ser determinada α e β = ângulos horizontais observados Figura 8.18 – Desenvolvimento de bases topográficas medindo dois ângulos. Do Triângulo ABC tem-se ( )[ ]βαα +−= 180sen d sen D . Entretanto sabemos que ( )[ ] ( )βαβα +=+− sensen 180 . Logo temos que: ( )βα α +∗= sen sendD 9.3.1 (a) Avaliação de Erros: Tomando-se β = 90º tem-se que αα α tgdsendD ∗=∗= cos 9.3.1 (b) Aplicando a lei de propagação de erros na equação 6.1.1 (b) temos que: 2 2 2 2 2 ασδα δσδ δσ ∗⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+∗⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= D d D dD Assim, temos que: 2 4 2 222 cos rad dtg dD ασασασ ∗+∗= 9.3.1 (c) b) Medindo quatro ângulos: Considere a Figura 6.2 abaixo onde: AB = d = base observada CE = D = base a ser determinada α, β, δ e λ = ângulos horizontais observados. Figura 8.19 – Desenvolvimento de bases topográficas medindo quatro ângulos. Do Triângulo ABC tem-se ( )[ ]βαα +−= 180sen d sen BC . Entretanto sabemos que ( )[ ] ( )βαβα +=+− sensen 180 . Logo temos que: ( )βα α +∗= sen sendBC 9.3.1 (d) Do Triângulo ABE tem-se ( )[ ]λδλ +−= 180sen d sen BE . Entretanto sabemos que ( )[ ] ( )λδλδ +=+− sensen 180 . Logo temos que: ( )λδ λ +∗= sen sendBE 9.3.1 (e) Aplicando-se a lei dos co-senos no triângulo CBE temos: ( )βδ +∗∗∗−+= cos2222 BEBCBEBCD 9.3.1 (f) ou ainda: Aplicando-se a lei dos co-senos no triângulo CAE, após calcular Ac e AE temos: ( )λα +∗∗∗−+= cos2222 AEACAEACD 9.3.1 (g) 8.4.2. Medição de Distâncias com Teodolito e Mira Horizontal A utilização de uma mira horizontal é um processo de obtenção de distancias horizontais por meio indireto onde através da medição de direções pela observação dos extremos de uma mira horizontal de ínvar (estádia) calibrada, colocada em diferentes posições durante o levantamento e, sabendo-se o comprimento da mira horizontal, pode- se calcular por trigonometria a distância horizontal entre o aparelho e a posição da mira. É um método que pode melhorar sensivelmente os resultados para pequenas distâncias. A mira horizontal é constituída por uma régua de ínvar (metal com baixo coeficiente de dilatação linear) de comprimento L, que possui dois alvos, um em cada uma de suas extremidades usado como referência para a visada com o teodolito. Para sua operação, a mira horizontal deve ser instalada em um tripé na posição horizontal, sobre o ponto que define o alinhamento a ser medido com a posição onde está o aparelho. Assim, com o teodolito tomam-se visadas angulares entre as extremidades da mira horizontal, registrando-se o ângulo α, conforme figura abaixo: Figura 8.20 – Medida de distância com mira horizontal. Figura 8.21 – Foto ilustrativa de uma mira horizontal. Pela Figura 6.4 acima verifica-se que: D btg ∗=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ 22 α 9.3.2 (a) Æ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛∗ = 2 2 αtg bD 9.3.2 (b) Normalmente b = 2,00 m, sendo assim tem-se que: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= 2 1 αtg D 9.3.2 (c) Avaliação de Erros:
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