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INSTITUTO AVANÇADO DE ENSINO SUPERIOR DE BARREIRAS –
                       IAESB
    FACULDADE SÃO FRANCISCO DE BARREIRAS – FASB
               Curso de Agronomia




           APOSTILA 1




                          Disciplina: TOPOGRAFIA <2010.2>
                   Professora: M. Sc. Helen Harumi Okumura




             Setembro, 2010
              Barreiras, BA




                            DH = ( cos α) 2 x H x 100
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                                                                 Curso de Agronomia


                                                               SUMÁRIO


INSTITUTO AVANÇADO DE ENSINO SUPERIOR DE BARREIRAS – IAESB.......................................1
FACULDADE SÃO FRANCISCO DE BARREIRAS – FASB...................................................................1
   Curso de Agronomia.................................................................................................................1
Disciplina: TOPOGRAFIA <2010.2>..............................................................................................1
   Professora: M. Sc. Helen Harumi Okumura..............................................................................1
INSTITUTO AVANÇADO DE ENSINO SUPERIOR DE BARREIRAS – IAESB.......................................2
FACULDADE SÃO FRANCISCO DE BARREIRAS – FASB...................................................................2
   Curso de Agronomia.................................................................................................................2
1. INTRODUÇÃO ...........................................................................................................................1
   1.1 Áreas de atuação................................................................................................................2
   1.3 Levantamento topográfico.................................................................................................4
   1.4 Sistemas de Coordenadas...................................................................................................6
   1.5 Superfícies de Referência ..................................................................................................9
   1.6 Teoria dos erros ...............................................................................................................20
   1.7 Erros em Topografia.........................................................................................................29
   1.8 Precisão e acurácia...........................................................................................................32
2. REVISÃO MATEMÁTICA..........................................................................................................34
   2.1 Unidades de medida.........................................................................................................34
   2.2 - REVISÃO DE TRIGONOMETRIA PLANA............................................................................37
   2.3 - EXERCÍCIOS.....................................................................................................................38
   2.4 - RELAÇÕES MÉTRICAS COM O TRIÂNGULO RETÂNGULO................................................40
   2.5 - EXERCÍCIO.......................................................................................................................41
   2.6 - TRIÂNGULO QUALQUER.................................................................................................41
   2.7 – EXERCÍCIO......................................................................................................................42
3. ESCALAS.................................................................................................................................43
   3.1 - PRINCIPAIS ESCALAS E SUAS APLICAÇÕES......................................................................45
   3.2 – EXERCÍCIO......................................................................................................................45
   3.3 - A ESCALA GRÁFICA.........................................................................................................47
   3.4 Exercícios..........................................................................................................................48
4. NORMALIZAÇÃO....................................................................................................................49
   4.1 – INTRODUÇÃO.................................................................................................................49
   4.2 - NBR 13133 – EXECUÇÃO DE LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS...................................50
   4.3 - NBR 14166 – REDE DE REFERÊNCIA CADASTRAL MUNICIPAL – PROCEDIMENTO...........51
   4.4 EXERCÍCIO.........................................................................................................................52
5. INSTRUMENTOS TOPOGRÁFICOS...........................................................................................52
6. UNIDADES DE MEDIDA...........................................................................................................58
   6.1 Unidades de Medida Linear..............................................................................................59
   6.2 Unidades de Medida Angular ..........................................................................................59
   6.3 Unidades de Medida de Superfície...................................................................................59
   6.4 Unidades de Medida de Volume......................................................................................60
   6.5 Exercícios..........................................................................................................................60
7. MEDIÇÃO DE DISTÂNCIAS.......................................................................................................63
   7.1 - MEDIDA DIRETA DE DISTÂNCIAS....................................................................................63
   7.3 - MÉTODOS DE MEDIDA COM TRENA...............................................................................67
   7.4 - ERROS NA MEDIDA DIRETA DE DISTÂNCIAS...................................................................69
   7.5 - MEDIDAS INDIRETAS DE DISTÂNCIAS.............................................................................70
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    Adaptação de Brandalize.




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        1. INTRODUÇÃO


        O homem sempre necessitou conhecer o meio em que vive, por questões de
    sobrevivência, orientação, segurança, guerras, navegação, construção, etc. No princípio a
    representação do espaço baseava-se na observação e descrição do meio. Cabe salientar que
    alguns historiadores dizem que o homem já fazia mapas antes mesmo de desenvolver a
    escrita. 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.
        A palavra “Topografia” deriva das palavras gregas “topos” (lugar) e “graphen” (descrever), o
    que significa “a descrição exata e minuciosa de um lugar” (DOMINGUES, 1979). A seguir são
    apresentadas mais algumas de suas definições:


        •      “A Topografia tem por objetivo o estudo dos instrumentos e métodos utilizados para
               obter a representação gráfica de uma porção do terreno sobre uma superfície plana”
               DOUBEK (1989).
        •      “A Topografia tem por finalidade determinar o contorno, dimensão e posição relativa de
               uma porção limitada da superfície terrestre, sem levar em conta a curvatura resultante
               da esfericidade terrestre” ESPARTEL (1987).


        O objetivo principal é efetuar o levantamento (executar medições de ângulos, distâncias e
    desníveis) que permita representar uma porção da superfície terrestre em uma escala
    adequada. Às operações efetuadas em campo, com o objetivo de coletar dados para a
    posterior representação, denomina-se de levantamento              topográfico. A topografia, então,
    apresenta como finalidade determinar o contorno, dimensão e posição relativa de uma porção
    limitada da superfície terrestre, do fundo dos mares ou do interior de minas, desconsiderando a
    curvatura resultante da esfericidade da Terra. Compete ainda à Topografia, a locação, no
    terreno, de projetos elaborados de Engenharia (DOMINGUES, 1979).
        De acordo com o objetivo supracitado observa-se que a Topografia é imprescindível para
    qualquer projeto ou obra realizada por engenheiros ou arquitetos. Por exemplo, sistemas de
    irrigação e drenagem, implantação de culturas, reflorestamento, paisagismo, trabalhos de obras
    viárias,    núcleos   habitacionais,   edifícios,   aeroportos,   hidrografia,   usinas   hidrelétricas,
    telecomunicações, sistemas de água e esgoto, planejamento, urbanismo, etc., se desenvolvem
    em função do terreno sobre o qual assentam (DOMINGUES, 1979). Portanto, é fundamental o
    conhecimento pormenorizado deste terreno, tanto na etapa do projeto, quanto da sua
    construção ou execução; e, a Topografia, fornece os métodos e os instrumentos que permitem
    este conhecimento do terreno e asseguram uma correta implantação da obra ou serviço.
        Na Topografia trabalha-se com medidas (lineares e angulares) realizadas sobre a
    superfície da Terra e a partir destas medidas são calculados áreas, volumes, coordenadas,
    etc. Além disto, estas grandezas poderão ser representadas de forma gráfica através de mapas



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    ou plantas. Para tanto é necessário um sólido conhecimento sobre instrumentação, técnicas de
    medição, métodos de cálculo e estimativa de precisão (KAHMEN; FAIG, 1988).
        A Topografia pode ser entendida como parte da Geodésia, ciência que tem por objetivo
    determinar a forma e dimensões da Terra. Muitas vezes a Topografia é confundida com a
    Geodésia pois se utilizam dos mesmos equipamentos e praticamente dos mesmos métodos
    para o mapeamento da superfície terrestre. Porém, enquanto a Topografia tem por finalidade
    mapear uma pequena porção daquela superfície (área de raio até 30 km), a Geodésia, te por
    finalidade, mapear grandes porções desta mesma superfície, levando em consideração as
    deformações devido à sua esfericidade. Portanto, pode-se afirmar que a Topografia, menos
    complexa e restrita, é apenas um capítulo da Geodésia, ciência muito mais abrangente.


                                               Geodésia

             O termo Geodésia, em grego Geo = terra, désia = 'divisões' ou 'eu divido', foi usado,
    pela primeira vez, por Aristóteles (384-322 a.C.), e pode significar tanto 'divisões (geográficas)
    da terra' como também o ato de 'dividir a terra' (por exemplo entre proprietários). A Geodésia é
    uma Engenharia e, ao mesmo tempo, um ramo das Geociências. Ela trata, global e
    parcialmente, do levantamento e da representação da forma e da superfície da terra com as
    suas feições naturais e artificiais. A Geodésia é a ciência da medição e representação da
    superfície da Terra.. Helmert (1880)
             Na visão de Torge (1991), a Geodésia pode ser dividida em três grupos: Geodésia
    Global, Geodésia Local e levantamentos no plano topográfico.(Topografia) A Geodésia Global é
    responsável pela determinação da figura da Terra e do seu campo gravitacional externo. A
    Geodésia local estabelece as bases para determinação da superfície e campo gravitacional de
    uma região da terra, um país, por exemplo. Neste caso implanta-se um grande número de
    pontos de controle formando as redes geodésicas e gravimétricas que servirão de base para os
    levantamentos no plano topográfico. Os levantamentos no plano topográfico são responsáveis
    pelo detalhamento do terreno inclusive cadastro e levantamentos para engenharia.
             Alguns autores classificam a Topografia como Geodésia Inferior.




        De acordo com BRINKER;WOLF (1977), o trabalho prático da Topografia pode ser dividido
    em cinco etapas:
    1) Tomada de decisão, onde se relacionam os métodos de levantamento, equipamentos,
    posições ou pontos a serem levantados, etc.
    2) Trabalho de campo ou aquisição de dados: fazer as medições e gravar os dados.
    3) Cálculos ou processamento: elaboração dos cálculos baseados nas medidas obtidas para a
    determinação de coordenadas, volumes, etc.
    4) Mapeamento ou representação: produzir o mapa ou carta a partir dos dados medidos e
    calculados.
    5) Locação.


    1.1 Áreas de atuação


         Os Técnicos em Geomensura poderão atuar em empresas públicas ou privadas e como
    profissionais liberais nas mais diversas áreas, tais como: projetos e locação de estradas,
    construção de obras de engenharia, levantamento topográfico, cadastramento, reflorestamento,


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                Conceitos fundamentais usados no posicionamento terrestre

Geomática

        Geomática, conforme a definição nos Referenciais Curriculares Nacionais(2000) ,
consiste em um campo de atividades que, usando uma abordagem sistemática, integra todos os
meios utilizados para a aquisição e gerenciamento de dados espaciais necessários como parte
de operações científicas, administrativas, legais e técnicas envolvidas no processo de produção
e gerenciamento de informações espaciais.

Agrimensura

        Agrimensura é a área que trata da medição, demarcação e divisão legal da
propriedade, usando métodos topográficos e geodésicos de acordo com as prescrições
legais,normas técnicas e administrativas em vigor.

Geomensura
                                                                                                       f
          Geomensura é a área da atuação que trata das questões legais das propriedades
territoriais. Possui amplos conhecimentos jurídicos e das técnicas de medições (Geodésia),
além dos conhecimentos técnicos, sociais e de informática. Possui uma ligação muito grande
com levantamento e mapeamento, integrando elementos como topografia, cartografia,
hidrografia, geodésia e agrimensura com as novas tecnologias.

Plano topográfico

          Plano topográfico; é um plano normal à vertical do lugar no ponto da superfície terrestre
considerado como origem do levantamento, sendo seu referencial altimétrico referido ao datum
vertical brasileiro;
a - o plano de projeção tem a sua dimensão máxima limitada a 80 km, a partir da origem, de
maneira que o erro relativo, decorrente da desconsideração da curvatura terrestre, não
ultrapasse 1/35000 nesta dimensão e 1/15000 nas imediações da extremidade desta dimensão;
b - a localização planimétrica dos pontos, medidos no terreno e projetados no plano de
projeção, se dá por intermédio de um sistema de coordenadas cartesianas, cuja origem
coincide com a do levantamento topográfico;
c - o eixo das ordenadas é a referência azimutal, que, dependendo das peculiaridades do
levantamento, pode estar orientado para o norte geográfico, para o norte magnético ou para
uma
direção notável do terreno, julgada importante. (NBR 13133/1994).

Ponto topográfico

     Ponto Topográfico é uma posição de destaque, estrategicamente situado na superfície
terrestre. Dentro deste contexto podemos destacar:
Pontos cotados: Pontos que, nas suas representações gráficas, se apresentam acompanhados
de sua altura.
Pontos de apoio: Pontos, convenientemente distribuídos, que amarram o terreno ao
levantamento
topográfico e, por isso, devem ser materializados por estacas, piquetes, marcos de concreto,
pinos de metal, tinta, dependendo da sua importância e permanência.
Pontos de detalhe: Pontos importantes dos acidentes naturais e/ou artificiais,definidores da
forma do detalhe e/ou do relevo, indispensáveis à sua representação gráfica.(NBR 13133).

Alinhamento topográfico

        É um alinhamento definido por dois pontos topográficos. Serve de origem para o
levantamento dos detalhes da superfície.


    1.2 Representação




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         A porção da superfície terrestre, levantada topograficamente, é representada através de
    uma Projeção Ortogonal Cotada e denomina-se Superfície Topográfica.
         Podemos dizer então que, não só os limites desta superfície, bem como todas as suas
    particularidades naturais ou artificiais, serão projetadas sobre um plano considerado horizontal.
         A esta projeção ou imagem figurada do terreno chamamos de Planta ou Plano
    Topográfico. A figura abaixo (ESPARTEL, 1987) representa exatamente a relação da superfície
    terrestre e de sua projeção sobre o papel.


                      SUPERFÍCIE TOPOGRÁFICA E PLANTA TOPOGRÁFICA.




    1.3 Levantamento topográfico


         De acordo com a NBR 13133 (ABNT, 1991, p. 3), Norma Brasileira para execução de
    Levantamento Topográfico, o levantamento topográfico é definido por:


    “Conjunto de métodos e processos que, através de medições de ângulos horizontais e
    verticais, de distâncias horizontais, verticais e inclinadas, com instrumental adequado à
    exatidão pretendida, primordialmente, implanta e materializa pontos de apoio no terreno,
    determinando suas coordenadas topográficas. A estes pontos se relacionam os pontos de
    detalhe visando a sua exata representação planimétrica numa escala pré-determinada e à sua
    representação altimétrica por intermédio de curvas de nível, com eqüidistância também pré-
    determinada e/ou pontos cotados.”


         Os levantamentos topográficos compreendem o conjunto de atividades dirigidas para as
    medições e observações que se destinam a representação do terreno em um plano ou
    desenho topográfico em escala. Podem ser executados para fins :
    a - de controle; fornecem arcabouço de pontos diversos com coordenadas e altitudes,
    destinadas à utilização em outros levantamentos de ordem inferior.
    b - legais cadastrais; destinado ao levantamento, detalhamento e avaliação de áreas rurais ou
    urbanas, enfatizando a quantificação da ocupação humana e suas intervenções.




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    c - para fins de engenharia; empregado na locação, instalação e construção de obras civis de
    engenharia e serviço de parcelamento de imóveis etc.
    d - topográficos; destinados ao levantamento da superfície topográfica, seus acidentes naturais,
    culturais e a configuração do terreno.
            O Levantamento Topográfico pode ser entendido como um conjunto de métodos e
    processos que, através de medições de ângulos e distâncias com instrumentos adequados,
    implanta e materializa pontos para o detalhamento topográfico necessário. Com os dados de
    campo, depois de calculados, pode-se representar graficamente, na forma de mapas, perfis
    longitudinais e transversais, diagramas entre outros. A execução de um levantamento
    topográfico, além da necessidade de se conhecer os instrumentos utilizados nas medições
    requer conhecimentos de geometria, trigonometria plana e esférica, física, astronomia e teoria
    dos erros e sua compensação. O Levantamento topográfico pode ser dividido em:


    1) Levantamento Topográfico Planimétrico
         Levantamento dos limites e confrontações de uma propriedade, pela determinação do seu
    perímetro, incluindo,quando houver, o alinhamento da via ou logradouro com o qual faça frente,
    bem como a sua orientação e a sua amarração a pontos materializados no terreno de uma rede
    de referência cadastral, ou, no caso de sua inexistência, a pontos notáveis e estáveis nas suas
    imediações.
         Quando este levantamento se destinar à identificação dominial do imóvel, são necessários
    outros elementos complementares, tais como: perícia técnico-judicial, memorial descritivo, etc.
         Compreende o conjunto deoperações necessárias para a determinação de pontos e
    feições do terreno que serão projetados sobre um plano horizontal de referência através de
    suas coordenadas X e Y (representação bidimensional).


    2) Levantamento Topográfico Altimétrico
         Levantamento que objetiva, exclusivamente, a determinação das alturas relativas a uma
    superfície de referência, dos pontos de apoio e/ou dos pontos de detalhes, pressupondo-se o
    conhecimento de suas posições planimétricas, visando à representação altimétrica da
    superfície levantada.
         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 sua representação em relação a um plano de referência vertical ou de nível através de
    suas coordenadas X, Y e Z (representação tridimensional).


    3) Levantamento Topográfico Planialtimétrico
         Levantamento topográfico planimétrico acrescido da determinação altimétrica do relevo do
    terreno e da drenagem natural.
         A figura seguinte ilustra o resultado de um levantamento topográfico planialtimétrico de
    uma área.




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                 DESENHO REPRESENTANDO O RESULTADO DE UM LEVANTAMENTO
                                            PLANIALTIMÉTRICO.




         Podemos então dizer que, classicamente, a Topografia é dividida em Topometria e
    Topologia.
         A Topometria é o conjunto de métodos abrangidos pela planimetria e pela altimetria, e é
    mais conhecida como Planialtimetria.
         A Topologia, por sua vez, utilizando-se dos dados obtidos através da topometria, tem por
    objetivo o estudo das formas exteriores do terreno e das leis que regem o seu modelado.
         É importante ressaltar que os levantamentos planimétricos e/ou altimétricos 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. Como exemplo podemos citar o dimensionamento de um sistema de
    irrigação, que exige o Levantamento Planialtimétrico da área à ser irrigada.


    1.4 Sistemas de Coordenadas


         Um dos principais objetivos da Topografia é a determinação de coordenadas relativas de
    pontos. Para tanto, é necessário que estas sejam expressas em um sistema de coordenadas.
    São utilizados basicamente dois tipos de sistemas para definição unívoca da posição
    tridimensional de pontos: sistemas de coordenadas cartesianas e sistemas de coordenadas
    esféricas.


    1.4.1 Sistemas de Coordenadas Cartesianas



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         Quando se posiciona um ponto nada mais está se fazendo do que atribuindo coordenadas
    ao mesmo. Estas coordenadas por sua vez deverão estar referenciadas a um sistema de
    coordenadas. Existem diversos sistemas de coordenadas, alguns amplamente empregados em
    disciplinas como geometria e trigonometria, por exemplo. Estes sistemas normalmente
    representam um ponto no espaço bidimensional ou tridimensional.
         No espaço bidimensional, um sistema bastante utilizado é o sistema de coordenadas
    retangulares ou cartesiano. Este é um sistema de eixos ortogonais no plano, constituído de
    duas retas orientadas X e Y, perpendiculares entre si. A origem deste sistema é o cruzamento
    dos eixos X e Y.
                            SISTEMA DE COORDENADAS CARTESIANAS.




         Um ponto é definido neste sistema através de uma coordenada denominada abscissa
    (coordenada X) e outra denominada ordenada (coordenada Y). Um dos símbolos P(x,y) ou
    P=(x,y) são utilizados para denominar um ponto P com abscissa x e ordenada y.
         Na abaixo é apresentado um sistema de coordenadas, cujas coordenadas da origem são
    O (0,0). Nele estão representados os pontos A(10,10), B(15,25) e C(20,-15).


          REPRESENTAÇÃO DE PONTOS NO SISTEMA DE COORDENADAS CARTESIANAS.




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         Um sistema de coordenadas cartesianas retangulares no espaço tridimensional é
    caracterizado por um conjunto de três retas (X, Y, Z) denominadas de eixos coordenados,
    mutuamente perpendiculares, as quais se interceptam em um único ponto, denominado de
    origem. A posição de um ponto neste sistema de coordenadas é definida pelas coordenadas
    cartesianas retangulares (x,y,z) de acordo com a figura abaixo.


              SISTEMA DE COORDENADAS CARTESIANAS, DEXTRÓGIRO E LEVÓGIRO.




         Conforme a posição da direção positiva dos eixos, um sistema de coordenadas
    cartesianas pode ser dextrógiro ou levógiro (GEMAEL, 1981, não paginado). Um sistema
    dextrógiro é aquele onde um observador situado no semi-eixo OZ vê o semi-eixo OX coincidir
    com o semi-eixo OY através de um giro de 90 no sentido anti-horário. Um sistema levógiro é
    aquele em que o semi-eixo OX coincide com o semi-eixo OY através de um giro de 90° no
    sentido horário.


    1.4.2 Sistemas de coordenadas esféricas


         Um ponto do espaço tridimensional pode ser determinado de forma unívoca, conforme a
    figura abaixo, pelo afastamento r entre a origem do sistema e o ponto R considerado, pelo
    ângulo β formado entre o segmento OR e a projeção ortogonal deste sobre o plano xy e pelo
    ângulo α que a projeção do segmento OR sobre o plano xy forma com o semi-eixo OX. As
    coordenadas esféricas de um ponto R são dadas por (r, α, β). A próxima figura ilustra este
    sistema de coordenadas.



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                                SISTEMA DE COORDENADAS ESFÉRICAS.




         Supõe-se o sistema de coordenadas esféricas sobreposto a um sistema de coordenadas
    cartesianas (TORGE, 1980, p.16). Assim, o ponto R, determinado pelo terno cartesiano (x, y, z)
    pode ser expresso pelas coordenadas esféricas (r, α, β), sendo o relacionamento entre os dois
    sistemas obtido pelo vetor posicional:




    1.5 Superfícies de Referência


         Devido às irregularidades da superfície terrestre, utilizam-se modelos para a sua
    representação, mais simples, regulares e geométricos e que mais se aproximam da forma real
    para efetuar os cálculos. Cada um destes modelos tem a sua aplicação, e quanto mais
    complexa a figura empregada para a representação da Terra, mais complexos serão os
    cálculos sobre esta superfície.


    1.5.1 Modelo Esférico


         Este é um modelo bastante simples, onde a Terra é representada como se fosse uma
    esfera. O produto desta representação, no entanto, é o mais distante da realidade, ou seja, o
    terreno representado segundo este modelo apresenta-se bastante deformado no que diz



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    respeito à forma de suas feições e à posição relativa das mesmas. Um exemplo deste tipo de
    representação são os globos encontrados em livrarias e papelarias.
                                          GLOBO TERRESTRE.




         Uma vez analisados os modelos utilizados para representação da superfície terrestre e
    tendo como princípio que o Elipsóide de Revolução é o modelo que mais se assemelha à figura
    da Terra, é importante conhecer os seus elementos básicos.
         A próxima figura permite reconhecer os seguintes elementos:
     FIGURA MOSTRANDO AS COORDENADAS GEOGRÁFICAS, EQUADOR E MERIDIANO
                                             DE ORIGEM.




    - Linha dos Pólos ou Eixo da Terra: é a reta que une o pólo Norte ao pólo Sul e em torno do
    qual a Terra gira (Movimento de rotação).
    - Equador: é o círculo máximo da Terra, cujo plano é normal à linha dos pólos.



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    - Paralelos: são os círculos cujos planos são paralelos ao plano do Equador. Os Paralelos mais
    importantes são: Trópico de Capricórnio (Ф = 23o 23’ S) e Trópico de Câncer (Ф = 23o 23’ N).
    - Meridianos: são as seções elípticas cujos planos contém a linha dos pólos e que são normais
    aos                                                                                    paralelos.
    - Vertical do lugar: é a linha que passa por um ponto da superfície terrestre (em direção ao
    centro do planeta) e que é normal à superfície representada pelo Geóide naquele ponto. Esta
    linha é materializada pelo “fio de prumo” dos equipamentos de medição (teodolito, estação,
    nível, etc.), ou seja, é a direção na qual atua a força da gravidade.
    - Normal ao Elipsóide: é toda linha reta perpendicular à superfície do elipsóide de referência.
    Esta linha possui um desvio em relação à vertical do lugar.
    - Pontos da vertical do lugar: o ponto (Z = ZÊNITE) se encontra no infinito superior, e o ponto
    (Z’ = NADIR) no infinito inferior da vertical do lugar. Estes pontos são importantes na definição
    de alguns equipamentos topográficos (teodolitos) que têm a medida dos ângulos verticais com
    origem Z ou em Z’.
    - Plano horizontal do observador: é o plano tangente à superfície terrestre ou topográfica num
    ponto qualquer desta superfície.
          Um ponto pode ser localizado sobre esta esfera através de sua latitude e longitude.
    Tratando-se de Astronomia, estas coordenadas são denominadas de latitude e longitude
    astronômicas.




                         TERRA ESFÉRICA - COORDENADAS ASTRONÔMICAS.




    - Latitude Astronômica (Φ): é o arco de meridiano contado desde o Equador até o ponto
    considerado, sendo, por convenção, positiva no hemisfério Norte e negativa no hemisfério Sul.
                                   FIGURA INDICANDO A LATITUDE




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    - Longitude Astronômica (Λ): é o arco de equador contado desde o meridiano de origem
    (Greenwich) até o meridiano do ponto considerado. Por convenção a longitude varia de 0º a
    +180º no sentido leste de Greenwich e de 0º a -180º por oeste de Greenwich.


                                  FIGURA INDICANDO A LONGITUDE




    - Coordenadas geográficas (Φ, Λ): é o nome dado aos valores de latitude e longitude que
    definem a posição de um ponto na superfície terrestre. Estes valores dependem do elipsóide de
    referência utilizado para a projeção do ponto em questão.


    1.5.2 Modelo Elipsoidal


         É o mais usual de todos os modelos que serão apresentados. Nele, a Terra é
    representada por uma superfície gerada a partir de um elipsóide de revolução, com
    deformações relativamente maiores que o modelo geoidal.
         A Geodésia adota como modelo o elipsóide de revolução, conforme pode ser observado
    na figura à seguir. O elipsóide de revolução ou biaxial é a figura geométrica gerada pela
    rotação de uma semi-elipse (geratriz) em torno de um de seus eixos (eixo de revolução); se



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    este eixo for o menor tem-se um elipsóide achatado. Mais de 70 diferentes elipsóides de
    revolução são utilizados em trabalhos de Geodésia no mundo.
         Um elipsóide de revolução fica definido por meio de dois parâmetros, os semi-eixos a
    (maior) e b (menor). Em Geodésia é tradicional considerar como parâmetros o semi-eixo maior
    a e o achatamento f, expresso pela equação.




    a = semi-eixo maior da elipse
    b = semi-eixo menor da elipse


                                     ELIPSÓIDE DE REVOLUÇÃO.




         As coordenadas geodésicas elipsóidicas de um ponto sobre o elipsóide ficam assim
    definidas na figura abaixo:
    - Latitude Geodésica ( φ ): ângulo que a normal forma com sua projeção no plano do equador,
    sendo positiva para o Norte e negativa para o Sul.
    - Longitude Geodésica ( λ ): ângulo diedro formado pelo meridiano geodésico de Greenwich
    (origem) e do ponto P, sendo positivo para Leste e negativo para Oeste.


         A normal é uma reta ortogonal ao elipsóide que passa pelo ponto P na superfície física.


                                    COORDENADAS ELIPSÓIDICAS.




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         No Brasil, o atual Sistema Geodésico Brasileiro (SIRGAS2000 - SIstema de Referência
    Geocêntrico para as AméricaS) adota o elipsóide de revolução GRS80 (Global Reference
    System 1980), cujos semi-eixo maior e achatamento são:
    a = 6.378.137,000 m
    f = 1/298,257222101




    1.5.3 Modelo Geoidal


         O modelo geoidal é o que mais se aproxima da forma da Terra. É definido teoricamente
    como sendo o nível médio dos mares em repouso, prolongado através dos continentes. Não é
    uma superfície regular e é de difícil tratamento matemático. Na figura seguinte são
    representados de forma esquemática a superfície Topográfica da Terra, elipsoidal e o geoidal.




         RELAÇÃO ENTRE SUPERFÍCIE TOPOGRÁFICA, ELIPSOIDAL E GEOIDAL.




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         O geóide é uma superfície equipotencial do campo da gravidade ou superfície de nível,
    sendo utilizado como referência para as altitudes ortométricas (distância contada sobre a
    vertical, do geóide até a superfície física) no ponto considerado.


         As linhas de força ou linhas verticais (em inglês “plumb line”) são perpendiculares a essas
    superfícies equipotenciais e materializadas, por exemplo, pelo fio de prumo de um teodolito
    nivelado, no ponto considerado. A reta tangente à linha de força em um ponto (em inglês
    “direction of plumb line”) simboliza a direção do vetor gravidade neste ponto, e também é
    chamada de vertical. A figura seguinte ilustra este conceito.
                                               VERTICAL




    1.5.4 Modelo plano



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           Considera a porção da Terra em estudo com sendo plana. É a simplificação utilizada pela
    Topografia. Esta aproximação é válida dentro de certos limites e facilita bastante os cálculos
    topográficos. Face aos erros decorrentes destas simplificações, este plano tem suas
    dimensões limitadas. Tem-se adotado como limite para este plano na prática a dimensão de 20
    a 30 km. A NRB 13133 (Execução de Levantamento Topográfico) admite um plano com até
    aproximadamente 80 km.
           Segundo a NBR 13133, as características do sistema de projeção utilizado em Topografia
    são:
    a) as projetantes são ortogonais à superfície de projeção, significando estar o centro de
    projeção localizado no infinito.
    b) a superfície de projeção é um plano normal a vertical do lugar no ponto da superfície
    terrestre considerado como origem do levantamento, sendo seu referencial altimetrico o
    referido datum vertical brasileiro.
    c) as deformações máximas inerentes à desconsideração da curvatura terrestre e a refração
    atmosférica têm as seguintes aproximadas:
    Δl (mm) = - 0,001 l3 (km)
    Δh (mm) = +78,1 l2 (km)
    Δh´(mm) = +67 l2 (km)
    onde:
    Δl = deformação planimetrica devida a curvatura da Terra, em mm.
    Δh = deformação altimétrica devida a curvatura da Terra, em mm.
    Δh´ = deformação altimétrica devida ao efeito conjunto da curvatura da Terra e da refração
    atmosférica, em mm.
    l = distância considerada no terreno, em km.


    d) o plano de projeção tem a sua dimensão máxima limitada a 80 km, a partir da origem, de
    maneira que o erro relativo, decorrente da desconsideração da curvatura terrestre, não
    ultrapasse 1:35000 nesta dimensão e 1:15000 nas imediações da extremidade desta
    dimensão.
    e) a localização planimétrica dos pontos, medidos no terreno e projetados no plano de
    projeção, se dá por intermédio de um sistema de coordenadas cartesianas, cuja origem
    coincide com a do levantamento topográfico;
    f) o eixo das ordenadas é a referência azimutal, que, dependendo das particularidades do
    levantamento, pode estar orientado para o norte geográfico, para o norte magnético ou para
    uma direção notável do terreno, julgada como importante.
              Uma vez que a Topografia busca representar um conjunto de pontos no plano é
    necessário estabelecer um sistema de coordenadas cartesianas para a representação dos
    mesmos. Este sistema pode ser caracterizado da seguinte forma:




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    Eixo Z: materializado pela vertical do lugar (linha materializada pelo fio de prumo);
    Eixo Y: definido pela meridiana (linha norte-sul magnética ou verdadeira);
    Eixo X: sistema dextrógiro (formando 90º na direção leste).


         A seguinte figura ilustra este plano:


                                         PLANO EM TOPOGRAFIA




         Em alguns casos, o eixo Y pode ser definido por uma direção notável do terreno, como o
    alinhamento de uma rua, por exemplo, na figura abaixo:


                            EIXOS DEFINIDOS POR UMA DIREÇÃO NOTÁVEL.




    1.5.4.1 Efeito da curvatura na distância e altimetria


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         A seguir é demonstrado o efeito da curvatura nas distâncias e na altimetria. Na figura à
    seguir tem-se que S é o valor de uma distância considerada sobre a Terra esférica e S´ a
    projeção desta distância sobre o plano topográfico.


                               EFEITO DA CURVATURA PARA A DISTÂNCIA




    A diferença entre S´e S será dada por:
                                    ΔS = S´ – S                   (1)
    Calculando S e S´e substituindo na equação (1) tem-se:
                                    S’ = R tg θ                   (2)
                                    S=Rθ                          (3)
                                    ΔS = R tgθ - R θ              (4)
                                    ΔS = R (tg θ − θ)             (5)


         Desenvolvendo tg θ em série e utilizando somente os dois primeiros termos:

                                                                        (6)

                                                                        (7)
    onde θ = S/R, logo:

                                                               (8)

                                                               (9)
         A tabela à seguir apresenta valores de erros absolutos e relativos para um conjunto de
    distâncias.



                          EFEITO DA CURVATURA PARA DIFERENTES DISTÂNCIAS.



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                                        S (km)       ∆s
                                           1     0,008 mm
                                          10      8,2 mm
                                          25      12,8 cm
                                          50       1,03 m
                                          70       2,81 m
         Analisando agora o efeito da curvatura na altimetria, de acordo com a figura observada
    anteriormente:
                                EFEITO DA CURVATURA NA ALTIMETRIA.




         Analisando a figura acima é possível perceber que:




         Isolando Δh na equação anterior:




         De acordo com CINTRA (1996), desenvolvendo em série 1/cos θ e considerando que:



         tem-se:




         A tabela à seguir apresenta o efeito da curvatura na altimetria para diferentes distâncias:


                              EFEITO DA CURVATURA NA ALTIMETRIA.
                                              S         ∆s



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                                            100 m    0,8 mm
                                            500 m     20 mm
                                             1 km     78 mm
                                            10 km      7,8 m
                                            70 km    381,6 m

         Como pode ser observado através das tabelas, o efeito da curvatura é maior na altimetria
    do que na planimetria. Durante os levantamentos altimétricos alguns cuidados são tomados
    para minimizar este efeito, com será visto nos capítulos posteriores.


    1.6 Teoria dos erros


    1.6.1 Conceitos


    1.6.1.1 Erro Absoluto verdadeiro: é a diferença, em valor absoluto, existente entre a medição
    de uma grandeza física e o seu verdadeiro valor.
         Na prática não se conhece o valor real ou verdadeiro da grandeza física; conhece-se o
    valor mais provável desta grandeza.


    1.6.1.2 Erro absoluto aparente (e): é a diferença, em valor absoluto, existente entre a
    medição de uma grandeza física (Xi) e o seu valor mais provável ( ). Daqui para frente será
    chamado apenas de erro absoluto.




    1.6.1.3 Resíduo ou desvio ou erro (r): designação dada para a conceituação anterior, quando
    se considera o sinal da diferença existente entre as duas medidas.




     1.6.1.4 Discrepância: é a diferença existente entre os valores de duas medidas de uma
    mesma grandeza física, obtidas por dois experimentadores diferentes. As vezes é designada
    incorretamente pela palavra erro.


    1.6.1.5 Erro relativo (er): é a relação existente entre o erro absoluto e o valor mais provável da
    grandeza ( ). Este erro é mais importante para avaliar a qualidade de uma medida que o erro
    absoluto.
         Matematicamente, tem-se:




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    1.6.1.6 Valor mais provável de uma grandeza física ( ): é a média aritmética das medidas
    efetuadas, desde que mereçam a mesma confiança.


    1.6.1.7 Erro absoluto médio (em): é a média aritmética dos erros absolutos cometidos em um
    certo número de medidas (n).




    1.6.1.8 Erro médio quadrático ou desvio padrão (s): é a raiz quadrada da média aritmética
    dos quadrados dos resíduos, a menos de um grau de liberdade.




    1.6.1.9 Erro tolerável (et): é dado pelo triplo do erro médio quadrático.




         Na prática, medidas cujos resíduos são maiores que o erro tolerável, devem ser
    abandonadas.
    1.6.1.10 Precisão: é a tolerância do erro de medição para um determinado medidor. Portanto,
    se o erro tolerável for atendido, as medidas são consideradas precisas.


    1.6.1.11 Precisão absoluta: quando expressa em percentagem de toda a faixa da escala de
    medidas.
         Seja, por exemplo, um medidor de vazão com escala de zero a 200m3/h, com precisão de
    ± 1% de fundo de escala (f.e); isto significa que a tolerância de erro é de ± 2m 3/h, em qualquer
    ponto da escala.


    1.6.1.12 Precisão relativa: quando expressa em percentagem do valor instantâneo da escala
    de medidas.
         Seja o mesmo exemplo anterior, com precisão de ± 1% do valor instantâneo (v.i); significa
    que quando o ponteiro indicar uma vazão de 80m3/h, a tolerância de erro é de ± 0,80m3/h.
         A precisão de ± 1% em v.i é obviamente melhor que a precisão de ± 1% em f.e.


    1.6.1.13 Exatidão: aquilo que está de acordo com uma referência tomada como padrão
    (referência verdadeira). Uma medida precisa não significa que seja exata. Pode-se dizer que
    um grupo de medidas mostra precisão se os resultados concordam entre si; a concordância




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    não é, contudo, uma garantia de exatidão, visto poder haver alguma pertubação sistemática,
    que faça todos os valores estarem em erro.
         Suponha-se, por exemplo, que um pesquisador esteja comparando duas escalas (A e B)
    com uma terceira escala considerada como padrão (C). O grupo de medidas feitas com a
    escala (A) concordam entre si mas não concordam com as medidas feitas pela escala (C); já o
    grupo de medidas feitas pela escala (B) além de concordarem entre si, concordam também
    com a escala (C). Isto significa que a escala (A) é precisa mas não é exata e a escala (B) é
    precisa e exata, devendo ser a escolhida para as medidas.


    1.6.1.14 Erros grosseiros ou enganos: decorre da falta de cuidado ou falta de prática do
    observador. São exemplos de erros grosseiros:
        •    erros de leitura: ler 28,3 no lugar de 23,8;
        •    erros de cálculo;
        •    leitura errada de uma escala;
        •    erros de paralaxe: para evitar este erro, a leitura deve ser feita sempre em posição
             normal à escala; se a leitura for feita em posição inclinada, comete-se o erro de
             paralaxe.
         Os erros grosseiros podem ser evitados pela repetição cuidadosa das medições, um
    resultado muito discordante dos outros deve ser abandonado. Na verdade, a vantagem de se
    tomar, pelo menos, três leituras não está no uso do valor médio, mas na confiança adquirida,
    quando os valores concordam, de não se ter cometido erros grosseiros.
         Os erros desse tipo não estão sujeitos a tratamento matemático.
    1.6.1.15 Erros sistemáticos ou constantes ou regulares: caracterizam-se por ocorrerem
    sempre em um mesmo sentido e conservarem, em medições sucessivas, o mesmo valor.
    Decorrem das imperfeições do observador, do instrumento e do método usado.


        a) Erros sistemáticos introduzidos pelo observador.
            Exemplos:
                 •   Atraso ou adiantamento ao acionar um cronômetro;
                 •   Erros cometidos por deficiência de visão.


        b) Erros sistemáticos introduzidos pelo instrumento.
            Exemplos:
                •    Utilização de uma escala em temperatura diferente daquela em que foi aferida;
                •    Deslocamento do zero do instrumento;
                •    Uso de um cronômetro que atrasa ou adianta;
                •    Uso de instrumentos em condições diferentes daquelas para as quais foram
                     calibrados.


        c) Erros sistemáticos introduzidos pelo método.



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            Exemplos:
                 •     Determinação do peso de um corpo no ar em lugar de fazê-lo no vácuo (o
                       empuxo do ar falseia o resultado);
                 •     Utilização de um método baseado em uma equação matemática não
                       representativa da realidade física do fenômeno.


         Os erros pessoais, sempre que possível, podem ser minimizados substituindo-se o
    observador humano por um mecânico, ou elétrico etc.
         Os erros instrumentais são reduzidos por meio de uma aferição ou calibração do aparelho
    por comparação com um padrão de confiança; uma curva de calibração ou uma tabela de
    correção podem ser elaboradas para serem corrigidos os erros.
         Em muitos casos, os erros sistemáticos devio ao método podem ser calculados e os
    resultados corrigidos.


    1.6.1.16 Erros acidentais ou aleatórios ou residuais ou experimentais: decorrem de causas
    desconhecidas sobre as quais não se tem controle. Caracterizam-se por ocorrerem ao acaso
    quaisquer que sejam os observadores, os instrumentos e os métodos. Eles respondem pela
    disperção das medidas.
         Dentre os erros acidentais, destacam-se:
             •       Erro absoluto;
             •       Erro relativo;
             •       Erro absoluto médio ou erro promédio ou erro médio;
             •       Erro médio quadrático; e
             •       Erro tolerável.


    1.6.2 Algarismos significativos


    1.6.2.1 Conceito: algarismos significativos ou simplesmente significativos de uma medida são
    seus algarismos contados a partir do primeiro diferente de zero e o seu primeiro algarismo
    duvidoso.
         O primeiro algarismo duvidoso é indicado pelo primeiro algarismo significativo do erro
    máximo cometido na medição.
         Exemplos:
         a) 73,202 m ± 0,02 m
         Significa que o erro máximo cometido na medição (± 0,02 m) já afeta a segunda casa
    decimal da medida. Portanto, a medida tem apenas quatro algarismos significativos e a
    notação correta é: 73,20 m ± 0,02 m.
         b) Em muitos casos o erro máximo não é indicado explicitamente. Assim, fica implícito
             que o último algarismo é duvidoso, sendo o erro máximo, de uma unidade da casa
             incerta.



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           Quando se escreve, por exemplo, a medida de 28,5 cm, subentende-se que é o mesmo
    que escrever 28,5 cm ± 0,1 cm. Nesse caso, a medida tem três algarismos significativos.
           c) A notação científica simplificada, em muito, a definição dos algarismos significativos
              de uma medida.
           Seja, por exemplo, a medida de 0,040 m que, em notação científica fica escrita como 4,0 x
      -2
    10 , tendo portanto dois algarismos significativos.
           d) Outros exemplos:
              •   27,40 m = 2,740 x 10 m, tem quatro significativos
              •   0,0028 kg = 2,8 x 10-3 kg, tem dois significativos
              •   33 cv = 3,3 x 10 cv, tem dois significativos
              •   3260 cm ± 10 cm, tem três significativos, porque a casa das dezenas já é duvidosa


    1.6.3 Arredondamento


           Em muitos casos, conhece-se uma medida com mais significativos que os necessários a
    determinado fim.
           Nestes casos, o último algarismo de um número obtido por arredondamento, deve ser
    acrescido de uma unidade caso o primeiro algarismo posterior a ele seja igual ou superior a
    cinco. Se for menor do que cinco, permanece com o mesmo valor.
           Exemplo; uma medida de 85,328 cm feita com uma precisão de 0,03 cm, deverá ter
    apenas quatro significativos, ou seja: 85,33 cm.


    1.6.4 Operações com algarismos significativos
    1.6.4.1 Adição e subtração


           Para somar ou subtrair algarismos significativos deve-se usar todos os termos com o
    mesmo número de casas decimais; o termo que possui menos casas decimais indica o número
    de casas decimais a serem usadas.


           Exemplos:
           a) 32,5 + 0,02 + 17,25 = 32,5 + 17,3 = 49,8
           b) 25 + 3,86 + 0,9 + 2,13 = 25 + 4 + 1 + 2 = 32
           c) 35,98 – 0,4 = 36,0 – 0,4 = 35,6


           Quando os algarismos significativos vem acompanhados da notação ±, as parcelas de
    dúvida são consideradas aditivas tanto para a soma quanto para a diferença.


           Exemplos;
           a) (637 ± 0,63%) – (426 ± 0,47%) =
              (637 ± 4) – (426 ± 2) = 211 ± 6 = 211 ± 2,84%



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         Note-se que as parcelas de dúvida são consideradas aditivas, porque a presença de uma
    dúvida ± significa que uma quantidade pode estar acima (637 ± 4) e a outra abaixo (426 – 2) do
    valor verdadeiro o que aumenta a faixa de dúvida em termo percentuais.


         b) (427 ± 1,0%) + (392 ± 2,0%) =
              (427 ± 4) + (392 ± 8) =
              819 ± 12 = 819 ± 1,5%


         Nota-se que a faixa de dúvida em termos percentuais se mantém aproximadamente na
    mesma faixa de dúvida que as duas parcelas, no caso da soma.


    1.6.4.2 Multiplicação e divisão


         Para multiplicar ou dividir algarismos significativos, deve-se proceder conforme a seguir:


         a) arredondar todas as medidas para o mesmo número de significativos daquela que
              contiver menos significativos;
         b) se, no item anterior, o primeiro significativo da medida a ser arredondado for a
              unidade, arredondá-lo (e somente ele) com mais significativos;
         c) o resultado final conterá o mesmo número de significativos daquela medida que
              contiver menos significativos.


         Exemplos:
         a) 1732,83 x 0,25 =
              (1,7 x 103) x (2,5 x 10-1) =
              4,25 x 102


         Como o menor número de significativos é dois, o resultado final é 4,3 x 102


         b) 3,1416 + 0,0125 = 3,14 + 0,0125 = 251,2 = 251



         c)


    1.6.4.3 Logarítmo decimal


         A mantissa do logarítmo decimal de um número com n significativos deve ser tomada com
    n decimais.
         Exemplo:
         Log 158 = 2,19856 = 2,199


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    1.6.5 Propagação dos erros no resultado final


         Tendo sido estimado o erro de cada variável medida, será então necessário combiná-los
    entre si para obter-se o erro no resultado final.
         Admitindo-se que uma grandeza física G seja determinada a partir de várias outras
    grandezas x, y, z, ....., é válido imaginar-se entre elas uma relação do tipo:


                                           G = G (x, y, z, .....,)   (1)


         A lei de propagação dos erros permite determinar o erro de G em função dos erros que
    corresponde a cada um dos valores de x, y, z, .... O erro que afeta G e as demais grandezas
    recai principalmente sobre o observador. Uma calibração cuidadosa dos instrumentos, medidas
    feitas com atenção e o exame crítico dos dados, permite ao observador experimental reduzir o
    erro nas medidas. Isto permite dizer que a ocorrência dos erros pequenos são mais prováveis
    que os erros grandes.
         Usualmente assume-se a distribuição dos erros como normal.
         Geralmente o erro atribuído à grandeza x não guarda nenhuma relação com os erros
    atribuídos a y e a z; são ditos independentes.
         Assumindo as considerações anteriormente feitas, para pequenas variações ou
    incrementos em x, y, z, ... em torno de seus valores médios, assinalados por dx, dy, dz, a
    variação dG, resultante para G, na equação 1, é:

                                                                            (2)

         Elevando-se ambos os membros da equação anterior ao quadrado, tem-se:



                                                                                                      (3)



         Como x, y, z, ... representam a média aritmética de um grande número de observações e
    os valores positivos de um incremento têm igual probabilidade de estarem associados a valores
    positivos ou negativos de outros incrementos, é de se esperar que a soma dos termos de duplo
    produto tenda para zero, ficando a equação 3 reescrita como:



                                                                                     (4)



         As variações dG, dx, dy, dz, ... representam, na realidade, os erros absolutos eG, ex, ey,
    ez, ... cometidos nas medições x, y, z, ..., o que permite finalmente reescrever a equação 4
    como:




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                                                                                      (5)



    1.6.5.1 Casos especiais de propagação de erros


         a) Soma de grandezas (x, y, z,...)


         G = x + y + z + ...


         Todas as derivadas parciais são iguais a unidade, que levada à equação 5 obtêm-se:


                                                                                (6)


         b) Diferença de grandezas (x, y).


         G=x–y



         Neste caso            e            , que levados à equação 5, resulta:

                                                                      (7)


         A equação 7 mostra que mesmo numa diferença os erros quadráticos se somam.


    1.6.5.2 Outra expressão para propagação de erros.


         A expressão apresentada para a propagação de erros no resultado final, pode ser obtida
    de maneira bastante simples mediante a consideração de erros relativos e por meio da
    diferenciação logarítmica (logarítmo neperiano) da expressão: G = G (x, y, z, ...), desde que
    apresentada na forma de monômio.
         Exemplo:


                                    G = m xa y-b zc      (a, b, c = constantes)


                                         lnG = lnm + a ln x – b ln y + c ln z


                                                                            ,


         Elevando-se ambos os membros ao quadrado, tem-se:




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         Já que a soma dos termos de duplo produto tende para zero para um grande número de
    observações.
         Chamamos de:


                   = erro relativo do resultado final;

                   = erro relativo da grandeza x;

                   = erro relativo da grandeza y; e

                   = erro relativo da grandeza z.


         A equação 8 pode ser escrita como:



                                                                        (9)



         Na equação anterior as constantes a, b, e c são os expoentes das variáveis x, y e z,
    respectivamente.


    1.6.6 Exercícios de Aplicação


    1.6.6.1 Ao realizar-se uma série de 9 medições, encontrou-se os seguintes valores: 24,2 mm;
    24,5 mm; 24,8 mm; 24,3 mm; 24,7 mm; 24,4 mm; 24,7 mm; 24,3 mm e 24,6 mm.
    a) Alguma medida deve ser desprezada?
    b) Qual o valor mais provável da grandeza?
    c) Qual o erro absoluto médio?


                                                RESPOSTA




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    1.6.6.2 Quantos algarismos significativos tem cada um dos seguintes números:


    a) 302                                      d) 0,0003
    b) 302,10                                   e) 25,8 cm ± 1cm
    c) 0,00030                                  f) 2,508 ± 0,30
                                            RESPOSTA




    1.7 Erros em Topografia


       Todas as medidas ou observações feitas,estão afetadas de erros de diferentes classes.
    Assim é impossível determinar a verdadeira magnitude de uma distância ou de um ângulo
    medido. O valor exato fica somente na nossa imaginação. Não se pode obter mais que o valor
    provável.




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       Por melhores que sejam os equipamentos e por mais cuidado que se tome ao proceder um
    levantamento topográfico, as medidas obtidas jamais estarão isentas de erros.
       Para representar a superfície da Terra são efetuadas medidas de grandezas como direções,
    distâncias e desníveis. Estas observações inevitavelmente estarão afetadas por erros. As
    fontes de erro poderão ser:
        1) Naturais: são aqueles causados por fatores ambientais, ou seja, temperatura, vento,
            refração e pressão atmosféricas, ação da gravidade, etc. Alguns destes erros são
            classificados como erros sistemáticos e dificilmente podem ser evitados. São passíveis
            de correção desde que sejam tomadas as devidas precauções durante a medição.
        2) Instrumentais: são aqueles ocasionados por defeitos ou imperfeições dos
            instrumentos ou aparelhosutilizados nas medições. Alguns destes erros são
            classificados como erros acidentais e ocorrem ocasionalmente, podendo ser evitados
            e/ou corrigidos com a aferição e calibragem constante dos aparelhos.
        3) Pessoais: são aqueles ocasionados pela falta e cuidado do operador. Os mais comuns
            são: erro na leitura dos ângulos, erro na leitura da régua graduada, na contagem do
            números de trenadas, ponto visado errado, aparelho fora do prumo, aparelho fora de
            nível, etc. São classificados como erros grosseiros e não devem ocorrer jamais pois
            não são passíveis de correção.
        É importante ressaltar que alguns erros se anulam durante a medição ou durante o
    processo de cálculo. Portanto, um levantamento que aparentemente não apresenta erros, não
    significa necessariamente estar correto.
        Os erros, causados por estes três elementos apresentados anteriormente, poderão ser
    classificados em:
        •   Erros grosseiros;
        •   Erros sistemáticos;
        •   Erros aleatórios;
        •   Erros de arredondamento.

    1.7.1 Erros grosseiros

         Causados por engano na medição, leitura errada nos instrumentos, identificação de alvo,
    etc., normalmente relacionados com a desatenção do observador ou uma falha no
    equipamento. Cabe ao observador cercar-se de cuidados para evitar a sua ocorrência ou
    detectar a sua presença. A repetição de leituras é uma forma de evitar erros grosseiros.
    Alguns exemplos de erros grosseiros:
        •   anotar 196 ao invés de 169;
        •   engano na contagem de lances durante a medição de uma distância com trena.
        Este tipo de erro é descoberto repetindo-se a medição, isto é, fazendo medições de
    controle.




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    1.7.2 Erros sistemáticos


         São aqueles erros cuja magnitude e sinal algébrico podem ser determinados, seguindo
    leis matemáticas ou físicas. Pelo fato de serem produzidos por causas conhecidas podem ser
    evitados através de técnicas particulares de observação ou mesmo eliminados mediante a
    aplicação de fórmulas específicas. São erros que se acumulam ao longo do trabalho.
         Exemplo de erros sistemáticos, que podem ser corrigidos através de fórmulas específicas:
        •   efeito da temperatura e pressão na medição de distâncias com medidor eletrônico de
            distância;
        •   correção do efeito de dilatação de uma trena em função da temperatura.
        Estes erros devem ser eliminados na medida do possível, tomando-os em conta nos
    cálculos, pelo conhecimento de sua magnitude determinada anteriormente, usando métodos de
    medição apropriados e aferindo cuidadosamente os instrumentos.
        Um exemplo clássico apresentado na literatura, referente a diferentes formas de eliminar e
    ou minimizar erros sistemáticos é o posicionamento do nível a igual distância entre as miras
    durante o nivelamento geométrico pelo método das visadas iguais, o que proporciona a
    minimização do efeito da curvatura terrestre no nivelamento e falta de paralelismo entre a linha
    de visada e eixo do nível tubular.


    1.7.3 Erros acidentais ou aleatórios


         O termo acidental não tem aqui conotação de acidente e sim imprevisibilidade. Os erros
    acidentais são as imprevisões inevitáveis que afetam cada medida.
         São aqueles que permanecem após os erros anteriores terem sido eliminados. São erros
    que não seguem nenhum tipo de lei e ora ocorrem num sentido ora noutro, tendendo a se
    neutralizar quando o número de observações é grande.
         Somente estes erros irregulares e acidentais são considerados na compensação e no
    ajustamento através de estatística. De acordo com GEMAEL (1991, p.63), quando o tamanho
    de uma amostra é elevado, os erros acidentais apresentam uma distribuição de freqüência que
    muito se aproxima da distribuição normal.


    1.7.3.1 Peculiaridade dos erros acidentais


        •   Erros pequenos ocorrem mais freqüentemente do que os grandes, sendo mais
            prováveis;
        •   Erros positivos e negativos do mesmo tamanho acontecem com igual freqüência, ou
            são igualmente prováveis;
        •   A média dos resíduos é aproximadamente nula;
        •   Aumentando o número de observações, aumenta a probabilidade de se chegar
            próximo ao valor real.



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        Exemplo de erros acidentais:
        •    Inclinação da baliza na hora de realizar a medida;
        •    Erro de pontaria na leitura de direções horizontais.


    1.7.4 Erros de arredondamento


         São proporcionados por conseqüência da facilidade de manipulação numérica
    inadequada, normalmente causados pelo uso de números com poucas casas decimais.
         O arredondamento deve ser compatível com a precisão da medição e devem ser
    aplicados nos resultados finais, ou seja, na apresentação dos resultados, assim minimizando o
    possível erro.
         A Tabela a seguir apresenta uma regra de arredondamento de valores estabelecida pelo
    Sistema Internacional de Unidades (SI). Em metrologia e áreas correlatas é sugerido que o
    arredondamento e compatibilização de valores sejam aplicados nos resultados finais, ou seja,
    na apresentação dos resultados, assim minimizando o possível erro.




       Tabela: Em conformidade com a Resolução nº 886/66 do IBGE, o arredondamento é
                                     efetuado da seguinte maneira:
    CONDIÇÕES                   PROCEDIMENTOS                                   EXEMPLOS
                      O último algarismo a permanecer fica
            <5                                                           53,724 passa a 53,72
                      inalterado.
                                                                         42,687 passa a 42,69
                      Aumenta-se de uma unidade o algarismo a
            >5                                                           25,608 passa a 25,61
                      permanecer.
                                                                         53,299 passa a 53,30
                      (i) Se ao 5 seguir em       qualquer casa um       2,1352 passa a 2,14
                      algarismo diferente de zero, aumenta-se uma        25,16501 passa a 25,17
                      unidade no algarismo a permanecer.                 76,1250002 passa a 76,13
            =5        (ii) Se o 5 for o último algarismo ou se ao 5 só   24,475 passa a 24,48
                      seguirem zeros, o último algarismo a ser           24,465 passa a 24,46
                      conservado só será aumentado de uma                24,67500 passa a 24,68
                      unidade se for ímpar.                              24,96500 passa a 24,96



    1.8 Precisão e acurácia


         A precisão está ligada a repetibilidade de medidas sucessivas feitas em condições
    semelhantes, estando vinculada somente a efeitos aleatórios. Podemos dizer também que a
    precisão de uma dada grandeza retrata o “nível de aderência ou grupamento entre os valores
    observados, sua repetibilidade ou grau de dispersão”.




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         Ainda que por vezes empregado indistintamente para quantificar o grau de confiabilidade
    de uma grandeza, o conceito de precisão não deve ser confundido com o de acurácia.
         A acurácia expressa o grau de aderência das observações em relação ao seu valor
    verdadeiro,   estando     vinculada   a   efeitos    aleatórios   (estocásticos)   e   sistemáticos
    (determinísticos). Isso significa que a sua avaliação só pode acontecer se conhecido este “valor
    verdadeiro”. A figura a seguir ilustra estes conceitos.
                                          PRECISÃO E ACURÁCIA




         O seguinte exemplo pode ajudar a compreender a diferença entre eles: um jogador de
    futebol está treinando cobranças de pênalti. Ele chuta a bola 10 vezes e nas 10 vezes acerta a
    trave do lado direito do goleiro. Este jogador foi extremamente preciso. Seus resultados não
    apresentaram nenhuma variação em torno do valor que se repetiu 10 vezes. Em compensação
    sua acurácia foi nula. Ele não conseguiu acertar o gol, “verdadeiro valor”, nenhuma vez.


    1.9 Exercícios:


    1) Qual a diferença entre precisão e acurácia?




    2) Quais são as fontes de erro existentes numa medição? Fale sobre cada um deles.




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    3) Como podem ser classificados os erros existentes na topografia? Comente sobre eles.




        2. REVISÃO MATEMÁTICA

         Neste capítulo é realizada uma revisão de unidades e trigonometria, necessária para o
    estudo dos próximos temas a serem abordados.


    2.1 Unidades de medida


    2.1.1 Medida de comprimento (metro)


        A origem do metro ocorreu em 1791 quando a Academia de Ciências de Paris o definiu
    como unidade padrão de comprimento. Sua dimensão era representada por 1/10.000.000 de
    um arco de meridiano da Terra.

        Em 1983, a Conferência Geral de Pesos e Medidas estabeleceu a definição atual do
    “metro” como a distância percorrida pela luz no vácuo durante o intervalo de tempo de
    1/299.792.458 s.

         O metro é uma unidade básica para a representação de medidas de comprimento no
    sistema internacional (SI).



                                                   PREFIXOS
                        Valor                                         Valor
       Nome                              Símbolo        Nome                        Símbolo
                      Numérico                                      Numérico
        Deca             101               da           deci           10-1            d
        Hecto            102               H            centi          10-2            c
         Kilo            103               K             mili          10-3            m
        Mega             105               M            micro          10-5            μ
        Giga             109               G            nano           10-9            n



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        Tera              1012               T              pico      10-12            p


    2.1.2 Medida angular (Sexagesimal, Centesimal e Radianos)

    2.1.2.1 Radiano

         Um radiano é o ângulo central que subentende um arco de circunferência de comprimento
    igual ao raio da mesma. É uma unidade suplementar do SI para ângulos planos.


                                         2πR — 360º arco = R = raio


                      REPRESENTAÇÃO DE UM ARCO DE ÂNGULO.




    2.1.2.2 - UNIDADE SEXAGESIMAL


    Grau
    1 grau = 1/360 da circunferência
    grau ° → 1° = (π /180) rad
    minuto ’ → 1’ = 1°/60= (π/10800) rad
    segundos ” → 1” = 1°/3600= (π/648000) rad


    2.1.2.3 - UNIDADE DECIMAL


    Grado
    1 grado =1/400 da circunferência
    Um grado é dividido em 100’ e cada minuto tem 100”.




    2.1.2.4 EXERCÍCIOS:


    1) Transformação de ângulos:
    Transforme os seguintes ângulos em graus, minutos e segundos para graus e frações decimais
    de grau.
    a) 32º 28’ 59” = 32 = 32, 48305556º


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    b) 17º 34’ 18,3” = 17 = 17,57175º
    c) 125º 59’ 57” = 125 = 125,9991667º


    2) Soma e subtração de ângulos:


    30º20’ + 20º 52’ = 51º12’
    28º41’ + 39°39’ = 68°20’
    42º30’ – 20°40’ = 21°50’


    2.1) Utilizando a calculadora:


    30,20 →DEG = 30,3333333
    +
    20,52 →DEG = 20,86666667
    =
    51,20000 2ndF →DEG = 51º 12’
    2.2) Sem a utilização de calculadora:




    OBS: é comum, utilizando a calculadora, obter resultados com várias casas decimais, neste
    caso, recomenda-se o arredondamento. Por exemplo:




         Já para a transformação de graus decimais para graus, minutos e segundos, é necessário
    manter um mínimo de 6 casas decimais para obter o décimo do segundo com segurança.


    3) Cálculo de funções trigonométricas utilizando uma calculadora
         Ao aplicar as funções trigonométricas (seno, cosseno e tangente), com uma calculadora, o
    ângulo deve estar em graus e frações de graus ou radianos, sendo que neste último caso, a
    calculadora deve estar configurada para radianos. Por exemplo:


    Para o ângulo 22º 09’ 04”, calcular o valor do seno, cosseno e tangente:
    1º) transformar para graus decimais ou radianos:
                            22º 09’ 04” = 22,1511111º = 0.386609821864rad




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    2º) aplicar a função trigonométrica desejada:
                     sen(22,1511111º) = sen(0.386609821864 rad) = 0,377050629
                     cos(22,1511111º) = cos(0.386609821864 rad) = 0,926192648
                       tg(22,1511111º) = tg(0.386609821864 rad) = 0,407097411


         Ao aplicar-se a função sem a transformação do ângulo pode-se incorrer em erros nos
    cálculos futuros, como é possível observar no exemplo a seguir:
    Para o ângulo citado acima: α = 22º 09’ 04”
         Calculando-se o valor da função seno sem converter o valor do ângulo, obtém-se:
                                         sen 22,0904 = 0,376069016


         Já transformando-o para graus decimais obtém-se:
                                     sen 22,1511111º = 0,377050629


         Considerando uma distância de 300m, entre um vértice de uma poligonal e um ponto de
    detalhe qualquer, pode-se observar a seguinte diferença no valor de Δx calculado.


                     Δx = 300 . sen 22,0904 = 300 . 0,376069016 → Δx = 112,821m
                     Δx = 300 . sen 22,15111110 = 300 . 0,377050629 → Δx = 113,115m
         Logo, uma diferença de 29,4 cm.


    2.2 - REVISÃO DE TRIGONOMETRIA PLANA


         A trigonometria teve origem na Grécia, em virtude dos estudos das relações métricas entre
    os lados e os ângulos de um triângulo, provavelmente com o objetivo de resolver problemas de
    navegação, Agrimensura e Astronomia.


    2.2.1 - RELAÇÕES TRIGONOMÉTRICAS NO TRIÂNGULO RETÂNGULO


         A soma dos ângulos internos de um triângulo é igual a 180°. A partir da figura 2.2
    podem ser estabelecidas as seguintes relações:




                                         TRIÂNGULO RETÂNGULO




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    Seno




    Cosseno




    Tangente




    2.2.2 - TEOREMA DE PITÁGORAS


         “O quadrado do comprimento da hipotenusa é igual a soma dos quadrados dos
    comprimentos dos catetos.”




    2.3 - EXERCÍCIOS
    1) No triângulo abaixo, determinar as relações solicitadas.




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    Obs.: É importante lembrar que as funções trigonométricas são adimensionais, ou seja, para
    qualquer unidade que esteja sendo utilizada, elas sempre se simplificarão, como pode ser visto
    no exemplo acima.


    2) Um observador na margem de um rio vê o topo de uma torre na outra margem segundo um
    ângulo de 56º 00’00”. Afastando-se de 20,00 m, o mesmo observador vê a mesma torre
    segundo um ângulo de 35º 00’00”. Calcule a largura do rio.




                                             RESPOSTA




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    3) Para determinar a largura de um rio, um topógrafo mediu, a partir de uma base de 20,00m
    de comprimento os ângulos A e B, conforme figura. Calcule valor de h.




                                            RESPOSTAS




    2.4 - RELAÇÕES MÉTRICAS COM O TRIÂNGULO RETÂNGULO
         Para um triângulo retângulo ABC pode-se estabelecer algumas relações entre as medidas
    de seus elementos:




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    Onde:
        •    b, c: catetos;

        •    h: altura relativa à hipotenusa;

        •    a: hipotenusa;

        •    m, n: projeções ortogonais dos catetos sobre a hipotenusa.


         As seguintes relações métricas podem ser definidas:
    a) O quadrado de um cateto é igual ao produto da hipotenusa pela projeção desse cateto sobre
    a hipotenusa.
                                                b2 = a . n
                                                c2 = a . m


    b) O produto dos catetos é igual ao produto da hipotenusa pela altura relativa à hipotenusa.
                                                b.c=a.h
    c) O quadrado da altura é igual ao produto das projeções dos catetos sobre a hipotenusa.
                                                h2 = m . n
    d) O quadrado da hipotenusa é igual a soma dos quadrados dos catetos.
                                    a2 = b2 + c2 (Teorema de Pitágoras)
    2.5 - EXERCÍCIO
    A partir da primeira relação métrica, deduzir o Teorema de Pitágoras.
    b2 = a . n
    c2 = a . m
    b2 + c2 = a . m + a . n
    b2 + c2 = a . (m + n)
    como: (m + n) = a , então
    b2 + c2 = a . (a) ou
    b2 + c2 = a2
    2.6 - TRIÂNGULO QUALQUER




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    2.6.1 - LEI DOS SENOS


         “Num triângulo qualquer a razão entre cada lado e o seno do ângulo oposto é constante e
    igual ao diâmetro da circunferência circunscrita”.




    2.6.2 - LEI DOS COSSENOS


         “Num triângulo qualquer, o quadrado da medida de um lado é igual à soma dos quadrados
    das medidas dos outros dois, menos o dobro do produto das medidas dos dois lados pelo
    cosseno do ângulo que eles formam”.
                                          a2 = b2 + c2 – 2.b.c. cos A
    2.7 – EXERCÍCIO


         Um topógrafo, a partir dos pontos A e B, distantes de 20m, realiza a medição dos ângulos
    horizontais a duas balizas colocadas em D e C, com o auxílio de um teodolito. Calcule a
    distância entre as balizas.




         DC = ?
                                                 RESPOSTA




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        3.   ESCALAS

         Segundo ESPARTEL (1987) o desenho topográfico nada mais é do que a projeção de
    todas as medidas obtidas no terreno sobre o plano do papel.
         Neste desenho, os ângulos são representados em verdadeira grandeza (VG) e as
    distânicas são reduzidas segundo uma razão constante.
         É comum em levantamentos topográficos a necessidade de representar no papel uma
    certa porção da superfície terrestre. Para que isto seja possível, teremos que representar as
    feições levantadas em uma escala adequada para os fins do projeto. De forma simples,
    podemos definir escala com sendo a relação entre o valor de uma distância medida no
    desenho e sua correspondente no terreno. A NBR 8196 (Emprego de escalas em desenho
    técnico: procedimentos) define escala como sendo a relação da dimensão linear de um
    elemento e/ou um objeto apresentado no desenho original para a dimensão real do mesmo
    e/ou do próprio objeto.
         Normalmente são empregados três tipos de notação para a representação da escala:




    onde:
    M = denominador da escala;
    d = distância no desenho;
    D = distância no terreno.
         Por exemplo, se uma feição é representada no desenho com um centímetro de
    comprimento e sabe-se que seu comprimento no terreno é de 100 metros, então a escala de



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    representação utilizada é de 1:10.000. Ao utilizar a fórmula (3.2) para o cálculo da escala deve-
    se ter o cuidado de transformar as distâncias para a mesma unidade. Por exemplo:



    d = 5 cm

    D = 0,5 km


         As escalas podem ser de redução (1:n), ampliação (n:1) ou naturais (1:1). Em Topografia
    as escalas empregadas normalmente são: 1:250, 1:200, 1:500 e 1:1000. Logicamente que não
    é algo rígido e estes valores dependerão do objetivo do desenho.
         Uma escala é dita grande quando apresenta o denominador pequeno (por exemplo, 1:100,
    1:200, 1:50, etc.). Já uma escala pequena possui o denominador grande (1:10.000, 1:500.000,
    etc.).
         O valor da escala é adimensional, ou seja, não tem dimensão (unidade). Escrever 1:200
    significa que uma unidade no desenho equivale a 200 unidades no terreno. Assim, 1 cm no
    desenho corresponde a 200 cm no terreno ou 1 milímetro do desenho corresponde a 200
    milímetros no terreno. Como as medidas no desenho são realizadas com uma régua, é comum
    estabelecer esta relação em centímetros:
                                          Desenho       Terreno
                                            1 cm         200 cm
                                            1 cm           2m
                                            1 cm        0,002 km

         É comum medir-se uma área em um desenho e calcular-se sua correspondente no
    terreno. Isto pode ser feito da seguinte forma: Imagina-se um desenho na escala 1:50.
    Utilizando esta escala faz-se um desenho de um quadrado de 2 x 2 unidades (u), não interessa
    qual é esta unidade. A figura 3.1 apresenta este desenho.


         A área do quadrado no desenho (Ad) será:


                                             QUADRADO 2u x 2u.




                              Ad = 2u . 2u     =>     Ad = 4u2               (3)
         A área do quadrado no terreno (At) será então:


                                         At = (50 . 2u) . (50 . 2u)
                                         At = (2 . 2) . (50 . 50) u2


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                                    At = 4u2 . (50 . 50)           (4)


         Substituindo a equação (3) na (4) e lembrando que M=50 é o denominador da escala, a
    área do terreno, em função da área medida no desenho e da escala é dada pela equação (5).


                                           At = Ad . M2       (5)


    3.1 - PRINCIPAIS ESCALAS E SUAS APLICAÇÕES


         A seguir encontra-se uma tabela com as principais escalas utilizadas por engenheiros e as
    suas respectivas aplicações.
                               PRINCIPAIS ESCALAS E SUAS APLICAÇÕES.
    Aplicação                                                            Escala
    Detalhes de terrenos urbanos                                         1:50
    Planta de pequenos lotes e edifícios                                 1:100 e 1:200
    Planta de arruamentos e loteamentos urbanos                          1:500 e 1:1000
                                                                         1:1000
    Planta de propriedades rurais
                                                                         1:2000
                                                                         1:5000
    Planta cadastral de cidades e grandes propriedades rurais ou         1:5000
    industriais                                                          1:10 000
                                                                         1:25 000
                                                                         1:50 000
    Cartas de municípios
                                                                         1:100 000
    Mapas de estados, países, continentes ,etc.                          1:200 000 a 1:10 000 000

    3.2 – EXERCÍCIO


    1) Qual das escalas é maior 1:1. 000.000 ou 1:1000?




    2) Qual das escalas é menor 1:10 ou 1:1000?




    3) Determinar o comprimento de um rio onde a escala do desenho é de 1:18000 e o rio foi
    representado por uma linha com 17,5 cm de comprimento.




    4) Determinar qual a escala de uma carta sabendo-se que distâncias homólogas na carta e no
    terreno são, respectivamente, 225 mm e 4,5 km.




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    5) Com qual comprimento uma estrada de 2500 m será representada na escala 1:10000?




    6) Calcular o comprimento no desenho de uma rua com 30 m de comprimento nas escalas

    abaixo.
                            Escala       Comprimento
                            1:100
                            1:200
                            1:250
                            1:500
                            1:1000



    7) Um lote urbano tem a forma de um retângulo, sendo que o seu comprimento é duas vezes
    maior que a sua altura e sua área é de 16.722,54 m2. Calcular os comprimentos dos lados se
    esta área fosse representada na escala 1:10560.




    8) As dimensões de um terreno foram medidas em uma carta e os valores obtidos foram: 250
    mm de comprimento por 175 mm de largura. Sabendo-se que a escala do desenho é de
    1:2000, qual é a área do terreno em m2 ?




    9) Se a avaliação de uma área resultou em 2575 cm 2 para uma escala de 1:500, a quantos
    metros quadrados corresponderá a área no terreno?




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    3.3 - A ESCALA GRÁFICA


         A escala gráfica é utilizada para facilitar a leitura de um mapa, consistindo-se em um
    segmento de reta dividido de modo a mostrar graficamente a relação entre as dimensões de
    um objeto no desenho e no terreno. Segundo JOLY (1996) é um ábaco formado por uma linha
    graduada dividida em partes iguais, cada uma delas representando a unidade de comprimento
    escolhida para o terreno ou um dos seus múltiplos.
         Para a construção de uma escala gráfica a primeira coisa a fazer é conhecer a escala do
    mapa. Por exemplo, seja um mapa na escala 1:4000. Deseja-se desenhar um retângulo no
    mapa que corresponda a 100 metros no terreno. Aplicando os conhecimentos mostrados
    anteriormente deve-se desenhar um retângulo com 2,5 centímetros de comprimento:




         Isto já seria uma escala gráfica, embora bastante simples. É comum desenhar-se mais
    que um segmento (retângulo), bem como indicar qual o comprimento no terreno que este
    segmento representa, conforme mostra a figura a seguir.




         No caso anterior determinou-se que a escala gráfica seria graduada de 100 em 100
    metros. Também é possível definir o tamanho do retângulo no desenho, como por exemplo, 1
    centímetro.




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         Existe também uma parte denominada de talão, que consiste em intervalos menores,
    conforme mostra a figura abaixo.




         Uma forma para apresentação final da escala gráfica é apresentada a seguir.




    3.4 Exercícios


    1) Para representar, no papel, uma linha reta que no terreno mede 45 m, utilizando-se a escala
    1:450, pergunta-se: qual será o valor dessa linha em cm?




    2) A distância entre dois pontos, medida sobre uma planta topográfica, é de 55 cm. Para uma
    escala igual a 1:250, qual será o valor real da distância?




    3) Construa uma escala gráfica para a escala nominal 1:600.




    4) Quantas folhas de papel tamanho A4 serão necessárias para representar uma superfície de
    350 m x 280 m, na escala 1:500?



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        4.   NORMALIZAÇÃO



    4.1 – INTRODUÇÃO


         A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o órgão responsável pela
    normalização técnica no país, tendo sido fundada em 1940 para fornecer a base necessária ao
    desenvolvimento tecnológico brasileiro. A normalização é o processo de estabelecer e aplicar
    regras a fim de abordar ordenadamente uma atividade específica e com a participação de
    todos os interessados e, em particular, de promover a otimização da economia, levando em
    consideração as condições funcionais e as exigências de segurança. Os objetivos da
    normalização são (ABNT, 2003):


        •    Economia: proporcionar a redução da crescente variedade de produtos e
             procedimentos;
        •    Comunicação: proporcionar meios mais eficientes para a troca de informações entre o
             fabricante e o cliente, melhorando a confiabilidade das relações comerciais e serviços;
        •    Segurança: proteger a vida humana e a saúde;

        •    Proteção ao consumidor: prover a sociedade de meios eficazes para aferir a
             qualidade dos produtos;
        •    Eliminação de barreiras técnicas e comerciais: evitar a existência de regulamentos
             conflitantes sobre produtos e serviços em diferentes países, facilitando assim, o
             intercâmbio comercial. Através do processo de normalização são criadas as normas.
             As normas da ABNT são classificadas em sete tipos diferentes (BIBVIRT, 2003):
        •    Procedimento: orientam a maneira correta para a utilização de materiais e produtos,
             execução de cálculos e projetos, instalação de máquinas e equipamentos e realização
             do controle de produtos;
        •    Especificação: fixam padrões mínimos de qualidade para produtos;

        •    Padronização: fixam formas, dimensões e tipos de produtos;

        •    Terminologia: definem os termos técnicos aplicados a materiais, peças e outros
             artigos;
        •    Simbologia: estabelecem convenções gráficas para conceitos, grandezas, sistemas,
             etc;
        •    Classificação: ordenam, distribuem ou subdividem conceitos ou objetos, bem como
             critérios a serem adotados;



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        •   Método de ensaio: determinam a maneira de se verificar a qualidade das matérias-
            primas e dos produtos manufaturados.


         As normas da ABNT têm caráter nacional. Outros países têm seus próprios órgãos
    responsáveis pela normalização, como a ANSI (American National Standards Institute -EUA) e
    DIN (Deutsches Institut fur Normung - Alemanha). Existem também associações internacionais,
    como a ISO (International Organization for Standardization), fundada em 1946. A figura abaixo
    ilustra os logotipos da ABNT e ISO.


                                          LOGOTIPO ABNT E ISO




         Alguns exemplos de normas da ABNT são apresentados a seguir:


         NBR 10068 – Folha de desenho – leiaute e dimensões
         NBR 8196 - Desenho técnico - emprego de escalas
         NBR 10647 – Desenho técnico – Norma geral
         NBR 10124 – Trena de fibra – fibra natural ou sintética
         NBR 14166 – Rede de referência cadastral municipal - procedimento
         NBR 13133 – Execução de levantamento topográfico


         Um exemplo de norma ISO é a ISO 17123-1 (Optics and optical instruments – Field
    procedures for testing geodetic instruments and surveying instruments – Part 1: Theory).
         Particularmente na Topografia são de interesse as normas NBR 13133 e NBR 14166.




    4.2 - NBR 13133 – EXECUÇÃO DE LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS


         Esta norma, datada de maio de 1994, fixa as condições exigíveis para a execução de
    levantamentos topográficos destinados a obter (ABNT, 1994, p.1):


        •   conhecimento geral do terreno: relevo, limites, confrontantes, área, localização,
            amarração e posicionamento;
        •   informações sobre o terreno destinadas a estudos preliminares de projeto;


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Topografia: Apostila sobre medições topográficas
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Topografia: Apostila sobre medições topográficas

  • 1. INSTITUTO AVANÇADO DE ENSINO SUPERIOR DE BARREIRAS – IAESB FACULDADE SÃO FRANCISCO DE BARREIRAS – FASB Curso de Agronomia APOSTILA 1 Disciplina: TOPOGRAFIA <2010.2> Professora: M. Sc. Helen Harumi Okumura Setembro, 2010 Barreiras, BA DH = ( cos α) 2 x H x 100
  • 2. INSTITUTO AVANÇADO DE ENSINO SUPERIOR DE BARREIRAS – IAESB FACULDADE SÃO FRANCISCO DE BARREIRAS – FASB Curso de Agronomia SUMÁRIO INSTITUTO AVANÇADO DE ENSINO SUPERIOR DE BARREIRAS – IAESB.......................................1 FACULDADE SÃO FRANCISCO DE BARREIRAS – FASB...................................................................1 Curso de Agronomia.................................................................................................................1 Disciplina: TOPOGRAFIA <2010.2>..............................................................................................1 Professora: M. Sc. Helen Harumi Okumura..............................................................................1 INSTITUTO AVANÇADO DE ENSINO SUPERIOR DE BARREIRAS – IAESB.......................................2 FACULDADE SÃO FRANCISCO DE BARREIRAS – FASB...................................................................2 Curso de Agronomia.................................................................................................................2 1. INTRODUÇÃO ...........................................................................................................................1 1.1 Áreas de atuação................................................................................................................2 1.3 Levantamento topográfico.................................................................................................4 1.4 Sistemas de Coordenadas...................................................................................................6 1.5 Superfícies de Referência ..................................................................................................9 1.6 Teoria dos erros ...............................................................................................................20 1.7 Erros em Topografia.........................................................................................................29 1.8 Precisão e acurácia...........................................................................................................32 2. REVISÃO MATEMÁTICA..........................................................................................................34 2.1 Unidades de medida.........................................................................................................34 2.2 - REVISÃO DE TRIGONOMETRIA PLANA............................................................................37 2.3 - EXERCÍCIOS.....................................................................................................................38 2.4 - RELAÇÕES MÉTRICAS COM O TRIÂNGULO RETÂNGULO................................................40 2.5 - EXERCÍCIO.......................................................................................................................41 2.6 - TRIÂNGULO QUALQUER.................................................................................................41 2.7 – EXERCÍCIO......................................................................................................................42 3. ESCALAS.................................................................................................................................43 3.1 - PRINCIPAIS ESCALAS E SUAS APLICAÇÕES......................................................................45 3.2 – EXERCÍCIO......................................................................................................................45 3.3 - A ESCALA GRÁFICA.........................................................................................................47 3.4 Exercícios..........................................................................................................................48 4. NORMALIZAÇÃO....................................................................................................................49 4.1 – INTRODUÇÃO.................................................................................................................49 4.2 - NBR 13133 – EXECUÇÃO DE LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS...................................50 4.3 - NBR 14166 – REDE DE REFERÊNCIA CADASTRAL MUNICIPAL – PROCEDIMENTO...........51 4.4 EXERCÍCIO.........................................................................................................................52 5. INSTRUMENTOS TOPOGRÁFICOS...........................................................................................52 6. UNIDADES DE MEDIDA...........................................................................................................58 6.1 Unidades de Medida Linear..............................................................................................59 6.2 Unidades de Medida Angular ..........................................................................................59 6.3 Unidades de Medida de Superfície...................................................................................59 6.4 Unidades de Medida de Volume......................................................................................60 6.5 Exercícios..........................................................................................................................60 7. MEDIÇÃO DE DISTÂNCIAS.......................................................................................................63 7.1 - MEDIDA DIRETA DE DISTÂNCIAS....................................................................................63 7.3 - MÉTODOS DE MEDIDA COM TRENA...............................................................................67 7.4 - ERROS NA MEDIDA DIRETA DE DISTÂNCIAS...................................................................69 7.5 - MEDIDAS INDIRETAS DE DISTÂNCIAS.............................................................................70
  • 3. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 4.
  • 5. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 1. INTRODUÇÃO O homem sempre necessitou conhecer o meio em que vive, por questões de sobrevivência, orientação, segurança, guerras, navegação, construção, etc. No princípio a representação do espaço baseava-se na observação e descrição do meio. Cabe salientar que alguns historiadores dizem que o homem já fazia mapas antes mesmo de desenvolver a escrita. 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. A palavra “Topografia” deriva das palavras gregas “topos” (lugar) e “graphen” (descrever), o que significa “a descrição exata e minuciosa de um lugar” (DOMINGUES, 1979). A seguir são apresentadas mais algumas de suas definições: • “A Topografia tem por objetivo o estudo dos instrumentos e métodos utilizados para obter a representação gráfica de uma porção do terreno sobre uma superfície plana” DOUBEK (1989). • “A Topografia tem por finalidade determinar o contorno, dimensão e posição relativa de uma porção limitada da superfície terrestre, sem levar em conta a curvatura resultante da esfericidade terrestre” ESPARTEL (1987). O objetivo principal é efetuar o levantamento (executar medições de ângulos, distâncias e desníveis) que permita representar uma porção da superfície terrestre em uma escala adequada. Às operações efetuadas em campo, com o objetivo de coletar dados para a posterior representação, denomina-se de levantamento topográfico. A topografia, então, apresenta como finalidade determinar o contorno, dimensão e posição relativa de uma porção limitada da superfície terrestre, do fundo dos mares ou do interior de minas, desconsiderando a curvatura resultante da esfericidade da Terra. Compete ainda à Topografia, a locação, no terreno, de projetos elaborados de Engenharia (DOMINGUES, 1979). De acordo com o objetivo supracitado observa-se que a Topografia é imprescindível para qualquer projeto ou obra realizada por engenheiros ou arquitetos. Por exemplo, sistemas de irrigação e drenagem, implantação de culturas, reflorestamento, paisagismo, trabalhos de obras viárias, núcleos habitacionais, edifícios, aeroportos, hidrografia, usinas hidrelétricas, telecomunicações, sistemas de água e esgoto, planejamento, urbanismo, etc., se desenvolvem em função do terreno sobre o qual assentam (DOMINGUES, 1979). Portanto, é fundamental o conhecimento pormenorizado deste terreno, tanto na etapa do projeto, quanto da sua construção ou execução; e, a Topografia, fornece os métodos e os instrumentos que permitem este conhecimento do terreno e asseguram uma correta implantação da obra ou serviço. Na Topografia trabalha-se com medidas (lineares e angulares) realizadas sobre a superfície da Terra e a partir destas medidas são calculados áreas, volumes, coordenadas, etc. Além disto, estas grandezas poderão ser representadas de forma gráfica através de mapas Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 6. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. ou plantas. Para tanto é necessário um sólido conhecimento sobre instrumentação, técnicas de medição, métodos de cálculo e estimativa de precisão (KAHMEN; FAIG, 1988). A Topografia pode ser entendida como parte da Geodésia, ciência que tem por objetivo determinar a forma e dimensões da Terra. Muitas vezes a Topografia é confundida com a Geodésia pois se utilizam dos mesmos equipamentos e praticamente dos mesmos métodos para o mapeamento da superfície terrestre. Porém, enquanto a Topografia tem por finalidade mapear uma pequena porção daquela superfície (área de raio até 30 km), a Geodésia, te por finalidade, mapear grandes porções desta mesma superfície, levando em consideração as deformações devido à sua esfericidade. Portanto, pode-se afirmar que a Topografia, menos complexa e restrita, é apenas um capítulo da Geodésia, ciência muito mais abrangente. Geodésia O termo Geodésia, em grego Geo = terra, désia = 'divisões' ou 'eu divido', foi usado, pela primeira vez, por Aristóteles (384-322 a.C.), e pode significar tanto 'divisões (geográficas) da terra' como também o ato de 'dividir a terra' (por exemplo entre proprietários). A Geodésia é uma Engenharia e, ao mesmo tempo, um ramo das Geociências. Ela trata, global e parcialmente, do levantamento e da representação da forma e da superfície da terra com as suas feições naturais e artificiais. A Geodésia é a ciência da medição e representação da superfície da Terra.. Helmert (1880) Na visão de Torge (1991), a Geodésia pode ser dividida em três grupos: Geodésia Global, Geodésia Local e levantamentos no plano topográfico.(Topografia) A Geodésia Global é responsável pela determinação da figura da Terra e do seu campo gravitacional externo. A Geodésia local estabelece as bases para determinação da superfície e campo gravitacional de uma região da terra, um país, por exemplo. Neste caso implanta-se um grande número de pontos de controle formando as redes geodésicas e gravimétricas que servirão de base para os levantamentos no plano topográfico. Os levantamentos no plano topográfico são responsáveis pelo detalhamento do terreno inclusive cadastro e levantamentos para engenharia. Alguns autores classificam a Topografia como Geodésia Inferior. De acordo com BRINKER;WOLF (1977), o trabalho prático da Topografia pode ser dividido em cinco etapas: 1) Tomada de decisão, onde se relacionam os métodos de levantamento, equipamentos, posições ou pontos a serem levantados, etc. 2) Trabalho de campo ou aquisição de dados: fazer as medições e gravar os dados. 3) Cálculos ou processamento: elaboração dos cálculos baseados nas medidas obtidas para a determinação de coordenadas, volumes, etc. 4) Mapeamento ou representação: produzir o mapa ou carta a partir dos dados medidos e calculados. 5) Locação. 1.1 Áreas de atuação Os Técnicos em Geomensura poderão atuar em empresas públicas ou privadas e como profissionais liberais nas mais diversas áreas, tais como: projetos e locação de estradas, construção de obras de engenharia, levantamento topográfico, cadastramento, reflorestamento, Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 7. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Conceitos fundamentais usados no posicionamento terrestre Geomática Geomática, conforme a definição nos Referenciais Curriculares Nacionais(2000) , consiste em um campo de atividades que, usando uma abordagem sistemática, integra todos os meios utilizados para a aquisição e gerenciamento de dados espaciais necessários como parte de operações científicas, administrativas, legais e técnicas envolvidas no processo de produção e gerenciamento de informações espaciais. Agrimensura Agrimensura é a área que trata da medição, demarcação e divisão legal da propriedade, usando métodos topográficos e geodésicos de acordo com as prescrições legais,normas técnicas e administrativas em vigor. Geomensura f Geomensura é a área da atuação que trata das questões legais das propriedades territoriais. Possui amplos conhecimentos jurídicos e das técnicas de medições (Geodésia), além dos conhecimentos técnicos, sociais e de informática. Possui uma ligação muito grande com levantamento e mapeamento, integrando elementos como topografia, cartografia, hidrografia, geodésia e agrimensura com as novas tecnologias. Plano topográfico Plano topográfico; é um plano normal à vertical do lugar no ponto da superfície terrestre considerado como origem do levantamento, sendo seu referencial altimétrico referido ao datum vertical brasileiro; a - o plano de projeção tem a sua dimensão máxima limitada a 80 km, a partir da origem, de maneira que o erro relativo, decorrente da desconsideração da curvatura terrestre, não ultrapasse 1/35000 nesta dimensão e 1/15000 nas imediações da extremidade desta dimensão; b - a localização planimétrica dos pontos, medidos no terreno e projetados no plano de projeção, se dá por intermédio de um sistema de coordenadas cartesianas, cuja origem coincide com a do levantamento topográfico; c - o eixo das ordenadas é a referência azimutal, que, dependendo das peculiaridades do levantamento, pode estar orientado para o norte geográfico, para o norte magnético ou para uma direção notável do terreno, julgada importante. (NBR 13133/1994). Ponto topográfico Ponto Topográfico é uma posição de destaque, estrategicamente situado na superfície terrestre. Dentro deste contexto podemos destacar: Pontos cotados: Pontos que, nas suas representações gráficas, se apresentam acompanhados de sua altura. Pontos de apoio: Pontos, convenientemente distribuídos, que amarram o terreno ao levantamento topográfico e, por isso, devem ser materializados por estacas, piquetes, marcos de concreto, pinos de metal, tinta, dependendo da sua importância e permanência. Pontos de detalhe: Pontos importantes dos acidentes naturais e/ou artificiais,definidores da forma do detalhe e/ou do relevo, indispensáveis à sua representação gráfica.(NBR 13133). Alinhamento topográfico É um alinhamento definido por dois pontos topográficos. Serve de origem para o levantamento dos detalhes da superfície. 1.2 Representação Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 8. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. A porção da superfície terrestre, levantada topograficamente, é representada através de uma Projeção Ortogonal Cotada e denomina-se Superfície Topográfica. Podemos dizer então que, não só os limites desta superfície, bem como todas as suas particularidades naturais ou artificiais, serão projetadas sobre um plano considerado horizontal. A esta projeção ou imagem figurada do terreno chamamos de Planta ou Plano Topográfico. A figura abaixo (ESPARTEL, 1987) representa exatamente a relação da superfície terrestre e de sua projeção sobre o papel. SUPERFÍCIE TOPOGRÁFICA E PLANTA TOPOGRÁFICA. 1.3 Levantamento topográfico De acordo com a NBR 13133 (ABNT, 1991, p. 3), Norma Brasileira para execução de Levantamento Topográfico, o levantamento topográfico é definido por: “Conjunto de métodos e processos que, através de medições de ângulos horizontais e verticais, de distâncias horizontais, verticais e inclinadas, com instrumental adequado à exatidão pretendida, primordialmente, implanta e materializa pontos de apoio no terreno, determinando suas coordenadas topográficas. A estes pontos se relacionam os pontos de detalhe visando a sua exata representação planimétrica numa escala pré-determinada e à sua representação altimétrica por intermédio de curvas de nível, com eqüidistância também pré- determinada e/ou pontos cotados.” Os levantamentos topográficos compreendem o conjunto de atividades dirigidas para as medições e observações que se destinam a representação do terreno em um plano ou desenho topográfico em escala. Podem ser executados para fins : a - de controle; fornecem arcabouço de pontos diversos com coordenadas e altitudes, destinadas à utilização em outros levantamentos de ordem inferior. b - legais cadastrais; destinado ao levantamento, detalhamento e avaliação de áreas rurais ou urbanas, enfatizando a quantificação da ocupação humana e suas intervenções. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 9. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. c - para fins de engenharia; empregado na locação, instalação e construção de obras civis de engenharia e serviço de parcelamento de imóveis etc. d - topográficos; destinados ao levantamento da superfície topográfica, seus acidentes naturais, culturais e a configuração do terreno. O Levantamento Topográfico pode ser entendido como um conjunto de métodos e processos que, através de medições de ângulos e distâncias com instrumentos adequados, implanta e materializa pontos para o detalhamento topográfico necessário. Com os dados de campo, depois de calculados, pode-se representar graficamente, na forma de mapas, perfis longitudinais e transversais, diagramas entre outros. A execução de um levantamento topográfico, além da necessidade de se conhecer os instrumentos utilizados nas medições requer conhecimentos de geometria, trigonometria plana e esférica, física, astronomia e teoria dos erros e sua compensação. O Levantamento topográfico pode ser dividido em: 1) Levantamento Topográfico Planimétrico Levantamento dos limites e confrontações de uma propriedade, pela determinação do seu perímetro, incluindo,quando houver, o alinhamento da via ou logradouro com o qual faça frente, bem como a sua orientação e a sua amarração a pontos materializados no terreno de uma rede de referência cadastral, ou, no caso de sua inexistência, a pontos notáveis e estáveis nas suas imediações. Quando este levantamento se destinar à identificação dominial do imóvel, são necessários outros elementos complementares, tais como: perícia técnico-judicial, memorial descritivo, etc. Compreende o conjunto deoperações necessárias para a determinação de pontos e feições do terreno que serão projetados sobre um plano horizontal de referência através de suas coordenadas X e Y (representação bidimensional). 2) Levantamento Topográfico Altimétrico Levantamento que objetiva, exclusivamente, a determinação das alturas relativas a uma superfície de referência, dos pontos de apoio e/ou dos pontos de detalhes, pressupondo-se o conhecimento de suas posições planimétricas, visando à representação altimétrica da superfície levantada. 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 sua representação em relação a um plano de referência vertical ou de nível através de suas coordenadas X, Y e Z (representação tridimensional). 3) Levantamento Topográfico Planialtimétrico Levantamento topográfico planimétrico acrescido da determinação altimétrica do relevo do terreno e da drenagem natural. A figura seguinte ilustra o resultado de um levantamento topográfico planialtimétrico de uma área. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 10. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. DESENHO REPRESENTANDO O RESULTADO DE UM LEVANTAMENTO PLANIALTIMÉTRICO. Podemos então dizer que, classicamente, a Topografia é dividida em Topometria e Topologia. A Topometria é o conjunto de métodos abrangidos pela planimetria e pela altimetria, e é mais conhecida como Planialtimetria. A Topologia, por sua vez, utilizando-se dos dados obtidos através da topometria, tem por objetivo o estudo das formas exteriores do terreno e das leis que regem o seu modelado. É importante ressaltar que os levantamentos planimétricos e/ou altimétricos 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. Como exemplo podemos citar o dimensionamento de um sistema de irrigação, que exige o Levantamento Planialtimétrico da área à ser irrigada. 1.4 Sistemas de Coordenadas Um dos principais objetivos da Topografia é a determinação de coordenadas relativas de pontos. Para tanto, é necessário que estas sejam expressas em um sistema de coordenadas. São utilizados basicamente dois tipos de sistemas para definição unívoca da posição tridimensional de pontos: sistemas de coordenadas cartesianas e sistemas de coordenadas esféricas. 1.4.1 Sistemas de Coordenadas Cartesianas Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 11. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Quando se posiciona um ponto nada mais está se fazendo do que atribuindo coordenadas ao mesmo. Estas coordenadas por sua vez deverão estar referenciadas a um sistema de coordenadas. Existem diversos sistemas de coordenadas, alguns amplamente empregados em disciplinas como geometria e trigonometria, por exemplo. Estes sistemas normalmente representam um ponto no espaço bidimensional ou tridimensional. No espaço bidimensional, um sistema bastante utilizado é o sistema de coordenadas retangulares ou cartesiano. Este é um sistema de eixos ortogonais no plano, constituído de duas retas orientadas X e Y, perpendiculares entre si. A origem deste sistema é o cruzamento dos eixos X e Y. SISTEMA DE COORDENADAS CARTESIANAS. Um ponto é definido neste sistema através de uma coordenada denominada abscissa (coordenada X) e outra denominada ordenada (coordenada Y). Um dos símbolos P(x,y) ou P=(x,y) são utilizados para denominar um ponto P com abscissa x e ordenada y. Na abaixo é apresentado um sistema de coordenadas, cujas coordenadas da origem são O (0,0). Nele estão representados os pontos A(10,10), B(15,25) e C(20,-15). REPRESENTAÇÃO DE PONTOS NO SISTEMA DE COORDENADAS CARTESIANAS. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 12. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Um sistema de coordenadas cartesianas retangulares no espaço tridimensional é caracterizado por um conjunto de três retas (X, Y, Z) denominadas de eixos coordenados, mutuamente perpendiculares, as quais se interceptam em um único ponto, denominado de origem. A posição de um ponto neste sistema de coordenadas é definida pelas coordenadas cartesianas retangulares (x,y,z) de acordo com a figura abaixo. SISTEMA DE COORDENADAS CARTESIANAS, DEXTRÓGIRO E LEVÓGIRO. Conforme a posição da direção positiva dos eixos, um sistema de coordenadas cartesianas pode ser dextrógiro ou levógiro (GEMAEL, 1981, não paginado). Um sistema dextrógiro é aquele onde um observador situado no semi-eixo OZ vê o semi-eixo OX coincidir com o semi-eixo OY através de um giro de 90 no sentido anti-horário. Um sistema levógiro é aquele em que o semi-eixo OX coincide com o semi-eixo OY através de um giro de 90° no sentido horário. 1.4.2 Sistemas de coordenadas esféricas Um ponto do espaço tridimensional pode ser determinado de forma unívoca, conforme a figura abaixo, pelo afastamento r entre a origem do sistema e o ponto R considerado, pelo ângulo β formado entre o segmento OR e a projeção ortogonal deste sobre o plano xy e pelo ângulo α que a projeção do segmento OR sobre o plano xy forma com o semi-eixo OX. As coordenadas esféricas de um ponto R são dadas por (r, α, β). A próxima figura ilustra este sistema de coordenadas. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 13. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. SISTEMA DE COORDENADAS ESFÉRICAS. Supõe-se o sistema de coordenadas esféricas sobreposto a um sistema de coordenadas cartesianas (TORGE, 1980, p.16). Assim, o ponto R, determinado pelo terno cartesiano (x, y, z) pode ser expresso pelas coordenadas esféricas (r, α, β), sendo o relacionamento entre os dois sistemas obtido pelo vetor posicional: 1.5 Superfícies de Referência Devido às irregularidades da superfície terrestre, utilizam-se modelos para a sua representação, mais simples, regulares e geométricos e que mais se aproximam da forma real para efetuar os cálculos. Cada um destes modelos tem a sua aplicação, e quanto mais complexa a figura empregada para a representação da Terra, mais complexos serão os cálculos sobre esta superfície. 1.5.1 Modelo Esférico Este é um modelo bastante simples, onde a Terra é representada como se fosse uma esfera. O produto desta representação, no entanto, é o mais distante da realidade, ou seja, o terreno representado segundo este modelo apresenta-se bastante deformado no que diz Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 14. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. respeito à forma de suas feições e à posição relativa das mesmas. Um exemplo deste tipo de representação são os globos encontrados em livrarias e papelarias. GLOBO TERRESTRE. Uma vez analisados os modelos utilizados para representação da superfície terrestre e tendo como princípio que o Elipsóide de Revolução é o modelo que mais se assemelha à figura da Terra, é importante conhecer os seus elementos básicos. A próxima figura permite reconhecer os seguintes elementos: FIGURA MOSTRANDO AS COORDENADAS GEOGRÁFICAS, EQUADOR E MERIDIANO DE ORIGEM. - Linha dos Pólos ou Eixo da Terra: é a reta que une o pólo Norte ao pólo Sul e em torno do qual a Terra gira (Movimento de rotação). - Equador: é o círculo máximo da Terra, cujo plano é normal à linha dos pólos. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 15. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. - Paralelos: são os círculos cujos planos são paralelos ao plano do Equador. Os Paralelos mais importantes são: Trópico de Capricórnio (Ф = 23o 23’ S) e Trópico de Câncer (Ф = 23o 23’ N). - Meridianos: são as seções elípticas cujos planos contém a linha dos pólos e que são normais aos paralelos. - Vertical do lugar: é a linha que passa por um ponto da superfície terrestre (em direção ao centro do planeta) e que é normal à superfície representada pelo Geóide naquele ponto. Esta linha é materializada pelo “fio de prumo” dos equipamentos de medição (teodolito, estação, nível, etc.), ou seja, é a direção na qual atua a força da gravidade. - Normal ao Elipsóide: é toda linha reta perpendicular à superfície do elipsóide de referência. Esta linha possui um desvio em relação à vertical do lugar. - Pontos da vertical do lugar: o ponto (Z = ZÊNITE) se encontra no infinito superior, e o ponto (Z’ = NADIR) no infinito inferior da vertical do lugar. Estes pontos são importantes na definição de alguns equipamentos topográficos (teodolitos) que têm a medida dos ângulos verticais com origem Z ou em Z’. - Plano horizontal do observador: é o plano tangente à superfície terrestre ou topográfica num ponto qualquer desta superfície. Um ponto pode ser localizado sobre esta esfera através de sua latitude e longitude. Tratando-se de Astronomia, estas coordenadas são denominadas de latitude e longitude astronômicas. TERRA ESFÉRICA - COORDENADAS ASTRONÔMICAS. - Latitude Astronômica (Φ): é o arco de meridiano contado desde o Equador até o ponto considerado, sendo, por convenção, positiva no hemisfério Norte e negativa no hemisfério Sul. FIGURA INDICANDO A LATITUDE Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 16. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. - Longitude Astronômica (Λ): é o arco de equador contado desde o meridiano de origem (Greenwich) até o meridiano do ponto considerado. Por convenção a longitude varia de 0º a +180º no sentido leste de Greenwich e de 0º a -180º por oeste de Greenwich. FIGURA INDICANDO A LONGITUDE - Coordenadas geográficas (Φ, Λ): é o nome dado aos valores de latitude e longitude que definem a posição de um ponto na superfície terrestre. Estes valores dependem do elipsóide de referência utilizado para a projeção do ponto em questão. 1.5.2 Modelo Elipsoidal É o mais usual de todos os modelos que serão apresentados. Nele, a Terra é representada por uma superfície gerada a partir de um elipsóide de revolução, com deformações relativamente maiores que o modelo geoidal. A Geodésia adota como modelo o elipsóide de revolução, conforme pode ser observado na figura à seguir. O elipsóide de revolução ou biaxial é a figura geométrica gerada pela rotação de uma semi-elipse (geratriz) em torno de um de seus eixos (eixo de revolução); se Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 17. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. este eixo for o menor tem-se um elipsóide achatado. Mais de 70 diferentes elipsóides de revolução são utilizados em trabalhos de Geodésia no mundo. Um elipsóide de revolução fica definido por meio de dois parâmetros, os semi-eixos a (maior) e b (menor). Em Geodésia é tradicional considerar como parâmetros o semi-eixo maior a e o achatamento f, expresso pela equação. a = semi-eixo maior da elipse b = semi-eixo menor da elipse ELIPSÓIDE DE REVOLUÇÃO. As coordenadas geodésicas elipsóidicas de um ponto sobre o elipsóide ficam assim definidas na figura abaixo: - Latitude Geodésica ( φ ): ângulo que a normal forma com sua projeção no plano do equador, sendo positiva para o Norte e negativa para o Sul. - Longitude Geodésica ( λ ): ângulo diedro formado pelo meridiano geodésico de Greenwich (origem) e do ponto P, sendo positivo para Leste e negativo para Oeste. A normal é uma reta ortogonal ao elipsóide que passa pelo ponto P na superfície física. COORDENADAS ELIPSÓIDICAS. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 18. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. No Brasil, o atual Sistema Geodésico Brasileiro (SIRGAS2000 - SIstema de Referência Geocêntrico para as AméricaS) adota o elipsóide de revolução GRS80 (Global Reference System 1980), cujos semi-eixo maior e achatamento são: a = 6.378.137,000 m f = 1/298,257222101 1.5.3 Modelo Geoidal O modelo geoidal é o que mais se aproxima da forma da Terra. É definido teoricamente como sendo o nível médio dos mares em repouso, prolongado através dos continentes. Não é uma superfície regular e é de difícil tratamento matemático. Na figura seguinte são representados de forma esquemática a superfície Topográfica da Terra, elipsoidal e o geoidal. RELAÇÃO ENTRE SUPERFÍCIE TOPOGRÁFICA, ELIPSOIDAL E GEOIDAL. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 19. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. O geóide é uma superfície equipotencial do campo da gravidade ou superfície de nível, sendo utilizado como referência para as altitudes ortométricas (distância contada sobre a vertical, do geóide até a superfície física) no ponto considerado. As linhas de força ou linhas verticais (em inglês “plumb line”) são perpendiculares a essas superfícies equipotenciais e materializadas, por exemplo, pelo fio de prumo de um teodolito nivelado, no ponto considerado. A reta tangente à linha de força em um ponto (em inglês “direction of plumb line”) simboliza a direção do vetor gravidade neste ponto, e também é chamada de vertical. A figura seguinte ilustra este conceito. VERTICAL 1.5.4 Modelo plano Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 20. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Considera a porção da Terra em estudo com sendo plana. É a simplificação utilizada pela Topografia. Esta aproximação é válida dentro de certos limites e facilita bastante os cálculos topográficos. Face aos erros decorrentes destas simplificações, este plano tem suas dimensões limitadas. Tem-se adotado como limite para este plano na prática a dimensão de 20 a 30 km. A NRB 13133 (Execução de Levantamento Topográfico) admite um plano com até aproximadamente 80 km. Segundo a NBR 13133, as características do sistema de projeção utilizado em Topografia são: a) as projetantes são ortogonais à superfície de projeção, significando estar o centro de projeção localizado no infinito. b) a superfície de projeção é um plano normal a vertical do lugar no ponto da superfície terrestre considerado como origem do levantamento, sendo seu referencial altimetrico o referido datum vertical brasileiro. c) as deformações máximas inerentes à desconsideração da curvatura terrestre e a refração atmosférica têm as seguintes aproximadas: Δl (mm) = - 0,001 l3 (km) Δh (mm) = +78,1 l2 (km) Δh´(mm) = +67 l2 (km) onde: Δl = deformação planimetrica devida a curvatura da Terra, em mm. Δh = deformação altimétrica devida a curvatura da Terra, em mm. Δh´ = deformação altimétrica devida ao efeito conjunto da curvatura da Terra e da refração atmosférica, em mm. l = distância considerada no terreno, em km. d) o plano de projeção tem a sua dimensão máxima limitada a 80 km, a partir da origem, de maneira que o erro relativo, decorrente da desconsideração da curvatura terrestre, não ultrapasse 1:35000 nesta dimensão e 1:15000 nas imediações da extremidade desta dimensão. e) a localização planimétrica dos pontos, medidos no terreno e projetados no plano de projeção, se dá por intermédio de um sistema de coordenadas cartesianas, cuja origem coincide com a do levantamento topográfico; f) o eixo das ordenadas é a referência azimutal, que, dependendo das particularidades do levantamento, pode estar orientado para o norte geográfico, para o norte magnético ou para uma direção notável do terreno, julgada como importante. Uma vez que a Topografia busca representar um conjunto de pontos no plano é necessário estabelecer um sistema de coordenadas cartesianas para a representação dos mesmos. Este sistema pode ser caracterizado da seguinte forma: Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 21. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Eixo Z: materializado pela vertical do lugar (linha materializada pelo fio de prumo); Eixo Y: definido pela meridiana (linha norte-sul magnética ou verdadeira); Eixo X: sistema dextrógiro (formando 90º na direção leste). A seguinte figura ilustra este plano: PLANO EM TOPOGRAFIA Em alguns casos, o eixo Y pode ser definido por uma direção notável do terreno, como o alinhamento de uma rua, por exemplo, na figura abaixo: EIXOS DEFINIDOS POR UMA DIREÇÃO NOTÁVEL. 1.5.4.1 Efeito da curvatura na distância e altimetria Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 22. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. A seguir é demonstrado o efeito da curvatura nas distâncias e na altimetria. Na figura à seguir tem-se que S é o valor de uma distância considerada sobre a Terra esférica e S´ a projeção desta distância sobre o plano topográfico. EFEITO DA CURVATURA PARA A DISTÂNCIA A diferença entre S´e S será dada por: ΔS = S´ – S (1) Calculando S e S´e substituindo na equação (1) tem-se: S’ = R tg θ (2) S=Rθ (3) ΔS = R tgθ - R θ (4) ΔS = R (tg θ − θ) (5) Desenvolvendo tg θ em série e utilizando somente os dois primeiros termos: (6) (7) onde θ = S/R, logo: (8) (9) A tabela à seguir apresenta valores de erros absolutos e relativos para um conjunto de distâncias. EFEITO DA CURVATURA PARA DIFERENTES DISTÂNCIAS. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 23. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. S (km) ∆s 1 0,008 mm 10 8,2 mm 25 12,8 cm 50 1,03 m 70 2,81 m Analisando agora o efeito da curvatura na altimetria, de acordo com a figura observada anteriormente: EFEITO DA CURVATURA NA ALTIMETRIA. Analisando a figura acima é possível perceber que: Isolando Δh na equação anterior: De acordo com CINTRA (1996), desenvolvendo em série 1/cos θ e considerando que: tem-se: A tabela à seguir apresenta o efeito da curvatura na altimetria para diferentes distâncias: EFEITO DA CURVATURA NA ALTIMETRIA. S ∆s Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 24. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 100 m 0,8 mm 500 m 20 mm 1 km 78 mm 10 km 7,8 m 70 km 381,6 m Como pode ser observado através das tabelas, o efeito da curvatura é maior na altimetria do que na planimetria. Durante os levantamentos altimétricos alguns cuidados são tomados para minimizar este efeito, com será visto nos capítulos posteriores. 1.6 Teoria dos erros 1.6.1 Conceitos 1.6.1.1 Erro Absoluto verdadeiro: é a diferença, em valor absoluto, existente entre a medição de uma grandeza física e o seu verdadeiro valor. Na prática não se conhece o valor real ou verdadeiro da grandeza física; conhece-se o valor mais provável desta grandeza. 1.6.1.2 Erro absoluto aparente (e): é a diferença, em valor absoluto, existente entre a medição de uma grandeza física (Xi) e o seu valor mais provável ( ). Daqui para frente será chamado apenas de erro absoluto. 1.6.1.3 Resíduo ou desvio ou erro (r): designação dada para a conceituação anterior, quando se considera o sinal da diferença existente entre as duas medidas. 1.6.1.4 Discrepância: é a diferença existente entre os valores de duas medidas de uma mesma grandeza física, obtidas por dois experimentadores diferentes. As vezes é designada incorretamente pela palavra erro. 1.6.1.5 Erro relativo (er): é a relação existente entre o erro absoluto e o valor mais provável da grandeza ( ). Este erro é mais importante para avaliar a qualidade de uma medida que o erro absoluto. Matematicamente, tem-se: Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 25. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 1.6.1.6 Valor mais provável de uma grandeza física ( ): é a média aritmética das medidas efetuadas, desde que mereçam a mesma confiança. 1.6.1.7 Erro absoluto médio (em): é a média aritmética dos erros absolutos cometidos em um certo número de medidas (n). 1.6.1.8 Erro médio quadrático ou desvio padrão (s): é a raiz quadrada da média aritmética dos quadrados dos resíduos, a menos de um grau de liberdade. 1.6.1.9 Erro tolerável (et): é dado pelo triplo do erro médio quadrático. Na prática, medidas cujos resíduos são maiores que o erro tolerável, devem ser abandonadas. 1.6.1.10 Precisão: é a tolerância do erro de medição para um determinado medidor. Portanto, se o erro tolerável for atendido, as medidas são consideradas precisas. 1.6.1.11 Precisão absoluta: quando expressa em percentagem de toda a faixa da escala de medidas. Seja, por exemplo, um medidor de vazão com escala de zero a 200m3/h, com precisão de ± 1% de fundo de escala (f.e); isto significa que a tolerância de erro é de ± 2m 3/h, em qualquer ponto da escala. 1.6.1.12 Precisão relativa: quando expressa em percentagem do valor instantâneo da escala de medidas. Seja o mesmo exemplo anterior, com precisão de ± 1% do valor instantâneo (v.i); significa que quando o ponteiro indicar uma vazão de 80m3/h, a tolerância de erro é de ± 0,80m3/h. A precisão de ± 1% em v.i é obviamente melhor que a precisão de ± 1% em f.e. 1.6.1.13 Exatidão: aquilo que está de acordo com uma referência tomada como padrão (referência verdadeira). Uma medida precisa não significa que seja exata. Pode-se dizer que um grupo de medidas mostra precisão se os resultados concordam entre si; a concordância Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 26. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. não é, contudo, uma garantia de exatidão, visto poder haver alguma pertubação sistemática, que faça todos os valores estarem em erro. Suponha-se, por exemplo, que um pesquisador esteja comparando duas escalas (A e B) com uma terceira escala considerada como padrão (C). O grupo de medidas feitas com a escala (A) concordam entre si mas não concordam com as medidas feitas pela escala (C); já o grupo de medidas feitas pela escala (B) além de concordarem entre si, concordam também com a escala (C). Isto significa que a escala (A) é precisa mas não é exata e a escala (B) é precisa e exata, devendo ser a escolhida para as medidas. 1.6.1.14 Erros grosseiros ou enganos: decorre da falta de cuidado ou falta de prática do observador. São exemplos de erros grosseiros: • erros de leitura: ler 28,3 no lugar de 23,8; • erros de cálculo; • leitura errada de uma escala; • erros de paralaxe: para evitar este erro, a leitura deve ser feita sempre em posição normal à escala; se a leitura for feita em posição inclinada, comete-se o erro de paralaxe. Os erros grosseiros podem ser evitados pela repetição cuidadosa das medições, um resultado muito discordante dos outros deve ser abandonado. Na verdade, a vantagem de se tomar, pelo menos, três leituras não está no uso do valor médio, mas na confiança adquirida, quando os valores concordam, de não se ter cometido erros grosseiros. Os erros desse tipo não estão sujeitos a tratamento matemático. 1.6.1.15 Erros sistemáticos ou constantes ou regulares: caracterizam-se por ocorrerem sempre em um mesmo sentido e conservarem, em medições sucessivas, o mesmo valor. Decorrem das imperfeições do observador, do instrumento e do método usado. a) Erros sistemáticos introduzidos pelo observador. Exemplos: • Atraso ou adiantamento ao acionar um cronômetro; • Erros cometidos por deficiência de visão. b) Erros sistemáticos introduzidos pelo instrumento. Exemplos: • Utilização de uma escala em temperatura diferente daquela em que foi aferida; • Deslocamento do zero do instrumento; • Uso de um cronômetro que atrasa ou adianta; • Uso de instrumentos em condições diferentes daquelas para as quais foram calibrados. c) Erros sistemáticos introduzidos pelo método. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 27. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Exemplos: • Determinação do peso de um corpo no ar em lugar de fazê-lo no vácuo (o empuxo do ar falseia o resultado); • Utilização de um método baseado em uma equação matemática não representativa da realidade física do fenômeno. Os erros pessoais, sempre que possível, podem ser minimizados substituindo-se o observador humano por um mecânico, ou elétrico etc. Os erros instrumentais são reduzidos por meio de uma aferição ou calibração do aparelho por comparação com um padrão de confiança; uma curva de calibração ou uma tabela de correção podem ser elaboradas para serem corrigidos os erros. Em muitos casos, os erros sistemáticos devio ao método podem ser calculados e os resultados corrigidos. 1.6.1.16 Erros acidentais ou aleatórios ou residuais ou experimentais: decorrem de causas desconhecidas sobre as quais não se tem controle. Caracterizam-se por ocorrerem ao acaso quaisquer que sejam os observadores, os instrumentos e os métodos. Eles respondem pela disperção das medidas. Dentre os erros acidentais, destacam-se: • Erro absoluto; • Erro relativo; • Erro absoluto médio ou erro promédio ou erro médio; • Erro médio quadrático; e • Erro tolerável. 1.6.2 Algarismos significativos 1.6.2.1 Conceito: algarismos significativos ou simplesmente significativos de uma medida são seus algarismos contados a partir do primeiro diferente de zero e o seu primeiro algarismo duvidoso. O primeiro algarismo duvidoso é indicado pelo primeiro algarismo significativo do erro máximo cometido na medição. Exemplos: a) 73,202 m ± 0,02 m Significa que o erro máximo cometido na medição (± 0,02 m) já afeta a segunda casa decimal da medida. Portanto, a medida tem apenas quatro algarismos significativos e a notação correta é: 73,20 m ± 0,02 m. b) Em muitos casos o erro máximo não é indicado explicitamente. Assim, fica implícito que o último algarismo é duvidoso, sendo o erro máximo, de uma unidade da casa incerta. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 28. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Quando se escreve, por exemplo, a medida de 28,5 cm, subentende-se que é o mesmo que escrever 28,5 cm ± 0,1 cm. Nesse caso, a medida tem três algarismos significativos. c) A notação científica simplificada, em muito, a definição dos algarismos significativos de uma medida. Seja, por exemplo, a medida de 0,040 m que, em notação científica fica escrita como 4,0 x -2 10 , tendo portanto dois algarismos significativos. d) Outros exemplos: • 27,40 m = 2,740 x 10 m, tem quatro significativos • 0,0028 kg = 2,8 x 10-3 kg, tem dois significativos • 33 cv = 3,3 x 10 cv, tem dois significativos • 3260 cm ± 10 cm, tem três significativos, porque a casa das dezenas já é duvidosa 1.6.3 Arredondamento Em muitos casos, conhece-se uma medida com mais significativos que os necessários a determinado fim. Nestes casos, o último algarismo de um número obtido por arredondamento, deve ser acrescido de uma unidade caso o primeiro algarismo posterior a ele seja igual ou superior a cinco. Se for menor do que cinco, permanece com o mesmo valor. Exemplo; uma medida de 85,328 cm feita com uma precisão de 0,03 cm, deverá ter apenas quatro significativos, ou seja: 85,33 cm. 1.6.4 Operações com algarismos significativos 1.6.4.1 Adição e subtração Para somar ou subtrair algarismos significativos deve-se usar todos os termos com o mesmo número de casas decimais; o termo que possui menos casas decimais indica o número de casas decimais a serem usadas. Exemplos: a) 32,5 + 0,02 + 17,25 = 32,5 + 17,3 = 49,8 b) 25 + 3,86 + 0,9 + 2,13 = 25 + 4 + 1 + 2 = 32 c) 35,98 – 0,4 = 36,0 – 0,4 = 35,6 Quando os algarismos significativos vem acompanhados da notação ±, as parcelas de dúvida são consideradas aditivas tanto para a soma quanto para a diferença. Exemplos; a) (637 ± 0,63%) – (426 ± 0,47%) = (637 ± 4) – (426 ± 2) = 211 ± 6 = 211 ± 2,84% Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 29. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Note-se que as parcelas de dúvida são consideradas aditivas, porque a presença de uma dúvida ± significa que uma quantidade pode estar acima (637 ± 4) e a outra abaixo (426 – 2) do valor verdadeiro o que aumenta a faixa de dúvida em termo percentuais. b) (427 ± 1,0%) + (392 ± 2,0%) = (427 ± 4) + (392 ± 8) = 819 ± 12 = 819 ± 1,5% Nota-se que a faixa de dúvida em termos percentuais se mantém aproximadamente na mesma faixa de dúvida que as duas parcelas, no caso da soma. 1.6.4.2 Multiplicação e divisão Para multiplicar ou dividir algarismos significativos, deve-se proceder conforme a seguir: a) arredondar todas as medidas para o mesmo número de significativos daquela que contiver menos significativos; b) se, no item anterior, o primeiro significativo da medida a ser arredondado for a unidade, arredondá-lo (e somente ele) com mais significativos; c) o resultado final conterá o mesmo número de significativos daquela medida que contiver menos significativos. Exemplos: a) 1732,83 x 0,25 = (1,7 x 103) x (2,5 x 10-1) = 4,25 x 102 Como o menor número de significativos é dois, o resultado final é 4,3 x 102 b) 3,1416 + 0,0125 = 3,14 + 0,0125 = 251,2 = 251 c) 1.6.4.3 Logarítmo decimal A mantissa do logarítmo decimal de um número com n significativos deve ser tomada com n decimais. Exemplo: Log 158 = 2,19856 = 2,199 Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 30. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 1.6.5 Propagação dos erros no resultado final Tendo sido estimado o erro de cada variável medida, será então necessário combiná-los entre si para obter-se o erro no resultado final. Admitindo-se que uma grandeza física G seja determinada a partir de várias outras grandezas x, y, z, ....., é válido imaginar-se entre elas uma relação do tipo: G = G (x, y, z, .....,) (1) A lei de propagação dos erros permite determinar o erro de G em função dos erros que corresponde a cada um dos valores de x, y, z, .... O erro que afeta G e as demais grandezas recai principalmente sobre o observador. Uma calibração cuidadosa dos instrumentos, medidas feitas com atenção e o exame crítico dos dados, permite ao observador experimental reduzir o erro nas medidas. Isto permite dizer que a ocorrência dos erros pequenos são mais prováveis que os erros grandes. Usualmente assume-se a distribuição dos erros como normal. Geralmente o erro atribuído à grandeza x não guarda nenhuma relação com os erros atribuídos a y e a z; são ditos independentes. Assumindo as considerações anteriormente feitas, para pequenas variações ou incrementos em x, y, z, ... em torno de seus valores médios, assinalados por dx, dy, dz, a variação dG, resultante para G, na equação 1, é: (2) Elevando-se ambos os membros da equação anterior ao quadrado, tem-se: (3) Como x, y, z, ... representam a média aritmética de um grande número de observações e os valores positivos de um incremento têm igual probabilidade de estarem associados a valores positivos ou negativos de outros incrementos, é de se esperar que a soma dos termos de duplo produto tenda para zero, ficando a equação 3 reescrita como: (4) As variações dG, dx, dy, dz, ... representam, na realidade, os erros absolutos eG, ex, ey, ez, ... cometidos nas medições x, y, z, ..., o que permite finalmente reescrever a equação 4 como: Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 31. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. (5) 1.6.5.1 Casos especiais de propagação de erros a) Soma de grandezas (x, y, z,...) G = x + y + z + ... Todas as derivadas parciais são iguais a unidade, que levada à equação 5 obtêm-se: (6) b) Diferença de grandezas (x, y). G=x–y Neste caso e , que levados à equação 5, resulta: (7) A equação 7 mostra que mesmo numa diferença os erros quadráticos se somam. 1.6.5.2 Outra expressão para propagação de erros. A expressão apresentada para a propagação de erros no resultado final, pode ser obtida de maneira bastante simples mediante a consideração de erros relativos e por meio da diferenciação logarítmica (logarítmo neperiano) da expressão: G = G (x, y, z, ...), desde que apresentada na forma de monômio. Exemplo: G = m xa y-b zc (a, b, c = constantes) lnG = lnm + a ln x – b ln y + c ln z , Elevando-se ambos os membros ao quadrado, tem-se: Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 32. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. , (8) Já que a soma dos termos de duplo produto tende para zero para um grande número de observações. Chamamos de: = erro relativo do resultado final; = erro relativo da grandeza x; = erro relativo da grandeza y; e = erro relativo da grandeza z. A equação 8 pode ser escrita como: (9) Na equação anterior as constantes a, b, e c são os expoentes das variáveis x, y e z, respectivamente. 1.6.6 Exercícios de Aplicação 1.6.6.1 Ao realizar-se uma série de 9 medições, encontrou-se os seguintes valores: 24,2 mm; 24,5 mm; 24,8 mm; 24,3 mm; 24,7 mm; 24,4 mm; 24,7 mm; 24,3 mm e 24,6 mm. a) Alguma medida deve ser desprezada? b) Qual o valor mais provável da grandeza? c) Qual o erro absoluto médio? RESPOSTA Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 33. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 1.6.6.2 Quantos algarismos significativos tem cada um dos seguintes números: a) 302 d) 0,0003 b) 302,10 e) 25,8 cm ± 1cm c) 0,00030 f) 2,508 ± 0,30 RESPOSTA 1.7 Erros em Topografia Todas as medidas ou observações feitas,estão afetadas de erros de diferentes classes. Assim é impossível determinar a verdadeira magnitude de uma distância ou de um ângulo medido. O valor exato fica somente na nossa imaginação. Não se pode obter mais que o valor provável. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 34. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Por melhores que sejam os equipamentos e por mais cuidado que se tome ao proceder um levantamento topográfico, as medidas obtidas jamais estarão isentas de erros. Para representar a superfície da Terra são efetuadas medidas de grandezas como direções, distâncias e desníveis. Estas observações inevitavelmente estarão afetadas por erros. As fontes de erro poderão ser: 1) Naturais: são aqueles causados por fatores ambientais, ou seja, temperatura, vento, refração e pressão atmosféricas, ação da gravidade, etc. Alguns destes erros são classificados como erros sistemáticos e dificilmente podem ser evitados. São passíveis de correção desde que sejam tomadas as devidas precauções durante a medição. 2) Instrumentais: são aqueles ocasionados por defeitos ou imperfeições dos instrumentos ou aparelhosutilizados nas medições. Alguns destes erros são classificados como erros acidentais e ocorrem ocasionalmente, podendo ser evitados e/ou corrigidos com a aferição e calibragem constante dos aparelhos. 3) Pessoais: são aqueles ocasionados pela falta e cuidado do operador. Os mais comuns são: erro na leitura dos ângulos, erro na leitura da régua graduada, na contagem do números de trenadas, ponto visado errado, aparelho fora do prumo, aparelho fora de nível, etc. São classificados como erros grosseiros e não devem ocorrer jamais pois não são passíveis de correção. É importante ressaltar que alguns erros se anulam durante a medição ou durante o processo de cálculo. Portanto, um levantamento que aparentemente não apresenta erros, não significa necessariamente estar correto. Os erros, causados por estes três elementos apresentados anteriormente, poderão ser classificados em: • Erros grosseiros; • Erros sistemáticos; • Erros aleatórios; • Erros de arredondamento. 1.7.1 Erros grosseiros Causados por engano na medição, leitura errada nos instrumentos, identificação de alvo, etc., normalmente relacionados com a desatenção do observador ou uma falha no equipamento. Cabe ao observador cercar-se de cuidados para evitar a sua ocorrência ou detectar a sua presença. A repetição de leituras é uma forma de evitar erros grosseiros. Alguns exemplos de erros grosseiros: • anotar 196 ao invés de 169; • engano na contagem de lances durante a medição de uma distância com trena. Este tipo de erro é descoberto repetindo-se a medição, isto é, fazendo medições de controle. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 35. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 1.7.2 Erros sistemáticos São aqueles erros cuja magnitude e sinal algébrico podem ser determinados, seguindo leis matemáticas ou físicas. Pelo fato de serem produzidos por causas conhecidas podem ser evitados através de técnicas particulares de observação ou mesmo eliminados mediante a aplicação de fórmulas específicas. São erros que se acumulam ao longo do trabalho. Exemplo de erros sistemáticos, que podem ser corrigidos através de fórmulas específicas: • efeito da temperatura e pressão na medição de distâncias com medidor eletrônico de distância; • correção do efeito de dilatação de uma trena em função da temperatura. Estes erros devem ser eliminados na medida do possível, tomando-os em conta nos cálculos, pelo conhecimento de sua magnitude determinada anteriormente, usando métodos de medição apropriados e aferindo cuidadosamente os instrumentos. Um exemplo clássico apresentado na literatura, referente a diferentes formas de eliminar e ou minimizar erros sistemáticos é o posicionamento do nível a igual distância entre as miras durante o nivelamento geométrico pelo método das visadas iguais, o que proporciona a minimização do efeito da curvatura terrestre no nivelamento e falta de paralelismo entre a linha de visada e eixo do nível tubular. 1.7.3 Erros acidentais ou aleatórios O termo acidental não tem aqui conotação de acidente e sim imprevisibilidade. Os erros acidentais são as imprevisões inevitáveis que afetam cada medida. São aqueles que permanecem após os erros anteriores terem sido eliminados. São erros que não seguem nenhum tipo de lei e ora ocorrem num sentido ora noutro, tendendo a se neutralizar quando o número de observações é grande. Somente estes erros irregulares e acidentais são considerados na compensação e no ajustamento através de estatística. De acordo com GEMAEL (1991, p.63), quando o tamanho de uma amostra é elevado, os erros acidentais apresentam uma distribuição de freqüência que muito se aproxima da distribuição normal. 1.7.3.1 Peculiaridade dos erros acidentais • Erros pequenos ocorrem mais freqüentemente do que os grandes, sendo mais prováveis; • Erros positivos e negativos do mesmo tamanho acontecem com igual freqüência, ou são igualmente prováveis; • A média dos resíduos é aproximadamente nula; • Aumentando o número de observações, aumenta a probabilidade de se chegar próximo ao valor real. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 36. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Exemplo de erros acidentais: • Inclinação da baliza na hora de realizar a medida; • Erro de pontaria na leitura de direções horizontais. 1.7.4 Erros de arredondamento São proporcionados por conseqüência da facilidade de manipulação numérica inadequada, normalmente causados pelo uso de números com poucas casas decimais. O arredondamento deve ser compatível com a precisão da medição e devem ser aplicados nos resultados finais, ou seja, na apresentação dos resultados, assim minimizando o possível erro. A Tabela a seguir apresenta uma regra de arredondamento de valores estabelecida pelo Sistema Internacional de Unidades (SI). Em metrologia e áreas correlatas é sugerido que o arredondamento e compatibilização de valores sejam aplicados nos resultados finais, ou seja, na apresentação dos resultados, assim minimizando o possível erro. Tabela: Em conformidade com a Resolução nº 886/66 do IBGE, o arredondamento é efetuado da seguinte maneira: CONDIÇÕES PROCEDIMENTOS EXEMPLOS O último algarismo a permanecer fica <5 53,724 passa a 53,72 inalterado. 42,687 passa a 42,69 Aumenta-se de uma unidade o algarismo a >5 25,608 passa a 25,61 permanecer. 53,299 passa a 53,30 (i) Se ao 5 seguir em qualquer casa um 2,1352 passa a 2,14 algarismo diferente de zero, aumenta-se uma 25,16501 passa a 25,17 unidade no algarismo a permanecer. 76,1250002 passa a 76,13 =5 (ii) Se o 5 for o último algarismo ou se ao 5 só 24,475 passa a 24,48 seguirem zeros, o último algarismo a ser 24,465 passa a 24,46 conservado só será aumentado de uma 24,67500 passa a 24,68 unidade se for ímpar. 24,96500 passa a 24,96 1.8 Precisão e acurácia A precisão está ligada a repetibilidade de medidas sucessivas feitas em condições semelhantes, estando vinculada somente a efeitos aleatórios. Podemos dizer também que a precisão de uma dada grandeza retrata o “nível de aderência ou grupamento entre os valores observados, sua repetibilidade ou grau de dispersão”. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 37. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Ainda que por vezes empregado indistintamente para quantificar o grau de confiabilidade de uma grandeza, o conceito de precisão não deve ser confundido com o de acurácia. A acurácia expressa o grau de aderência das observações em relação ao seu valor verdadeiro, estando vinculada a efeitos aleatórios (estocásticos) e sistemáticos (determinísticos). Isso significa que a sua avaliação só pode acontecer se conhecido este “valor verdadeiro”. A figura a seguir ilustra estes conceitos. PRECISÃO E ACURÁCIA O seguinte exemplo pode ajudar a compreender a diferença entre eles: um jogador de futebol está treinando cobranças de pênalti. Ele chuta a bola 10 vezes e nas 10 vezes acerta a trave do lado direito do goleiro. Este jogador foi extremamente preciso. Seus resultados não apresentaram nenhuma variação em torno do valor que se repetiu 10 vezes. Em compensação sua acurácia foi nula. Ele não conseguiu acertar o gol, “verdadeiro valor”, nenhuma vez. 1.9 Exercícios: 1) Qual a diferença entre precisão e acurácia? 2) Quais são as fontes de erro existentes numa medição? Fale sobre cada um deles. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 38. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 3) Como podem ser classificados os erros existentes na topografia? Comente sobre eles. 2. REVISÃO MATEMÁTICA Neste capítulo é realizada uma revisão de unidades e trigonometria, necessária para o estudo dos próximos temas a serem abordados. 2.1 Unidades de medida 2.1.1 Medida de comprimento (metro) A origem do metro ocorreu em 1791 quando a Academia de Ciências de Paris o definiu como unidade padrão de comprimento. Sua dimensão era representada por 1/10.000.000 de um arco de meridiano da Terra. Em 1983, a Conferência Geral de Pesos e Medidas estabeleceu a definição atual do “metro” como a distância percorrida pela luz no vácuo durante o intervalo de tempo de 1/299.792.458 s. O metro é uma unidade básica para a representação de medidas de comprimento no sistema internacional (SI). PREFIXOS Valor Valor Nome Símbolo Nome Símbolo Numérico Numérico Deca 101 da deci 10-1 d Hecto 102 H centi 10-2 c Kilo 103 K mili 10-3 m Mega 105 M micro 10-5 μ Giga 109 G nano 10-9 n Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 39. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Tera 1012 T pico 10-12 p 2.1.2 Medida angular (Sexagesimal, Centesimal e Radianos) 2.1.2.1 Radiano Um radiano é o ângulo central que subentende um arco de circunferência de comprimento igual ao raio da mesma. É uma unidade suplementar do SI para ângulos planos. 2πR — 360º arco = R = raio REPRESENTAÇÃO DE UM ARCO DE ÂNGULO. 2.1.2.2 - UNIDADE SEXAGESIMAL Grau 1 grau = 1/360 da circunferência grau ° → 1° = (π /180) rad minuto ’ → 1’ = 1°/60= (π/10800) rad segundos ” → 1” = 1°/3600= (π/648000) rad 2.1.2.3 - UNIDADE DECIMAL Grado 1 grado =1/400 da circunferência Um grado é dividido em 100’ e cada minuto tem 100”. 2.1.2.4 EXERCÍCIOS: 1) Transformação de ângulos: Transforme os seguintes ângulos em graus, minutos e segundos para graus e frações decimais de grau. a) 32º 28’ 59” = 32 = 32, 48305556º Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 40. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. b) 17º 34’ 18,3” = 17 = 17,57175º c) 125º 59’ 57” = 125 = 125,9991667º 2) Soma e subtração de ângulos: 30º20’ + 20º 52’ = 51º12’ 28º41’ + 39°39’ = 68°20’ 42º30’ – 20°40’ = 21°50’ 2.1) Utilizando a calculadora: 30,20 →DEG = 30,3333333 + 20,52 →DEG = 20,86666667 = 51,20000 2ndF →DEG = 51º 12’ 2.2) Sem a utilização de calculadora: OBS: é comum, utilizando a calculadora, obter resultados com várias casas decimais, neste caso, recomenda-se o arredondamento. Por exemplo: Já para a transformação de graus decimais para graus, minutos e segundos, é necessário manter um mínimo de 6 casas decimais para obter o décimo do segundo com segurança. 3) Cálculo de funções trigonométricas utilizando uma calculadora Ao aplicar as funções trigonométricas (seno, cosseno e tangente), com uma calculadora, o ângulo deve estar em graus e frações de graus ou radianos, sendo que neste último caso, a calculadora deve estar configurada para radianos. Por exemplo: Para o ângulo 22º 09’ 04”, calcular o valor do seno, cosseno e tangente: 1º) transformar para graus decimais ou radianos: 22º 09’ 04” = 22,1511111º = 0.386609821864rad Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 41. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 2º) aplicar a função trigonométrica desejada: sen(22,1511111º) = sen(0.386609821864 rad) = 0,377050629 cos(22,1511111º) = cos(0.386609821864 rad) = 0,926192648 tg(22,1511111º) = tg(0.386609821864 rad) = 0,407097411 Ao aplicar-se a função sem a transformação do ângulo pode-se incorrer em erros nos cálculos futuros, como é possível observar no exemplo a seguir: Para o ângulo citado acima: α = 22º 09’ 04” Calculando-se o valor da função seno sem converter o valor do ângulo, obtém-se: sen 22,0904 = 0,376069016 Já transformando-o para graus decimais obtém-se: sen 22,1511111º = 0,377050629 Considerando uma distância de 300m, entre um vértice de uma poligonal e um ponto de detalhe qualquer, pode-se observar a seguinte diferença no valor de Δx calculado. Δx = 300 . sen 22,0904 = 300 . 0,376069016 → Δx = 112,821m Δx = 300 . sen 22,15111110 = 300 . 0,377050629 → Δx = 113,115m Logo, uma diferença de 29,4 cm. 2.2 - REVISÃO DE TRIGONOMETRIA PLANA A trigonometria teve origem na Grécia, em virtude dos estudos das relações métricas entre os lados e os ângulos de um triângulo, provavelmente com o objetivo de resolver problemas de navegação, Agrimensura e Astronomia. 2.2.1 - RELAÇÕES TRIGONOMÉTRICAS NO TRIÂNGULO RETÂNGULO A soma dos ângulos internos de um triângulo é igual a 180°. A partir da figura 2.2 podem ser estabelecidas as seguintes relações: TRIÂNGULO RETÂNGULO Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 42. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Seno Cosseno Tangente 2.2.2 - TEOREMA DE PITÁGORAS “O quadrado do comprimento da hipotenusa é igual a soma dos quadrados dos comprimentos dos catetos.” 2.3 - EXERCÍCIOS 1) No triângulo abaixo, determinar as relações solicitadas. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 43. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Obs.: É importante lembrar que as funções trigonométricas são adimensionais, ou seja, para qualquer unidade que esteja sendo utilizada, elas sempre se simplificarão, como pode ser visto no exemplo acima. 2) Um observador na margem de um rio vê o topo de uma torre na outra margem segundo um ângulo de 56º 00’00”. Afastando-se de 20,00 m, o mesmo observador vê a mesma torre segundo um ângulo de 35º 00’00”. Calcule a largura do rio. RESPOSTA Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 44. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 3) Para determinar a largura de um rio, um topógrafo mediu, a partir de uma base de 20,00m de comprimento os ângulos A e B, conforme figura. Calcule valor de h. RESPOSTAS 2.4 - RELAÇÕES MÉTRICAS COM O TRIÂNGULO RETÂNGULO Para um triângulo retângulo ABC pode-se estabelecer algumas relações entre as medidas de seus elementos: Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 45. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Onde: • b, c: catetos; • h: altura relativa à hipotenusa; • a: hipotenusa; • m, n: projeções ortogonais dos catetos sobre a hipotenusa. As seguintes relações métricas podem ser definidas: a) O quadrado de um cateto é igual ao produto da hipotenusa pela projeção desse cateto sobre a hipotenusa. b2 = a . n c2 = a . m b) O produto dos catetos é igual ao produto da hipotenusa pela altura relativa à hipotenusa. b.c=a.h c) O quadrado da altura é igual ao produto das projeções dos catetos sobre a hipotenusa. h2 = m . n d) O quadrado da hipotenusa é igual a soma dos quadrados dos catetos. a2 = b2 + c2 (Teorema de Pitágoras) 2.5 - EXERCÍCIO A partir da primeira relação métrica, deduzir o Teorema de Pitágoras. b2 = a . n c2 = a . m b2 + c2 = a . m + a . n b2 + c2 = a . (m + n) como: (m + n) = a , então b2 + c2 = a . (a) ou b2 + c2 = a2 2.6 - TRIÂNGULO QUALQUER Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 46. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 2.6.1 - LEI DOS SENOS “Num triângulo qualquer a razão entre cada lado e o seno do ângulo oposto é constante e igual ao diâmetro da circunferência circunscrita”. 2.6.2 - LEI DOS COSSENOS “Num triângulo qualquer, o quadrado da medida de um lado é igual à soma dos quadrados das medidas dos outros dois, menos o dobro do produto das medidas dos dois lados pelo cosseno do ângulo que eles formam”. a2 = b2 + c2 – 2.b.c. cos A 2.7 – EXERCÍCIO Um topógrafo, a partir dos pontos A e B, distantes de 20m, realiza a medição dos ângulos horizontais a duas balizas colocadas em D e C, com o auxílio de um teodolito. Calcule a distância entre as balizas. DC = ? RESPOSTA Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 47. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 3. ESCALAS Segundo ESPARTEL (1987) o desenho topográfico nada mais é do que a projeção de todas as medidas obtidas no terreno sobre o plano do papel. Neste desenho, os ângulos são representados em verdadeira grandeza (VG) e as distânicas são reduzidas segundo uma razão constante. É comum em levantamentos topográficos a necessidade de representar no papel uma certa porção da superfície terrestre. Para que isto seja possível, teremos que representar as feições levantadas em uma escala adequada para os fins do projeto. De forma simples, podemos definir escala com sendo a relação entre o valor de uma distância medida no desenho e sua correspondente no terreno. A NBR 8196 (Emprego de escalas em desenho técnico: procedimentos) define escala como sendo a relação da dimensão linear de um elemento e/ou um objeto apresentado no desenho original para a dimensão real do mesmo e/ou do próprio objeto. Normalmente são empregados três tipos de notação para a representação da escala: onde: M = denominador da escala; d = distância no desenho; D = distância no terreno. Por exemplo, se uma feição é representada no desenho com um centímetro de comprimento e sabe-se que seu comprimento no terreno é de 100 metros, então a escala de Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 48. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. representação utilizada é de 1:10.000. Ao utilizar a fórmula (3.2) para o cálculo da escala deve- se ter o cuidado de transformar as distâncias para a mesma unidade. Por exemplo: d = 5 cm D = 0,5 km As escalas podem ser de redução (1:n), ampliação (n:1) ou naturais (1:1). Em Topografia as escalas empregadas normalmente são: 1:250, 1:200, 1:500 e 1:1000. Logicamente que não é algo rígido e estes valores dependerão do objetivo do desenho. Uma escala é dita grande quando apresenta o denominador pequeno (por exemplo, 1:100, 1:200, 1:50, etc.). Já uma escala pequena possui o denominador grande (1:10.000, 1:500.000, etc.). O valor da escala é adimensional, ou seja, não tem dimensão (unidade). Escrever 1:200 significa que uma unidade no desenho equivale a 200 unidades no terreno. Assim, 1 cm no desenho corresponde a 200 cm no terreno ou 1 milímetro do desenho corresponde a 200 milímetros no terreno. Como as medidas no desenho são realizadas com uma régua, é comum estabelecer esta relação em centímetros: Desenho Terreno 1 cm 200 cm 1 cm 2m 1 cm 0,002 km É comum medir-se uma área em um desenho e calcular-se sua correspondente no terreno. Isto pode ser feito da seguinte forma: Imagina-se um desenho na escala 1:50. Utilizando esta escala faz-se um desenho de um quadrado de 2 x 2 unidades (u), não interessa qual é esta unidade. A figura 3.1 apresenta este desenho. A área do quadrado no desenho (Ad) será: QUADRADO 2u x 2u. Ad = 2u . 2u => Ad = 4u2 (3) A área do quadrado no terreno (At) será então: At = (50 . 2u) . (50 . 2u) At = (2 . 2) . (50 . 50) u2 Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 49. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. At = 4u2 . (50 . 50) (4) Substituindo a equação (3) na (4) e lembrando que M=50 é o denominador da escala, a área do terreno, em função da área medida no desenho e da escala é dada pela equação (5). At = Ad . M2 (5) 3.1 - PRINCIPAIS ESCALAS E SUAS APLICAÇÕES A seguir encontra-se uma tabela com as principais escalas utilizadas por engenheiros e as suas respectivas aplicações. PRINCIPAIS ESCALAS E SUAS APLICAÇÕES. Aplicação Escala Detalhes de terrenos urbanos 1:50 Planta de pequenos lotes e edifícios 1:100 e 1:200 Planta de arruamentos e loteamentos urbanos 1:500 e 1:1000 1:1000 Planta de propriedades rurais 1:2000 1:5000 Planta cadastral de cidades e grandes propriedades rurais ou 1:5000 industriais 1:10 000 1:25 000 1:50 000 Cartas de municípios 1:100 000 Mapas de estados, países, continentes ,etc. 1:200 000 a 1:10 000 000 3.2 – EXERCÍCIO 1) Qual das escalas é maior 1:1. 000.000 ou 1:1000? 2) Qual das escalas é menor 1:10 ou 1:1000? 3) Determinar o comprimento de um rio onde a escala do desenho é de 1:18000 e o rio foi representado por uma linha com 17,5 cm de comprimento. 4) Determinar qual a escala de uma carta sabendo-se que distâncias homólogas na carta e no terreno são, respectivamente, 225 mm e 4,5 km. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 50. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 5) Com qual comprimento uma estrada de 2500 m será representada na escala 1:10000? 6) Calcular o comprimento no desenho de uma rua com 30 m de comprimento nas escalas abaixo. Escala Comprimento 1:100 1:200 1:250 1:500 1:1000 7) Um lote urbano tem a forma de um retângulo, sendo que o seu comprimento é duas vezes maior que a sua altura e sua área é de 16.722,54 m2. Calcular os comprimentos dos lados se esta área fosse representada na escala 1:10560. 8) As dimensões de um terreno foram medidas em uma carta e os valores obtidos foram: 250 mm de comprimento por 175 mm de largura. Sabendo-se que a escala do desenho é de 1:2000, qual é a área do terreno em m2 ? 9) Se a avaliação de uma área resultou em 2575 cm 2 para uma escala de 1:500, a quantos metros quadrados corresponderá a área no terreno? Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 51. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 3.3 - A ESCALA GRÁFICA A escala gráfica é utilizada para facilitar a leitura de um mapa, consistindo-se em um segmento de reta dividido de modo a mostrar graficamente a relação entre as dimensões de um objeto no desenho e no terreno. Segundo JOLY (1996) é um ábaco formado por uma linha graduada dividida em partes iguais, cada uma delas representando a unidade de comprimento escolhida para o terreno ou um dos seus múltiplos. Para a construção de uma escala gráfica a primeira coisa a fazer é conhecer a escala do mapa. Por exemplo, seja um mapa na escala 1:4000. Deseja-se desenhar um retângulo no mapa que corresponda a 100 metros no terreno. Aplicando os conhecimentos mostrados anteriormente deve-se desenhar um retângulo com 2,5 centímetros de comprimento: Isto já seria uma escala gráfica, embora bastante simples. É comum desenhar-se mais que um segmento (retângulo), bem como indicar qual o comprimento no terreno que este segmento representa, conforme mostra a figura a seguir. No caso anterior determinou-se que a escala gráfica seria graduada de 100 em 100 metros. Também é possível definir o tamanho do retângulo no desenho, como por exemplo, 1 centímetro. Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 52. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. Existe também uma parte denominada de talão, que consiste em intervalos menores, conforme mostra a figura abaixo. Uma forma para apresentação final da escala gráfica é apresentada a seguir. 3.4 Exercícios 1) Para representar, no papel, uma linha reta que no terreno mede 45 m, utilizando-se a escala 1:450, pergunta-se: qual será o valor dessa linha em cm? 2) A distância entre dois pontos, medida sobre uma planta topográfica, é de 55 cm. Para uma escala igual a 1:250, qual será o valor real da distância? 3) Construa uma escala gráfica para a escala nominal 1:600. 4) Quantas folhas de papel tamanho A4 serão necessárias para representar uma superfície de 350 m x 280 m, na escala 1:500? Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 53. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. 4. NORMALIZAÇÃO 4.1 – INTRODUÇÃO A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o órgão responsável pela normalização técnica no país, tendo sido fundada em 1940 para fornecer a base necessária ao desenvolvimento tecnológico brasileiro. A normalização é o processo de estabelecer e aplicar regras a fim de abordar ordenadamente uma atividade específica e com a participação de todos os interessados e, em particular, de promover a otimização da economia, levando em consideração as condições funcionais e as exigências de segurança. Os objetivos da normalização são (ABNT, 2003): • Economia: proporcionar a redução da crescente variedade de produtos e procedimentos; • Comunicação: proporcionar meios mais eficientes para a troca de informações entre o fabricante e o cliente, melhorando a confiabilidade das relações comerciais e serviços; • Segurança: proteger a vida humana e a saúde; • Proteção ao consumidor: prover a sociedade de meios eficazes para aferir a qualidade dos produtos; • Eliminação de barreiras técnicas e comerciais: evitar a existência de regulamentos conflitantes sobre produtos e serviços em diferentes países, facilitando assim, o intercâmbio comercial. Através do processo de normalização são criadas as normas. As normas da ABNT são classificadas em sete tipos diferentes (BIBVIRT, 2003): • Procedimento: orientam a maneira correta para a utilização de materiais e produtos, execução de cálculos e projetos, instalação de máquinas e equipamentos e realização do controle de produtos; • Especificação: fixam padrões mínimos de qualidade para produtos; • Padronização: fixam formas, dimensões e tipos de produtos; • Terminologia: definem os termos técnicos aplicados a materiais, peças e outros artigos; • Simbologia: estabelecem convenções gráficas para conceitos, grandezas, sistemas, etc; • Classificação: ordenam, distribuem ou subdividem conceitos ou objetos, bem como critérios a serem adotados; Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB
  • 54. 2 Apostila de Topografia, Cartografia e Georreferenciamento. 2010 [2] Adaptação de Brandalize. • Método de ensaio: determinam a maneira de se verificar a qualidade das matérias- primas e dos produtos manufaturados. As normas da ABNT têm caráter nacional. Outros países têm seus próprios órgãos responsáveis pela normalização, como a ANSI (American National Standards Institute -EUA) e DIN (Deutsches Institut fur Normung - Alemanha). Existem também associações internacionais, como a ISO (International Organization for Standardization), fundada em 1946. A figura abaixo ilustra os logotipos da ABNT e ISO. LOGOTIPO ABNT E ISO Alguns exemplos de normas da ABNT são apresentados a seguir: NBR 10068 – Folha de desenho – leiaute e dimensões NBR 8196 - Desenho técnico - emprego de escalas NBR 10647 – Desenho técnico – Norma geral NBR 10124 – Trena de fibra – fibra natural ou sintética NBR 14166 – Rede de referência cadastral municipal - procedimento NBR 13133 – Execução de levantamento topográfico Um exemplo de norma ISO é a ISO 17123-1 (Optics and optical instruments – Field procedures for testing geodetic instruments and surveying instruments – Part 1: Theory). Particularmente na Topografia são de interesse as normas NBR 13133 e NBR 14166. 4.2 - NBR 13133 – EXECUÇÃO DE LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS Esta norma, datada de maio de 1994, fixa as condições exigíveis para a execução de levantamentos topográficos destinados a obter (ABNT, 1994, p.1): • conhecimento geral do terreno: relevo, limites, confrontantes, área, localização, amarração e posicionamento; • informações sobre o terreno destinadas a estudos preliminares de projeto; Prof. M. Sc. Jorge da Silva Júnior FASB