ARTIGO CIENTÍFICO - RAFAEL DIAS (1)

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TECNOLOGIA DA TOPOGRAFIA NA ENGENHARIA CIVIL: UMA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
TOPOGRAPHY TECHNOLOGY IN CIVIL ENGINEERING: A BIBLIOGRAPHIC REVIEW
[footnoteRef:1] [1: Titulações do autor, vinculação corporativa e e-mail para contato.] 
[footnoteRef:2] [2: Mestre em Engenharia de Materiais pelo IFMA, Faculdade ISL Wyden, ] 
RESUMO
Presente em diversas fases de um projeto, a Topografia auxilia nas etapas que vão desde as fases que antecedem a execução de uma obra, como nas etapas de planejamento e projeto, até na execução e acompanhamento. No que tange as obras civis, a Topografia tem papel essencial em diversas etapas. Um dos principais objetivos da Topografia é a determinação de coordenadas relativas de pontos. Para tanto, é necessário que estas sejam expressas em um sistema de coordenadas. São utilizados basicamente dois tipos de sistemas para definição unívoca da posição tridimensional de pontos: sistemas de coordenadas cartesianas e sistemas de coordenadas esféricas. Por se tratar de uma abordagem teórica, os conceitos obtidos para o presente trabalho foram observados através de revisão bibliográfica, focando os conceitos da topografia que afetam diretamente a engenharia civil, bem como as suas aplicações e parâmetros, que são levantados.
Palavras-chave: Topografia; Engenharia Civil; Tecnologia; Avanço.
ABSTRACT
Present in several phases of a project, Topography assists in the stages that go from the phases that precede the execution of a work, such as in the planning and design stages, to the execution and monitoring. Regarding civil works, Topography has an essential role in several stages. One of the main objectives of Topography is to determine the relative coordinates of points. For that, it is necessary that these are expressed in a coordinate system. Basically, two types of systems are used to uniquely define the three-dimensional position of points: Cartesian coordinate systems and spherical coordinate systems. As it is a theoretical approach, the concepts obtained for the present work were observed through bibliographic review, focusing on the concepts of topography that directly affect civil engineering, as well as their applications and parameters that are raised.
Keywords: Topography; Civil Engineering; Technology; Advance.
DATA DE SUBMISSÃO DO ARTIGO:___/___/___
DATA DE APROVAÇÃO DO ARTIGO:___/___/___
1. INTRODUÇÃO
A partir da necessidade do entendimento da ocupação e utilização dos espaços, tanto naturais como antropizados, vários métodos surgiram visando a caracterização da superfície terrestre. A evolução destes métodos acompanha o desenvolvimento das tecnologias dos equipamentos de coleta e processos de produção de dados.
A partir de um levantamento topográfico planiáltimétrico cadastral o projetista têm real conhecimento de todo o terreno, podendo realizar um estudo de massas, realizar um projeto atento com relação a área que realmente se pode construir, áreas de APP (Áreas de Preservação Permanente), evitando transtornos futuros, além do fato de que com esses dados na mão o construtor terá como saber se o seu investimento é viável. Já na fase de execução da obra, a topografia serve de instrumento técnico para evitar erros, podemos citar os seguintes serviços: Demarcação dos limites do terreno, locação de nivelamento dos furos de sondagem, locação de estacas, locação de Mineração – Topografia de Mina 8 pilares, nivelamento do terreno, acompanhamento das prumadas dos pilares, nivelamento dos níveis, marcações das áreas etc (CHAVES, 2013).
O levantamento Planialtimetrico é uma das primeiras atividades a serem executadas em projeto de engenharia civil, e se constitui em detalhar a superfície do terreno informando todo e qualquer objeto que seja importante para o estudo e/ou projeto futuro. No mercado, há disponibilidade de diversas tecnologias voltadas ao levantamento topográfico, estas tecnologias têm como objetivo representar com maior precisão possível, áreas destinadas ao mapeamento, onde um dos fins desejados pode ser a geração de um modelo digital do terreno (MDT).
Conforme Zimmermann (2015), na execução de obras é praticamente indispensável o trabalho profissional de um topógrafo, onde o mesmo irá delimitar as devidas marcações para fins de reconhecer os limites dentro de um terreno, nivelamento, demarcação de esquadro, locação para fins de sondagem, estacas para fundação, pilares entre outras atividades que necessitem de maior exatidão. 
O levantamento topográfico é feito por meio da coleta de dados utilizando Estações Totais, GPS, Laser Scanner, Drones ou VANTs. Ultimamente, devido a diversos benefícios, esses levantamentos têm sido feitos, em sua maioria, por meio de drones e VANTs, que trazem uma vasta gama de benefícios e comodidades aos operadores e para a coleta de dados. Principalmente quando aplicada à Engenharia Civil, a Topografia tem impactos diretos na sociedade, por ser responsável pela caracterização de todo e qualquer terreno onde serão construídas obras de infraestrutura para o desenvolvimento humano. 
2. METODOLOGIA 
Quanto aos procedimentos técnicos específicos para a elaboração deste trabalho, primeiramente foi realizada uma revisão de literatura, pela qual se buscou o levantamento do assunto do tema pesquisado, abrangendo artigos com resultados de pesquisas, pontos de vista diversificados de autores, livros técnicos, etc. 
Os temas foram: Topografia; Engenharia Civil; Tecnologia; Avanço. Posteriormente, o trabalho partiu para a análise de duas das mais recentes tecnologias que são utilizadas no gerenciamento geográfico, com o objetivo de enriquecimento do tema e criação de novas literaturas. 
Após a leitura exploratória foi realizada uma leitura seletiva do material, verificando a relevância dos achados. O processo de leitura dos materiais foi finalizado por meio de uma leitura interpretativa objetivando relacionar a temática proposta com o objetivo da pesquisa.
3. DA TOPOGRAFIA 
3.1. CONCEITOS E DEFINIÇÕES
A Topografia é a ciência que estuda a representação detalhada de uma parte da superfície terrestre em um plano, sem levar em consideração a curvatura da terra causada pela sua esfericidade. Significa a descrição exata e detalhada de um lugar, determinando as dimensões, elementos existentes, variações altimétricas, acidentes geográficos, etc. (DALAZOANA; FREITAS, 2001). 
A planta topográfica é a primeira e insubstituível peça de estudo um primórdio no campo da engenharia. Baseando-se nas plantas topográficas que estudam os terrenos e se criam projetos, essa ferramenta topográfica torna-se excelência em interpretação das áreas de estudo, indicando características dos danos ambientais causados e os efeitos que estes trazem ao ambiente (OLIVEIRA; GONÇALVES; MIRANDA, 2014).
Conforme Espartel (1965), Topografia é a ciência usada para definições de áreas, perímetros e volumes de uma determinada superfície da terra, não levando em consideração a curvatura da terra, pois e trata de uma pequena fração do globo terrestre. Sendo assim, pode se tratar essa pequena fração de terra como sendo um plano tangente ao globo terrestre, plano esse que é denominado plano topográfico. Este plano recebeu o nome de Plano Topográfico Local (PTL) na NBR 13 133, lançada em 1994. (BUENO. 2002). Na figura 01, a seguir, temos um esboço do que é um plano topográfico.
Figura 01: Esboço de plano topográfico.
 
Fonte: http://adenilsongiovanini.com.br/blog/plano-topografico/
É uma ciência baseada na geometria e na trigonometria, por isso para sua execução é necessário o conhecimento de dois pontos pré-definidos com coordenadas arbitrárias ou georreferenciadas (latitude, longitude e altura, ou X, Y e Z). Sendo assim, a Topografia nos torna capaz de representar uma pequena parte da superfície terrestre. Estas duas ciências vêm ganhando espaço, a cada dia, na construção civil e em obras viárias, pois facilitam a locação e o acompanhamento das obras, diminuindo o tempo de execução e aumentando a precisão e acurácia.
O principal objetivo da Topografiaé a representação grafica, em planta de levantamento topografico, de todas as caracteristicas de determinada area. Ainda, devendo essa planta topografica ser elaborada com o auxilio das adequadas ferramentas e equipamentos, e metodos que considerem os parametros, metodologia e legislação de representação grafica, a fim de se fornecer um trabalho padrão, de acordo com as normas tecnicas exigidas (LIMA, 2016).
Nesse caso é necessário que se faça o estudo mais detalhado e se tome a decisão pela preservação das precisões requeridas pelos trabalhos. Nos dias atuais os limites do campo topográfico são um ponto menos preocupante, que em muito foi simplificado pela emprego da tecnologia, através da incorporação do Sistema Global de Navegação por Satélite ou Global Navigation Satellite System (GNSS). 
Figura 02: Disposição dos satélites do GNSS
Fonte: Globo (2011)
A topografia atua em áreas relativamente pequenas da superfície da Terra, de modo que sejam representadas particularidades da área. Por exemplo, em construções, rios, vegetação, rodovias e ferrovias, relevos, limites entre terrenos e propriedades.
3.2. A IMPORTÂNCIA DA TOPOGRAFIA PARA PROJETOS DE ENGENHARIA
A topografia é uma ciência muito importante em várias áreas, principalmente quando se fala em sistematização de terras, medições de terrenos, nivelamento de terraplenagem, ou seja, é uma ferramenta imprescindível na execução de vários projetos, seja em terra ou não. A topografia conta com o auxílio de equipamentos que vem evoluindo cada vez mais, para que se obtenha uma maior produtividade, manipulando dados mais precisos em um menor espaço de tempo e com maior facilidade, visando à melhoria dos projetos. 
Segundo Pinto (2000), a topografia, através de levantamentos, tem por finalidade determinar o contorno, dimensão e posição relativa de uma porção limitada da superfície da terra, sem levar em consideração a sua curvatura. Trata-se de uma ciência aplicada, baseada na Geometria e na Trigonometria, de âmbito restrito e se incumbe da representação, por meio de uma projeção ortogonal dos detalhes da configuração do terreno, sejam eles naturais ou artificiais.
A topografia fornece as informações sobre a área de implantação. Um bom levantamento topográfico resulta numa maior e mais precisa gama de informações essenciais ao projeto. Significa descrição exata e detalhada de um lugar, determinando as dimensões, elementos existentes, desníveis, acidentes geográficos. 
4. TENCOLOGIA NA ÁREA DA TOPOGRAFIA
As tecnologias para obtenção de dados topográficos continuam em constante evolução, com o surgimento dos drones, dentre as diversas opções de equipamentos e métodos de levantamento existentes. É a tendência da modernidade, atingindo cada vez mais o setor da construção civil, ampliando as possibilidades e melhorando o desempenho da área. É fato que, apesar do surgimento de vários aparelhos mais sofisticados, em diversos casos eles se não se substituem, na verdade, é preciso analisar a real necessidade de cada projeto para então escolher a melhor forma de obter os resultados esperados, seja por fatores relacionados a economia, qualidade ou produtividade. A seguir, serão demonstrados duas das mais atuais tecnologias utilizadas na topografia (FORTUNATO, 2020).
4.1. VEÍCULOS AÉREOS NÃO TRIPULADOS (VANTs) 
VANTs são veículos aéreos não tripulados, motorizados e reutilizáveis que podem voar autonomamente, semi autonomamente ou manualmente, conduzidos por um piloto, a partir do solo, usando um controle remoto (EISENBEISS, 2009). 
 Figura 03: VANT Figura 04: VANT
Fonte: techtudo (2020)
Tanto as imagens orbitais quanto as imagens oriundas de VANT podem ser aplicadas em levantamentos urbanos. No entanto os VANTs aplicam-se com grande superioridade na análise de pequenos e médios objetos urbanos devido a sua resolução espacial. Os VANTs aplicam-se com grandes benefícios para levantamentos urbanos, visto que a sua facilidade de atualização da imagem (resolução temporal) e seu baixo custo comparado a uma imagem orbital, aliados a qualidade geométrica (resolução espacial) da imagem correspondem às expectativas desses levantamentos. E os pontos negativos da utilização dos VANTs ficam a cargo do pós-processamento, que requer devido ao tamanho do arquivo gerado, o uso de um hardware mais robusto para o processamento de dados (LIMA; et al. 2016). 
Conforme levantado na bibliografia, podem ser citadas diversas aplicações dos VANTs para sensoriamento remoto. Análise de recursos terrestres, planejamento urbano, manejo de recursos naturais, agricultura de precisão, monitoramento ambiental, estudos de tráfego e demanda por estacionamento, resposta a emergências em desastres, monitoramento florestal, monitoramento de áreas vulcânicas, monitoramento de obras lineares (oleodutos e linhas de transmissão) e mapeamentos sistemáticos e temáticos em geral, são exemplos de áreas mais citadas em que o sensoriamento remoto por estes veículos pode proporcionar avanços. Esta nova tecnologia, ao ter seus custos reduzidos e a operação mais fácil em relação às plataformas convencionais (avião e satélite), poderá disseminar o sensoriamento remoto para diversos fins, inclusive para atividades ilícitas, como roubo e espionagem industrial, e para grupos armados, como guerrilhas e traficantes (LONGHITANO, 2010).
4.1.2. Fotogrametria por meio da utilização dos VANTS 
O uso da fotogrametria passou a ser cada vez mais utilizada em virtude do crescimento de tecnologias o que viabilizou o mapeamento topográfico de diversos tipos de projetos, antes tido como inviáveis, atualmente passaram a ser considerados como uma realidade. Nota-se que a aplicação da fotogrametria permite que sejam extraídos elementos geográficos específicos para as mais diversas aplicações (LARANJA; CORREA; BRITO, 2012). Como se pode ver na figura 05, a seguir.
Figura 05:Fotografia tirada por VANT
Fonte: topabh (2020)
Tommaselli (2009) destaca que a fotogrametria se mostra vantajosa, possuindo uma gama variada de funções e finalidades, uma vez a área ou objeto a ser mensurada não é tocado, “a quantidade de informações semânticas e geométricas é elevada, superfícies de difícil acesso podem ser determinadas, a precisão se adéqua às especificações do projeto.” A fotogrametria aérea, permite que sejam realizadas fotografias do espaço, obtidas através de uma câmera instalada no VANTs. 
Desse modo, a celeridade e precisão dos levantamentos planialtimétricos são imprescindíveis para o desempenho eficaz e eficiente das demais fases do processo de regularização fundiárias. Assim, os VANTs, conhecidos como drones, passam a ser estratégias importantes para o a avaliação e levantamento para a categorização quantiqualitativa dos espaços urbanos ainda irregulares, tendo como uma das atividades a aerofotogrametria (MARICATO; et al. 2013). 
Os principais aspectos de vantagens da fotogrametria são relativos a grande quantidade de informações que pode obter com a fotointerpretação, essencial para as fases preliminares dos projetos e estudos das possíveis variantes, mas também quando se deseja um levantamento mais rápido de grande extensão ou em áreas perigosas ou inacessíveis (SILVA e COSTA, 2010). 
Segundo Tommaselli (2009) a utilização de drones permite que se verifique áreas de riscos, especificação dos elementos visíveis, configuração espacial e, consequentemente permite a execução do levantamento planialtimétrico de forma mais rápida em assentamentos irregulares para que famílias de baixa renda sejam beneficiadas com a titulação de seus lotes, o que ocasiona amplitude dos direitos sociais e qualidade de vida, uma vez que a equipe terá condições de planejar as metodologias de execução do levantamento a partir das especificações identificas por meio do drone, que registra detalhes da área por meio da fotogrametria
4.2. GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM)
O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é um sistema de navegação baseadapor satélites o qual foi desenvolvido pelo departamento de defesa dos Estados Unidos no começo dos anos 70 com o objetivo claro de suprir as necessidades militares. Mas somente mais tarde foi disponibilizado para o mundo. O GPS fornece informações contínuas de posicionamento em qualquer lugar do mundo sob qualquer situação climática. Com um receptor GPS conectado a uma antena GPS um usuário pode receber sinais GPS, as quais podem ser usadas para determinar com exatidão a sua coordenada em qualquer lugar do mundo. Como o seu serviço alcança um número gigantesco de indivíduos e como também é utilizado por razões de segurança, o GPS funciona de modo passivo, ou seja, os usuários podem somente receber os sinais do satélite (RABBANY 2002).
Os usuários não autorizados sofriam a influência da disponibilidade seletiva (S/A). O fator S/A era uma degradação proposital, elaborado pelo Departamento de Defesa americano, da precisão do GPS para algo em torno de 100 metros na horizontal, 156 metros na vertical e 340 nanosegundos no tempo. Esta influência foi eliminada no dia primeiro de maio de 2000 pelo então presidente norte-americano,Bill Clinton. A partir desta data a precisão das posições eram de 15 metros ou menos (TESSARI Apud ROCHA, 2003).
4.2.1 O uso do GPS no levantamento de coordenadas
As coordenadas originalmente trabalhadas pelo sistema são cartesianas, com origem no centro de massa da terra, eixo Z na direção polar, X e Y localizados no plano equatorial, sendo X apontando para o meridiano de Greenwich médio e Y perpendicular a X. (O tipo de coordenadas espaciais informado pelo receptor é opcional, podendo ser cartesianas (X, Y, Z), geográficas (latitude, longitude) ou UTM (Universal Transverse de Mercator – sistema de coordenadas de proje¸c˜ao cartogr´afica)). Os aparelhos realizam a transformação de coordenadas a partir de equações matemáticas que relacionam os diferentes sistemas (ZANOTA; et al. 2013). Como demonstrado nas figuras 06 e 07, a seguir.
Figura 06: Demonstração de plano cartesiano Figura 07: Demonstração de plano cartesiano
Fonte: http://adenilsongiovanini.com.br
O método descrito necessita que os relógios usados pelos satélites e pelo receptor estejam sincronizados com o relógio atômico da estação terrestre de controle localizado em Colorado Spring EUA (quem define o padrão de tempo GPS). Para o relógio dos satélites, tal sincronia é realizada periodicamente pela comunicação dos satélites com os segmentos de controle localizados em Terra. As medidas de velocidade, posição e altitude de cada satélite, chamadas de efemérides, também são atualizadas frequentemente pelos segmentos de controle. Porém, o relógio do receptor permanece não sincronizado com o relógio do satélite (ZANOTA; et al. 2013).
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A comparação entre os métodos de levantamentos planialtimétricos atuais evidencia uma proximidade entre os resultados provenientes dos VANTs e do GPS RTK. Se tratando do drone, o enquadramento na classe A do Padrão de Exatidão Cartográfica, valida o método, que é muito interessante para regiões com pouca interferência na superfície relevo, mas que não tem a mesma precisão quando se trata do mapeamento de áreas com vegetação, edificações e outros obstáculos entre o terreno de interesse e o equipamento. 
Por outro lado, o drone pode gerar o ortomosaico da região mapeada, produto exclusivo para essa metodologia, dentre as duas citadas. As novas tecnologias não vêm necessariamente para substituir os métodos antigos, mas sim para otimizar o desempenho geral. Nesse sentido, ao invés de elencar a melhor e a pior metodologia, é mais interessante caracterizar as indicações de cada uma. Partindo da análise do GPS RTK, este pode ser indicado para o levantamento topográfico de regiões de pequeno e médio porte, que sejam predominantemente limpas, para evitar perdas de sinal. Já o drone, é a metodologia mais indicada para o mapeamento de grandes áreas e que preferencialmente sejam de vegetação rasteira.
Enquanto a fotogrametria não pode ser ignorada como uma técnica que pode revolucionar não só o trabalho do topógrafo ou agrimensor, como de outros profissionais em áreas de conhecimento, o desenvolvimento atual da tecnologia não nos permite ainda apontar o fim dos dias do levantamento tradicional.
Contudo, podemos dizer com segurança que há grandes vantagens quando a técnica é utilizada corretamente. A fotogrametria veio sim para ficar e deve ser encarada como uma ferramenta promissora de trabalho por qualquer profissional que pretenda se manter atualizado nesse mercado que está em franca expansão.
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O avanço tecnológico trouxe novos desafios para o profissional, uma vez que a necessidade de se adaptar às novas tecnologias é uma exigência do mercado atual, pois elas garantem eficiência e praticidade. As novas tecnologias de topografia, comparadas com as mais arcaicas, disparadamente são mais precisas, seguras e baratas. Porém, no ambiente universitário, a falta de divulgação e estudos sobre essa tecnologia acaba limitando o potencial desse sistema de navegação, dificultando o acesso e o entendimento do mesmo. Além de compreender sua função e onde é eficaz aplica-la, são necessários o estudo de seus equipamentos receptores e o desenvolvimento de materiais de orientação sobre o uso dos mesmos, pois a dificuldade de manuseio dos equipamentos acaba restringindo até mesmo aplicações práticas de conteúdos que poderiam ser trabalhados em sala de aula. É uma preocupação acadêmica que os alunos tenham a consciência de se atualizar e conhecer as ferramentas que serão utilizadas em sua vida profissional.
É certo que existe uma tendência de automatização dos processos de medição, redução no tamanho dos equipamentos e aumento na resolução e detalhamento dos levantamentos. Além disso, quando falamos especificamente sobre o futuro dos drones, podemos esperar aeronaves com cada vez maior estabilidade e autonomia de voo e de ação.
Sendo assim, é importante que o profissional desse setor acompanhe e se atualize quanto às tendências e às melhores e mais modernas práticas, buscando capacitação sobre equipamentos e softwares. É fundamental investir continuamente em qualificação, pois, em uma profissão tão ligada à necessidade de acurácia nos dados e de ferramentas, há riscos de se deixar cair na obsolescência. Mas não se esqueça de que tecnologia não é tudo. Deve-se sempre levar em conta os princípios científicos que serviram de base para o desenvolvimento tecnológico, de forma a garantir a geração de produtos de qualidade, precisão, segurança e a satisfação do cliente.
REFERÊNCIAS
ALVES JÚNIOR, Leomar Rufino. Análise de produtos cartográficos obtidos com câmera digital não métrica acoplada a um veículo aéreo não tripulado em áreas urbanas e rurais no estado de Goiás. Dissertação (Mestrado em Geografia) – Instituto de Estudos Socioambientais, Universidade Federal de Goiás. Goiânia, 2015. 
BRASIL, Decreto n° 89.817 de 20 de junho de 1984 – Normas Técnicas da Cartografia Nacional, Diário Oficial da União, Brasília, Brasil, 1984. 
CHAVES, José. Topografia de Mina. Curso Técnico em Topografia. Fortaleza. 2013. 
BRITO, Jorge; COELHO, Luiz. Fotogrametria Digital. 1. ed. Rio de Janeiro, EdUERJ, 2007. ESPARTEL, Lelis. Curso de topografia. 8a ed. Porto Alegre: Globo, 1982. 
DALAZONA, R.; FREITAS, S.R.C. 2002. Efeitos na cartografia devido a evolução do Sistema Geodésico Brasileiro e adoção de um referencial geocêntrico. Revista Brasileira de Cartografia,Rio de Janeiro, v. 54, p. 66-76.
FORTUNADO, José. Topografia com Drones x Tradicional em Levantamentos Planialtimétricos. Evento Drone Show, mundo Geo. 2020. Disponível em: https://droneshowla.com/artigo-topografia-com-drones-x-tradicional-em-levantamentos-planialtimetricos/. Acesso em: 30 Out 2020.
FRAZÃO, Paloma Leal; et al. Avaliação do padrão de exatidão cartográfica das imagens do satélite CBERS-4. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 18., 2017, Santos. Anais. Santos: INPE, 2017.LIMA, Natan. Avaliação da qualidade da prestação de serviços topográficos. Maringá. 2016.
MONICO, Joao Francisco Galera. Posicionamento pelo GNSS: descrição, fundamentos e aplicação. 2 ed. São Paulo: UNESP, 2008. 
NETO, Manoel Silva. Pontos de controle: quando usar no mapeamento aéreo com drone? Disponível em: http://blog.droneng.com.br/pontos-de-controle-quando-utilizar/. Acesso em: 05 de Setembro de 2020. 
OLIVEIRA, Luiz; GONÇALVES, André; MIRANDA, Marcelo. O uso da topografia para auxilio de recuperação de uma área degradada. 2014.
SEEBER, Günter. Satellite geodesy: foundations, methods, and applications. 2 ed. Hannover: Walter de Gruyter, 2003.
TESSARI, Luís. Aplicativo de localização de lugares por GPS para Iphone. Caxias do Sul. 2010.	
ZANOTTA, D., et al.; Acompanhamento da expansão do município de Rio Grande (RS) entre os anos de 2008 e 2013 através da análise pelo vetor de mudanças no dompinio polar. João Pessoa. 2015.