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Larissa Soriani Zanini Ribeiro Soares Douglas Tsukamoto Júlio César Martins Deamo Luciano Rodrigues Osmar Ribeiro de Morais Geomática Catalogação elaborada pelo Setor de Referência da Biblioteca Central Uniube © 2017 by Universidade de Uberaba Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação, sem prévia autorização, por escrito, da Universidade de Uberaba. Universidade de Uberaba Reitor Marcelo Palmério Pró-Reitor de Educação a Distância Fernando César Marra e Silva Coordenação de Graduação a Distância Sílvia Denise Santos Bisinoto Editoração e Arte Produção de Materiais Didáticos-Uniube Projeto da capa Agência Experimental Portfólio Edição Universidade de Uberaba Av. Nenê Sabino, 1801 – Bairro Universitário G292 Geomática / Larissa Soriani Zanini Ribeiro Soares ... [et al.]. – Uberaba : Universidade de Uberaba, 2016. 180 p. : il. Programa de Educação a Distância – Universidade de Uberaba. ISBN 978-85-7777-593-4 1. Engenharia civil. 2. Geomática. 3. Topografia. I. Soares, Larissa Soriani Zanini Ribeiro. II. Universidade de Uberaba. Programa de Educação a Distância. CDD 624 Larissa Soriani Zanini Ribeiro Soares Graduada em Engenharia civil pela Universidade de Uberaba (Uniube). Professora de Física e Matemática no Ensino Médio, na rede estadual de ensino de Minas Gerais. Douglas Tsukamoto Especialista em Engenharia de segurança do trabalho pela Universidade de Uberaba (Uniube). Graduado em Engenharia civil pela Universidade de Uberaba (Uniube), e docente nessa área na mesma instituição. Júlio César Martins Deamo Tecnólogo em Irrigação e Drenagem pelo Instituto Federal do Triângulo Mineiro (IFTM). Mestre em inovação tecnológica (UFMT). Pesquisador do Departamento de Engenharia do solo e água do Instituto Federal do Triângulo Mineiro (IFTM). Professor da Universidade de Uberaba (Uniube). Experiência em Mecânica dos fluidos e instalações de bombeamento. Luciano Rodrigues Mestre em Redes de computadores pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU). MBA em Gestão empresarial pela Fundação Getúlio Vargas (FGV). Especialista em Georreferenciamento pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU). Graduado em Engenharia civil pela Universidade de Uberaba (Uniube) e em Engenharia elétrica pela Pontifícia Universidade Católica (PUC Minas). Trabalha na Indústria de Telecomunicações e Tecnologia da Informação e como Sobre os autores executivo responsável pela gestão do portfólio de produtos e serviços da Algar Tecnologia. Compõe também a equipe de professores do MBA em Gerenciamento de projetos da Universidade de Uberaba (Uniube). Osmar Ribeiro de Morais Especialista em Educação ambiental pela Faculdade de Zootecnia de Uberaba (FAZU). Atualmente é professor na Universidade de Uberaba (Uniube). Tem experiência na área de Engenharia civil. Sumário Apresentação ....................................................................................... IX Capítulo 1 Introdução à Topografia........................................................ 1 1.1 Planimetria ................................................................................................................3 1.2 Altimetria ...................................................................................................................3 1.3 Erros em Topografia ..................................................................................................4 1.4 Campo de atuação da Topografia ............................................................................5 1.5 Grandezas de medidas .............................................................................................5 1.5.1 Grandezas angulares ......................................................................................5 1.5.2 Grandezas lineares .........................................................................................5 1.6 Unidades de medida .................................................................................................7 1.6.1 Unidades de medida linear .............................................................................7 1.6.2 Unidades de medida angular ..........................................................................7 1.6.3 Unidades de medida de superfície ................................................................8 1.6.4 Unidades de medida de volume ...................................................................11 1.7 Conversões de medidas .........................................................................................12 1.8 Levantamento com medidas horizontais ................................................................13 1.8.1 Medida direta de distâncias ..........................................................................14 1.8.2 Cuidados nos levantamentos das medidas horizontais .............................. 15 1.9 Procedimentos para levantamentos de distâncias horizontais ............................. 16 1.10 Escala gráfica ...................................................................................................... 17 1.10.1 Principais escalas e suas aplicações ........................................................ 17 1.10.2 Definição da escala de desenho ................................................................ 18 1.11 Rumos e azimutes ............................................................................................... 20 1.11.1 Rumos ........................................................................................................ 20 1.11.2 Azimutes ..................................................................................................... 21 1.11.3 Norte magnético ..........................................................................................22 1.11.4 Declinação magnética ................................................................................23 1.12 Taqueometria ou estadimetria ..............................................................................23 1.12.1 Miras ............................................................................................................23 1.13 Medida de distância ..............................................................................................25 1.13.1 Distância horizontal .....................................................................................25 1.13.2 Distância vertical ou diferença de nível ......................................................26 1.14 Levantamento topográfico – Planimetria ..............................................................26 1.15 Levantamento da poligonal...................................................................................28 1.15.1 Cálculo da poligonal ....................................................................................30 1.15.2 Verificação do erro de fechamento angular ................................................31 1.16 Cálculo dos azimutes ..........................................................................................31 Capítulo 2 Levantamentos altimétricos ............................................... 33 2.1 Altimetria: conceitos importantes ............................................................................34 2.2 Erro de nível aparente ............................................................................................37 2.3 Nivelamento geométrico .........................................................................................39 2.3.1 Nível ótico......................................................................................................40 2.3.2 Cálculo de cotas ............................................................................................42 2.4 Perfil do terreno ......................................................................................................45 2.4.1 Declividade entre pontos...............................................................................45 2.5 Curvas de nível .......................................................................................................46 2.5.1 Características das curvas de nível ..............................................................47 2.5.2 Intervalo entre curvas de nível ......................................................................49 2.5.3 Erros de interpretação gráfica nas curvas de nível ......................................51 2.6 Topologia .................................................................................................................52 2.7 Obtenção das curvas de nível ................................................................................53 2.7.1 Interpolação ...................................................................................................54 2.7.2 Levantamento passo a passo .......................................................................55 2.8 Terraplenagem para plataformas ...........................................................................58 2.8.1 Cota de passagem ........................................................................................59 2.8.2 Modelo do terreno .........................................................................................62 Capítulo 3 Altimetria I: fundamentos, curvas de nível e cálculo de volume ................................................................................. 77 3.1 Fundamentos da Altimetria .....................................................................................78 3.1.1 Forma da Terra ..............................................................................................79 3.1.2 Fundamentos altimétricos .............................................................................80 3.2 Nivelamento ............................................................................................................86 3.2.1 Nivelamento trigonométrico ..........................................................................87 3.2.2 Nivelamento geométrico ...............................................................................94 3.3 Curvas de nível .....................................................................................................100 3.4 Greide e seções transversais ...............................................................................107 3.4.1 Greide ..........................................................................................................107 3.4.2 Seções transversais ...................................................................................108 3.4.3 Cálculo de volumes ....................................................................................110 Capítulo 4 Altimetria II .........................................................................119 4.1 Conceitos básicos de Altimetria ............................................................................121 4.1.1 Estacionamento de equipamentos topográficos ........................................121 4.1.2 Tabelas de classificação de equipamentos topográficos .......................... 124 4.1.3 Generalidade e definições ......................................................................... 125 4.2 Altimetria................................................................................................................127 4.2.1 Conceitos básicos de Altimetria ................................................................. 127 4.3 Levantamento de curvas de nível ........................................................................ 148 4.3.1 Critérios de levantamento de curvas de nível (procedimentos práticos): . 148 4.3.2 Etapas do levantamento das curvas de nível ............................................ 150 4.3.3 Procedimentos para desenho das curvas de nível ................................... 151 4.3.4 Topologia .................................................................................................... 151 4.3.5 Noções de Cartografia ............................................................................... 153 4.3.6 Escala ......................................................................................................... 154 4.3.7 Seleção de escala ...................................................................................... 155 4.3.8 Projeções cartográficas .............................................................................. 156 4.3.9 Sistema de coordenadas cartográficas ..................................................... 157 4.3.10 Classificação de cartas e mapas ............................................................. 160 Prezado(a) aluno(a). Embora a Geomática possa ser entendida em um sentido muito amplo, envolvendo todas as atividades que operam com a aquisição e o gerenciamento de dados esperciais, neste livro, este termo é empregado num sentido bem restrito: trata-se daquela parte específica da geomática denominada topografia e que rem grande importância para a engenharia civil. Em relação à topografia, você verá que ela é a base para diversos trabalhos de engenharia, nos quais é importante o conhecimento das formas e dimensões do terreno. Trata-se de conhecimento com ampla aplicação no âmbito da engenharia, como, por exemplo, em projetos e execução de estradas, em grandes obras de engenharia, como pontos, portos, viadutos e túneis, na locação de obras, em trabalhos de terraplenagem, no monitoramento de estruturas, no planejamento urbano, na irrigação e drenagem, no reflorestamento, etc. Como toda obra de engenharia depende do terreno sobre o qual se assenta, é fundamental o conhecimento detalhado desse terreno, tanto na etapa do projeto quanto na etapa da construção ou execução do mesmo e é a topografia que fornece os métodos e os instrumentos que permitem esse conhecimento do terreno e asseguram uma correta implantação da obra ou serviço. Em se tratando de um livro sobre topografia, os capítulos que se ocupam deste assunto apresentam conhecimentos relativos às duas partes em que ela se subdivide, a planimetria e a altimetria. Assim, são abordados todos os procedimentos para se representar o terreno em planta, tanto os destinados à representação planimétrica como os destinados à representação altimétrica. Contudo, é dada maior ênfase ao estudo desses últimos. Apresentação No primeiro capítulo, será feita uma introdução ao assunto, introduzindo os conceitos básicos da topografia, como os conceitos de planimetria e de altimetria, a noção de erro em topografia, a noção de grandeza e os tipos de grandezas com os quais o engenheiro deve lidar, bem como as unidades de medidas. Entrará em contato também com outras noções indispensáveis, como a de escala e suas aplicações e a de rumos e azimutes. Há também neste capítulo a preocupação de recuperar uma série de noções básicas de matemática que o aluno já conhece e que serão importantes para o estudo da topografia. O segundo capítulo se volta mais especificamente para o estudo da altimetria. Conhecerá os procedimentos necessários para a realização de um levantamento topográfico, como também visualizará a importância destes para a elaboração de projetos de engenharia. Verá, ainda, os conceitos utilizados no campo da Altimetria, bem como os principais métodos de nivelamento topográfico, os instrumentos utilizados e as técnicas empregadas nestas medições. Os dois capítulos seguintes, o terceiro e o quarto, ocupam-se do estudo mais detalhado da altimetria. Como esta parte da topografiaestuda os métodos e procedimentos que permitem a representação do relevo, você aprenderá a medir adequadamente o terreno, calcular as alturas (cotas ou altitudes) dos pontos de interesse e representá-los em planta mediante uma convenção altimétrica adequada. Neste momento, como o interesse se centra na representação altimétrica do terreno, você aprenderá que esta pode ser realizada usando-se dois procedimentos: através dos pontos cotados e das curvas de nível. Nossa expectativa é que os conteúdos aqui desenvolvidos, possam contribuir para uma sólida formação profissional e que, quando no exercício cotidiano de sua profissão, possam ajudá-lo(a) na tomada de decisões corretas para a soluções dos problemas que se manifestarem tanto na fase de elaboração de seus projetos como na fase de execução dos mesmos. Bons estudos! Douglas Tsukamoto Júlio César Martins Deamo Larissa Soriani Zanini Ribeiro Soares Introdução Introdução à TopografiaCapítulo 1 A palavra “topografia” deriva das palavras gregas topos, que signifi- ca lugar, e graphen, que significa descrever; portanto, topografia quer dizer descrição do lugar. Topografia é a ciência que estuda todos os acidentes geográficos definindo a situação e a localização deles numa área qualquer. Tem a importância de determinar analiticamente as medidas de área e perímetro, localização, orientação, variações no relevo e, ainda, representá-las graficamente em plantas topográficas. A Topografia é capaz de descrever o lugar por meio de represen- tações gráficas de fácil entendimento, que são essenciais para elaboração de projetos e execução de obras. São várias as suas aplicabilidades na Engenharia Civil: • é a Topografia que marca os pontos de corte e aterro nas obras de terraplenagem, faz a locação das edificações com precisão; • é capaz de orientar a escavação de dois lados da montanha para que se construa um túnel, e este túnel se encontrará perfeitamente em seu interior; 2 UNIUBE Ao final dos estudos propostos neste capítulo, esperamos que esteja apto a: • conceituar Topografia e identificar suas divisões; • realizar levantamentos de terrenos ou áreas, inclusive suas benfeitorias, com a finalidade de confeccionar plantas que representam os dados levantados; • visualizar a importância dos levantamentos para elaboração de projetos de engenharia; • identificar grandezas de medidas e aprender a fazer conver- sões de medidas; • calcular áreas e volumes; • definir escalas de desenho. • é importante nas construções de pontes, aeroportos, usinas hidrelétricas, loteamentos e outras atividades da engenharia que necessitem de precisão em seus levantamentos e marcações. A Topografia comporta duas divisões principais, a Planimetria e a Altimetria, que serão objeto de nossos estudos. 1.1 Planimetria 1.2 Altimetria 1.3 Erros em Topografia 1.4 Campos de atuação da Topografia 1.5 Grandezas de medidas 1.6 Unidades de medidas 1.7 Conversões de medidas 1.8 Levantamento com medidas horizontais 1.9 Procedimentos para levantamentos de distâncias horizontais 1.10 Escala gráfica Objetivos Esquema UNIUBE 3 Planimetria1.1 É a representação sobre um plano horizontal de referência da projeção dos contornos e acidentes de um terreno (cercas, morros, rios, estradas etc.). A representação é realizada utilizando-se a vista superior, e as distâncias aparecerão projetadas sobre um mesmo plano horizontal; esta representação denomina-se de “planta”, portanto, a planimetria é representada por plantas gráficas. Altimetria1.2 É definida como o conjunto de operações necessárias para a determinação das distâncias verticais de um local e o método de lançamento dessas grandezas no levantamento, cujas representações em relação a um plano de referência vertical dão-se por meio de suas coordenadas X, Y e Z. Podem ser lançadas sobre a representação plana do terreno pelas curvas de nível, que representam claramente o relevo em 2D. Na Altimetria, utilizam-se como representação as vistas laterais, ou perfis, ou cortes, ou elevações, que são representadas sobre um plano vertical. Nível Nível, em Topografia, é a distância vertical (altura) de um ponto relativamente a outro ponto pré- -estabelecido. Os levantamentos topográficos são definidos e executados em função das especificações dos projetos. Assim, um projeto poderá exigir somente levantamentos planimétricos, ou somente levantamentos altimétricos, ou ainda, ambos os levantamentos chamados planialtimétricos. IMPORTANTE! 1.11 Rumos e azimutes 1.12 Taqueometria ou estadimetria 1.13 Medida de distância 1.14 Levantamento topográfico – Planimetria 1.15 Levantamento da poligonal 1.16 Cálculo dos azimutes 4 UNIUBE Erros em Topografia1.3 Os levantamentos topográficos sempre envolvem um nível de erro mesmo aqueles realizados por pessoal treinado e utilizando-se técnicas apuradas. Os erros ocorridos nas medições topográficas são classificados como: a) naturais: geralmente ocasionados por fenômenos naturais, dentre eles: vento, temperatura, pressão atmosférica etc. Muitas vezes, esses erros ocorrem de forma sistemática e, por esse motivo, dificilmente podem ser evitados. É muito importante estar atento às condições ambientais, para que erros pontuais não comprometam a precisão do levantamento; b) instrumentais: esses são ocasionados por fatores ligados diretamente aos instrumentos de medida utilizados no levantamento. Os principais itens que são observados são os erros de aferição e calibragem dos instrumentos. Na maioria das vezes, os efeitos desses erros podem ser evitados ou corrigidos através de manutenção, aferição e calibração constante dos equipamentos. Nos casos mais complexos de erros, é aconselhável encaminhar os equipamentos para assistência técnica para efetuar calibração e conserto de possíveis defeitos. c) pessoais: são erros causados por falha humana, geralmente por falta de atenção ou de capacitação técnica do operador dos instrumentos. Comumente pode se notar erros de leitura de ângulos verticais ou horizontais, posicionamento inadequado das réguas ou miras, leitura incorreta da régua ou trena, erro de nivelamento e prumo do instrumento. Esses erros grosseiros devem ser evitados, pois na maioria dos casos são impossíveis de corrigir, tendo como principal ponto negativo a perda de tempo ocasionando a necessidade de se refazer o levantamento para se efetuar a correção. Aferição Verbo aferir, que significa avaliar, comparar, cotejar, medir, conferir cada aspecto com seu respectivo padrão; afilar. Prumo É o instrumento usado para detectar se o elemento está na vertical. Trena É um instrumento de medida usado para medir distâncias. UNIUBE 5 Na Topografia, nos levantamentos planimétricos e altimétricos, trabalha- mos com distâncias e ângulos. Na Planimetria, com distâncias horizon- tais, ângulos horizontais e verticais, e na Altimetria, com distâncias horizontais e verticais e com ângulos verticais e horizontais. Campo de atuação da Topografia1.4 A Topografia supõe a Terra plana, portanto, resulta em plantas e não em cartas. As técnicas topográficas ficam limitadas às diferenças entre a superfície plana e a superfície geoidal; caso essas diferenças não possam ser desprezadas, sai-se da Topografia e entra-se em outra ciência chamada de Geodésia. Em áreas dentro de um raio de 5 km, as técnicas da Topografia são perfeitamente aceitáveis para levantamentos planimétricos. Para realizarmos levantamentos topográficos, com frequência, temos que fazer conversões de medidas. Assim, passaremos aos estudos das grandezas, unidades e como fazer as conversões de medidas. Grandezas de medidas1.5 1.5.1 Grandezas angulares Ângulo horizontal: é o ângulo entre duas linhas ou alinhamentos de um terreno, medidos no plano horizontal. Um ângulo horizontal pode ser à direita ou à esquerda. Ângulo vertical: é o ângulo formado entre dois pontos do terreno em relação ao plano do horizonte. Osângulos verticais podem ser ascendentes ou descendentes, em função de sua posição em relação ao plano de referência, podendo ser em aclive (acima do plano) ou em declive (abaixo do plano). 1.5.2 Grandezas lineares Distância horizontal: é a distância linear medida entre dois pontos, no plano horizontal, sem considerar as deformidades do terreno no plano vertical (Figura 1). 6 UNIUBE Figura 1: Distância horizontal. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Distância vertical ou diferença de nível: é a distância medida entre dois pontos, num plano vertical que é perpendicular ao plano horizontal, desconsiderando-se as irregularidades do terreno (Figura 2). Figura 2. Distância vertical. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Distância inclinada: é a distância medida entre dois pontos inclinados em relação à linha horizontal (Figura 3). Figura 3: Distância inclinada. Fonte: Júlio César Martins Deamo. UNIUBE 7 Ressaltamos que as grandezas representadas pela Planimetria são: distância e ângulo horizontais (planta); enquanto as grandezas representadas pela Altimetria são: distância e ângulo verticais, representados em planta através das curvas de nível ou por meio de um perfil. IMPORTANTE! Unidades de medida1.6 Na Topografia, são medidas duas espécies de grandezas: as lineares e as angulares, mas trabalhamos, também, com outras duas espécies de grandezas: as de superfície e as de volume. O sistema de unidades utilizado no Brasil é o métrico decimal, porém, em função dos equipamentos e da bibliografia utilizada, na sua grande maioria importada, algumas unidades relacionadas, a seguir, apresentarão seus valores correspondentes no sistema americano. 1.6.1 Unidades de medida linear • mm, mm, cm, dm, m e km • polegada inglesa = 2,54 cm = 0,0254 m • pé = 30,48cm = 0,3048 m • jarda = 91,44cm = 0,9144m • milha brasileira = 2200 m • milha terrestre/inglesa = 1609,31 m 1.6.2 Unidades de medida angular Para as medidas angulares, trabalhamos com o grau, grados e radianos; seguem suas relações: 360° = 400g = 2π Grados Uma unidade de medida de ângulos planos equivalente a π/200 radianos ou 0,9 graus. Radiano É a unidade de medida de um ângulo. 8 UNIUBE O valor de PI (π) corresponde a 3,1415926539... É a razão entre o comprimento de uma circunferência pelo seu diâmetro. 1.6.3 Unidades de medida de superfície Para as medidas de superfície, ou seja, cálculo de áreas, utilizamos centímetro quadrado, metro quadrado, hectares, ou alqueire; seguem suas relações: • cm², m² e km²; • are = 100 m²; • acre = 4.046,86 m²; • hectare (ha) = 10.000 m²; • alqueire paulista = 2,42 ha = 24.200 m²; • alqueire mineiro = 4,84 ha = 48.400 m². O alqueire era uma unidade de volume usada para medida de grãos; em Minas Gerais, correspondia a 80 litros, e em São Paulo a 40 litros. Essa forma de avaliar a área em alqueires foi devido ao plantio de grãos em certa superfície, portanto, aquela superfície correspondia à quantidade de alqueires de grãos plantados. Hoje, é a unidade de medida de superfície agrária equivalente em Minas Gerais, Rio de Janeiro e Goiás, que são de 4,84 hectares, e, em São Paulo, 2,42 hectares. Hectare é unidade de medida de superfície com 10.000m². SAIBA MAIS A unidade de superfície é determinada de acordo com o cálculo de áreas. Os exemplos mais comuns que podemos observar são as grandezas das áreas de terrenos, construções, praças, rodovias, dentre outras. UNIUBE 9 O polígono ABCD representa um terreno urbano de uma cidade qualquer. Determine a área deste terreno com base na representação da Figura 4 a seguir: Figura 4: Desenho do polígono ABCD. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Resolução Para calcular a área deste terreno, primeiramente, temos que dividir o terreno em duas áreas, de acordo com o croqui representado na Figura 5. Agora, basta-nos utilizar as fórmulas para cálculo de áreas. Figura 5: Desenho do polígono ABCD, dividido em um quadrado e um triângulo. Croqui do terreno. Fonte: Júlio César Martins Deamo EXPLICANDO MELHOR 10 UNIUBE • Opção 1 Para cálculo de áreas: • Triângulo: Base x Altura 2 • Quadrado: Lado x Lado Portanto: Para a parte 1: • Quadrado: Lado x Lado = 10m x 10m = 100 m² Para a parte 2: • Triângulo: Base x Altura 2 = 10m x 15m 2m = 75 m² Agora, é só somar as áreas e encontraremos como resultado a área do terreno, que é 175 m². • Opção 2 Já que o polígono (terreno) é um trapézio, podemos calcular a área da seguinte forma: (lado maior + lado menor) ( 25m + 10m).10 Área = = = 175 m² 2 2 Nos exemplos dados, podemos notar que são figuras geométricas perfeitas, porém, na prática, na maioria das vezes, isso não acontece, pois o que encontraremos são áreas das mais variadas formas, portanto o levantamento e a determinação das áreas serão mais complexos e necessitarão da utilização de métodos mais precisos e específicos. UNIUBE 11 1.6.4 Unidades de medida de volume Para as medidas de volumes, são usados centímetros cúbicos, metros cúbicos ou litros; a seguir, suas relações: 1 m³ = 1.000 cm³ = 1000 l As medidas de volumes são trabalhadas na engenharia em obras de terraplenagem, para calcular o volume de terra a ser trabalhada; também trabalhamos com os traços de concreto em volume, e ainda alguns materiais são adquiridos em volume. Exemplos: temos os agregados, como a areia e britas. Imagine um terreno medindo 10 m de frente e 20 m de comprimento, em que o fundo do terreno está 50 cm abaixo do nível da frente do terreno. Determine o volume a ser aterrado neste terreno, de forma que o fundo do terreno fique com 40 cm acima do nível da frente do terreno. Veja, a seguir, a representação do perfil deste terreno. Considerando que a frente do terreno está na cota 0,0 e o fundo está na cota – 50,0: Lembre-se de que o aterro é o preenchimento com terra de espaços a serem trabalhados, com a devida compactação. A cota em Topografia é a altura de um ponto relativamente a um plano horizontal. 0,0 – 50,00 cmPerfil do terreno Resolução Inicialmente, iremos calcular a área a ser aterrada. Vejamos o perfil, a seguir: para calcular esta área, observe que temos 50 cm abaixo do nível da frente do terreno e iremos deixá-lo com 40 cm acima, então, temos que aterrar 90 cm no fundo do terreno. Veja a seguir, o croqui de como ficará o terreno após o aterro. EXEMPLIFICANDO! 12 UNIUBE Perfil do terreno depois do aterro 0,0 0,0 + 40 cm – 50,00 cm Observando a figura anterior, temos um triângulo. Com base de 90cm e altura de 20m (corresponde ao comprimento do terreno), para o cálculo desta área, temos: = = = 0,90 . 20 9 ² 2 2 Base x Altura m mÁrea m Considerações: • as cotas estão em centímetros; devem ser transformadas em metros; • observe a unidade, metros quadrados é uma unidade de área. Agora, para calcularmos o volume, basta multiplicarmos a área encontrada pela largura do terreno; vejamos: Volume = 9 m² x 10m = 90m³ Portanto, o volume a ser aterrado é de 90 m³. Conversões de medidas1.7 A conversão de medida é importante e utilizada quando temos alguma informação em uma unidade e queremos saber qual o valor dessa medida em outra unidade conhecida. UNIUBE 13 Os aparelhos de televisão estão disponíveis em vários modelos e marcas. Possuem tamanho das telas variado: 21”, 29”, 32” 42”, dentre outras. Mas, como podemos nos certificar se estamos comprando a televisão correta? Para respondermos a essa questão, primeiramente, é necessário conhecer que as medidas das telas correspondem às medidas da diagonal desta, ou seja, em uma televisão de 29”, as distâncias das diagonais de sua tela têm 29”. Mas, quantos centímetros têm 29”? Vejamos: Vamos descobrir a relação entre as medidas. Conforme vimos, uma polegada tem 2,54 cm. Agora, basta aplicarmos a regra de três, ou seja: 1” ------------------- 2,54cm 29” ------------------ A cm Logo Portanto, as telas de 29” medem 73,66 cm. EXEMPLIFICANDO! Levantamento com medidashorizontais1.8 Neste método, trabalharemos somente com a planimetria, com levantamento manual de medidas horizontais, para representá-las em desenhos em formatos e escalas a serem definidos posteriormente. Na elaboração de um projeto, a primeira necessidade é identificar as dimensões do terreno, ou ainda, se já existe uma edificação, verificando se o proprietário tem o projeto desta edificação. O próximo passo é certificar se as Escala É um método de ordenação de grandezas físicas e químicas qualitativas ou quantitativas, que permite a comparação. Escala é uma relação existente entre as medidas na planta e as distâncias lineares correspondentes no terreno. 14 UNIUBE documentações estão fielmente de acordo com a realidade, porque não podemos simplesmente nos basear nos dados das escrituras, e /ou do projeto, pois já podem ter realizadas alterações na edificação, sem modificações nos documentos. Portanto, muitas vezes, temos que realizar os levantamentos de terrenos, casas, galpões, imóveis comerciais, dentre outros. Neste capítulo, aprenderemos como realizar o levantamento com medidas horizontais, e quais são os cuidados a serem tomados. 1.8.1 Medida direta de distâncias É simplesmente medir a distância entre dois pontos conhecidos. Esta distância é determinada em comparação a uma grandeza padrão previamente estabelecida; no caso do Brasil, utilizamos “metro” ou “centímetros” como unidades de medida. Podemos observar o exemplo, a Figura 6 a seguir, em que temos dois pontos “A” e “B”, cuja distância horizontal entre eles é de 300 centímetros ou 3 metros. Figura 6: Distância entre dois pontos. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Para obter as distâncias horizontais, é necessária a utilização de ferramenta de medição e alguns acessórios de apoio como: balizas e caderneta de campo. • Trenas de aço: ferramentas de medição feitas de uma lâmina de aço, graduada em metros, centímetros e milímetros, com largura variável de 10 a 20 mm, comprimento de 3, 5, 8, 20, 30, 60, 100 e 150 metros, são leves e praticamente indeformáveis. Baliza É um instrumento utilizado pelo topógrafo (geomensor ou agrimensor) para elevar o ponto topográfico com objetivo de torná-lo visível. UNIUBE 15 • Balizas: são utilizadas para manter o alinhamento, na medição entre pontos; quando há necessidade de se executar vários lances, são feitas de madeira ou ferro; arredondadas, sextavadas ou oitavadas, são terminadas em ponta guarnecida de ferro, comprimento de 2 metros e diâmetro de 16 a 20 mm; são pintadas em cores contrastantes (branco e vermelho ou branco e preto) para permitir que sejam facilmente visualizadas a distância e devem ser mantidas na posição vertical. • Cadernetas de campo: documento onde são registrados todos os elementos levantados no campo: croquis dos pontos, distâncias horizontais, ângulos e outras anotações importantes e necessárias para os trabalhos de Topografia. 1.8.2 Cuidados nos levantamentos das medidas horizontais A precisão das distâncias horizontais está relacionada diretamente com os cuidados que devem ser observados durante o processo de medição das distâncias horizontais. a) Escolha da trena: a qualidade da trena é essencial para as medições de distâncias horizontais; principalmente com a globalização, é fácil encontrar no mercado trenas de má qualidade que se deformam com a variação de temperatura, interferindo diretamente no levantamento das áreas. Escolha as trenas de aço, com largura de 12 mm. b) Utilize apenas uma única trena: no levantamento, utilize apenas uma única trena, pois pode haver pequena diferença entre uma trena e outra; consequentemente, pode interferir no resultado final do levantamento. c) Posição da trena: durante as medições de distâncias horizontais, a trena deve estar esticada e nivelada para evitar os erros de medidas. Veja as figuras 7 e 8: d) Balizas: quando for necessária a utilização das balizas no auxílio das medidas, estas deverão estar sempre na posição vertical. 16 UNIUBE Figura 7: Erro devido ao deslocamento “e”. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Observe a Figura 7 e note que, se houver um deslocamento “e” na trena durante a medição da distância horizontal, haverá um erro de medição para maior. Figura 8: Erro devido à inclinação da trena. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Observe a Figura 8 e note que as distâncias “a” e “b” são diferentes; portanto, deve-se tomar cuidado e manter a trena na posição horizontal ao realizar as medições, evitando inclinar a trena e, consequentemente, evitando os erros de medições. Procedimentos para levantamentos de distâncias horizontais 1.9 Antes de aprendermos os levantamentos de distâncias horizontais, vamos recordar que, por um único ponto, passam infinitas retas; que, por dois pontos, passa apenas uma única reta, e que a distância horizontal é a distância entre dois pontos no plano horizontal. Para realizar os levantamentos de distâncias horizontais, devemos ter cuidados conforme descritos no item 1.2, anteriormente. Para o levantamento de um ponto, devemos ter duas medidas deste ponto para amarração no desenho (método da triangulação). UNIUBE 17 Para proceder ao levantamento, seguem algumas instruções: 1. inicialmente, temos que fazer a inspeção do local para o conhecimento da área; 2. no local, deve-se fazer um croqui na caderneta de campo ou em um rascunho, identificando os pontos a serem levantados; 3. definir as referências principais, ou seja, a partir de quais pontos iremos realizar as medições; 4. realizar as medições horizontais e anotar na caderneta de campo ou rascunhos, lembrando que cada ponto deve ter duas medidas para sua amarração. Após os levantamentos, ou seja, das medições topográficas, temos as representações gráficas. Como não podemos desenhar as áreas nas dimensões reais, precisamos utilizar as escalas gráficas. Escala gráfica1.10 A escala gráfica é a representação gráfica de uma escala nominal ou numérica. Esta forma de representação da escala é utilizada, principal- mente, para fins de acompanhamento de ampliações ou reduções de plantas ou cartas topográficas. A escala gráfica fornece, rapidamente, e sem cálculos, o valor real das medidas executadas sobre o desenho, qualquer que tenha sido a redução ou ampliação sofrida por este. 1.10.1 Principais escalas e suas aplicações Na Tabela 1, temos as principais escalas utilizadas por engenheiros e as suas respectivas aplicações. 18 UNIUBE Tabela 1: Escalas utilizadas nos desenhos APLICAÇÕES ESCALAS Plantas 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 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 estado, países, continentes etc. 1 : 200.000 1 : 10.000.000 Fonte: Douglas Tsukamoto. É importante destacar que, dependendo da escala, a denominação da representação muda para planta, carta ou mapa. 1.10.2 Definição da escala de desenho Para a definição da escala, devemos conhecer: a) o tamanho da porção de terreno levantado; b) o tamanho da folha utilizada. Os tamanhos de folha mais utilizados para a representação da superfície terrestre seguem as normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, que variam do tamanho A0 (máximo) ao A5 (mínimo). IMPORTANTE! 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, em vez 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. UNIUBE 19 A escala de desenho é definida pela seguinte relação: = =1 IE M L Em que: L = representa qualquer comprimento linear real,medido sobre o terreno; I = representa um comprimento linear gráfico qualquer, medido sobre o papel, e que é correspondente ao comprimento medido sobre o terreno; M = é denominado Módulo da escala e representa o inverso de (l / L). O desenho topográfico nada mais é do que a projeção de todas as medidas obtidas da área sobre o plano do papel. Imagine um simples terreno de 10m x 20m; teríamos que ter, no mínimo, 20 m² de papel. Impossível, não é verdade! Portanto, para desenhar, devemos utilizar as escalas. Vamos adotar o papel no formato A4, que tem dimensões de 210mm de largura por 297mm de altura. Para a escala 1:50, temos: = = → = → = → 1 1 0,40 40 50 20 I IE I m cm M L m Como a maior dimensão da folha A4 tem 0,297m, não é possível desenhar na escala 1:50. Vamos tentar a escala 1:100: = = → = → = → = = → = → = → 1 1 0,20 20 100 20 1 1 0,10 10 100 10 I IE I m cm M L m I IE I m cm M L m Agora sim, para representarmos o terreno de 10 x 20m, podemos desenhar no papel A4, utilizando a escala gráfica de 1:100; para facilitar os desenhos, sem necessidade de fazer cálculos de escalas, podemos utilizar os escalímetros. EXEMPLIFICANDO! Escalímetro É um instrumento na forma de um prisma triangular, que possui 6 réguas com diferentes escalas. É utilizado para medir e conceber desenhos em escalas ampliadas ou reduzidas. 20 UNIUBE Rumos e azimutes1.11 1.11.1 Rumos Rumo de uma linha é o ângulo formado entre a direção Norte/Sul e a linha meridiana, medido a partir do Norte ou a partir do Sul, variando de 0 a 90° ou 100 grados. O rumo será expresso em função do quadrante em que está localizado, pois além do valor numérico, acrescenta-se uma sigla cuja primeira letra indica a origem de onde parte o ângulo e a segunda letra o ponto de chegada (Figura 9). • NE = parte do Norte no sentido Leste (Nordeste) • SE = parte do Sul no sentido Leste (Sudeste) • SW = parte do Sul no sentido Oeste-West (Sudoeste) • NW = parte do Norte no sentido Oeste-West (Noroeste) Figura 9: Siglas representativas dos rumos em função do quadrante. Fonte: Júlio César Martins Deamo. UNIUBE 21 1.11.2 Azimutes Azimute de uma linha é o ângulo formado a partir do Norte no sentido horário, e varia de 0° a 360° (Figura 10). Figura 10: Exemplos de representação dos azimutes. Fonte: Júlio César Martins Deamo. • Representação do rumo em função do azimute (Figura 11) Figura 11: Representação do rumo em função do azimute. Fonte: Júlio César Martins Deamo. 22 UNIUBE • 1º quadrante: Rumo = Azimute • 2º quadrante: Rumo = 180° – azimute • 3º quadrante: Rumo = azimute – 180° • 4º quadrante: Rumo = 360° – azimute • Representação do Azimute em função do rumo (Figura 12) Figura 12: Representação do azimute em função do rumo. Fonte: Júlio César Martins Deamo. • 1º quadrante => Azimute = rumo • 2º quadrante=> Azimute = 180° – rumo • 3º quadrante=> Azimute = 180° + rumo • 4º quadrante=> Azimute = 360° – rumo 1.11.3 Norte magnético Direção norte de um meridiano magnético, assinalada pela agulha de uma bússola imantada. UNIUBE 23 1.11.4 Declinação magnética Ângulo formado entre o norte magnético e o norte geográfico. O norte magnético é variável, logo o ângulo de declinação também varia. Taqueometria ou estadimetria1.12 As observações de campo são realizadas com o auxílio de teodolitos. Com o teodolito, realiza-se a medição do ângulo vertical ou ângulo zenital, o qual, em conjunto com as leituras efetuadas, será utilizado no cálculo da distância. Observe as figuras 13, 14 e 15, a seguir, que lhe dará a sequência de uma leitura estadimétrica. 1.12.1 Miras As miras estadimétricas são réguas graduadas centimetricamente, ou seja, cada espaço branco ou preto (Figura 13) corresponde a um centímetro. Os decímetros são indicados ao lado da escala centimétrica. Na mira, a seguir (Figura 14), os números 1, 2, 3 etc. correspondem, respectivamente, a 1 decímetro, 2 decímetros, 3 decímetros e assim por diante. A escala métrica é indicada com pequenos círculos localizados acima da escala decimétrica, sendo que o número de círculos corresponde ao número de metros, como pode ser visto acima do número I e II (figuras 13 e 14). Isso quer dizer que esta parte da mira está, aproximadamente, a 1 e 2 metros do chão, respectivamente. Na mira, são efetuadas as leituras dos fios estadimétricos (superior, médio e inferior). Para o exemplo da Figura 13, estas leituras são: Superior: 1,300m Médio: 1,150m Inferior: 1,000m 24 UNIUBE Figura 13. Leitura dos fios estadimétricos Fonte: Júlio César Martins Deamo. Figura 14: Mira. Fonte: Adaptado de Júlio César Martins Deamo. UNIUBE 25 Figura 15: Aplicação prática do teodolito. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Medida de distância1.13 Na Planimetria, existe a necessidade de medir as distâncias entre os pontos que se pretende representar em um plano horizontal. As distâncias podem ser avaliadas direta ou indiretamente. Medição direta é aquela em que se aplica diretamente sobre o terreno um instrumento que permita marcar distâncias (trena, fita métrica etc.) e medição indireta ou estadimétrica, quando se calcula com o auxílio da trigonometria, a distância desejada. 1.13.1 Distância horizontal A distância horizontal pode ser obtida através do método direto ou por estadimetria, utilizando mira e teodolito (método indireto). Depois de obtidos os dados de campo, encontraremos a distância horizontal através da fórmula: DH = 100 ×H × cos²α + C, 26 UNIUBE em que: DH = distância horizontal; H = retículo superior – retículo inferior; α = ângulo da inclinação da luneta; C= Constante do instrumento (para o caso de instrumentos precisos C=0). 1.13.2 Distância vertical ou diferença de nível Assim como na determinação das distâncias horizontais, as distâncias verticais podem ser obtidas por meio de métodos diretos (trena, corrente de agrimensor etc.) ou indiretos (teodolito e mira). Porém, a obtenção das distâncias é realizada pela seguinte fórmula: x TAN i – Fm,= +DN DH a em que: DN = diferença de nível ou distância vertical; α = 90º - ângulo vertical; i = altura do aparelho; Fm = fio médio. Levantamento topográfico – Planimetria1.14 Para realizar o levantamento topográfico, é necessário determinar pontos de apoio, e, a partir desses pontos, é possível representar os demais pontos e assim determinar a área levantada. A representação topográfica da área está baseada nos pontos levantados a serem medidos e para os quais são determinadas as coordenadas. O levantamento é realizado pelo método de caminhamento, medindo-se todos os ângulos e lados, tendo-se uma orientação inicial, sendo assim possível calcular as coordenadas de todos os pontos que formam a poligonal. Essas coordenadas de cada ponto são obtidas pela projeção ortogonal no plano cartesiano em X e Y. As coordenadas do eixo Z são determinadas pela Altimetria. UNIUBE 27 Para a determinação das coordenadas de cada ponto, deve-se fazer a projeção tanto no eixo X (ordenadas) quanto no Y (abscissas). Na Figura 16, temos os seguintes dados: ΔX = projeção do ponto B no eixo X ΔY = projeção do ponto B no eixo Y A = distância horizontal entre os pontos C e D Figura 16: Representação da projeção da distância A em X (ΔX) e em Y (ΔY). Fonte: Júlio César Martins Deamo. Com base na Figura 16, e utilizando os conceitos da trigonometria plana, é possível calcular as projeções de cada ponto, tanto no eixo X quanto no eixo Y; para isso, devemos aplicar as seguintes fórmulas: ΔX = A . sen Az ΔY = A . cos AZ, em que, A= distância horizontal entre os dois pontos; ΔX = projeção do ponto em X; ΔY = projeção do ponto em Y; Az= azimute da direção. 28 UNIUBE Figura 17: Representação da poligonal fechada. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Levantamento da poligonal1.15 No levantamento topográfico, podemos encontrar diversas possibilidades de obtenção do posicionamento dos pontos, sendo queo principal método é a leitura por irradiação, na qual podemos determinar as poligonais que podem ser abertas ou fechadas. Nesse capítulo, abordaremos somente a poligonal fechada por ser o método mais empregado. Para definirmos uma poligonal, é necessário efetuarmos a medição dos ângulos formados por seus lados. Geralmente, determinamos os ângulos externos da poligonal. As poligonais fechadas são aquelas que partem de um ponto com coordenadas conhecidas e retornam ao mesmo ponto (Figura 17). UNIUBE 29 Poligonais abertas são aquelas que partem de um ponto conhecido e terminam em um ponto cuja coordenada se deseja determinar (Figura 18). Figura 18: Representação da poligonal aberta. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Para determinar uma poligonal, é necessária a definição dos ângulos formados por seus lados. Esses ângulos podem ser determinados pelos ângulos internos (Figura 19) ou externos (Figura 20) à poligonal. Figura 19: Ângulos internos. Fonte: Júlio César Martins Deamo. Figura 20: Ângulos externos. Fonte: Júlio César Martins Deamo. 30 UNIUBE Em que: Az: azimute da direção CD; A: distância horizontal entre os pontos C e D; Xo e Yo: coordenadas do ponto C; X1 e Y1: coordenadas do ponto D. As coordenadas do ponto D serão dadas por: X1 = Xo + ΔX Y1 = Yo + ΔY, em que ΔX e ΔY são calculados por: ΔX = A . sen (Az) ΔY = A . cos (Az) A partir da coordenada do ponto D, será possível calcular a coordenada do próximo ponto, e assim por diante. Figura 21: Cálculo das coordenadas. Fonte: Júlio César Martins Deamo. 1.15.1 Cálculo da poligonal Com base nos dados de campo (ângulos e distâncias), na orientação inicial e nas coordenadas do ponto de partida, podemos calcular as coordenadas de todos os pontos da poligonal. Inicia-se o cálculo a partir do ponto C. A Figura 21 ilustra o processo de cálculo. UNIUBE 31 1.15.2 Verificação do erro de fechamento angular Antes de calcular o azimute das direções em uma poligonal fechada, é necessário fazer a verificação dos ângulos medidos. Como o próprio nome sugere, a poligonal fechada forma um polígono fechado, por isso é possível verificar se houve algum erro na medição dos ângulos. Em um polígono qualquer, o somatório dos ângulos externos deverá ser igual a: somatório dos ângulos medidos = (n + 2) . 180º em que n é o número de pontos (estações) da poligonal. O erro angular (ea) será dado por: ea = somatório dos ângulos medidos – (n + 2).180º . O somatório dos ângulos internos deverá ser igual a: somatório dos ângulos medidos= (n – 2) . 180° Cálculo dos azimutes 1.16 De posse do azimute do primeiro alinhamento da poligonal (medido ou calculado), faz-se o transporte para os demais alinhamentos por meio da relação: Azc = Aza + e < 180° (somam-se 180°) Azc = Aza + e > 180° e < 540° (subtraem-se 180°) Azc = Aza + e > 540° (subtraem-se 540°) em que: Azc = azimute calculado; Aza = azimute do alinhamento anterior; e = ângulo externo. Para verificar se o transporte do azimute foi realizado corretamente, o azimute de chegada encontrado deve ser igual ao azimute de saída. 32 UNIUBE Resumo Neste capítulo, vimos a Topografia enquanto ciência que descreve geometricamente determinado local; sendo a base para todas as atividades que consideram a posição geográfica, ou seja, nos mais variados ramos (Engenharias, Arquitetura, Urbanismo, Geografia, Agronomia etc.). A área da Topografia tem importância significativa no que diz respeito a projetos (Hidráulica, Estruturas, Construção). A Topografia é uma área de estudo e aplicação essencial para a descrição, concepção e cálculo de projetos e intervenções de obras de dimensão apreciável, bem como a avaliação do impacto ambiental na área a ser construída. Com o auxílio da Topografia, obras podem ser implantadas e posicionadas de forma mais rápida e segura. Essas técnicas são integradas em processos de controle de qualidade em todas as fases da obra e permitem o rigor posicional, bem como o nivelamento. Referências BORGES, Alberto de Campos. Topografia aplicada à Engenharia Civil. São Paulo: Edgard Blücher, 1977. CARDÃO, Celso. Topografia. Belo Horizonte: Edições Engenharia e Arquitetura, 1979. ESPARTEL, Lélis. Curso de Topografia. Porto Alegre: Editora Globo, 1965. Douglas Tsukamoto Júlio Cesar Martins Deamo Larissa Soriani Zanini Ribeiro Soares Introdução Levantamentos altimétricosCapítulo 2 A Altimetria é o ramo da Topografia que define os meios e instru- mentos empregados no estudo e representação do relevo do solo. Para se estudar um terreno, é preciso determinar as alturas dos pontos que definem a Altimetria, relacionados a uma superfície de comparação. A Altimetria tem por finalidade determinar a distância vertical ou o desnível entre os pontos. Conhecendo-se um valor de referência inicial, é possível calcular as demais cotas ou altitudes. A determinação das diferenças de nível entre dois pontos é possível com os seguintes métodos: • nivelamento geométrico; • nivelamento trigonométrico. No campo da Engenharia, é fundamental a determinação da cota (altitude) para a elaboração de projetos, como, por exemplo, projetos de redes de esgoto, planejamento urbano, dentre outros. Ao final dos estudos propostos neste capítulo, esperamos que esteja apto(a) a: • conceituar Altimetria, topologia, altitude e cota; • identificar o erro de nível aparente; Objetivos 34 UNIUBE • fazer o nivelamento geométrico; • conhecer o nível óptico; • calcular declividades; • fazer levantamentos altimétricos; • identificar os métodos de obtenção de curvas de nível; • caracterizar curvas de nível; • identificar os erros de interpretação gráfica; • realizar terraplenagem para plataformas. 2.1 Altimetria: conceitos importantes 2.2 Erro de nível aparente 2.3 Nivelamento geométrico 2.4 Perfil do terreno 2.5 Curvas de nível 2.6 Topologia 2.7 Obtenção das curvas de nível 2.8 Terraplenagem para plataformas Esquema Altimetria: conceitos importantes2.1 Relembrando o conceito de altimetria, temos que a altimetria compreende o conjunto de operações necessárias para a determinação de pontos e feições do terreno que, além de serem projetados sobre um plano horizontal de referência, terão suas representações em relação a um plano de referência vertical por meio de suas coordenadas X, Y e Z. UNIUBE 35 Em outras palavras, Altimetria é o ramo da Topografia que estuda de maneira metódica a representação do relevo de um terreno, tendo como objetivo complementar as informações obtidas através do levantamento planimétrico, uma vez que a maioria dos acidentes geográficos de um terreno não pode ser mostrada com clareza tomando-se como base somente a planimetria. Como foi visto no capitulo anterior, a Planimetria é orientada somente pelas dimensões planas, ou distância entre dois ou mais pontos, sem considerar as diferenças de nível existentes entre eles. Já na Altimetria, além da distância entre pontos, também são consideradas as alturas de cada ponto, podendo com isso, determinar a forma volumétrica de uma determinada porção da superfície terrestre. Chama-se altura de um ponto, em Altimetria, o comprimento da perpendicular baixada deste ponto sobre um plano horizontal qualquer, denominado superfície de nível de comparação. A determinação da altura de um ponto corresponde, portanto, à medição de uma distância realizada em direção vertical. Na Altimetria, utilizam-se como representação as vistas laterais, ou perfis, ou cortes, ou elevações, que são representadas sobre um plano vertical. A única exceção são as curvas de nível, que são representadas em plantas, e capazes de representar claramente a Altimetria. Estudaremos o nivelamento, que é a operação que determina as diferenças de nível ou distâncias verticais entre pontos do terreno. O nivelamento destes pontos, porém, não termina com a determinação do desnível entre eles, inclui, também, o transporte da cota ou altitude de um ponto conhecido para os pontosnivelados. Para entendermos melhor os levantamentos altimétricos, vamos definir altitude e cota: Perpendicular Diz-se da reta que forma ângulos adjacentes iguais com outra ou com as que, pertencendo a um mesmo plano, passam pelo ponto em que ela intercepta esse plano em um ângulo de 90º. 36 UNIUBE Para definirmos a altitude de qualquer ponto ou localidade na superfície da terra, adotamos como padrão a distância vertical dessa superfície ou ponto em relação à superfície média dos mares, que é adotada como altitude zero, também conhecida como geoide. Quando temos os jogos de futebol da Seleção Brasileira, na Bolívia, os comentaristas e narradores de futebol sempre comentam sobre a altitude naquele país, especialmente quando a partida será realizada na cidade de La Paz, que está a uma altitude de 3.660 metros; em outras palavras, a cidade de La Paz está a 3.660 metros acima do nível do mar. A cota de um ponto ou localidade corresponde à distância vertical desse ponto ou localidade em relação a uma superfície ou ponto tomado como referência, que não necessariamente é a superfície média dos mares. Pode-se adotar qualquer ponto próximo ao local onde se deseja efetuar o levantamento altimétrico como referencial. Observe a Figura 1 a seguir: Figura 1: Representação de altitude e cota. Fonte: Douglas Tsukamoto. Considerações: • ponto A: nível do mar; • ponto B: localização de uma cidade qualquer; • ponto C: ponto mais alto de uma montanha qualquer. UNIUBE 37 Observando a Figura 1, podemos notar claramente a diferença entre altitude e cota; quando falamos de altitude, o nosso referencial sempre será o mar, e quando falamos de cota, nós adotamos o referencial vertical. Temos que o Everest é a montanha mais alta do mundo, e seu pico está na altitude de 8.844,43 metros; já, Uberaba, cidade onde se localiza a matriz da Universidade de Uberaba (Uniube), está na altitude de 823 metros, portanto podemos dizer que o pico do Everest está na cota de 8.021,43 metros acima da cidade de Uberaba. EXEMPLIFICANDO! Erro de nível aparente2.2 Erro cometido quando se substitui a superfície de nível verdadeira pela superfície de nível aparente, também conhecido como erro de esfericidade, pode ser demonstrado aplicando-se a seguinte equação: e = 0,0000000661*D2 em que: e= erro de nível aparente; D= distância em metros entre os dois pontos visados. Atribuindo a D os valores constantes da Tabela 1, obtemos os seguintes valores para o erro de nível aparente: Observe a Figura 2 a seguir. Figura 2: Representação do nível aparente – traço NM. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. 38 UNIUBE Ao analisarmos a Figura 2, podemos notar que a superfície de nível verdadeiro é representada pelo arco de circunferência que passa pelos pontos X e Y. Tal superfície foi obtida através de um corte do geoide da terra (superfície ideal de terra) em um plano vertical. Com base nessa informação, pode-se concluir que ambos os pontos X e Y estão situados sobre a mesma superfície de nível verdadeiro, sendo suas altitudes iguais a zero, e, portanto, não existindo diferença de nível entre eles. Agora, considerando que a altitude do Ponto Y não seja conhecida, como podemos determiná-la? Para isso, observe agora a Figura 3. Figura 3: Determinação da altitude de um ponto. Fonte: Desenho de Júlio Cesar Martins Deamo A Figura 3 mostra como se deve proceder para determinação da altitude do ponto Y. Primeiramente, devemos colocar uma mira em posição vertical no ponto Y. No ponto X, estaciona-se um instrumento adequado (teodolito, nível de engenharia, estação total etc.) que, devidamente nivelado, dará a horizontal NM, correspondente à superfície de nível aparente que irá interceptar a mira em um ponto Z, e não em Y, pois o arco XY não pode ser determinado pelos aparelhos de topografia. UNIUBE 39 Em razão disso, nos procedimentos práticos adotados em Altimetria, deve-se substituir a superfície de nível verdadeira, representada pelo arco XY, por outra formada pelo plano horizontal correspondente ao plano de visada dos níveis, cuja interseção com o plano vertical da Figura 2 dá o traço NM. Assim, visando de X a mira colocada no ponto Y, vê-se este ponto mais baixo do que o ponto X. Como, na realidade, os dois pontos considerados A e B estão situados na mesma superfície de nível, e, portanto, em nível, a distância YZ representa, pois, o erro de nível aparente que se comete por causa da curvatura da superfície de nível verdadeira e por sua necessária substituição pela superfície de nível aparente NM. Nivelamento geométrico2.3 O método de nivelamento geométrico consiste em leituras de réguas ou miras graduadas. Os aparelhos utilizados devem ser estacionados à meia distância entre os pontos (ré e vante), dentro ou fora do alinhamento a medir. A determinação das diferenças de nível entre os diversos pontos de um terreno é denominada, em Topografia, de nivelamento, que nada mais é do que a determinação da diferença de nível existente entre dois ou mais pontos de um terreno. Essa operação topográfica necessita ser realizada utilizando-se métodos e instrumentos adequados. No nivelamento geométrico (direto), as diferenças de nível entre os pontos são determinadas por instrumentos que permitem a criação de linhas retas no plano horizontal entre a mira e o instrumento utilizado. Nesse método, geralmente mantém-se o instrumento estacionado e percorre-se o terreno mudando a mira de posição, colocando-a nos pontos topográficos desejados e, pela leitura do instrumento nesses pontos, determina-se as alturas em cada um deles e, pela diferença entre os valores encontrados, pode-se chegar às diferenças de nível procuradas (COMASTRI; JÚNIOR, 1990). Interseção Ponto em que se cruzam duas linhas ou superfícies. 40 UNIUBE Os equipamentos que podem ser utilizados para realizar os nivelamentos geométricos são: • Nível ótico; • Nível digital; • Nível a laser. A modernidade e a funcionalidade são as diferenças entre os equipamentos citados anteriormente. O equipamento mais moderno é o nível a laser, que é um nível automático cujo funcionamento está baseado na tecnologia do infravermelho, e o aparelho de nível digital funciona baseando-se no processo digital de leitura, ou seja, num sistema eletrônico de varredura e interpretação de padrões codificados. Em nossos estudos, utilizaremos o aparelho de nível óptico como referên- cia, pois tem a mesma eficiência, e, pedagogicamente, é melhor para trabalhar. É um equipamento simples, de fácil manuseio. Assim, vejamos com detalhes esse aparelho: 2.3.1 Nível ótico É um aparelho constituído de: • suporte munido de três parafusos niveladores (calantes); • barra horizontal; • luneta fixada ou apoiada sobre a barra horizontal; • nível de bolha circular para o nivelamento da base. O manuseio do aparelho de nível óptico é simples. Basta fixá-los sobre o tripé de forma que sua base fique na posição horizontal; depois, por meio dos parafusos niveladores (girando para direita ou esquerda), você deverá calibrá-lo. O aparelho estará calibrado quando olharmos para o nível de bolha, e a bolha estiver no centro. Depois disso, podemos iniciar as leituras das distâncias verticais com o auxílio da mira ou régua graduada. Varredura Ato ou efeito de varrer; varrida, varrição. No caso empregado, tem o sentido de verificação de toda área. UNIUBE 41 Os nivelamentos geométricos podem ser simples ou compostos; o método a ser utilizado será determinado pelo perfil da área a ser levantada. • Nivelamento geométrico simples Neste método, instala-se o aparelho de nível uma única vez em um ponto estratégico, para realizar as leituras de todos os pontos. Portanto, deve-se tomar o cuidado para que o desnível entre os pontos não exceda o comprimento da régua ou mira, que é de quatro metros. IMPORTANTE! Observe a Figura 4, a seguir: Figura 4: Representação do aparelho de nível instalado pararealizar o nivelamento altimétrico. Fonte: Douglas Tsukamoto. • Nivelamento geométrico composto Este método exige que se instale o aparelho de nível mais de uma vez, faz-se necessário quando o desnível do terreno entre os pontos a nivelar é superior ao comprimento da mira. Lembrando que o comprimento da mira é de quatro metros. Vide Figura 5. 42 UNIUBE Figura 5: Representação das instalações do aparelho de nível para realizar o nivelamento altimétrico composto. Fonte: Douglas Tsukamoto. Observe a Figura 5; considerando as linhas mais espessas representando as miras, note que, com o aparelho de nível instalado no ponto “B”, não é possível realizar a leitura no ponto “G”, pois o ponto “G” está abaixo, em uma cota inferior, mais distante que quatro metros do ponto B, portanto é necessário reinstalar o aparelho de nível em outro ponto para prosseguir as medições. Neste método, instalamos o aparelho de nível e medimos as distâncias verticais dos pontos; estes pontos são denominados de “vantes”; quando mudamos o aparelho de nível de lugar, antes de medir os demais pontos, é necessário medir a distância vertical de um ponto já medido. A este ponto, denomina-se “ré”. 2.3.2 Cálculo de cotas Foi realizado um nivelamento geométrico em uma área qualquer e obtiveram-se as seguintes leituras na tabela 1: Tabela 1: Leituras obtidas do nivelamento geométrico Pontos Leituras (cm) B 223 C 192 D 162 E 218 F 247 Fonte: Douglas Tsukamoto. UNIUBE 43 Após a instalação do aparelho de nível, mediu-se a altura, que foi de 150 cm. Observe o croqui do levantamento na Figura 6: Figura 6: Representação da instalação do aparelho de nível. Fonte: Douglas Tsukamoto. Adotando-se a cota do ponto ”A” de 10 m, temos: Cota do ponto “B” = Cota A + Altura do aparelho - Distância vertical Cota do ponto “B” = 10 + 1,5 – 2,23 = 9,27 m Repetindo os cálculos para os demais pontos, temos: Cota do ponto “C” = 10 + 1,5 – 1,92 = 9,58 m Cota do ponto “D” = 10 + 1,5 – 1,62 = 9,88 m Cota do ponto “E” = 10 + 1,5 – 2,18 = 9,32 m Cota do ponto “F” = 10 + 1,5 – 2,47 = 9,03 m Agora, temos um exemplo na tabela 2 com o nivelamento geométrico composto. Depois de realizado o nivelamento geométrico composto em uma área qualquer, obtiveram-se as seguintes leituras: 44 UNIUBE Tabela 2: Leituras obtidas do nivelamento geométrico composto Pontos Leituras (cm) Ré Vante A – 30 C 120 D 240 E 20 360 G 150 H 180 I 200 Fonte: Douglas Tsukamoto. Durante as instalações do aparelho de nível, mediram-se as alturas do aparelho instalado; no ponto “B”, foi de 150 cm, e, no ponto “F”, foi instalado na altura de 155 cm, e observe que para o ponto de “ré” foi adotado o ponto E; portanto, no ponto E temos duas medições. Observe o croqui do levantamento na Figura 7: Figura 7: Nivelamento geométrico composto. Fonte: Douglas Tsukamoto. Adotando a cota do ponto “B”, de 20 m, temos: Cota do ponto “A” = Cota B + Altura do Aparelho - Distância vertical Cota do ponto “B” = 20 + 1,5 – 0,3 = 21,20 m UNIUBE 45 Repetindo os cálculos para os pontos C, D e E, temos: Cota do ponto “C” = 20 + 1,5 – 1,20 = 20,30 m Cota do ponto “D” = 20 + 1,5 – 2,40 = 19,10 m Cota do ponto “E” = 20 + 1,5 – 3,60 = 17,90 m Para calcularmos as cotas dos pontos G, H e I, temos de, primeiro, calcular a cota do ponto F. Observando o croqui anterior, podemos deduzir que: Cota do ponto F = Cota do ponto E + Distância vertical (Ré) – Altura do aparelho Cota do ponto F = 17,90 + 0,20 – 1,55 = 16,55 m Calculando as cotas dos pontos G, H e I. Cota do ponto G = cota do ponto F + altura do aparelho - distância vertical Cota do ponto G = 16,55 + 1,55 – 1,50 = 16,60 m Cota do ponto H = 16,55 + 1,55 – 1,80 = 16,30 m Cota do ponto I = 16,55 + 1,55 – 2,00 = 16,10 m Perfil do terreno2.4 O perfil é a representação gráfica do nivelamento e a sua determinação tem por finalidade o estudo do relevo por meio das curvas de nível, ou ainda, o estudo da declividade para projetos de engenharia e arquitetura. 2.4.1 Declividade entre pontos A declividade entre dois pontos do terreno é a relação entre a distância vertical e a horizontal entre eles; em porcentagem, a declividade é dada por: d(%) = DV x 100 DH 46 UNIUBE Sendo: d – declividade; DV – distância vertical; DH – distância horizontal. O perfil, a seguir, é de uma área qualquer; as cotas são dadas em centímetros. Calcule a declividade desta área. Resolução: d(%) = DV x 100 = 0,50 x 100 = 4,17% DH 12 Logo, a declividade do terreno é de 4,17%. Portanto, podemos dizer que este terreno tem a declividade de 4,17%. EXEMPLIFICANDO! Curvas de nível2.5 São as linhas que representam a ligação de todos os pontos de um terreno que se encontram no mesmo nível (cota) ou altitude. Na planimetria, por se tratar de uma representação gráfica perfeita (projeção horizontal), pode-se representar os ângulos em sua verdadeira grandeza com abertura e distâncias exatas. Na Altimetria, para se obter uma visualização do perfil exato do terreno, deve-se usar além da vista superior (planta), a vista frontal (elevação), vista lateral (perfil), corte etc. Porém, isso é insuficiente para se ter uma visão panorâmica do terreno. Isso se deve ao fato de um terreno ser formado por inúmeras camadas UNIUBE 47 de solo, cada uma com sua cota e direção. Por esse motivo, as curvas de nível são representadas na planta abrangendo uma determinada área, o que permite que os profissionais da área tenham uma visão imaginária da sinuosidade do terreno. Essa representação gráfica permite a representação de todos os acidentes geográficos presentes no terreno (encostas, espigões, divisores de água pluviais etc.) (BORGES, 1992). 2.5.1 Características das curvas de nível 1. São as linhas que representam a ligação de todos os pontos de um terreno que se encontram no mesmo nível (cota) ou altitude. 2. A diferença de altitude entre duas curvas de nível consecutivas é denominada de intervalo entre curvas de nível. 3. Em uma mesma representação gráfica, o intervalo entre curvas de nível deve ser constante. 4. Pelo fato de sempre representarem altitudes diferentes, as linhas que representam as curvas de nível nunca se cruzam. 5. Quanto maior a declividade do terreno, maior será a proximidade entre as curvas, não obstante, quanto mais distantes uma curva da outra, menor será a declividade do terreno. A Figura 8, a seguir, ilustra uma planta altimétrica com curvas de nível. Observe que o intervalo entre as curvas é de dois metros. Os intervalos entre curvas de nível devem ser constantes na representação gráfica. Sinuosidade Qualidade ou estado de sinuoso; tortuosidade. 48 UNIUBE A Figura 9, a seguir, ilustra a planta altimétrica com curvas de nível, e, logo a seguir, a representação gráfica do perfil do terreno ou também chamado de elevação. Observando o perfil, notamos que as curvas de nível representam um “monte” com as extremidades no nível mais baixo, e o centro com cotas maiores. Figura 9: Perfil do terreno, de acordo com as curvas de nível da Figura 8. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. Figura 8: Representação de curvas de nível. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. UNIUBE 49 Agora, observe na Figura 10, o que acontece se invertermos as cotas e na mesma representação gráfica. Agora, o perfil do terreno se tornou um fundo de vale, ou seja, as extremidades estão com cotas mais altas e o centro com cotas inferiores. Figura 10: Perfil do terreno, com a inversão das curvas de nível da Figura 8. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. 2.5.2 Intervalo entre curvas de nível Para representação das curvas de nível, usualmente adotam-se intervalos em sequência de 1, 2 e 5 metros, ou seus múltiplos:10m, 200m, 500m. A escolha do intervalo varia basicamente em função da declividade do terreno e da escala na qual esse terreno será representado, sendo que, por convenção, para as escalas até 1:1000 usa-se o intervalo de 1m, escalas até 1:2000 o intervalo deve ser de 2m, e assim pordiante. Para plantas em escala maiores do que 1;1.000, que é o caso de lotes urbanos, podemos usar intervalos menores do que 1m, ou seja, 0,5m ou 0,2m. 636 638 640 642 644 646 648 650 636 638 640 642 644 646 648 650 PLANTA ELEVAÇÃO Portanto, as representações gráficas das curvas de nível são de extrema importância, e ainda são as únicas capazes de representar a altimetria em planta. 50 UNIUBE Vejamos, na Figura 11, o caso de um lote urbano, de 12m de frente por 30m da frente aos fundos, cujas cotas aparecem na Figura 12, em escala 1:200. As curvas de nível, com intervalo de 0,5m, foram obtidas por interpolação, operação que será explicada mais adiante. As cotas dos vértices do terreno foram obtidas por levantamento topográfico. Figura 11: Desenho de lote urbano. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. UNIUBE 51 2.5.3 Erros de interpretação gráfica nas curvas de nível Alguns erros técnicos, ocasionados por falta de atenção ou por desconhecimento, são comuns na representação de curvas de nível. Porém, eles devem ser corrigidos, pois comprometem a fiel representação do terreno estudado. Os erros mais comuns são listados a seguir, cf. Borges (1944): 1. As curvas de nível não devem aparecer ou desaparecer de forma aleatória. Na Figura 12, podemos observar que o terreno, na seção XY, apresentou uma interrupção na cota 615, isso nos leva a entender que o terreno passará da cota 610 para a 620 sem passar pela cota 615, e isso seria impossível. A curva de nível de cota 615 desapareceu repentinamente; erro técnico, fruto da desatenção. Figura 12: Curva de nível de cota 615 desaparecida. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. 52 UNIUBE Figura 13: Forma insensata. Fonte: Júlio Cesar Martins Deamo. Topologia2.6 Definição: A Topologia é ciência que estuda as formas exteriores da superfície da Terra e as leis que regem o seu modelado. É a partir da Topologia que são definidas as características de cada um dos acidentes naturais existentes na superfície terrestre. Observe que, na Figura 13, duas curvas estão se cruzando. Por falta de conhecimento das regras básicas, a seção XY do terreno tem uma forma insensata. As curvas 615 e 620 cruzam-se no ponto 0, o que torna insensata a geometria do terreno no corte XY, pois o terreno passa da cota 610 para 620 sem passar pela cota 615. UNIUBE 53 Obtenção das curvas de nível2.7 A obtenção das curvas de nível se dá após a realização do levantamento topográfico do terreno. Geralmente são empregados três métodos para sua obtenção. I) Quadriculação Apesar de ser um método demorado e trabalhoso, tem como principal vantagem a precisão no levanta- mento de nível. Devido às suas características, não é recomendado para grandes áreas. Sua realização consiste em criar um greide do terreno (quadrículas) com a utilização de piquetes que serão adotados para o nivelamento. Para a marcação do greide, são utilizadas além das trenas para marcar as distâncias entre piquetes, as balizas para garantirem o alinhamento entre eles. A determinação da medida do quadrilátero a ser adotado dependerá principalmente das características da superfície do terreno (sinuosidade, dimensões, precisão requerida etc.). Após a criação das quadrículas, os dados coletados são desenhados em escala apropriada e, a partir dos pontos de cota obtidos, realiza-se a interpolação e os traçados das curvas de nível. II) Irradiação taqueométrica É o método recomendado para nivelamento de grandes áreas que tenham relevo com relativa planeza. Consiste em determinar poligonais principais e secundárias que serão interligadas e niveladas. A partir dessas poligonais, são determinados pontos notáveis do terreno que são posicionados por meio de ângulos e medidas de distâncias horizontais. Para realização desse procedimento, geralmente é recomendado o uso de teodolito ou Estação Total. Após o levantamento, os dados podem ser processados por programas computacionais ou por cálculos trigonométricos, ambos para interpolação e traçados das curvas de nível. Piquete Pequena estaca de madeira que deve ser cravada no solo, com finalidade de marcar um ponto. Teodolito Instrumento destinado a medir ângulos horizontais e verticais, bem como determinar distâncias e alturas. 54 UNIUBE III) Seções transversais Em terrenos que apresentem relevo estreito e longo, esse é o método mais indicado. As curvas de nível são obtidas em faixas. Por intermédio de levantamento topográfico planialtimétrico, são definidas linhas transversais em relação a uma linha longitudinal obtida por intermédio da criação de uma poligonal aberta. Após o trabalho de campo, os dados são processados e as curvas de nível são calculadas, interpoladas e traçadas em escala apropriada. 2.7.1 Interpolação A interpolação das curvas de nível pode ser gráfica ou numérica. a) Interpolação gráfica Consiste em determinar, entre dois pontos de cotas fracionárias, o ponto de cota cheia ou inteira e múltipla da equidistância vertical. b) Interpolação numérica O método consiste em determinar os pontos de cota inteira e múltipla da equidistância vertical por semelhança de triângulos. Veja o método na Figura 14. Poligonal Relativo ao polígono. Que tem por base um polígono. Que tem muitos ângulos. Equidistância Igualdade de distância. Figura 14: Perfil do terreno, interpretação para interpolação das cotas. Fonte: Douglas Tsukamoto. UNIUBE 55 Temos o perfil do terreno entre dois pontos “A” e “B”; observe como podemos interpolar a cota do ponto “C”. Observe a figura do lado direito, em que temos dois triângulos ACD e ABE; note que são dois triângulos semelhantes. Portanto, para interpolar a cota do ponto “C”, iremos aplicar a semelhança de triângulos. Temos: EB ------------- AE DC ------------- AD 2.7.2 Levantamento passo a passo Para melhor entendimento do processo de levantamento altimétrico para obtenção de curvas de nível, vamos descrever, passo a passo, os procedimentos: 1) reconhecimento da área Antes de iniciar os trabalhos, é necessário caminhar sobre a área para fazer o reconhecimento, com a finalidade de definir os pontos estratégicos, como, por exemplo: o ponto de instalação do aparelho de nível, como elaborar o levantamento planimétrico e definir o método de obtenção das curvas de nível. 2) levantamentos planimétricos Após o reconhecimento da área, é necessário realizar os levantamentos planimétricos com a finalidade de elaborar a representação gráfica. Sempre que necessário, consulte o roteiro de Introdução à Topografia, para revisar os procedimentos dos levantamentos planimétricos, inclusive a confecção do croqui. 3) definição e marcação dos pontos Primeiramente, temos que definir o método de obtenção das curvas de nível, que pode ser pela quadriculação, irradiação taqueométrica ou seções transversais. De acordo com o método escolhido, é necessário marcar os pontos a serem levantados; esses pontos devem ser marcados com a cravação de piquetes sobre eles. 56 UNIUBE 4) Instalação do aparelho de nível Instalar o aparelho de nível em local estratégico, de forma que possa visualizar e realizar o maior número de leituras possíveis dos pontos marcados. O aparelho de nível deve ser fixado sobre o tripé por meio do parafuso central; procure fixar o tripé de forma que a base do aparelho de nível fique na horizontal. Para facilitar a instalação, regule a altura das pernas do tripé. 5) Calibração do aparelho de nível A calibração do aparelho de nível é realizada, movimentando os três parafusos na base do aparelho, e a referência é uma bolha de ar dentro de um prumo de centro localizado na base do equipamento; o aparelho de nível estará calibrado quando a bolha de ar estiver no centro do círculo central do prumo. 6) Utilizando a mira É necessária uma pessoa para auxiliar no levantamento. Essa pessoa deverá segurar a mira sobre os pontos a serem levantados, e deve estar na posição
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