Transcript
APOSTILA DE TOPOGRAFIA 1
1
TOPOGRAFIA CONCEITOS FUNDAMENTAIS 1 - OBJETO DA TOPOGRAFIA. Definição: A topografia tem por finalidade determinar o contorno, dimensão, posição relativa e relevo de urna porção limitada da superfície terrestre, sem levar em conta a curvatura resultante da esfericidade terrestre. Nestas condições, pode-se, sempre figurar em um plano, a imagem da região considerada, o que eqüivale a projetar sobre este plano, que se supõe horizontal, não só os limites da superfície a representar, como todos as particularidades notáveis, naturais ou artificiais, do terreno. Assim, a Topografia uma ciência aplicada, baseada na Geometria e na Trigonometria , de âmbito to restrito pois s e um capítulo o da Geodésia , que tem por objetivo estudo da forma e das dimensões da Terra. A Topografia se incumbe da representação, por uma projeção ortogonal cotada, de todos os detalhes da configuração do solo, mesmo que se trate de detalhes artificiais: canais, estradas, cidades e vilas, construções isoladas, etc. Esta projeção se faz sobre uma superfície de nível , isto é, sobre uma superfície definida pela propriedade de ser, em cada um de seus pontos, normal direção da gravidade: as projetantes dos diversos pontos a representar são pois as verticais desses pontos. A esta projeção ou imagem figurada de terreno dá-se o nome de planta ou plano topográfico. Ao conjunto dos métodos empregados para calcular os dados necessários para o traçado da planta dá-se o nome de topometria, que se subdivide em planimetria e altimetria ou nivelamento. A Planirnetria, é a representação em projeção horizontal dos detalhes existentes na superfície, a altimetria determina as cotas ou distâncias verticais de um certo número pontos referidos ao plano horizontal de projeção. A altimetria permite fixar, por meio de cotas ou quaisquer sinais convencionais, o relevo do terreno, isto é a expressão exata de sua forma.
2
Sumário Histórico: 2-A EVOLUÇÃO DA TOPOGRAFIA A topografia, cujo significado etimológico da palavras é a descrição do lugar, estuda os Instrumentos, métodos de operação no terreno, cálculos e desenhos necessários ao levantamento e representação gráfica mais ou menos detalhada de uma parte da superfície terrestre. Os egípcios, os gregos, es árabes o os romanos nos legaram instrumentos e processos que, embora primitivos, serviram para descrever, delimitar e avaliar propriedades rurais, com finalidades cadastrais; na História da Topografia, de Laussedat, são mencionadas plantas e cartas militares e geográficas bem interessantes, organizadas nos primórdios da Topografia, ou, melhor, da chamada Geometria aplicada. Mas somente nos últimos séculos, a Topografia teve uma orientação orgânica, passando do empirismo as bases de uma autentica ciência, graças ao desenvolvimento notável que tiveram especialmente a Matemática e Física. A Carta de França, publicada no início do século XIX pela Academia Francesa e compilada pelo cartógrafo italiano Cassini, foi o primeiro trabalho executado com técnica e estilos próprios. Os aperfeiçoamentos da mecânica de precisão introduzidos nos instrumentos topográficos, devidos principalmente aos geniais trabalhos do engenheiro suíço Henrique Wild, do geodesista italiano Ignasio Porro, de Carl Zeiss, Pulfrich, Oreal, da importante Casa Zeiss, e tantos outros que contribuíram eficientemente para o processo crescente da aplicação dos métodos desenvolvidos pela Topografia, principalmente no extraordinário aperfeiçoamento da fotogrametria terrestre e aérea e do GPS, este último dominando hoje em dia a maioria dos grandes levantamentos topográficos, pela exatidão, presteza e custo mais reduzido dos trabalhos. 3-IMPORTÂNCIA DA TOPOGRAFIA PARA OS PROFISSIONAIS DA ENGENHARIA: Ao se projetar qualquer obra de Engenharia, Arquitetura ou Agronomia, se impõe o prévio levantamento topográfico do lugar onde a mesma devera ser implantada; daí a importância da Topografia, que se incumbe do levantamento ou medição que deverá ser, precisa e adaptada ao terreno. Fazer um levantamento, é proceder a todas as operações necessárias para alcançar os objetivos da Topografia, isto é, a medição de ângulos, e de distâncias e ainda a execução dos cálculos e desenhos indispensáveis para representar, fielmente no papel, os elementos colhidos no terreno. Todo o levantamento topográfico comporta duas operações: 3
a) uma puramente genérica, que consiste na determinação de pontos, de maneira a realizar a ossatura do Levantamento, e o que se chama o levantamento do “canevas”. b) outra de caráter nitidamente artístico que consiste em representar por convenções todos os detalhes do terreno; tais como divisas , matos, rios, estradas, povoações , etc. , assim, como sua conformação altimétrica por curvas de nível ou similares. Para esta segunda operação há necessidade da execução de um desenho de imitação, que exige bons “croquis” de campo e qualidades pessoais dos operadores ao considerar o conjunto dos detalhes do terreno. Ora, a superfície do terreno não é uma superfície qualquer, pois obedece a leis que a experiência e a teoria se incumbe de demonstrar; daí se conclui que o topógrafo, que tem muita responsabilidade em qualquer levantamento por mais simples que seja, deve operar, fazendo todas as verificações possíveis e necessárias, o desenhando com justeza (acurácia), para evitar qualquer erro de apreciação. Laboram em erro aqueles que julgam a Topografia uma simples aplicação da Geometria, pois cada vez mais se alarga seu campo de ação e cresce a exigência em precisão e perfeição dos trabalhos que lhe estão afetos no campo da prática profissional , principalmente de Engenharia. 4 - Divisões da Topografia Definido o campo que limita as operações topográficas de campo em extensão, pode-se subdividir a Topografia em quatro partes principais: a topometria abrangendo a planimetria e a altimetria, a topologia, a taqueometria e a fotogrametria, nesta vamos incluir o GPS. Os processos de medida são estudados sob o titulo genérico de topometria e se baseiam na Geometria aplicada. Os elementos geométricos são obtidos utilizando-se aparelhos de medida, lineares e angulares. A TOPOMETRIA divide-se em planimetria e altimetria. Na planimetria as medidas, tanto lineares como angulares são efetuadas em "planos" nos horizontais obtendo-se ângulos azimutais distancias horizontais; na altimetria as medidas são efetuadas na vertical ou num plano vertical, obtendo-se as distancias verticais ou diferenças de nível e ângulos zenitais. O levantamento topográfico é planimétrico quando as projeções dos contornos e pontos medidos são apresentados sobre um plano horizontal de referência, e altimétrico, quando são medidas as alturas desses pontos em relação a um plano de referência de nível Para levantamento planimétrico são empregados principalmente os teodolitos, que são goniômetros com círculos horizontais e verticais graduados. O levantamento pode ser ainda rápido eu expedito, comum ou topográfico propriamente dito, e de precisão, cada qual exigindo instrumental e métodos adequados de operação no terreno. O desenho topográfico constitui a representação em escala reduzida, 4
por meio de sinais convencionais, ditos convenções topográficas da forma do terreno levantado. Segundo a escala, grau de precisão , detalhes e amplitude tal desenho topográfico denomina-se esboço, planta, mapa topográfico ou carta geodésica, geográfica ou corográfica. As plantas topográficas devem ser sempre acompanhadas das cadernetas de campo, planilhas de cálculos e memórias descritivas, destinadas a quaisquer verificação e detalhes complementares, bem como a identificação de todos os trabalhos realizados durante a medição ou levantamento. A TOPOLOGIA, complemento indispensável da topometria, tem por objeto o estudo das formas exteriores da superfície terrestre e das leis a que se deve obedecer seu modelado. Sua aplicação principalmente na representação cartográfica do terreno pelas curvas de nível que são as interseções obtidas por planos eqüidistantes paralelos com o terreno a representar. Na interpretação das referidas curvas, obtidas diretamente ou por interpolação podem-se verificar na implantação de pontos, quando erradamente assinalados na planta. Assim a altimetria pede ser representada corretamente servindo-se dos postulados da Topologia. A TAQUEOMETRIA, tem por finalidade o levantamento de pontos do terreno, pela resolução de triângulos retângulos os aptos a representá-los tanto planimétricamente como altimetricamente, ou em outras palavras dando origem a plantas cotadas ou com curvas de nível, ditas planialtimétricas Sua aplicação principal é em zonas fortemente acidentadas em morros e montanhas, onde oferecem reais vantagens sobre os métodos topométricos, pois o levantamento dos pontos é feito com rapidez, maior exatidão e economia. As posições destes pontos sim determinadas por coordenadas retangulares x, y e z com as quais os mesmos permanecem individualizados no espaço. Os aparelhos empregados rara esses levantamentos planialtimétricos são os TAQUEÔMETROS (tachis, rápidos e metron, medida) que podem ser, principalmente normais ou estadimétricas e redutores ou autoredutores A FOTOGRAMETRIA levantamento fotográfico parte importante da Topografia, relegada no passado a um plano secundário e considerada como apêndice desta, é hoje justamente classificada em primeiro plano, tornando-se o método principal para determinar o relevo do terreno, principalmente de grande extensões. Nos grandes levantamentos, e até mesmo nos menores , não se empregam tanto os taqueômetros e as réguas ou miras graduadas, chamadas estádias, mas sim as câmaras fotográficas, isto é os fotogrâmetros ou fototeodolitos e o restituidor fotogramétrico. 5
Figura1 1: Planimetria
Figuras 2 e 3: Altimetria
Mais modernamente, com o advento da informática passou-se a utilizar-se instrumentos oriundos da guerra fria entre os países dominantes (Estados Unidos e a antiga União Soviética), envolvidos também na corrida espacial, os satélites artificiais de localização, chamados de GPS ou “Geographic Position System”, que por meio de cálculos matemáticos complexos de posição e de tempo possibilitam a obtenção de coordenadas Geográficas, onde após serem processadas em computadores por programas específicos, resultam no que é chamado de GIS ou sistema de informações geográficas, sendo a união de uma planta ou mapa topográfico a informações específicas. A Topografia continua, entretanto, a ser auxiliar indispensável da fotogrametria e do GPS, pois que serve, por um lado, para estabelecer a ossatura geométrica do relevo, e por outro lado, para auxiliar em medidas complementares do terreno de detalhes encobertos ou tornados invisíveis pela vegetação. As enormes dificuldades apresentadas nos relevos topográficos de montanhas elevadas são vencidos pela Fotogrametria e pelo uso dos Satélites, tanto assim que estão sendo empregados em larga escala por todos os serviços cartográficos do mundo A
Fotogrametria
pode
ser 6
terrestre
ou
aérea
chamada
AEROFOTOGRAMETRIA, nesta última com aparelhagem Moderníssima e cada vez mais a aperfeiçoada, juntamente com o GIS tem o seu raio de ação ampliado dia a dia, e não há mais obra pública ou privada importância que não as utilize para base de seus problemas e projetos. 5- APLICAÇÕES: Mapeamento de pequenas áreas: a Topografia é o meio pelo qual se obtém as coordenadas planimétricas ou horizontais (X, Y) e as coordenadas altimétricas (Z), dos pontos tanto para o estabelecimento e controle da estrutura do reticulado (representação de algumas coordenadas) como das feições a serem mapeadas, e ainda dos vários pontos, no terreno, necessários para o desenho das curvas de nível. Edificações: com a topografia se faz o levantamento planialtimétrico do terreno, dado fundamental ao projeto. Em seguida faz-se a locação e durante a execução da obra, controlam-se as prumadas, os níveis e alinhamentos. Estradas (rodovias e ferrovias): a Topografia participa do reconhecimento, ajuda no anteprojeto, executa a linha de ensaio ou linha básica, faz e loca o projeto do traçado geométrico, projeta a terraplanagem; resolve o transporte de terra, controla a execução e pavimentação (infra-estrutura, no caso das ferrovias), colabora na sinalização, corrige falhas como curvas maltraçadas, etc. Barragens: a Topografia faz os levantamentos planialtimétricos, loca o projeto, determina o contorno da área inundada, controla a execução da obra monitorando problemas de prumadas, níveis e alinhamentos. Outras Obras: a Topografia é utilizada também em trabalhos de saneamento, água, esgoto, construção de pontes, viadutos, túneis, portos, canais, sistemas de irrigação, arruamentos e loteamentos, porém, sempre como um "meio" para atingir uma outra finalidade. Na Engenharia Mecânica, é indispensável na locação de bases de máquinas e nas montagens mecânicas de alta precisão. Na Engenharia Eletrotécnica é utilizada nas hidrelétricas, subestações e linhas de transmissão. A Topografia atua ainda nos levantamentos das galerias de mineração, ajuda nas partilhas de propriedades e, na Agricultura, nas curvas de nível. Em nosso curso, buscaremos atender aos reclamos da técnica que progride sem cessar em todos os campos da a atividade humana, procuraremos esclarecer quaisquer dos os princípios fundamentais e básicos da Topografia, ciência de grande valia para o bom entendimento da Construção Civil.
Autor: Prof. Salvador Ferreira Manhães Colaborador: Prof. Marcelo Pereira França 7
Bibliografia: Fontes Consultadas: - Separata do Livro, Curso de Topografia , Lélis Espartel/ Ed. Globo - Texto de Lazzarotto. Fontes Consultadas: Curso de Topografia. Lélis Espartel. Ed. Globo. / - Topografia aplicada à Engenharia Civil. Alberto de Campos Borges. Vol.1. Ed. Edgard Blücher Ltda - Revista Fator GIS.
8
