TOPOGRAFIA - LEVANTAMENTOS

2. Técnicas de levantamento plani-altimétricos

2.1 Introdução

O temo Topografia deriva-se do grego: topos (lugar) e graphein (descrição). A Topografia é uma ciência que, com base na geometria e na trigonometria, busca descrever um local da superfície terrestre e representá-lo no papel (ou, mais recentemente, no computador).

A Topografia considera a superfície analisada como plana, desconsiderando a curvatura da superfície terrestre. Deste modo, as áreas levantadas devem ser de magnitudes de, aproximadamente, até 55 km², de forma a analisar uma área plenamente contida em um plano imaginário que tangencia a superfície da Terra.

Por levantamento topográfico, entende-se a coleta de dados topográficos em campo. Em linhas gerais, tais dados consistem na medição de distâncias e ângulos horizontais e verticais. Neste tópico, serão apresentados os principais conceitos sobre levantamentos planimétricos e altimétricos.

2.2 Divisão da Topografia

            A divisão mais usual da Topografia é entre topometria e topologia.

            A topometria versa sobre os procedimentos clássicos para a aferição de distâncias, ângulos e diferenças de nível. Lida, portanto, da medição das grandezas lineares e angulares, seja no plano vertical ou horizontal, objetivando definir o posicionamento relativo dos pontos topográficos. A topometria divide-se em planimetria e altimetria.

            A planimetria é o ramo da topometria que estuda e estabelece procedimentos e métodos para a medida de ângulos e distâncias em um plano horizontal. Ou seja, a planimetria prima por conceber uma vista superior (vista em planta) das características topográficas de um dado terreno.

            A altimetria é o ramo da topometria que estuda e estabelece procedimentos e métodos para a medida de ângulos e distâncias em um plano vertical. Ou seja, a altimetria prima por conceber uma vista em perfil das características topográficas de um dado terreno. As distâncias verticais comumente analisadas são as diferenças de nível entre pontos topográficos. A operação topográfica que objetiva o levantamento de dados altimétricos é denominada nivelamento.

            A topometria pode alcançar seu objetivo mediante três procedimentos distintos:

a) Efetuando medidas de grandezas angulares e lineares em relação a um plano horizontal (levantamento planimétrico);

b) Efetuando medidas de grandezas angulares e lineares em relação a um plano vertical (levantamento altimétrico);

c) Efetuando medidas de ângulos, distâncias e diferenças de nível sobre fotografias tomadas de pontos do terreno (fotogrametria terrestre) ou sobre fotografias tomadas a partir de aeronaves (aerofotogrametria).

            A topologia tem por objetivo o estudo das formas exteriores (relevo) do terreno, bem como das leis que regem sua formação.

2.3 Equipamentos

O teodolito é um aparelho topográfico destinado essencialmente par a medição de ângulos horizontais, podendo também aferir distâncias horizontais e verticais por meio de taqueometria. O aparelho possui diversos componentes, podendo ser destacados: tripé, parafusos calantes, níveis de bolha, prumo ótico e luneta.

O tripé serve de base para o teodolito e deve ser fixado no terreno natural; os parafusos calantes são empregados para nivelar o teodolito em relação aos níveis de bolha; o prumo ótico destina-se a verificar se o aparelho encontra-se centralizado corretamente na estaca; por fim, a luneta destina-se a efetuar as visadas.

O nível é um aparelho topográfico destinado para o nivelamento geométrico de um terreno (levantamento altimétrico). Mais simples do que o teodolito, o nível é composto basicamente pela luneta, nível de bolha e tripé. O nível é empregado para a aferição de desníveis (diferenças de cotas) entre os pontos levantados.

A mira, também conhecida como estádia, é uma peça de madeira retrátil, de 4m de altura, graduada de centímetro em centímetro. A mira deve ser visada pela luneta de aparelhos em distâncias variando entre 2m e 100m. A mira é de fundamental aplicação no nivelamento geométrico de um terreno, permitindo aferir as diferenças de nível entre pontos levantados. A mira também pode ser empregada na medição indireta de distâncias horizontais, por meio de taqueomeotria.

2.4 Levantamento planimétrico

2.4.1 Medição de distâncias horizontais

Um levantamento planimétrico consiste na aferição, em campo, de distâncias e ângulos horizontais.

A medição de ângulos horizontais pode se dar de duas formas: métodos diretos ou métodos indiretos. Os métodos diretos podem ser a medição por meio de diastímetros (trenas, correntes de agrimensor) ou por uso de aparelhos especiais (taqueometria, telemetria, etc).

A medição por meio de diastímetros ocorre da seguinte forma: dados dois pontos A e B materializados no terreno por meio de estacas de madeira, coloca-se uma baliza no centro de cada estaca e efetua-se a medição de eixo a eixo de cada baliza. A medição por meio de diastímetros é sujeitas aos seguintes erros: erro de leitura, desvio vertical das balizas, desvio horizontal do diastímetro e catenária (deflexão originada devido, principalmente, ao peso próprio do diastímetro).

A taqueometria consiste no emprego de um taqueômetro (teodolito que efetua medições em um plano vertical), que efetua a medição de distâncias horizontais com base em leituras realizadas em uma mira graduada. Dada a constante do aparelho c e a diferença de nível I, a distância horizontal S é dada por S = c × I.

A telemetria faz uso de equipamentos mecânicos, óticos ou eletrônicos, para a medição de distâncias horizontais. 

2.4.2 Medição de ângulos horizontais

Ao aplicarmos o teodolito na obtenção de ângulos, podem ser utilizados diversos métodos, sendo o método direto o mais empregado.

No método direto, devem ser efetuadas as seguintes operações:

a) Centralizar e nivelar o aparelho na estaca;

b) Zerar a leitura angular do aparelho;

c) Efetuar a visada de ré e fixar a leitura do aparelho;

d) Efetuar a visada de vante e efetuar a leitura do ângulo.

2.4.3 Levantamento de poligonais

            Em Topografia, uma poligonal é uma seqüência de segmentos de reta, os quais consistem em ligações em pontos topográficos levantados.  Uma poligonal pode ser de três tipos:

a) poligonal aberta, quando não retorna ao ponto inicial nem a nenhum dos pontos já medidos.

b) poligonal fechada, quando a medição retorna ao ponto inicial, formando uma área e possibilitando verificação.

c) poligonal amarrada, quando a medição chega a algum ponto de coordenadas já conhecidas, permitindo verificação.

As poligonais abertas são utilizadas na locação de estradas e canais, enquanto as poligonais fechadas são empregadas no levantamento de áreas.

2.4.4 Levantamento de áreas

            Para o levantamento topográfico de áreas, como, por exemplo, o levantamento de pequenas propriedades, deve-se efetuar um procedimento de triangulação.

Sabe-se que o triângulo é a figura geométrica que se torna totalmente determinada quando se conhecem seus três lados, não requerendo a medição de seus ângulos. Assim, nos levantamentos que consistem exclusivamente em medias lineares, os triângulos consistirão a armação do levantamento.

A triangulação pode ser descrita como segue: dentro da área a ser levantada, escolhem-se pontos que formem, entre eles, triângulos encostados uns nos outros, de modo a cobrir toda a região. Para atender à necessidade de exatidão, devem-se compor triângulos maiores (primários) que abranjam todo o terreno, sendo estes subdivididos em triângulos menores (secundários), para permitir a amarração dos detalhes da gleba.

2.5 Levantamento altimétrico

            No levantamento altimétrico, também denominada nivelamento geométrico, serão estudadas medidas das distâncias verticais aferidas entre pontos topográficos e um plano horizontal de referência. Usualmente, tal plano horizontal consiste no nível médio dos mar. Assim, podem ser comparadas as cotas (coordenadas altimétricas) de quaisquer conjuntos de pontos contidos na superfície terrestre.

            Para auxiliar esse procedimento de comparação de cotas, Referências de Nível (RN’s) estão espalhadas pelo globo terrestre, as quais consistem em pontos com cotas já determinadas em relação ao plano horizontal de referências.

Em levantamentos de pequeno porte, pode-se arbitrar uma cota como plano de referência, não sendo necessária a aferição de uma leitura da mira em um RN.

            O nivelamento geométrico é mais simples de ser executado do que o levantamento planimétrico. A seguir, serão descritas, em linhas gerais, as etapas de um levantamento altimétrico.

a) Determinação da altura do instrumento, a qual consiste na distância vertical entre 2 planos horizontais: o de cota zero e o plano de aparelho (nível de vista do aparelho).  Para determinação da altura do instrumento, efetua-se a visada de ré. No altimetria, a visada de ré, ao contrário do que ocorre com a planimetria, tem sentido de direção, mas sim em visar um ponto de cota conhecida.

b) Determinação das cotas dos pontos. Efetuam-se visadas de vante, ou seja, leituras de mira em pontos de cota desconhecida.

c) Efetuam-se visadas de vante em todos os pontos visíveis ao posto do aparelho. Caso existam problemas de visibilidade, deve-se estacionar o aparelho em outro ponto, efetuar visada de ré para determinar a nova altura do aparelho, o prosseguir com visadas de vante.

2.6 Uso da estação total

Os procedimentos para levantamento plani-altimétrico descritos empregavam o teodolito e o nível. Contudo, com o advento da estação total, tais procedimentos podem ser simplificados.

Uma estação total é o conjunto definido por um teodolito eletrônico, um distanciômetro a ele incorporado e um microprocessador que automaticamente monitora o estado de operação do instrumento. Este equipamento é capaz de: (i) medir ângulos horizontais e verticais; (ii) medir distâncias horizontais, verticais e inclinadas; (iii) processar e mostrar ao operador uma série de outras informações como: condições do nivelamento do aparelho, descrição dos pontos medidos, as coordenadas geográficas ou UTM de um ponto e sua altitude; e (iv) transferir os dados para um computador, para que sejam processados e receber possíveis correções para o fechamento e ajustamento do levantamento.

As visadas da estação total são realizadas em um prisma, o qual consiste em um espelho, formando um triedro, que reflete o sinal emitido por um distanciômetro. É fixado em um bastão para facilitar seu manuseio e pode ter associado algum sinal para pontaria da visada.

Como vantagens advindas do uso da estação total, podem ser salientadas: rapidez na realização dos trabalhos, facilidade de operação, elevada precisão e economia. Com uso da estação total, o levantamento plani-altimétrico pode ser efetuado com maior rapidez e precisão.

2.7 Considerações finais

            Neste tópico foram relatados os principais procedimentos empregados em levantamento plani-altimétricos. No levantamento planimétrico, usam-se, principalmente, diastímetros, balizas, estacas, miras e teodolitos. No levantamento altimétrico, usam-se, em essência, níveis e níveis. Também foi comentado o uso da estação total para o fim supracitado.