Guia do Professor
Índice Introdução 3 1 Objetivos 4 2 Pré-requisitos... 4 3 Tempo previsto para as atividades... 5 4 Em sala de aula... 5 4.1 Questões para discussão... 6 5 No laboratório de informática... 6 5.1 Preparação... 6 5.2 Requerimentos técnicos... 6 6 Descrição das atividades... 7 6.1 Introdução animada e Menu de Opções... 7 6.2 Equipamentos... 9 6.3 Estacionamento...10 6.3.1 Focalização do prumo óptico...11 6.3.2 Centragem pelos parafusos calantes...12 6.3.3 Nivelamento aproximado pelo tripé...13 6.3.4 Correção da centragem pelo parafuso de fixação...14 6.3.5 Nivelamento pelos parafusos calantes...15 6.3.6 Medida da altura do equipamento...17 6.4 Focalização...18 6.5 Medições...19 6.6 Processo completo...20 Página 2 31/08/2007
Introdução O Topolab Laboratório de Topografia é um Objeto de Aprendizagem (OA) dirigido ao ensino de Topografia. Um OA trata-se de um pequeno componente computacional que pode ser aplicado e reaplicado em diferentes situações de ensino e disponibilizado pela internet. As atividades do Sistema Topolab (composto pelo Topolab e este Guia de Atividades) são indicadas a qualquer aprendiz que esteja iniciando um curso de Topografia, pois proporciona a apresentação da instrumentação básica e a simulação de processos topográficos iniciais e indispensáveis a um levantamento topográfico. O conteúdo deste guia busca proporcionar ao educador (ou orientador nas atividades) um contato inicial com o software e apresentar a melhor forma de aplicação da ferramenta educacional. Vale ressaltar que se trata apenas de uma sugestão didática e que a ferramenta oferece a possibilidade de que as atividades sejam desenvolvidas da forma que for conveniente, contextualizada e segundo a necessidade do educador. Cada atividade é apresentada em um capítulo para facilitar a utilização deste guia. Página 3 31/08/2007
1 Objetivos As atividades que constituem o OA buscam: Apresentar os principais equipamentos utilizados em levantamentos topográficos (Estação Total, tripés e alvos) de forma dinâmica e contextualizada, com exploração de suas partes principais por meio de descrições sucintas e finalidade fundamental; Simulação dos processos topográficos de estacionamento do equipamento (centragem no ponto e nivelamento), focalização da luneta e medições com leituras conjugadas (posicionamento da Estação Total em Posição Direta e Posição Inversa para a realização das leituras). 2 Pré-requisitos Para a realização da atividade intitulada Equipamentos não há a necessidade de conhecimentos prévios específicos, sendo suficiente que tenha sido feita uma apresentação superficial sobre as características principais da Topografia. Com relação às atividades de simulação dos processos topográficos há uma maior necessidade de conhecimentos acerca dos temas. O OA proporciona situações bastante próximas à realidade encontrada em campo. Para a atividade intitulada Estacionamento (primeira entre os processos topográficos), considera-se conveniente uma fundamentação sobre sua importância, implicações de sua má execução na qualidade do levantamento e dos dispositivos da Estação Total envolvidos no processo, sendo eles o prumo óptico, os parafusos calantes, os parafusos do tripé e o parafuso de fixação. Para a apresentação desses dispositivos recomenda-se a utilização da atividade Equipamentos que os ilustra e contextualiza. Na atividade intitulada Focalização, que simula a focalização da luneta da Estação Total (tanto da imagem do alvo quanto do retículo) e sua colimação com o alvo posicionado em um ponto de interesse, considera-se necessário que o aprendiz tenha conhecimento prévio dos dispositivos usados no processo, ou seja, dos anéis de focalização da imagem e do retículo e dos parafusos de movimento fino vertical e horizontal. Estes dispositivos podem ser encontrados na atividade Equipamentos. Durante a execução da atividade intitulada Medições, que simula o processo de leituras conjugadas, considera-se importante explanações prévias, ainda que superficiais, acerca dos discos graduados que possibilitam as leituras angulares e do processo de medição eletrônica de distância. Convém ainda que o aprendiz tenha conhecimentos sobre como Página 4 31/08/2007
executar o processo de leituras conjugadas (com o posicionamento da Estação Total em PD e PI), e de sua necessidade na minimização de erros no levantamento. Há ainda a atividade intitulada Processo Completo, que nada mais é do que a concatenação das três atividades de simulação apresentadas anteriormente. É interessante que após a execução de cada atividade separadamente, seja proposto ao aprendiz que realize o processo completo, pois dessa forma ele realizará todo o processo necessário para determinar as medidas angulares e lineares de um ponto de interesse em um levantamento topográfico. 3 Tempo previsto para as atividades A seguir, são apresentados os tempos médios necessários para a execução de cada atividade, tanto de exploração quanto de simulação. Equipamentos: aproximadamente 15 minutos; Estacionamento: aproximadamente 20 minutos; Focalização: aproximadamente 10 minutos; Medições: aproximadamente 13 minutos; Processo Completo: aproximadamente 43 minutos. Os tempos apresentados são apenas para a execução das atividades, sem a provável interferência do educador/orientador com explanações e aprofundamentos que achar conveniente. Vale ainda ressaltar que estas estimativas podem variar significativamente de acordo com o grau de conhecimento dos aprendizes. 4 Em sala de aula Caso os tópicos apresentados no capítulo 2 deste guia ainda não tenham sido abordados com o grupo para o qual será aplicado o Topolab, recomenda-se que tais explanações sejam feitas. Se os tópicos já foram apresentados anteriormente, pode ser interessante realizar uma pequena revisão para situar os aprendizes sobre as atividades a serem desenvolvidas no OA. Página 5 31/08/2007
4.1 Questões para discussão Entre as atividades do OA, com certeza a mais complexa e polêmica é o Estacionamento, que necessita da associação de diversos fatores conseqüentes de dispositivos distintos dos equipamentos, conforme apresentado no capítulo 2. A discussão mais freqüente é acerca da ordem de execução do processo. No capítulo 6.3 é apresentada a ordem de execução que se acredita mais conveniente. 5 No laboratório de informática 5.1 Preparação Mostra-se conveniente que esteja à disposição do educador/orientador um projetor para aplicar o OA, apenas com o intuito de potencializar e dinamizar o processo, não se caracterizando de forma alguma como uma necessidade; Para desenvolver as atividades é mais conveniente que os aprendizes trabalhem individualmente. A formação de duplas pode ser feita caso haja a necessidade devido à indisponibilidade de computadores; Recomenda-se que os computadores estejam equipados com saídas de som (caixas de som ou fones de ouvido), pois o OA conta com recursos de áudio que auxiliam a navegação e tornam a atividades mais atrativas. 5.2 Requerimentos técnicos O OA pode ser executado em qualquer microcomputador que possua um navegador para internet (Microsoft Internet Explorer, Mozila Fifefox, Netscape, etc), desde que tenha instalado o plug-in 1 necessário. O plug-in mais atualizado do Flash Player pode ser encontrado em http://www.adobe.com e seu download é gratuito. 1 Software que possibilita a execução de arquivos específicos, disponibilizando aos programas existentes as plataformas necessárias. No caso do plug-in do Flash Player, a execução dos filmes é viabilizada para navegadores de internet. Página 6 31/08/2007
6 Descrição das atividades 6.1 Introdução animada e Menu de Opções O programa tem início com uma tela que permite ao usuário escolher por assistir ou pular uma breve introdução (51 segundos de duração). A introdução é bastante dinâmica e por meio de sons e movimentos rápidos proporciona uma experiência agradável, caracterizando-se como um recurso interessante para conseguir atenção e credibilidade dos usuários. A Figura 01 ilustra a tela inicial do Topolab. As setas indicam as opções de assistir (vermelha) e pular (roxa) a introdução animada. Figura 01 Tela inicial do Topolab. A Figura 02 apresenta uma seqüência da introdução animada do Topolab. Figura 02 Introdução animada do Topolab. Página 7 31/08/2007
Ao final da introdução animada ou ao pressionar <<<Pular_Introdução>>> é apresentado o Menu de Opções que permite ao usuário escolher qual das atividades deseja desenvolver. Ainda na tela do menu, existe a animação de um alto-falante que permite desligar/ligar o som ambiente. Posicionado no canto inferior esquerdo há um botão laranja com a letra i que fornece informações contextualizadas durante toda a execução do programa. Para abrir a janela de informação basta clicar uma vez e para fechar, clicar novamente. No canto superior esquerdo da janela existe um botão sair, que encerra o Topolab. A Figura 03 apresenta a tela do Menu de Opções. Figura 03 Menu de Opções das atividades do Topolab. A seta roxa indica o botão de informações e a vermelha o alto-falante. Página 8 31/08/2007
6.2 Equipamentos Nesta atividade é possível que o usuário explore a instrumentação básica utilizada em trabalhos topográficos. A instrumentação adotada é composta por uma Estação Total Sokkia SET2100 2, tripés de pernas extensíveis e alvo com prisma refletivo. Ao clicar em >>> Equipamentos uma animação de transição é iniciada. Estas animações transitórias existem em todas as atividades e, assim como a introdução animada podem ser exibidas ou puladas, bastando clicar em <<<Pular_transição>>> para finalizá-las e ir direto a atividade. A Figura 04 apresenta a tela inicial da atividade, com o mouse posicionado sobre a Estação Total. Figura 04 Tela inicial da atividade de exploração dos equipamentos. No canto inferior esquerdo da janela da atividade (Painel) se encontra o botão voltar, que finaliza a atividade e volta ao Menu de Opções. Ao clicar na Estação Total, uma nova imagem mais aproximada é carregada e o usuário passa a explorar o equipamento selecionado. Passando por cima de uma das partes mais relevantes do equipamento, o programa emite um sinal sonoro e o nome do componente aparece no canto superior direito do painel. Caso o usuário clique em uma dessas partes, são carregadas as seguintes informações: nome em inglês, em espanhol e descrição sucinta. Para voltar a exploração do equipamento, basta clicar em ok. A Figura 05 ilustra a situação descrita. 2 A Estação Total Sokkia SET2100 é um equipamento de medição de boa precisão, foi fabricada pela empresa Sokkia CO. e é uma aquisição do Departamento de Cartografia da Universidade Estadual Paulista (UNESP), campus de Presidente Prudente. Página 9 31/08/2007
Figura 05 Exploração dos componentes da Estação Total e informações da luneta, parte muito importante do equipamento. As partes mais relevantes da Estação Total cujas informações estão disponíveis são: luneta, parafuso fino vertical, parafuso fino horizontal, prumo óptico, painel de funções e parafusos calantes. A exploração dos demais equipamentos (tripé e alvo) é realizada da mesma forma, sendo que para o tripé as partes possíveis de exploração são os parafusos do tripé e o parafuso de fixação e para o alvo são o prisma refletivo, o prumo óptico e a base nivelante. 6.3 Estacionamento Para a atividade de estacionamento está à disposição do usuário uma simulação do processo de centragem no ponto e nivelamento da Estação Total, procedimento básico que precede qualquer medição em um levantamento topográfico. A seqüência da atividade apresentada neste capítulo foi extraída do Manual do Operador da Estação Total Sokkia SET2100 e, segundo o Professor Mauro Issamu Ishikawa, assistente ao Departamento de Cartografia da FCT / Unesp, campus de Presidente Prudente, é a melhor forma de conduzir o estacionamento do equipamento. A atividade tem início com a Estação Total posicionada sobre o tripé. Passando o mouse sobre as partes utilizadas no processo de estacionamento, o programa emite um sinal sonoro e o seu nome aparece ao lado do equipamento. A Figura 06 apresenta a tela inicial da atividade e a situação descrita. Página 10 31/08/2007
Figura 06 Tela inicial do estacionamento com o mouse posicionado sobre o Prumo óptico. 6.3.1 Focalização do prumo óptico Ao clicar sobre o prumo óptico uma nova tela é carregada com uma simulação do que é visto no prumo óptico da Estação Total, ou seja, o piquete que materializa o ponto no qual se deseja estacionar. Nesta tela é possível focalizar a imagem e o retículo, da mesma maneira que na prática. Para encerrar a etapa e retornar à tela inicial do estacionamento basta clicar em ok. A Figura 07 ilustra a situação mencionada e as setas indicam os dispositivos disponíveis para a interação do usuário. Figura 07 Processo de focalização do prumo óptico. A seta roxa indica o dispositivo de focalização da imagem e a vermelha a focalização do retículo. Página 11 31/08/2007
6.3.2 Centragem pelos parafusos calantes Focalizado o prumo óptico, o passo seguinte e centrar o equipamento no piquete que materializa o ponto por meio dos parafusos calantes. Ao clicar nos parafusos calantes uma tela intermediária é carregada, onde é possível escolher entre as duas interações que podem ser realizadas por meio dos calantes: centragem e nivelamento. A Figura 08 apresenta esta tela. Figura 08 Tela dos parafusos calantes, na qual o usuário escolhe realizar a centragem ou o nivelamento. Para realizar a centragem, o usuário deve girar os calantes em qualquer sentido até a perfeita coincidência do centro do retículo do prumo óptico com o centro do piquete, usando para isto as setas posicionadas próximas aos parafusos calantes. Finalizada a operação, basta clicar em ok para encerrar a etapa e retornar à tela inicial do estacionamento. A Figura 09 apresenta a tela do OA que realiza esta interação. Página 12 31/08/2007
Figura 09 Processo de centragem pelos calantes: situação inicial e perfeita coincidência entre o centro do retículo e do piquete. 6.3.3 Nivelamento aproximado pelo tripé Após devidamente realizadas as duas etapas anteriores, o passo seguinte é fazer o nivelamento aproximado pelo tripé, utilizando o nível esférico para o controle da qualidade do trabalho. Ao clicar no tripé, é carregada uma tela na qual aparecem os parafusos das pernas extensíveis do tripé, acompanhados individualmente de botões intitulados soltar. Clicando em soltar em uma das pernas, o nível esférico surge na tela, assim como duas setas (uma para cima e outra para baixo) próximas à respectiva perna do tripé. Para mover a bolha do nível esférico, o usuário deve clicar nas setas buscando centralizá-la o melhor que puder, fato que caracteriza o nivelamento aproximado do equipamento. A Figura 10 ilustra toda a situação descrita. Página 13 31/08/2007
Figura 10 Processo de nivelamento aproximado pelo tripé. Após realizar os movimentos que achar conveniente, o usuário deve clicar no botão apertar para poder manipular outra perna do tripé. Para encerrar esta etapa e retornar à tela inicial do estacionamento basta clicar em ok. 6.3.4 Correção da centragem pelo parafuso de fixação Após realizar o nivelamento aproximado pelo tripé, naturalmente o equipamento se desvia da centragem estabelecida pelos parafusos calantes. É preciso então corrigir a centragem novamente, porém agora por meio do parafuso de fixação que prende a estação total ao tripé. Na tela inicial do estacionamento, quando o usuário clicar no parafuso de fixação surge um botão soltar, que permite liberar a Estação Total para movimentá-la sobre a base do tripé. Para realizar tal movimento o usuário deverá, após clicar em soltar, utilizar as setas direcionais posicionadas ao redor do equipamento. Realizada novamente a centragem, basta clicar em apertar para encerrar esta etapa e retornar à tela inicial do estacionamento. A Figura 11 ilustra a situação apresentada. Página 14 31/08/2007
Figura 11 Processo de nova centragem por meio do parafuso de fixação. 6.3.5 Nivelamento pelos parafusos calantes A penúltima etapa do estacionamento é o nivelamento pelos parafusos calantes que usa para o controle da qualidade do trabalho o nível tubular. Vale ressaltar que os calantes possuem rosca bastante fina. Este fato associado à grande sensibilidade do nível tubular proporcioná uma boa precisão no nivelamento. Ao clicar nos calantes, a tela apresentada na Figura 08 é carregada novamente. Dessa vez, escolhendo nivelamento o usuário se depara com uma tela em que a Estação Total surge pequena e rodeada por botões com os números 1, 2 e 3. Esses botões representam as bases possíveis de serem formadas com cada par de calantes. A Figura 12 apresenta a tela mencionada. Página 15 31/08/2007
Figura 12 Tela inicial do nivelamento pelos calantes. Clicando em um dos números é carregada a imagem de uma base formada pelos dois respectivos calantes. Simultaneamente surge um ícone representativo da posição do usuário em relação ao equipamento. Há ainda um botão intitulado 90º, que permite rotacionar a Estação Total e manipular o calante posicionado do lado oposto. Para voltar o equipamento a posição anterior, basta clicar em 90º voltar. A Figura 13 apresenta toda a situação descrita. O nível tubular é exibido conforme a posição do equipamento,ou seja, horizontal para uma base formada por dois calantes e vertical para o calante oposto. Figura 13 Processo de nivelamento pelos parafusos calantes. Página 16 31/08/2007
Este mesmo procedimento deve ser repetido para todas as bases até que o nivelamento esteja correto em todos os sentidos. Para encerrar esta etapa e retornar a tela inicial do estacionamento basta clicar em ok. 6.3.6 Medida da altura do equipamento A última etapa do estacionamento é determinar a distância do centro equipamento até o piquete que representa o ponto em que foi realizada a centragem. Este processo é indispensável ao processo, uma vez que permite determinar a altitude dos pontos que são levantados em campo. A Figura 14 apresenta a tela em que o usuário, ao clicar na trena posicionada ao lado da Estação Total, recebe a informação da altura do equipamento em relação ao piquete. Figura 14 Tela da medição da altura do equipamento. Para finalizar esta última etapa basta o usuário clicar em ok. Para encerrar todo o processo e retornar ao menu de opões, basta clicar em ok na tela inicial do estacionamento. Dessa forma está finalizado o processo de estacionamento, que se caracteriza como um procedimento prático indispensável em um levantamento topográfico e pode ser considerado uma das maiores fontes de erros quando mal realizado. Página 17 31/08/2007
6.4 Focalização Para a atividade de focalização está a disposição do usuário uma simulação do processo de focalização da luneta (imagem e retículo) e colimação do alvo por meio dos parafusos de movimento fino vertical e horizontal, procedimentos necessários em cada leitura com a Estação Total. A atividade tem início com a Estação Total posicionada sobre o tripé em direção a um alvo estacionado sobre um ponto em campo. Clicando na parte utilizada para a focalização, uma interface que simula a luneta e os parafusos de movimento fino é carregada. A Figura 15 apresenta a tela inicial e o gráfico mencionado. As setas indicam os componentes que possuem funções na atividade. Figura 15 Tela inicial da focalização e interface para simulação. A seta azul indica o anel de focalização da imagem, a verde o anel de focalização do retículo, a vermelha o parafuso fino vertical e a roxa o parafuso fino horizontal. Após devidamente focalizada a luneta e colimada com o alvo, basta o usuário clicar em ok para retornar à tela inicial da focalização. Para encerrar a atividade e retornar ao menu de opções, basta clicar em ok novamente. Página 18 31/08/2007
6.5 Medições Para a atividade de medições está à disposição do usuário uma simulação do processo de rotacionar o equipamento horizontalmente e a luneta verticalmente, procedimentos necessários para posicionar a Estação Total em Posição Direta (PD) e Posição Inversa (PI), indispensável para a realização de leituras conjugadas. A Figura 16 ilustra a tela inicial da atividade e o processo de posicionamento em PD e PI. Figura 16 Tela inicial da atividade de medições e processo de posicionamento em PD e PI. Há ainda uma interface que simula o painel de funções da Estação Total e permite a leitura dos ângulos e da distância entre ela e o alvo visado. A Figura 17 apresenta esta interface. Figura 17 Painel de funções da Estação Total na tela inicial de medições. Na Figura 17, ao pressionar a tecla F1 do painel, é apresentada a primeira tela da Figura 18, que indica que o equipamento está realizando a medição da distância. Em seguida, a segunda tela é apresentada, mostrando o resultado da medição eletrônica de distância. A última tela significa que o equipamento está direcionado fora do alvo. Página 19 31/08/2007
Pressionando F2 continuamente o usuário escolhe entre as distâncias inclinada (S), horizontal (H) e vertical (V), respectivamente. Figura 18 Telas do painel de funções da Estação Total durante o processo de medições. 6.6 Processo completo Esta atividade é simplesmente a concatenação das três anteriores (Estacionamento, Focalização e Medições), caracterizando apenas uma atividade. Ela pode ser interrompida a qualquer momento, clicando simplesmente em cancelar. Página 20 31/08/2007