(PDF) Estudos topográficos introdução, conceitos e aplicações

ESTUDOS TOPOGRÁFICOSINTRODUÇÃO, CONCEITOS, APLICAÇÕES

INSTITUTO IDD

CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM PAVIMENTAÇÃO RODOVIÁRIA

DISCIPLINA: ESTUDOS TOPOGRÁFICOS EM ESTRADAS

Prof. Amaro Furtado Neto

ESTUDOS x PROJETOS

PLANTA DE CURVAS DE NÍVEL

FILOSOFIA GERAL DE PROJETO

ESQUEMA OROGRÁFICO

1. Montanha principal

2. Contraforte (2ª ordem)

3. Espigão (3ª ordem)

4. Encosta (vertente)

5. Rio principal (talvegue)

6. Vale

7. Linha de cumeada

(divisória de águas)

8. Garganta

rio

GARGANTA

REPRESENTAÇÃO TOPOGRÁFICA

vale secundário

tributário

TIPOS DE PLANTAS PARA ESTUDOS DE TRAÇADO

- Planta aérea com curvas de nível

TIPOS CLÁSSICOS GERAIS DE TRAÇADO

DESENVOLVIMENTO EM SERPENTINA

LAÇO DUPLO – PLANTA

LAÇO MÚLTIPLO - PLANTA

TRAÇADO ACOMPANHANDO AS CURVAS DE NÍVEL

TRAÇADO ACOMPANHANDO O TALVEGUE

DIRETRIZ CRUZANDO MORRO PELA GARGANTA

DESENVOLVIMENTO DE TRAÇADO EM ZIGUEZAGUE

PROJETO GEOMÉTRICO

Apóia-se no ESTUDO DE TRAÇADO e ANTEPROJETO GEOMÉTRICO COM ESTUDO

TOPOGRÁFICO

- Compreende (3 dimensões):

1- Traçado em planta - Eixo do projeto;

- Estaqueamento;

- Tangentes e curvas (concordância horizontal);

- Representação de bordos e “off-sets”;

- Faixa de domínio;

- Obras de arte (correntes e especiais).

2- Traçado em perfil - Terreno natural;

longitudinal - Greide (de terraplenagem e do pavimento);

- Rampas, contra-rampas e curvas (concordância vertical);

- Obras de arte (correntes e especiais);

- Sondagens.

3- Seções transversais (perfil transversal)

Obs.: 1) As características técnicas são função da classe da estrada (classificação técnica);

2) Na fase de projeto, novo estudo topográfico é realizado, para a locação da alternativa de traçado adotada.

PROJETO GEOMÉTRICO

- Fases de execução do projeto:

- Estudo preliminar:

- Estudo de traçado.

- Anteprojeto:

- Estudo topográfico;

- Anteprojeto geométrico.

- Projeto

- Abrangendo a locação com novo estudo topográfico.

ESTUDO DE TRAÇADO

- Base cartográfica: existente ou específica;

- Estudo de traçado:

- Base cartográfica:

- Fotos aéreas (1:20000, 1:10000, ...);

- Cartas topográficas (1:50000 ou 1:100000);

- Plantas de restituição (1:20000, 1:10000).

- Estudo de alternativas julgadas viáveis;

- Aspectos a considerar além da conformação topográfica:

- Tráfego: dados existentes ou específicos;

- Geologia e geotécnica:

- Identificar pontos críticos (zonas de solos moles, encostas instáveis; possibilidade de

escavação em rocha);

- Identificar potencialidade da região quanto a materiais de construção;

- Fotointerpretação e/ou inspeção de campo.

- Hidrologia:

- Principais bacias hidrográficas;

- Pré-dimensionamento da seção de vazão de obras de arte especiais.

FASE DE ANTEPROJETO

- Estimativa de quantidade e custos:

- Terraplenagem, obras de arte correntes, pavimentação, drenagem, OAE, sinalização, obras

complementares;

- Análise técnica-econômica e ambiental das alternativas de traçado;

- Considerar: dificuldades técnicas, custos iniciais de construção e operação, tempo de viagem;

- Seleção de no máximo duas alternativas para a fase de anteprojeto.

1- ESTUDO TOPOGRÁFICO:

1.1- Processo aerofotogramétrico:

- Plano de vôo sobre carta existente;

- Execução do vôo (em geral à escala de 1:20000);

- Estudo estereoscópico dos traçados;

- Apoio terrestre por topografia convencional ou rastreio GPS;

- Aerotriangulação;

- Restituição em meio digital das faixas selecionadas (em geral à escala 1:5000);

- Curvas de nível de 5 em 5m.

1.2- Processo convencional:

- Topografia terrestre;

- Lançamento de poligonal básica de exploração;

- Nivelamento de pontos da poligonal;

- Seccionamento transversal;

- Cadastro de elementos de interesse;

- Cálculos e desenho de planta à escala 1:5000; curvas de nível de 5 em 5m.

2- ANTEPROJETO GEOMÉTRICO

- Definição do traçado sobre as plantas 1:5000 do Estudo Topográfico;

- Planta: lançamento de tangentes, definição das curvas horizontais, cálculo do estaqueamento;

- Perfil: levantamento do perfil do terreno sobre a planta do anteprojeto, lançamento do greide,

definição das curvas verticais, escalas de desenho horizontal 1:5000, vertical 1:500;

- Seções transversais: análise de pontos críticos, desenhos à escala 1:200;

- Seleção da melhor alternativa.

FASE DE PROJETO

1- ESTUDO TOPOGRÁFICO: (CAMPO)

1.1 Locação em campo, por processo de topografia terrestre, do anteprojeto

geométrico da anternativa selecionada;

1.2 Registro de todas as informações em cadernetas de campo convencionais ou

eletrônicas, no caso de emprego de estação total:

- Alinhamento horizontal: estaqueamento implantado, dados de locação das curvas

horizontais, cadastro de interferências interceptadas pelo traçado;

- Nívelamento e contra do eixo;

- Seções transversais;

- Amarrações de pontos notáveis;

- Levantamentos complementares: locais de interseções a serem projetadas, áreas de

empréstimo, jazidas e pedreiras, locais previstos para implantação de OAE e OAC;

1.3 Pequenos ajustes em relação ao Anteprojeto Geométrico são esperados.

2- PROJETO GEOMÉTRICO (ESCRITÓRIO)

2.1 Cálculo em escritório de todas as cadernetas (informações) de campo;

2.2 Desenho do projeto em planta, com base na locação efetuada (escala 1:2000);

2.3 Desenho do perfil longitudinal e estudo definitivo do greide (escala 1:2000(h),

1:200(v));

2.4 Desenho das seções transversais e gabaritagem da plataforma de projeto, escala 1:200;

2.5 Cálculo de superelevação e superlargura;

2.6 Acabamento da planta: desenho de “off-sets”, obras de arte correntes e especiais,

interseções, retornos e acessos, delimitação da faixa de domínio.

CURVA HORIZONTAL SIMPLES (CCS)

PC - ponto de curva

PT - ponto de tangente

PI - ponto de interseção das tangentes

D - desenvolvimento da curva

∆ - ângulo de deflexão

AC - ângulo central da curva

R - raio da curva circular

T - tangente externa

O - centro da curva

E – afastamento

G – grau da curva

c - corda

d – deflexão sobre a tangente

CURVA HORIZONTAL COM TRANSIÇÃO (CT)

TS – ponto inicial da curva

(tangente/espiral)

ST - ponto final da curva

(espiral / tangente)

PI - ponto de interseção das tangentes

SC e CS – pontos osculadores

D - desenvolvimento do “miolo”

circular

d - ângulo de deflexão

AC - ângulo central total da curva

R - raio do “miolo” circular

TS - tangente externa total

E – afastamento

lc – comprimento da espiral

Xc,Yc – coordenadas dos pontos osculadores

p, q – coordenadas de recuo

ᶿ - ângulo central do “miolo” circular

Sc – ângulo central que subentende os tramos

de espiral

CURVAS UTILIZADAS NA TRANSIÇÃO

Clotóides com valores diferentes de “k”

TIPOS DE CURVAS VERTICAIS (PARÁBOLA)

PARÁBOLAS DE 2º GRAU: (a) SIMPLES; (b) COMPOSTA

CÁLCULO DOS ELEMENTOS DAS CURVAS VERTICAIS:

• Cálculo sequencial dos parâmetros: j, K, L, R, emáx (flecha), constante “z”, greide reto e greide

final (de projeto). Valores anotados em quadros próprios na prancha;

• Representação gráfica preliminar do greide: trechos retos (rampas, contra-rampas) e trechos

curvos (parábolas)

CÁLCULO DAS COTAS DO GREIDE DE PROJETO:

• Determinadas estaca por estaca, com base nas rampas estabelecidas (trechos retos) e nas

curvas projetadas (trechos curvos). Anotadas juntamente com as cotas do terreno no quadro:

“Quadro Geral de Áreas de SeçõesTransversais”.

LANÇAMENTO DO GREIDE:

• Em formato de uma poligonal aberta vertical, lançam-se uma sucessão de trechos retilíneos,

compostos por rampas e contra-rampas, mediante compensação visual dos volumes de terra,

obedecida à máxima rampa admissível, função da classificação técnica da estrada;

• Nos pontos inicial (O=PP) e final (PF), as cotas devem ser tomadas iguais às cotas do terreno;

• A cada interseção de dois trechos retos, deve-se projetar uma curva de concordância vertical

(parábola do 2º grau);

• Deve-se fazer com que os PIV´s, PCV´s e PTV´s recaiam em estacas inteiras para facilidade dos

cálculos;

• Cálculo da percentagem das rampas e contra-rampas, obtida pelo quociente entre as diferenças de

alturas dos PIV´s, pelas distâncias entre PIV´s. Resultados anotados em quadro próprio: “Extensão

e inclinação”.

PERFIL A PARTIR DA PLANTA COM CURVAS DE NÍVEL

ESTACA COTA ESTACA COTA ESTACA COTA

00 26 52

01 27 53

02 28 54

03 29 55

04 30 56

05 31 57

06 32 58

07 33 59

PERFIL LONGITUDINAL

PERFIL TRANSVERSAL

Em projetos de estradas o conhecimento dos desníveis e

declividades ao longo do eixo longitudinal é insuficiente. É

necessário também compreender o comportamento do relevo

numa faixa próxima à do alinhamento principal, mediante os

levantamentos transversais, os quais permitem gerar as seções

transversais do terreno.

EIXO LONGITUDINAL E TRANSVERSAIS

LEVANTAMENTO DAS SEÇÕES:

Após o projeto do greide, da superelevação e da superlargura, temos a definição da

Plataforma da estrada. Plataforma, terreno e taludes formam o polígono chamado de

seção transversal. Em cada estaca temos uma seção transversal, cujo conjunto

definirá os volumes dos cortes e dos aterros.

Seção transversal

SEÇÃO TRANSVERSAL DE CORTE

SEÇÃO TRANSVERSAL DE ATERRO

SEÇÃO TRANSVERSAL DE UMA ESTRADA

SEÇÃO TRANSVERSAL - PISTA SIMPLES

SEÇÃO TRANSVERSAL - PISTA DUPLA

SUPERELEVAÇÃO

MODOS DE APRESENTAÇÃO DE PROJETOS GEOMÉTRICOS

EXEMPLO DE CONFORMAÇÃO BÁSICA (PRELIMINAR) DA

DIRETRIZ DE PROJETO (PLANTA)

ESCALA: 1:2000

TOPO GRAFIA

A Topografia se encarrega de representar as

pequenas áreas da superfície terrestre considerando-a

plana (projeções sobre um plano horizontal tangente).

OBJETIVOS ESPECÍFICOS DA TOPOGRAFIA

LEVANTAMENTO: Obtenção de pontos de uma área em estudo

para definição da planta topográfica.

LOCAÇÃO: Materialização no terreno de estudos / projetos

desenvolvidos sobre a planta ou mapa.

É INDISCUTÍVEL A IMPORTÂNCIA DA TOPOGRAFIA

PARA A ENGENHARIA. A PLANTA TOPOGRÁFICA É A

PRIMEIRA E FUNDAMENTAL FERRAMENTA PARA

IMPLANTAÇÃO DE PROJETOS DE ENGENHARIA.

AINDA EM ETAPA POSTERIOR, PERMITE A

MATERIALIZAÇÃO NO CAMPO, DO PROJETO

ELABORADO (LOCAÇÃO).

ÁREAS DA ENGENHARIA QUE UTILIZAM A TOPOGRAFIA

TRANSPORTES (RODOVIA, FERROVIA, HIDROVIA, DUTOVIA);

URBANISMO;

HIDRÁULICA, SANEAMENTO E MEIO AMBIENTE;

GEOLOGIA, GEOTECNIA E MINERAÇÃO;

CIÊNCIAS FLORESTAIS E AGRÁRIAS;

ÁREAS INDUSTRIAIS.

PROCESSO TOPOGRÁFICO

NORMA NBR 13133/94:

EXECUÇÃO DE LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO

- PROCEDIMENTO (ABNT)

QUADRANTES TOPOGRÁFICOS

REPRESENTAÇÃO DO TERRENO NO PLANO TOPOGRÁFICO

SISTEMA DE COORDENADAS TOPOGRÁFICAS (x,y,z)

AZIMUTES DE VANTE E DE RÉ

RELAÇÃO RUMO / AZIMUTE

SISTEMAS DE COORDENADAS RETANGULARES E POLARES

MÉTODOS BÁSICOS GERAIS DE LEVANTAMENTO

- MÉTODO DAS COORDENADAS RETANGULARES

MÉTODOS BÁSICOS GERAIS DE LEVANTAMENTO

- MÉTODO DAS COORDENADAS POLARES

αB

EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DIRETA

1- BALIZAS

2- FICHAS

3- TRENAS

4- PRUMOS

1

2

34

1

3

2

4

EQUIPAMENTOS BÁSICOS PARA MEDIÇÃO DIRETA DE

DISTÂNCIAS: 1.PEDÔMETRO (PASSO), 2.TRENA DE AÇO E

3.TRENA DE RODA.

1

2

3

1.BASTÃO DE BIPÉ, 2.TRIPÉ, 3.PRISMA, 4.NÍVEL DE

CANTONEIRA, 5.MIRA, 6.BALIZA

1

2 3

4

5

6

LEVANTAMENTO USANDO TRENA E BALIZA

EQUIPE:

• 1 CHEFE DE EQUIPE – ANOTAÇÕES NA CADERNETA E

CROQUIS;

• 1 BALIZA VANTE – MEDIÇÕES NA TRENA;

• 1 BALIZA RÉ – SEGURA A TRENA NA EXTREMIDADE

ZERO, CARREGA A BOLSA DE PIQUETES.

MATERIAL:

• 1 PRANCHETA, 1 CADERNETA DE CAMPO, 1 TRENA, 3

BALIZAS, 1 MARRETA, PIQUETES E PREGOS.

PIQUETE E ESTACA TESTEMUNHA

SISTEMA DE LEITURA DE MIRA

POLIGONAIS TOPOGRÁFICAS

ABERTA FECHADA

- O QUE NOS INTERESSA EM ESTRADAS, É A POLIGONAL ABERTA.

CONTROLE DE TERRAPLENAGEM

MÚLTIPLOS E SUBMÚLTIPLOS DO METRO

SISTEMA SEXAGESIMAL: GRAU, MINUTO (1/60 grau), SEGUNDO (1/3600 grau): CÍRCULO DIVIDIDO EM 360 PARTES IGUAIS;

SISTEMA DECIMAL: GRADO, CENTIGRADO (1/100 grado), MILIGRADO (1/1000 grado): CÍRCULO DIVIDIDO EM 400 PARTES IGUAIS;

USA-SE TAMBÉM O RADIANO: ÂNGULO CENTRAL QUE SUBENTENDE UM ARCO DE COMPRIMENTO IGUAL AO RAIO DO CÍRCULO;

1 RADIANO É IGUAL A 180/πº (57º17’45’’).

UNIDADES DE MEDIDA ANGULARES

INSTRUMENTOS PARA MEDIÇÃO INDIRETA DE DISTÂNCIAS

ÓPTICOS E MECÂNICOS (TAQUEÔMETROS):

TEODOLITOS COM LUNETA PORTADORA DE RETÍCULOS (3

FIOS HORIZONTAIS E UM VERTICAL). ASSOCIADO À MIRAS,

OBTÊM-SE DISTÂNCIA HORIZONTAL E DIFERENÇA DE

NÍVEL ENTRE DOIS PONTOS DO TERRENO;

MEDIDORES ELETRÔNICOS DE DISTÂNCIAS (MED’S):

TRENA DIGITAL (LASER) E ESTAÇÕES TOTAIS. TEM POR

PRINCÍPIO A EMISSÃO/RECEPÇÃO DE SINAIS PELO

EQUIPAMENTO, REBATIDOS POR UM ANTEPARO (PRISMA

REFLETOR). A DISTÂNCIA É OBTIDA PELA FUNÇÃO DO

TEMPO GASTO NO PERCURSO (IDA E VOLTA).

MEDIÇÕES COM INSTRUMENTOS ÓTICO-MECÂNICOS

ESTRUTURA BÁSICA DE UM TEODOLITO

TEODOLITOS: ELETRÔNICO E ÓTICO-MECÂNICO

DISTANCIÔMETRO DE USO ISOLADO

MED ACOPLADO A UM TEODOLITO

TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAL ELETROMAGNÉTICO

NOMENCLATURA E FUNÇÕES DE PARAFUSOS EM UMA

ESTAÇÃO TOTAL

OBS.: O que diferencia a estação total da

combinação simples de teodolito e distanciômetro

(MED), é que ela é capaz de receber um software,

que permite fazer em campo parte dos cálculos,

que em outras épocas só eram feitos em escritório.

A estação total possibilita a transferência digital

dos dados levantados, para um programa

computacional onde serão feitos os cálculos e

desenhos.

ESTAÇÃO TOTAL MODERNO

TRANSFERÊNCIA DE DADOS DA ESTAÇÃO PARA O MICRO

MODELOS DE NÍVEIS ELETRÔNICOS (DIGITAIS)

NÍVEL DE MANGUEIRA

NIVELAMENTO DE SEÇÃO TRANSVERSAL À RÉGUA

Um modo de levantamento das seções transversais do terreno, bastante usual em trabalhos de estradas, é com o uso de um jogo de 3 réguas graduadas:

1- Uma régua horizontal de até 3m, munido de um nível de bolha de ar, geralmente graduada de 10 em 10cm;

2- Na primeira ponta colocada sobre o ponto de cota conhecida, a régua horizontal é encaixada numa régua mais curta (VERTICAL), com 1m de altura, chamada de CAVALETE ou CAVALO (R’);

3- Na outra extremidade posicionada no ponto de cota a determinar, a primeira régua (R) é justaposta com uma outra régua vertical de até 3m (R’’), cuja graduação normalmente começa em -1 metro, para compensar o 1m do cavalo (R);

4- A leitura das diferenças de cotas (conhecida e à determinar) é feita diretamente em R’’;

5- Operação executada no campo com 3 operadores: um para segurar o cavalo, outropara manter R’’ justaposta a R e o encarregado que orienta o controle do nível de bolha que deve ficar “centrado”, anotando a distância horizontal e a diferença das cotas lidas em R’’

6- Dados estes anotados na “Caderneta de Seccionamento”.

NIVELAMENTO À RÉGUA

NÍVEL DE LUNETA

NÍVEIS LASER

MODELOS DE NÍVEIS AUTOMÁTICOS

NÍVEIS DE ALTA PRECISÃO

NIVELAMENTO GEOMÉTRICO

NIVELAMENTO TRIGONOMÉTRICO

TIPOS DE NIVELAMENTO

GEOMÉTRICO: COM EQUIPAMENTOS CONVENCIONAIS;

TRIGONOMÉTRICO: ATUALMENTE COM ESTAÇÃO TOTAL;

BAROMÉTRICO: ALTITUDES FUNÇÃO DAS PRESSÕES

ATMOSFÉRICAS;

TAQUEOMÉTRICOS: IDÊNTICO AO NIVELAMENTO

TRIGONOMÉTRICO, PORÉM COM EMPREGO DE

EQUIPAMENTOS CONVENCIONAIS;

POR RECEPTORES DE SATÉLITES (GPS).

OUTRAS CIÊNCIAS LIGADAS AO LEVANTAMENTO E

REPRESENTAÇÃO DE SUPERFÍCIE

CARTOGRAFIA: Estudos e observações visando a obtenção de cartas e mapas do relevo terrestre;

GEODÉSIA: Consiste nas operações, medições e cálculos para determinação da forma e dimensões da Terra, para grandes áreas e distâncias. Leva em conta a curvatura da Terra. Por exemplo: municípios, estados e países;

FOTOGRAMETRIA: Consiste na obtenção de informações à partir de imagens fotográficas, especialmente as obtidas por meio de vôos aéreos.

GEODÉSIA objetiva representar as grandes parcelas

territoriais, considerando a curvatura da Terra. Projeta as

medidas (angulares, lineares) da superfície física terrestre na

superfície curvilínea de um ELIPSÓIDE. Para a necessária

planificação dessas informações curvas, utiliza-se as

projeções cartográficas, como por exemplo as coordenadas

UTM (Universal Transversa Mercator). Desse modo, as

informações planificadas (planas) resultam inevitavelmente

deformadas.

COORDENADAS GEODÉSICAS

LATITUDE

LONGITUDE

A TERRA COMO UMA ESFERA

Fonte: NASA

PONTO MAIS ALTO DO PLANETA: Monte

Everest no Himalaia - quase 9km de altitude.

PONTO MAIS BAIXO: Fossa abissal das Ilhas

Marianas (Oceano Pacífico)

- com 11km.

Forma do planeta: GEÓIDE – suas irregularidades

tornam complexa sua modelagem matemática.

Daí a adoção como sistema de referência para a

forma física da Terra do ELIPSÓIDE DE

REVOLUÇÃO, figura que mais se aproxima do

Geóide. É formado pela rotação da elipse em torno

do eixo que passa pelos pólos Norte e Sul

geográficos.

GEÓIDE MUNDIAL DA NASA

Fonte: NASA

PROJEÇÃO UTM

UTM: UNIVERSAL TRANSVERSA DE MERCATOR

SISTEMA UTM – SISTEMA GLOBAL

(NÃO LOCAL OU REGIONAL)

TOTAL 60 FUSOS, DECOMPOSTOS EM FUSOS MENORES DE 6 GRAUS DE

AMPLITUDE.

TEM ORIGEM NO ANTIMERIDIANO DE GREENWICH.

ELIPSÓIDE DE REVOLUÇÃO

Antimeridiano

de Greenwich

FUSOS UTM NO MUNDO

0 60

FUSOS UTM NO BRASIL

18 26

GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM)

SISTEMA NORTE-AMERICANO, TEM POR PRINCÍPIO BÁSICO A

DETERMINAÇÃO DAS COORDENADAS DE PONTOS DA

SUPERFÍCIE TERRESTRE (POSICIONAMENTO), A PARTIR DE

OBSERVAÇÕES DE RECEPTORES DE SATÉLITES (O GPS).

MEDEM-SE AS DISTÂNCIAS ENTRE A ESTAÇÃO E NO MÍNIMO 4

SATÉLITES ARTIFICIAIS (DE COORDENADAS CONHECIDAS).

CALCULA-SE APÓS AS COORDENADAS DA ESTAÇÃO

(X,Y e Z).

OBS:. Na atualidade já dispõe-se do GNSS (Global Navigation Satellite System), receptores

capazes de rastreio de satélites dos sistemas GPS (americano), GLONASS (soviético),

GALILEO (europeu) e BEIDOU/COMPASS (chinês), além de outros sistemas.

RECEPTORES GPS