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Apostilha - Apostilha
Tipologia: Notas de estudo
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UNID 1 – Introdução à Topografia Conceito; Divisão; Relação com a Geodésia. Artigo para leitura: Novas Tecnologias ......
Parte I: Topologia
UNID. 2 – Noções básicas de cartografia 2.1) Forma e Dimensões da Terra 2.2) Referenciais Geodésicos 2.3) Sistemas de Coordenadas (topográficas; geodésicas e cartográficas/UTM) 2.4) Orientação de Plantas / Declinação Magnética UNID. 3 - Leitura e interpretação de plantas topográficas. 2.1) Cartas, Mapas e Plantas 2.2) Escalas de Representação Cartográfica 2.3) Relevo / Curvas de Nível 2.4) Cálculos sobre plantas (escalas, áreas, cotas, declividades) UNID. 4 - Leitura e interpretação de fotografias aéreas. 3.1) Fundamentos de fotogrametria 3.2) Técnica da Fotointerpretação 3.3) Medidas sobre fotos UNID. 5 - Implantação de obras (projetos sobre plantas). 5.1) Estudos prévios → possibilidades X necessidades 5.2) Movimentos de terra ou terraplanagem (ou terraplenagem) 5.3) Propostas de Alternativas de Projeto = Partido Geral 5.4) Cálculo de volumes
Parte II: Topometria (ver apostila específica)
UNID. 6 – Medição de Distâncias, ângulos e alturas UNID. 7 – Tipos e Métodos de Levantamentos Topográficos UNID. 8 – Processamento das medições de campo UNID. 9 – Desenho de Planta Topográfica
DIVISÃO DA TOPOGRAFIA ( para efeito didático )
Topologia = “ estudo de um lugar ” ou...
Topologia trata dos estudos das formas da superfície da Terra e das leis que regem seu modelado, assim como, trata a manipulação e utilização de plantas topográficas visando conhecer, avaliar e projetar sobre um espaço territorial (ver Parte I da Apostila).
A planta topográfica é a base para qualquer estudo ou projeto que use o espaço como referência. Por exemplo, um projeto arquitetônico começa pela escolha do terreno e a análise de suas características (localização, tamanho, forma, acessos, insolação, ventos, infraestrutura) em função das necessidades e/ou conveniências da obra pretendida. O projeto segue com o estudo das alternativas de implantação da obra sobre o terreno. Só então é que se terá as condições básicas para desenvolver um bom projeto em termos técnicos, econômicos e legais.
Topometria = “ medição de um lugar ” ou levantamentos topográficos através de métodos clássicos de medida de distâncias, ângulos e diferenças de nível e a representação do relevo em plantas topográficas(ver Parte II da Apostila).
A topometria pode ser classificado de duas formas: pelo grau de precisão (expeditos, regulares e de precisão) e pela natureza dos dados levantados (planimétricos, altimétricos e planialtimétricos). Topometria é apresentado na Parte II da Apostila.
Classificação quanto à precisão dos levantamentos:
Classificação quanto aos dados levantados:
Topografia é uma técnica aplicada, na forma de uma simplificação da Geodésia, usando como base a geometria e trigonometria planas, destinada ao uso cotidiano de engenheiros, arquitetos, geógrafos etc.
As Ciências Geodésicas (Cartografia, Astronomia, Geodésia, Fotogrametria e Imageamento por Satélites), que tem como objeto o estudo e representação da Terra, podem ser divididas em três sub-grupos: a Cartografia, a Geodésia (de onde se deriva a topografia) e o Sensoriamento Remoto. Todos esses sub-grupos tiveram forte evolução tecnológica ao longo das últimas décadas, resultando nas modernas tecnologias de SIG (Sistemas de Informações Geográficas), Posicionamento e Imageamento por Satélites.
A evolução de um dos sub-grupos tem servido de motor para os outros sub-grupos, havendo uma forte e constante interrelação. As novas tecnologias, chamadas atualmente de geotecnologias, só tem feito aumentar a importância e uso dos conhecimentos das ciências básicas e das práticas das técnicas aplicadas. O melhor resultado se tem obtido através do uso de métodos híbridos que tem associado de forma complementar várias técnicas em um mesmo trabalho.
Geodésia Fotogrametria Astronomia
Cartografia
Técnicas Aplicadas
A partir da década de 1970: computação gráfica + telecomunicações = Geoprocessamento → Geotecnologias
Cartografia Digital + SIG (ARCINFO, GEOGRAPHICS, SPRING, ...)
Posicionamento p/Satélites (GPS, GLONASS, GALILEU)
Imageamento p/Satélite (LANDSAT, SPOT, CBERS, IKONOS, QUICKBIRD)
Complemento à UNID 1 - Artigo técnico para leitura ....
Referência Bibliográfica: ORTH, Dora Maria, ARAÚJO, Rita Dione, GUEDES, Alexandre. Novas tecnologias para a gestão do espaço urbano. In: ENTAC 2000, 2000, Salvador - BA. ENTAC 2000. Salvador - BA: 2000. v.07. p.75-85. ==============================================================
ORTH, Dora (1); CUNHA, Rita D.A .(2); GUEDES, Alexandre (3) (1) Arquiteta, Doutora em Planejamento Territorial, Professora do Dep. de Engenharia Civil/ LABGEO/UFSC. E-mail: ecvldmo@ecv.ufsc.br (2) Engenheira Civil, Msc.Professora da FAU/UFBA. E-mail: ritadi@brasilnet.net (3) Geólogo, Msc.Professor da UNISUL/SC
Muitas cidades brasileiras são espaços de grande complexidade e dinamismo. Essa realidade traz grandes desafios para a gestão urbana, principalmente quanto ao controle do espaço urbano. Novas tecnologias têm sido disponibilizadas para fazer face a essa questão. Com o desenvolvimento da informática, num primeiro momento, foi possível armazenar e manipular grandes volumes de dados alfanuméricos, e num segundo momento, associar aos mesmos, dados gráficos na forma de desenhos, mapas e imagens. Atualmente existem os sistemas informatizados chamados de SIGs – Sistemas de Informações Geográficas, que possibilitam fazer análises automatizadas a partir desses conjuntos integrados de dados em meio digital. A tecnologia SIG está em fase de implantação no Brasil, com problemas ainda em termos de escassez de recursos humanos habilitados e principalmente, de dados e informações. Trabalhar sobre dados e informações precisos, não está muito presente na cultura brasileira. No entanto, os SIGs podem ajudar muito principalmente nas atividades de reconhecimento da realidade e acompanhamento da evolução das cidades. Como bem gerir uma cidade sem conhecer e acompanhar sua evolução?
Many Brazilian's cities are very dynamic and complex spaces. This reality brings big challenges to the urban management, mainly in the field of urban spaces control. New technologies had been created to handle this kind of questions. The computer science evolution, in a first moment, makes possible store and handle big volumes of alphanumerical data, and in a second moment, associate to them graphical data as drawing, maps and images. Actually there are digital systems called GIS – Geographic
Information System, who makes possible automatic analysis from this integrated data suit. The GIS technology is being implanting in Brazil, still with rare human resources, data and information. Work with exact data and information isn’t very present in Brazilian culture.
However GIS can be helpful mainly in reality recognizing and cities evolution monitoring activities. How is possible manager a city without knowing and following it’s evolution?
A complexidade e dinamismo de muitas cidades brasileiras vem sendo acentuados progressivamente com o fenômeno da urbanização - migração do campo para a cidade - somado ao fenômeno da concentração de população nas regiões urbanas mais desenvolvidas. Considerando que as cidades são o meio-ambiente da maioria da população humana no mundo, a gestão desses espaços é um dos grandes desafios nesta virada do milênio. Paralelamente, a evolução tecnológica da sociedade humana tem disponibilizado meios importantes para fazer face a esse desafio, entre tantos outros. As “geotecnologias” são compostas por um conjunto de técnicas e processos que visam estudar e monitorar os espaços terrestres com seus elementos naturais e/ou construídos pelo homem. Eles atendem as necessidades de levantamentos, organização e análise de dados multivariados e multifinalitários.
O GPS – Sistema de Posicionamento Global - permite localizar pontos terrestres com uma agilidade nunca antes imaginada e sua utilização está sendo rapidamente difundida. O Sensoriamento Remoto, com as fotos aéreas e as imagens tomadas a partir de satélites, permite retratar o espaço terrestre e acompanhar sua evolução. Programas computacionais de bancos de dados gráficos – cartografia digital – e alfanuméricos – compostos por letras e números na forma de tabelas, listas - permitem armazenar e manipular grandes conjuntos de dados. Outros programas computacionais permitem relacionar os dois tipos de arranjos de dados – gráficos e alfanuméricos – para realizar complexas análises automatizadas.
Esse artigo visa apresentar um panorama sobre estas “geotecnologias” com definições, caracterizações e exemplos de aplicações em questões que tratem da gestão do espaço urbano
No setor de levantamentos de dados tem havido progressos tecnológicos importantes. As possibilidades da informática, agora associadas às possibilidades das telecomunicações e navegação espacial, permitiram o advento do GPS – Sistema de Posicionamento Global – e do Sensoriamento Remoto.
O GPS é um sistema de identificação de coordenadas espaciais obtido através da relação entre a posição de pontos terrestres com a posição de satélites em órbita espacial. O sistema se compõe de um conjunto de 24 satélites de posições conhecidas e monitoradas permanentemente por estações de controle terrestre. Com aparelhos receptores dos sinais dos satélites, posicionados sobre pontos terrestres, pode-se obter a posição geográfica
desses pontos. A gama de aparelhos receptores GPS é bastante variada, assim como os métodos de rastreio dos sinais dos satélites. Os aparelhos podem ser usados de forma unitária e com processos rápidos, resultando em baixas precisões no posicionamento (cem metros). Quando se busca precisão nos níveis da topografia ou geodésia, os aparelhos receptores são usados em pares onde um ponto serve de referência para os demais. O ponto de referência deve ser um ponto com coordenadas conhecidas, normalmente um marco geodésico. A escassez de marcos geodésicos no Brasil dificulta o uso de GPS, segundo MARISCO (1997). Em todos os casos devem ser captados os sinais de no mínimo 4 satélites simultaneamente o
Os meios vistos acima são os principais para a coleta de dados relativos ao trato de questões do espaço urbano. Esses dados levantados podem ser em grande número e de naturezas bastante variadas, que precisam ser organizados. A melhor forma de fazê-lo é usando a informática – computação gráfica e banco de dados.
A cartografia é a ciência que tem por finalidade o registro físico dos elementos de uma determinada área geográfica, através de diversas formas de representação e com precisão gráfica da informação. A cartografia pode ser classificada como básica ou temática. A cartografia básica é construída de forma sistemática – conjunto de cartas – e é de responsabilidade de órgãos públicos especializados (IBGE, Exército, Prefeituras, Secretarias de Estado). Segundo OLIVEIRA (1993), em seu Dicionário Cartográfico, a cartografia é classificada como Sistemática, quando se refere à representação do espaço territorial de um país, por meio de cartas em diversas escalas e para fins diversos, gerais ou específicos, segundo normas e padrões estabelecidos. A cartografia temática é a representação de temas variados sobre as cartas de base. São construídas normalmente por profissionais de formação variada e de forma bastante livre. A informática permite atualmente representar de forma gráfica, variados temas em meio digital e manipulá-los com grande agilidade através de programas de computação gráfica especializados para cartografia digital.
As cartas em meio digital são construídos na forma de bancos de dados gráficos. Ao lado destes, outros conjuntos de programas computacionais permitem armazenar e manipular grandes bancos de dados alfanuméricos – compostos por letras e números na forma de tabelas, listas, etc. Estas duas formas atendem as necessidades em termos de organização de dados urbanos. Segundo TEIXEIRA & CHRISTOFOLETTI (1997), dados são “números, letras e símbolos que identificam, qualificam e quantificam fatos ou ocorrências e que, ao serem processados, resultam em informação”. Esse processamento deve ser entendido como a análise de dados. Segundo os mesmos autores acima, banco de dados pode ser definido como “coleção integrada de dados interrelacionados, organizados em meios de armazenamento de tal forma que podem ser tratados simultaneamente por diversos usuários, com diversas finalidades”.
Os dois grupos de programas computacionais mencionados acima, destinados a construção de bancos de dados digitais – gráficos e alfanuméricos, podem ser utilizados de forma isolada e independente. No entanto, se o objetivo for utilizar o grupo de programas destinados à análises, é necessário trabalhar-se desde o início do processo de entrada de dados em meio digital obedecendo a “filosofia dos SIGs – Sistemas de Informações Geográficas”. Essa filosofia tem quesitos especiais quanto à linguagem utilizada na entrada de dados e à estrutura de organização desses dados, para que análises complexas possam ser feitas de forma automática.
Segundo PEREIRA & AMORIM (1993), os SIGs “são sistemas informatizados e interativos de grande complexidade dotados de recursos para a aquisição, armazenamento, processamento e análise de dados e informações sobre entidades de expressão espacial”. Trabalhando com dados referenciados por coordenadas geográficas ou espaciais, os SIGs analisam os mesmos para que a informação derivada possa ser utilizada em processos de tomada de decisão. Por isso, são hoje tão utilizados em gestão do espaço físico, seja na administração de cidades, como no monitoramento ambiental. Permitem o cruzamento de informações de diversas procedências, como dados demográficos, de uso do solo, sócio- econômicos, transportes, morfologia e outros, tornando viável a realização de análises e operações que eram impraticáveis pelos meios convencionais. Essas operações são efetivadas
através de modelos cuidadosamente construídos e que permitem repetir as análises com extrema facilidade.
Os SIGs são sistemas complexos e de difícil implantação, no entanto foram escolhidos mundialmente como o melhor caminho para a gestão das cidades. No Brasil ainda existem carências importantes que dificultam a implantação de SIGs. Começa-se pela escassez de produtos cartográficos e demora na publicação dos dados gerados a partir dos censos oficiais do IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Também é marcante no Brasil a baixa qualidade em termos de precisão, confiabilidade e interpretações técnicas dos dados disponibilizados, e talvez, a causa primeira do baixo apreço que gestores públicos, pesquisadores e público em geral tem por dados e informações. Outra carência importante é referente aos recursos humanos habilitados para trabalhar utilizando a “filosofia SIG”. Muitos ainda acreditam que para trabalhar com SIG basta comprar um pacote computacional e treinar operadores de programas.
As novas tecnologias permitem ampliar o leque e principalmente agilizar o trato de questões relativas a gestão do espaço urbano. Para melhor entender deve-se começar por exemplificar alguns temas de análises complexas capazes de serem realizados por SIGs. Um exemplo é o estudo da expansão urbana (horizontal e vertical) que confronta critérios multivariados e dados multitemporais. A expansão urbana pode se dar pelo aumento de novas áreas territoriais associado à densificação da ocupação já existente. Os critérios a serem considerados são as evoluções das áreas ocupadas pela cidade associadas às densidades prediais. Quando a densificação se dá de forma horizontal, tem-se normalmente uma variação na proporção das áreas urbanas livres com as áreas urbanas edificadas. Quando a densificação se dá também de forma vertical, deve-se considerar ainda a variação da área edificada em relação ao número de pavimentos. Outro exemplo é o estudo da dinâmica do uso do solo – residencial, comercial/serviços, industrial, lazer/cultura, institucional, vagos – confrontando dados relativos à habitações, atividades econômicas e equipamentos urbanos. Essa natureza de estudo envolve dados sobre a localização das atividades sobre o espaço urbano visando entender seu interrelacionamento. As atividades envolvem espaços e populações. Os espaços devem ser entendidos em termos de dimensões e forma, podendo ser construídos ou não. As populações devem ser conhecidas em número e características (faixa etária, renda, formação profissional) e relacionadas aos espaços.
Os dois exemplos têm como características comuns a necessidade da repetição dos estudos e a necessidade de considerar critérios multivariados nas análises, sobrepondo-se muitos planos de informações. A repetição dos estudos ao longo do tempo é necessária para analisar de forma comparativa seus resultados. Só assim pode-se aprender progressivamente a conhecer a realidade e acumular experiência para melhorar, também de forma progressiva, a gestão dessa realidade. Considerar critérios multivariados e dados multitemporais é uma necessidade cada vez maior para a análise de temas relativos ao meio-ambiente, urbano ou não.
Estes dois tipos de estudos geram conhecimentos importantes para a gestão do espaço urbano, mas necessitam bons sistemas de informações e boas técnicas de utilização dessas informações. Sem essas condições não há possibilidades de uma gestão técnica e eficaz. Tudo que pode ser feito é uma gestão amadora, que aliás é o praticado na maioria das cidades brasileiras. A repetição dessa forma de administrar faz com que muitos cidadãos não tenham consciência de que hajam alternativas mais eficazes. No entanto, mesmo no Brasil tem-se exemplos importantes de boas administrações e todas elas se caracterizam por adotar critérios técnicos na administração entre as quais, uma progressiva construção de bancos de dados e sistemas de utilização desses dados.
Exercício: Criar legendas para as figuras abaixo, identificando o que é, para que serve, quais as características técnicas principais e desde quando é usado pelos topógrafos.
Parte I – TOPOLOGIA
UNID. 2 – NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA
2.1 – Forma e dimensões da Terra
Tem-se várias formas de representação da Terra. A sociedade humana sempre buscou associações com figuras geométricas conhecidas que possibilitassem racionalizar a descrição da Terra.
A forma plana é adotada na Topografia, uma vez que se menospreza a curvatura da superfície terrestre.
A forma esférica, aquela representada pelos globos terrestres , também é adotada em Geodésia sempre que se deseja simplificar algum cálculo, ou em trabalhos em pequenas escalas (ex.: escala 1:1.000.000). A forma Geoidal é aquela que mais se aproxima da forma real da Terra, sendo bem definida fisicamente, mas impossível de materializar. O Geóide é obtido através do prolongamento do nível médio dos mares, em repouso, através dos continentes. O geóide é uma superfície equipontencial, ou seja, é uma superfície sobre a qual a aceleração da gravidade (g) é constante em todos os seus pontos. (Geóide = modelo físico / usado para as altitudes / H de origem = 0,00 m, é o NMM = Nível médio) dos Mares. A forma elíptica , formada por uma elipse em rotação em torno do seu eixo menor, é a figura que mais se assemelha ao Geóide e possibilita tratamento matemático. (Elipsóide = modelo geométrico / usado para as coordenadas cartográficas planas = projeções cartográficas.)
A forma real da Terra é bastante irregular, com saliências e reentrâncias do relevo e um achatamento nos polos. A cartografia buscou simplificar, através da associação com
GPS, 100 vezes melhor que o SAD 69, usado pelo Brasil. Hoje ainda, convive-se com os 3 sistemas, dependendo da época de execução das cartas. Pode-se migrar de um sistema a outro.
Como já se viu acima , Datum é um ponto materializado no terreno para amarrar um Sistema Geodésico de Referência. É também o ponto de origem da Rede Geodésica , que espalha outros pontos sobre o território, chamados de MG = Marcos geodésicos.
b) Rede de Marcos Geodésicos – Marcos Físicos Referenciais Atualmente no Brasil, a principal rede de marcos geodésicos, ou simplesmente, rede geodésica, é a Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC) de sinais GPS , ligada com a Rede Americana. É uma rede formada por pontos GPS com área de abrangência de aproximadamente 500 Km (Ex.: Santa Maria, Porto Alegre, Curitiba, Salvador, Recife, ...). Os pontos da RBMC são base para as redes estaduais de GPS, com pontos distribuídos em áreas de abrangência de 50 Km aproximadamente. As redes estaduais são base para as Redes de Referência Cadastral Municipal (RRCM), que ainda estão para ser implantados, na maioria das cidades brasileiras.
Há diferenças locais entre a altitude do elipsóide (modelo geométrico) e a altitude do Geóide (modelo físico = real). Essa diferença se chama de ondulação geoidal (N). No Sistema SAD 69, o Datum horizontal é CHUÁ, significando que ali a ondulação geoidal é igual a zero metros (N = 0,0 metros ). Isso significa que em CHUÁ, o elipsóide e o Geóide coincidem. Nos demais locais, deve ser calculado a ondulação (N) a partir do Mapa Geoidal, executado a partir de levantamentos gravimétricos e maregráficos. Para ver mais: www.ibge.gov.br/geodésia
Exemplo de um Marco Geográfico (MG), materializado no pátio da BU Central/UFSC, que faz parte da Rede Catarinense de Monitoramento Contínuo:
Modelo de Ondulação Geoidal (copiado de site do IBGE.gov.br)
O aparecimento do Global Positioning System - GPS, revolucionou as atividades que necessitam de posicionamento em função de sua rapidez e precisão na obtenção de coordenadas. Este fato acarretou um crescente interesse por um geóide mais acurado e preciso para aplicações nas áreas de mapeamento e engenharia, onde há necessidade do conhecimento de uma altitude com significado físico, a altitude ortométrica. Para que as altitudes elipsoidais ou geométricas (h) (referidas ao elipsóide), oriundas de levantamentos com GPS, possam ser utilizadas nestas áreas, é necessário que elas sejam convertidas em altitudes "ortométricas" (H), referidas ao geóide. Para isso, precisa-se conhecer a altura ou ondulação geoidal (N), ou seja, a separação entre as duas superfícies de referência, o geóide e o elipsóide.
O Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística- IBGE, através da Coordenação de Geodésia- CGED, e a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo- EPUSP, geraram um Modelo de Ondulação Geoidal com uma resolução de 10' de arco e desenvolveram o Sistema de Interpolação de Ondulação Geoidal - MAPGEO2004. Através desse sistema, os usuários podem obter a ondulação geoidal (N) em um ponto, e/ou conjunto de pontos, referida aos sistemas SIRGAS2000 (Figura 1 – ver pelo site) e SAD69 (Figura 2
Para converter a altitude elipsoidal (h), obtida através de GPS, em altitude ortométrica (H), utiliza-se a equação: H = h - N (Figura abaixo).
onde N é a altura (ou ondulação) geoidal fornecida pelo programa, dentro da convenção que considera o geóide acima do elipsóide se a altura geoidal tiver valor positivo e abaixo em caso contrário.
Fonte: http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/fig3.htm (acesso em 10/ago/2007)
Existe também a Rede Maregráfica Permanente para Geodésia – RMPG , com 4 estações implantadas: Imbituba/SC, Macaé/RJ, Salvador e .... Para ver mais: www.ibge.gov.br/geodésia
2.3 - Sistemas de Coordenadas
A topometria ou levantamentos topográficos , tem como operação fundamental transferir pontos localizados sobre a terra para uma folha de papel através de projeções ortogonais, representados por sistemas de coordenadas. Em topografia usam-se três tipos de coordenadas:
a) Coordenadas Topográficas
b) Coordenadas Geodésicas ou Geográficas
Esc.: 1:1.
Coordenadas Topográf Vért Y X 1 0,0 0, 2 71,00 m 6,00 m 3 53,00 -21, 4 -10,00 -34,
c ) Projeções Cartográficas → Sistemas de Coordenadas Cartográficas
A representação da superfície curva da Terra na superfície plana de uma folha de papel é feita através de projeções cartográficas, que são funções matemáticas para desenvolver a superfície elipsoidal em uma superfície plana. Sempre resultam distorções e deformações que são definidas matematicamente. Tem diversas famílias de projeções. As projeções podem ser classificadas em: eqüidistantes (mantém as distâncias), conforme (mantém forma) e equivalentes (mantém área). As mais famosas são as projeções conformes TM, UTM e Cônica de Lambert. Essas projeções resultam em sistemas de coordenadas cartográficas.
A cartografia no Brasil, preponderantemente, utiliza o Sistema de Projeções Cartográficas de Mercator, com as Coordenadas UTM – Universal Transversal de Mercator. Existem ainda as variações RTM e LTM (Regional e Local Transverso de Mercator), mas são pouco usadas no Brasil. As propriedades do Sistema de Coordenadas UTM:
Equador
E (Est)
N (North)
MC
