EQUIPAMENTOS TOPOGRÁFICOS

1. Introdução

O homem sempre necessitou conhecer o meio em que vive, por questões de

sobrevivência, orientação, segurança, guerras, navegação, construção, etc. .

Essa necessidade de representar, graficamente e em proporções reduzidas,

uma porção da superfície da Terra, com todos os acidentes ali existentes, que

lhe pareçam importantes: acidentes naturais (montanhas, vales, rios, lagos,

serras, etc.) e artificiais (casas, estradas, divisas, povoados, pontes, etc.).

Se esta porção de superfície a representar for de tal extensão que não se

necessite considerar a forma da Terra, tal constitui o objeto da Topografia.

Com o tempo surgiram técnicas e equipamentos de medição que facilitaram a

obtenção de dados para posterior representação. A Topografia foi uma das

ferramentas utilizadas para realizar estas medições como veremos no decorrer

da apresentação do nosso trabalho.

2. Objetivo geral

O objetivo geral da realização desse trabalho é de situar a Topografia

entre as ciências, salientando os conhecimentos necessários ao seu estudo e à

sua aplicação, através do embasamento teórico relacionado com os métodos

topográficos, assim como estudar a morfologia e o funcionamento dos

equipamentos topográficos.

2.1 Objetivos específicos

- Proporcionar ao estudante de Engenharia Civil na disciplina de Topografia I, o

desenvolvimento de conhecimentos básicos e aplicados de Topografia,

capacitando-o ao manejo e utilização de equipamentos necessários para a

execução de trabalhos topográficos e executar levantamentos topográficos

planialtimétricos;

- Conhecimento de novas práticas de utilização dos instrumentos topográficos

que atendem às exigências atuais do mercado de trabalho;

- difusão do conhecimento e da ciência.

3. Topografia

3.1 História

“Historicamente, a prática da Topografia remonta à época dos caldeus e

egípcios, cujos métodos repassaram aos gregos”.

Da necessidade de resolver os problemas criados com as inundações do rio

Nilo, ocasião em que os sinais fixos (marcos), delimitadores das propriedades

às suas margens, eram sistematicamente removidos, nasceu a Geometria

Plana. “Alguns séculos A.C., os gregos desenvolveram métodos de divisão de

terras, em triângulos, com o objetivo de desenhar a planta topográfica.”

(CORDINI e LOCH, 1995).

3.2 Conceito

Topografia, do idioma grego “Topos” (lugar, região) e Graphein (descrever), é a

ciência que estuda os acidentes geográficos definindo a situação e a

localização deles numa área qualquer. Ela tem por finalidade descrever o

contorno, dimensão e posição relativa de uma porção limitada da superfície

terrestre, sem levar em consideração a curvatura resultante de sua

esfericidade.

3.3 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.

4. Divisões da Topografia

A topografia se dividir em Topometria e Topologia.

4.1 Topometria

“Estuda os processos básicos de distancia, ângulos e diferença de nível.”

(CORDINI e LOCH, 1995). Está divisão da Topografia se encarrega de tirar as

medidas das grandezas angulares e lineares no plano vertical e horizontal.

Assim, a topometria se subdivide em mais duas áreas: Altimetria e Planimetria.

4.2 Topologia

“A topologia tem por objetivo o estudo das formas exteriores do terreno (relevo)

e as leis que regem a sua formação.” (CORDINI e LOCH, 1995). A aplicação

da topologia é em planta de relevo do terreno a partir das curvas de nível e dos

planos cotados.

4.1.2 Planimetria

Esta subdivisão se encarrega de estudar e estabelecer os métodos e

procedimentos na medição de distancias e ângulos do plano horizontal.

4.1.3 Altimetria

A altimetria ou nivelamento tem por finalidade determinar a distância vertical ou

diferença de nível entre diversos pontos. A diferença de altura entre dois

pontos é a diferença de nível entre estes pontos. A determinação das

diferenças de nível entre dois pontos é possível com os seguintes métodos:

(a) nivelamento trigonométrico; e.

(b) nivelamento geométrico

5. Nivelamento Trigonométrico

Baseia-se na medida de distâncias horizontais e ângulos de inclinação para a determinação da cota ou altitude de um ponto através de relações trigonométricas. Portanto, obtém valores que podem estar relacionados ao nível verdadeiro ou ao nível aparente, depende do levantamento. Segundo ESPARTEL (1987), divide-se em nivelamento trigonométrico de pequeno alcance (com visadas 250m) e grande alcance (com visadas 250m), sendo que para este último, deve-se considerar a influência da curvatura da Terra e da refração atmosférica sobre as medidas. Os equipamentos utilizados são:

(A) Clinômetro Analógico ou Digital

Dispositivo capaz de informar a inclinação () entre pontos do terreno; Indicado para a medida de ângulos de até 30 e lances inferiores a 150m; Constituído por luneta, arco vertical e vernier e bolha tubular; Pode ser utilizado sobre tripé com prumo de bastão e duas miras verticais de 4m, para a determinação das distâncias horizontais por estadimetria; A precisão na medida dos ângulos pode chegar a 40" e na das distâncias, até 1cm em 50m (1:5000).

Abaixo encontram-se as ilustrações de dois tipos de clinômetros, um analógico (com vernier) e outro digital (visor LCD).

Fig.02: Clinômetro digital

fig. 01: Clinômetro analógico

(B) Clisímetro

Permite ler, em escala ampliada, declividades (d%) de até 40%, o que equivale a ângulos de até 22. No aspecto, ele é similar ao clinômetro; A precisão da leitura neste dispositivo pode chegar a 1/10%, ou seja, 4' de arco; indicado para lances inferiores a 150m.

Fig. 03: Clisímetro

6. Nivelamento Geométrico

O nivelamento geométrico é baseado na diferença de leituras em miras

verticais graduadas. A precisão obtida é bastante grande, da ordem de

milímetros nos trabalhos especiais de 1ª ordem, até apenas alguns centímetros

nos topográficos comuns. De modo geral, os instrumentos empregados nos

trabalhos de nivelamento geométrico são denominados níveis. Utilizam-se,

também, nas operações de nivelamento, associadas aos níveis, as miras. O

objetivo dos níveis é fornecer um plano horizontal, para as operações.

Topográficas. O fio central do retículo da luneta define um plano horizontal de

referência. Os níveis podem ser óticos, digitais e laser.

7. Aparelhos utilizados na Altimetria

7.1 NÍVEL ÓTICO

Estes aparelhos definem linhas de visada horizontais com ajuda de uma mira graduada (Mira falante), baseado num sistema óptico semelhante ao dos teodolitos. Utilizado para serviços de nivelamento Geométrico, consistindo de uma luneta fixada sobre uma barra horizontal com ajuste de nível montado na articulação e suportado por um bastão ou tripé conforme fig. 01.

Fig.04: Nível ótico com tripé

7.2 Nível Digital

- é um nível para medição eletrônica e registro automático de distâncias horizontais e verticais ou diferenças de nível, portanto, não mede ângulos;

- o seu funcionamento está baseado no processo digital de leitura, ou seja, num sistema eletrônico de varredura e interpretação de padrões codificados;

- para a determinação das distâncias o aparelho deve ser apontado e

focalizado sobre uma régua graduada cujas divisões estão impressas em

código de barras (escala binária), como mostra a figura a seguir;

Fig. 05: Escala binária

este tipo de régua, que pode ser de alumínio, metal ínvar ou fibra de vidro, é resistente à umidade e bastante precisa quanto à divisão da graduação;

- os valores medidos podem ser armazenados internamente pelo próprio equipamento ou em coletores de dados. Estes dados podem ser transmitidos para um computador através de uma interface RS 232 padrão;

- a régua é mantida na posição vertical, sobre o ponto a medir, com a ajuda de

um nível de bolha circular, como mostra a figura a seguir;

Fig. 06: Régua graduada

o alcance deste aparelho depende do modelo utilizado, da régua e das condições ambientais (luz, calor, vibrações, sombra, etc.);

- funciona com bateria específica, porém, recarregável; - é utilizado essencialmente em nivelamentos convencionais e na

construção civil.

As figuras 07 e 08 a seguir ilustram dois modelos de nível digital de diferentes fabricantes. O primeiro é da LEICA, modelo NA3000. O segundo é da SOKKIA, modelo SDL30.

Fig.: 07 Nível LEICA Fig.: 08 Nível SOKKIA

7.3 Nível a Laser

- é um nível automático cujo funcionamento está baseado na tecnologia do infravermelho;

- assim como o nível digital, é utilizado na obtenção de distâncias verticais ou diferenças de nível e também não mede ângulos;

- para a medida destas distâncias é necessário o uso conjunto de um detetor laser que deve ser montado sobre uma régua de alumínio, metal ínvar ou fibra de vidro;

A figura 09 a seguir ilustra uma régua metálica com detetor laser adaptado, ambos da marca SOKKIA.

Fig.09: Régua metálica com detetor a laser

- este tipo de nível é um aparelho peculiar, pois não apresenta luneta nem visor LCD; a leitura da altura da régua (FM), utilizada no cálculo das distâncias por estadimetria, é efetuada diretamente sobre a mesma, com o auxílio do detetor laser, pela pessoa encarregada de segurá-la;

- os detetores são dotados de visor LCD que automaticamente se iluminam e soam uma campainha ao detectar o raio laser emitida pelo nível;

- alguns modelos de nível e detetores funcionam com pilha alcalina comum; outros, com bateria específica recarregável;

- o alcance deste tipo de nível depende do modelo e marca, enquanto a precisão depende da sensibilidade do detetor e da régua utilizada;

- assim como para o nível digital, a régua deve ser mantida na posição vertical, sobre o ponto a medir, com a ajuda de um nível de bolha circular;

- é utilizado em serviços de nivelamento convencional e na construção civil.

As figuras a seguir ilustram dois níveis a laser de diferentes fabricantes. O primeiro é um nível WILD LNA10 e, o segundo, um SOKKIA LP31. Estes níveis se auto nivelam (após ajuste grosseiro da bolha circular) e possuem um sistema giratório de emissão do infravermelho. O LNA10 tem um alcance de 80m e o LP31 de 120m.

Fig.10 Nível Wild LNA 10 Fig.11: Nível Sokkia LP31

8. ALTÍMETRO O altímetro é largamente usado em serviços topográficos expeditos, em reconhecimento geológico, como auxiliar na localização em campo, etc. Pode ser encontrado na forma analógica ou digital. Consiste de uma câmara metálica com vácuo que permite medir as variações de pressão atmosférica através de ponteiro. Há uma correlação entre pressão atmosférica (coluna de ar acima do ponto que está sendo medido altimetricamente) e a altitude do ponto registrada no limbo. Além da própria altitude do ponto existem outros fatores que alteram ou modificam a pressão atmosférica exigindo, portanto, correção de medidas do altímetro: temperatura (altera a densidade do ar), umidade relativa, correntes aéreas.

Fig.12: Altímetro analógico Fig.13: Altímetro digital

8.1 Mira topográfica:

Tem cerca de 4m, marcando cada metro de 10 em 10 mm suas medições são feitas de forma vertical, auxilia na determinação dos desníveis e distâncias indiretas.

Fig.14: Mira topográfica

9. Planimetria

Esta subdivisão se encarrega de estudar e estabelecer os métodos e

procedimentos na medição de distancias e ângulos do plano horizontal.

Medidas de distâncias: métodos e instrumentos (analógicos e eletrônicos)

A medida entre dois pontos, em topografia, corresponde à medida da distância horizontal entre esses dois pontos, mesmo que o terreno seja inclinado. A medição de uma distância pode ser efetuada por processo direto, por processo indireto ou, por processos eletrônicos, sendo este último o mais moderno e mais preciso.

9.1. Medida direta de distâncias A determinação da extensão de um alinhamento pode ser feita por medida direta quando o instrumento é aplicado no terreno ao longo do alinhamento.

Segundo ESPARTEL (1987) os principais dispositivos utilizados na medida direta de distâncias, também conhecidos por DIASTÍMETROS, são os seguintes:

(A) Fita e Trena de Aço

- são feitas de uma lâmina de aço inoxidável; - a trena é graduada em metros, centímetros e milímetros só de um lado;

- a fita é graduada a cada metro; o meio metro (0,5m) é marcado com um furo e somente o início e o final da fita são graduados em decímetros e centímetros;

- a largura destas fitas ou trenas varia de 10 a 12 mm; - o comprimento das utilizadas em levantamentos topográficos

é de 30, 60, 100 e 150 metros; - o comprimento das de bolso varia de 1 a 7,50 metros (as de 5

metros são as mais utilizadas); - normalmente apresentam-se enroladas em um tambor (figura

a seguir) ou cruzeta, com cabos distensores nas extremidades;

- por serem leves e praticamente indeformáveis, os levantamentos realizados com este tipo de dispositivo nos fornecem uma maior precisão nas medidas, ou seja, estas medidas são mais confiáveis;

- desvantagens: as de fabricação mais antiga enferrujam com facilidade e, quando esticadas com nós, se rompem facilmente. Além disso, em caso de contato com a rede elétrica, podem causar choques;

- as mais modernas, no entanto, são revestidas de nylon ou epoxy e, portanto, são resistentes à umidade, à produtos químicos, à produtos oleosos e à temperaturas extremas. São duráveis e inquebráveis.

Fig.15: Trena de aço

(B) Trena de Lona

- é feita de pano oleado ao qual estão ligados fios de arame muito finos que lhe dão alguma consistência e invariabilidade de comprimento;

- é graduada em metros, centímetros e milímetros em um ou ambos os lados e com indicação dos decímetros;

- o comprimento varia de 20 a 50 metros; - não é um dispositivo preciso, pois deforma com a

temperatura, tensão e umidade (encolhe e mofa); - pouquíssimo utilizada atualmente.

(C) Trena de Fibra de Vidro

- é feita de material bastante resistente (produto inorgânico obtido do próprio vidro por processos especiais);

- conforme as figuras (fig.15 e fig.16) a seguir, podem ser encontradas com ou sem envólucro e, este, se presente, tem o formato de uma cruzeta; sempre apresentam distensores (manoplas) nas suas extremidades;

- seu comprimento varia de 20 a 50m (com envólucro) e de 20 a 100m (sem envólucro);

- comparada à trena de lona, deforma menos com a temperatura e a tensão; - não se deteriora facilmente; - é resistente à umidade e à produtos químicos; - é bastante prática e segura.

Fig.16: Trena de fibra Fig.17:Trena de fibra sem envólucro

9.2 Medida Indireta de Distâncias

Segundo DOMINGUES (1979) diz-se que o processo de medida de distâncias é indireto quando estas distâncias são calculadas em função da medida de outras grandezas, não havendo, portanto, necessidade de percorrê-las para compará-las com a grandeza padrão.

Os equipamentos utilizados na medida indireta de distâncias são, principalmente:

• Teodolito e/ou Nível: o teodolito é utilizado na leitura de ângulos horizontais e verticais e da régua graduada; o nível é utilizado somente para a leitura da régua.

As figuras a seguir (fig. 18,19 e 20) ilustra três gerações de teodolitos: o trânsito (mecânico e de leitura externa); o ótico (prismático e com leitura interna); e o eletrônico (leitura digital).

Fig.18 Fig.19 Fig.20

10. Estação Total

Estação total é um equipamento que faz medições de ângulos verticais e horizontais e também de distâncias lineares. Com as informações medidas em campo, como ângulos e distâncias, uma estação total permite obter outras também Distância reduzida ao horizonte; Desnível entre os pontos; Coordenadas dos pontos ocupados pelo refletor, a partir de uma orientação prévia.

Além dessas finalidades estes equipamentos permitem realizar correções no

momento em que se obtêm as medições ou até realizar uma programação

prévia para aplicação automática de determinados parâmetros como

Condições ambientais e Constante do prisma.

Além disso, é possível configurar o instrumento em função das necessidades

do levantamento, alterando valores como:

-Altura do instrumento; Altura do refletor; Unidade de medida angular; Unidade

de medida de distância; Origem da medida do ângulo vertical.

Fig.21: Estação Total

11. Bússolas

A bússola é um instrumento idealizado para determinar a direção dos

alinhamentos em relação a meridiana dada pela agulha magnética.

Uma bússola consiste essencialmente de uma agulha magnetizada, livremente suportada no centro de um círculo horizontal graduado, também conhecido como limbo.

Fig. 22 - Bússola

12. Acessórios Topográficos

Inúmeros são os acessórios usados como auxiliares nos levantamentos topográficos. Desde marreta para cravação de piquetes e de estacas-testemunha até os modernos rádios transmissores de emprego nas atividades, por exemplo, levantamentos topográficos com receptores GPS. As figuras apresentadas a seguir ilustram alguns dos acessórios topográficos de uso mais generalizado nas operações topográficas.

(A) Tripé: É um acessório essencial nos trabalhos topográficos. Requer também

cuidados ao manuseá-lo, para levantá-lo é preciso deixar na altura do peito.

Fig.23: Tripé de alumínio

(B) Estaca: Considerado um acessório que serve de auxilio e facilita a visibilidade

do piquete. A estaca tem cerca de 50 cm devendo manter uma distancia de

mais ou menos 20 cm do piquete e acima da superfície 40 cm. Pode ser

colocada nela diversas informações sobre a área trabalhada.

Fig.24: Estaca

(C) Baliza: um acessório com cerca de 2m de forma circular com 4 gomos

alternados em vermelho e branca justamente para seja facilmente visível certa

distancia. É mantido na posição vertical para manter o alinhamento na hora da

medição dos pontos, na sua extremidade inferior possui um ponteiro que

facilita sua fixação no terreno. Desta forma é considerado um acessório

indispensável.

Fig.25: Baliza

(D) Piquete

Os piquetes são necessários para marcar convenientemente os extremos do

alinhamento a ser medido. Estes apresentam as seguintes características:

- fabricados de madeira roliça ou de seção quadrada com a superfície no topo

plana;

- assinalados (marcados) na sua parte superior com tachinhas de cobre,

pregos ou outras formas de marcações que sejam permanentes;

- comprimento variável de 15 a 30 cm (depende do tipo de terreno em que será

realizada a medição);

- diâmetro variando de 3 a 5 cm;

- é cravado no solo, porém, parte dele (cerca de 3 a 5 cm) deve permanecer

visível, sendo que sua principal função é a materialização de um ponto

topográfico no terreno.

Fig.26: Piquete

13. Dispositivos de Segurança

Durante todo e qualquer levantamento topográfico ou geodésico os cuidados com o equipamento e com o pessoal envolvido são fundamentais para o bom andamento dos serviços.

Assim, em alguns países, é obrigatório a utilização de certos dispositivos de segurança que permitem a visualização e o reconhecimento de equipamentos e pessoas à distância, bem como, de controle e desvio do tráfego em áreas urbanas ou em estradas.

As figuras a seguir ilustram alguns destes dispositivos.

Cinta Capacete Colete de sinalização

14. Considerações finais

O uso de equipamentos topográficos é imprescindível para o levantamento

de dados topográficos. Deve-se ter sempre em conta quais os instrumentos

necessários para cada tipo de levantamento e os cuidados a serem tomados

nas suas utilizações.

No âmbito de aprender a nobre ciência da topografia para desenvolvimento

intelectual e aprimoramento técnico, pode-se dizer que a dupla atingiu seu

objetivo, ao conseguir extrair grande aprendizado com esse trabalho. Embora

ainda insuficientes, pode-se dizer que o grupo obteve conhecimentos

importantes para a carreira de Engenheiro Civil.

14. REFERÊNCIAS

FAGGION, P. L. Obtenção dos Elementos de Calibração e Certificação de Medidores Eletrônicos de Distância em Campo e Laboratório. Curitiba, 2001, 134f. Tese (Doutorado em Ciências Geodésicas) – Setor de Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná.

SILVA, I. Instrumentos topográficos modernos topografia moderna. In: Congresso Brasileiro de Cartografia, 16., 1993, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: SBC, 1993. p.252-60.ESPARTEL, Lelis. Curso de Topografia, Porto Alegre, Ed. Globo, 1977

GODOY, Reinaldo. Topografia Básica, São Paulo, FEALQ, 1988

Apostila de topografia 2011,acessado em 12/12/2012

Apostila de noções de topografia,CEFETE/AL,acessado em 26/12/2012

Nome: José Marcos de Lima