IMPLANTAÇÃO DE UM LABORATÓRIO DE CAMPO PARA O ENSINO DE MÉTODOS DE LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO

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1 IMPLANTAÇÃO DE UM LABORATÓRIO DE CAMPO PARA O ENSINO DE MÉTODOS DE LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO ANTÔNIO JOSÉ BERUTTI VIEIRA PEDRO FAGGION NIARKIOS LUIZ SANTOS DE SALLES GRAÇA Universidade Federal de Paraná - UFPR Setor de Ciências da Terra - SCT Departamento de Geomática, Paraná, PR {aberutti, faggion, niargus}@ufpr.br RESUMO Neste trabalho são descritos os principais aspectos da implantação de um novo Laboratório de Campo, na Universidade Federal do Paraná (UFPR), voltado para o ensino de métodos de levantamento topográfico. Em meados de 1980, teve início a implantação de um Laboratório de Campo na UFPR. Para isto, foram materializados no decorrer de vários anos cerca de 53 pontos. Desde então, vários professores vêm trabalhando com os alunos, particularmente, na aplicação do método de levantamento por irradiação estadimétrica e do método de poligonação. Em função da distribuição desses pontos fica difícil, ou até impossível, avaliar e comparar diferentes métodos de levantamento. Devido, principalmente, a falta de manutenção vários pontos foram destruídos e isto vem restringindo, a cada dia que passa, o uso desse Laboratório. Sendo assim, se teve a idéia de implantar um novo Laboratório de Campo que permitisse aos alunos desenvolver habilidades motoras e conduzir as operações próprias dos métodos de levantamento topográfico de forma simultânea e sem que haja interferência entre as equipes. Além disto, permitir que o professor controle o que está sendo realizado. Dentre os métodos de levantamento topográfico, foram considerados: medidas de distância com trena, nivelamento geométrico, levantamento estadimétrico, poligonação e locação de pontos. O Laboratório de Campo foi implantado dentro do Centro Politécnico numa área de 2237m 2, sendo composto por 36 pontos materializados e distribuídos, de forma regular, sobre uma malha retangular de 6x6. ABSTRACT This paper describes the main aspects of the implementation of a new Field Laboratory at the Federal University of Parana (UFPR), for teaching methods of surveying. In mid-1980, began the deployment of a Field Laboratory at UFPR. For this, were materialized in the course of several years about 53 points. Since then, several teachers have been working with students, particularly in applying the method of surveying by irradiation Stadia and the method of traverse. Depending on the distribution of these points is difficult or even impossible, to evaluate and compare different methods of surveying. Due mainly to lack of maintenance, several points have been destroyed and this is restricting each passing day the use of this Laboratory. So if we had the idea to establish a new Field Laboratory to allow students to develop motor skills and lead the operations of its own methods of surveying simultaneously and without interference between the teams. Moreover, allow the teacher to control what is being done. Among the methods of survey were considered: distance measurements with tape measure, differential leveling, Stadia survey, traversing and location of points. The Field Laboratory was established within the Central Polytechnic in an area of 2237m 2, comprising 36 points materialized and distributed on a regular basis, on a rectangular grid of 6x6. 1 INTRODUÇÃO Normalmente, existe uma alta demanda por disciplinas de Topografia nas instituições de ensino superior. No 2 semestre de 2009, o Departamento de Geomática, da UFPR, ofertou 23 disciplinas de Topografia em que foram atendidos cerca de 700 alunos de diferentes cursos (Agronomia, Arquitetura, Engª Cartográfica, Engª Civil, Engª Florestal, Geologia e Zootecnia). Independentemente do curso, para todas as disciplinas de Topografia são previstas aulas práticas. Nestas são realizadas atividades de campo, em que os alunos devem desenvolver e adquirir habilidades específicas de como operar equipamentos, aplicar os diferentes métodos de levantamento topográfico e analisar

2 os produtos gerados (se plantas topográficas ou valores derivados de conjuntos de coordenadas). Em meados de 1980, teve início a implantação, no Centro Politécnico, de um Laboratório de Campo, constituído por um conjunto de 53 pontos. O principal objetivo com esse laboratório é permitir que se realizassem algumas atividades de campo, particularmente, a poligonação e o levantamento estadimétrico (DOUBEK, 1986). O problema com esse Laboratório é que devido aos pontos materializados terem uma configuração irregular e serem distribuídos sobre uma grande área no Campus, torna-se impossível acompanhar simultaneamente os trabalhos desenvolvidos pelas equipes. Além disto, é difícil se avaliar um método de levantamento, bem como fazer comparações entre diferentes métodos. Com este trabalho, tem-se como objetivo descrever os principais aspectos que nortearam a implantação de um novo Laboratório de Campo voltado para o ensino de métodos de levantamento topográfico, em que os alunos podem fazer avaliação e comparação entre diferentes métodos e o professor pode acompanhar e controlar essas atividades simultaneamente. Para se ter um efetivo controle sobre as atividades realizadas e permitir que os alunos possam avaliar e comparar diferentes métodos de levantamento topográfico, se decidiu implantar uma malha, com pontos distribuídos de forma regular e cujas coordenadas seriam determinadas, mas não fornecidas aos alunos. O número de faixas da malha foi estabelecido em função do número máximo de equipes por turma, ou seja 6 (o Departamento de Geomática vem sugerindo as coordenações de curso para que sejam abertas turmas com no máximo 30 alunos, o que daria 6 equipes de 5 alunos por turma). O comprimento da faixa foi estabelecido de forma a permitir uma certa facilidade na aplicação do método de levantamento e possibilitar a obtenção de valores distintos a partir de diferentes combinações de pontos. Além disto, também foi levado em consideração o espaço disponível. Com isto, chegou-se ao comprimento de 35m para cada faixa, sendo que para os primeiros 5 pontos se tem um espaçamento de 5m e um espaçamento de 15m entre os 2 últimos pontos. Assim, a malha resultante é composta por 36 pontos distribuídos sobre uma área de 2237m 2. Na Figura 2, apresenta-se um esquema da distribuição e do espaçamento dos pontos sobre a malha. 2 O LABORATÓRIO DE CAMPO O novo Laboratório de Campo foi implantado dentro do Centro Politécnico da UFPR numa área gramada, aberta e com uma certa declividade. Na Figura 1, pode-se ter uma idéia desta área, cujas coordenadas do seu centro, no sistema WGS-84, são: ϕ =25º 27' 00.3 S e λ =49º 13' 59.2 W. 15m 5m 12,9m M-3 M-2 Figura 2 Esquema da distribuição e espaçamento dos pontos sobre a malha regular. Na realidade, a distância efetiva entre os primeiros 5 pontos de cada faixa não é exatamente de 5m, mas de um valor próximo, sendo que este pode oscilar de mais ou menos 40cm. A idéia com isto é não deixar tão óbvio os valores que devem ser medidos. Como as equipes não conhecem a priori as coordenadas dos pontos, elas têm que, efetivamente, realizar as medições. 2.1 Métodos de levantamento Figura 1 A área destinada ao Laboratório de Campo está delimitada pela linha branca. Dentre os métodos de levantamento topográfico conhecidos, imaginou-se que o Laboratório de Campo deveria permitir medidas de distâncias horizontais, de desníveis e de direções. Além da determinação de coordenadas.

3 Para obter distâncias horizontais está prevista a aplicação dos métodos: de medida direta com trena, estadimétrico e trigonométrico, particularmente, o método de medida de distância eletrônica, conhecido também pela sigla EDM (Eletronic Distance Measurement) (BANNISTER e BAKER, 1994 e WOLF e GHILANI, 2002). Para determinar desníveis está prevista a aplicação dos métodos: nivelamento geométrico, nivelamento estadimétrico e nivelamento trigonométrico. Para determinar ângulos horizontais está prevista a aplicação do método de medida de direções e para determinação de coordenadas está prevista a aplicação dos métodos: irradiação e poligonação. 2.2 Alternativas para medição Não é difícil imaginar algumas alternativas possíveis de se combinar diferentes seqüências de pontos da malha para aplicar os métodos de levantamento. Por exemplo, é possível se considerar e fazer a medição de distâncias e desníveis somente entre os pontos de uma faixa (ver Figura 3). Figura 3 Medir as distâncias e os desníveis somente entre os pontos de uma faixa. Entretanto, pode-se imaginar que essas distâncias e desníveis sejam medidos segundo uma combinação progressiva dos pontos de uma faixa (ver Figura 4). Com isto, já seria possível avaliar os erros em função da aplicação de um certo método, assim como comparar os métodos entre si. Figura 5 Medir pontos das faixas adjacentes. Uma vez que as equipes demonstrem que já dominam os métodos de levantamento, então já seria possível indicar uma área própria para que, sobre esta, seja conduzido um levantamento topográfico completo visando a confecção de uma planta topográfica. 3 LOCAÇÃO E MATERIALIZAÇÃO Quando este projeto começou, já existiam vários pontos materializadas no Campus. Entretanto, devido a sua localização e afastamento dois foram escolhidos e usados para formar a linha base da malha. Estes são identificados como M-2 e M-3. Quanto a sua materialização, pode-se dizer que foram feitos com blocos de concreto (corpo de prova), cujo formato é cilíndrico, com 30cm de altura e 11cm de diâmetro. Sobre estes foram chumbados pinos de latão com massa epoxi e sua identificação gravada em baixo relevo (ver Figura 6). Figura 4 - Medir as distâncias e os desníveis combinandose os pontos de forma progressiva É possível também se pensar em medir não somente os pontos de uma única faixa, mas também os pontos das faixas adjacentes (ver Figura 5). Além disto, não é difícil perceber que pode-se definir diferentes caminhamentos para medição de poligonais. É importante destacar que as medidas podem se dar simultaneamente, sem que uma equipe interfira com a atividade da outra e isto é fundamento para as aulas práticas. Figura 6 Marco de concreto utilizado para materializar os pontos extremos da malha.

4 Para se projetar os pontos da malha, foi utilizado o programa AutoCAD Civil 3D, versão acadêmica (BALDAM e COSTA, 2008). Com este se projetou a distribuição dos 34 pontos restantes da malha e se extraiu então suas coordenadas, que foram gravadas em um arquivo do tipo texto e, posteriormente, transferidas para a Estação Total, modelo TC407, Leica, que foi utilizada para locação (ver Figura 7). sua fixação é rápida e fácil. É importante destacar que foi necessário utilizar um martelo de borracha durante a fixação desses pontos para não danificar a identificação, bem como a marca de centragem. Todos os pontos foram mantidos levemente abaixo da superfície do terreno para que não fossem atingidos pela lâmina da máquina de cortar grama. Na Figura 9, pode-se ver como estes pontos ficam sobre o terreno. Figura 7 Estação Total, modelo TC407, Leica. Para a locação de cada ponto da malha foi utilizado o aplicativo Setting Out disponível na estação total (LEICA SYSTEMS, 2008). A locação teve por base os marcos de concreto (M-2 e M-3), que estão situados nos extremos da malha. A partir deste, orientou-se a estação e locou-se os 34 pontos. Como a quantidade de pontos a ser implantada era grande (34 pontos), adotou-se uma estratégia diferente para sua materialização. Para formar a base do pilar foi utilizado canos de pvc de 3cm de diâmetro por 18cm de comprimento. Sobre esta haste de pvc colocou-se então uma tampa, também de pvc, e sobre esta cravou-se um pino de aço, com identificação feita em baixo relevo sobre massa epoxi (ver Figura 8). Figura 9 Materialização dos pontos sobre o terreno. Como não se estava usando um rádio para comunicação, foi necessário estabelecer um conjunto de sinais para orientar o deslocamento do operador de prisma durante a locação. Por exemplo, se o operador da estação acenasse com o braço esquerdo, então o operador do prisma deveria fazer um pequeno deslocamento, para à esquerda, transversalmente a faixa que estivesse sendo locada. Se o operador da estação acenasse com o braço direito, então o operador do prisma deveria fazer um deslocamento, para à direita, e assim por diante. Na Figura 10, se pode observar o operador da estação indicando para o operador do prisma se deslocar para a esquerda (ver Figura 11). Figura 8 Pontos materializados com canos de pvc. As principais vantagens de se utilizar este material de pcv estão no seu baixo custo e leveza. Além disto, a Figura 10 Operador da estação indicando para que o operador do prisma se desloque para a esquerda.

5 contribuíram e apresentaram sugestões para o desenvolvimento deste trabalho. REFERÊNCIAS DOUBEK, A. Comunicação pessoal AUTODESK. AutoCAD Civil 3D Help Online BALDAM, R.; COSTA, L. AutoCAD 2009: utilizando totalmente. 1ª ed. São Paulo. Érica p. LEICA SYSTEMS. Leica TPS400 Series: User Manual. Disponível em: < 400_UserManual.pdf>. Acesso: 9 novembro BANNISTER, A.; BAKER, R. Solving Problems in: Surveying. 2ª ed. Longman Group UK Limited p. Figura 11 Operador do prisma aguardando instruções para definir o local exato do ponto que está sendo locado. WOLF, P. R.; GHILANI, C. D. Elementary Surveying: an introduction to geomatics. 10ª. New Jersey. Prentice Hall p. 4 CONCLUSÕES Até o momento, as maiores tarefas foram planejar e implantar os pontos de controle que constituem o Laboratório de Campo. Para isto, foram necessárias 2 semanas. O custo principal foi a compra do material utilizado na confecção dos pintos de pvc e, podemos dizer que isto foi inferior a R$150,00. Gostaríamos de destacar também que embora se tenha feito uma previsão de que o Laboratório de Campo estaria voltado para o desenvolvimento e aplicação de alguns métodos (medidas com trena, método estadimétrico, método trigonométrico, nivelamento geométrico, método das direções e locação) não existe qualquer restrição para que outros métodos sejam aplicados com sucesso. Por exemplo, interseção à vante, triangulação, trilateração etc. A partir deste semestre, se iniciará uma nova etapa que é o uso efetivo desse novo Laboratório de Campo para o desenvolvimento das atividades de treinamento dos métodos de levantamento topográfico. Assim, numa oportunidade futura, pretendemos descrever alguns dos principais resultados alcançados. Com isto, esperamos, ter dado uma pequena contribuição para o ensino de Topografia e, gostaríamos que esta experiência pudesse ser reproduzida em outras Instituições de Ensino e Pesquisa. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem aos professores do Departamento de Geomática que de um modo geral