Biblioteca Digital do IPG: Relatório de Projeto Curricular – Implementação de um Plano de Observações nos taludes da VICEG (Via de Cintura Externa da Guarda), junto à rotunda do G

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TPG

1 daGuarda

Polytechnie of Guarda

RELATÓRIO DE PROJETO

Licenciatura em Engenharia Topográfica

Pedro Miguel Borges de Sousa dezembro

₁

2014

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Gesp.010.01

Escola Superior de Tecnologia e Gestão

Instituto Politécnico da Guarda

R E L A T Ó R I O D E P R O J E T O

Implementação de um Plano de Observações nos taludes da VICEG (Via de

Cintura Externa da Guarda), junto à rotunda do G

PEDRO MIGUEL SOUSA

RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE LICENCIADO EM ENGENHARIA TOPOGRÁFICA DEZEMBRO/2014

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Projeto VICEG – Engenharia Topográfica

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Ficha de Identificação

Aluno

Nome: Pedro Miguel Borges de Sousa Nº Aluno: 1007912

Curso: Engenharia Topográfica

Contacto electrónico: pedro_mb_sousa@hotmail.com Contacto telemóvel: 934148997

Projeto

Instituição: Instituto Politécnico da Guarda, Escola Superior de Tecnologia e Gestão. Designação do Projeto: Implementação de um Plano de Observações nos taludes da Via de Cintura Externa da Guarda (VICEG), junto à rotunda do G.

Localidade: Guarda

Professora Orientadora

Nome: Eufémia da Glória Patrício Grau académico: Engenheira Geógrafa

Período do Projeto

Início do Projeto: 30/03/2014 Fim do Projeto: 30/09/ 2014

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Resumo

O Projeto VICEG consistiu na monitorização dos taludes da VICEG (via de cintura externa da Guarda) durante aproximadamente 3 meses. O estudo foi efetuado nomeadamente no troço desde a rotunda do G até à saída (via de abrandamento) de acesso para o hospital Sousa Martins.

Para a realização do projeto foi necessária a autorização da Câmara Municipal da Guarda, assim como a requisição de transporte e equipamento necessário ao Instituto Politécnico da Guarda para a concretização do trabalho de campo.

Várias fases constituíram o Projeto VICEG desde a primeira fase com reconhecimento do terreno, observação dos taludes, colocação dos alvos nas zonas de mais interesse e relevância a nível de monitorização.

A fase seguinte foi a da implementação de uma rede de apoio, na qual se selecionaram os pontos de orientação e os pontos fixos para se realizarem as campanhas de observação aos alvos colocados nos taludes. Realizando posteriormente a coordenação dos mesmos com o equipamento necessário.

A última fase do trabalho de campo foi a realização de seis campanhas de observação sendo a 1ª campanha de observação a campanha de referência para a monitorização dos alvos colocados nos taludes.

Nesta fase elabora-se a georreferenciação dos 39 alvos colocados nos taludes.

A fase de gabinete consistiu no estudo comportamental dos 39 alvos monitorizados, através de operações aritméticas e estatísticas, materializadas em gráficos e análises de tendências.

Por último fez-se a elaboração de um SIG, com a informação referente aos alvos, desde a sua identificação, tipo de alvo, tipo de material do talude e as respetivas coordenadas M, P e a Cota.

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Plano do Projeto

A realização do Projeto tem como principal enfoque a monitorização dos taludes da VICEG, designadamente os taludes da Via de Cintura Externa da Guarda entre a rotunda do G até à via de acesso para o hospital.

Estão previstas várias visitas à zona de estudo, para reconhecimento do terreno e para implantação quer dos pontos de apoio quer para fixação dos alvos nos taludes, assim como a sua georreferenciação.

Para se realizar a monitorização vai utilizar-se o método de coordenação de alvos a partir da irradiação. Para análise dos possíveis deslocamentos vai usar-se o método de variação de coordenadas.

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iv

Etapas do Projeto

O Projeto VICEG divide-se nas seguintes etapas: 1ª Etapa: Reconhecimento do terreno

2ª Etapa: Implementação do plano de observações 3ª Etapa: Coordenação dos pontos de apoio com GNSS 4ª Etapa: Realização de 6 campanhas de observação 5ª Etapa: Elaboração do relatório de Projeto

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v

Índice Geral

Ficha de Identificação... i Resumo ... ii

Plano do Projeto ...iii

Etapas do Projeto ... iv

Índice Geral ... v

Índice de Ilustrações ... vii

Índice de Tabelas ... x Capítulo I ... 1 Introdução ... 1 1.1 – Introdução ... 2 Capítulo II ... 3 Equipamento Utilizado ... 3

2.1 – 1ª Tarefa: Colocação dos Alvos nos Taludes da VICEG ... 4

2.2 – 2ª Tarefa: Implantação Física da Rede de Apoio ... 5

2.3 – 3ª Tarefa: Coordenação dos Pontos Fixos e dos Pontos de Orientação com o GPS ... 6

2.4 – 4ª Tarefa: Coordenação dos Pontos Fixos e dos Pontos de Orientação com GNSS TOPCON ... 7

2.5 – 5ª Tarefa: Monitorização dos Alvos para as 6 Campanhas de Observação ... 8

2.6 – Equipamento de segurança (utilizado em todas as Tarefas já referidas) ... 9

2.7 – Software Utilizado ... 10

Capítulo III ... 11

Conceitos Teóricos Associados à Monitorização Topográfica ... 11

3.1 – Monitorização Topográfica ... 12

3.2 – Métodos Topográficos / Geodésicos ... 14

3.2.1 – Métodos utilizados na monitorização ... 16

3.3 – Monitorização Recorrendo a Alvos Topográficos (dianas refletoras adesivas) ... 22

3.4 – Métodos Mecânico-Físicos Utilizados na Monitorização ... 23

3.5 – Aplicações e Outros Métodos de Monitorização... 26

3.6 – Método de Monitorização com Laser Scanning ... 27

3.7 – Método de Monitorização Utilizando Interferometria Radar ... 29

3.7.1 – Sistema de Radar SAR ... 29

3.7.2 – Monitorização Fotogramétrica ... 31

3.8 – Classificação dos Erros de Observação ... 33

3.9 – Precisão e Exatidão ... 35

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vi

Capítulo IV ... 37

Conceitos Teóricos Associados aos Taludes ... 37

4.1 – Monitorização e Propriedades Geotécnicas dos Taludes ... 38

4.2 – Tipos de Instabilidade nos Taludes ... 38

4.3 – Causas da Instabiliade dos Taludes ... 39

4.4 – Estabilização de Taludes ... 40

Capitulo V ... 43

Sistema de Referência Terrestre Europeu – ETRS89 ... 43

5.1 – Sistema PT-TM06-ETRS89 ... 44

Capitulo VI ... 47

Descrição do Local de Estudo e Métodos de Trabalho ... 47

6.1 – Reconhecimento e Estudo dos Taludes da VICEG ... 48

6.2 – Implementação de um Plano de Observações nos Taludes da VICEG ... 49

6.3 – Coordenação dos Pontos de Apoio com o Equipamento GPS GS20 da Leica ... 51

6.3.1 – Coordenação de PF2 e PF3 por Estação Livre ... 60

6.3.2 – Coordenação de PF2 e PF3 por Transporte de Coordenadas ... 61

6.4 – Coordenação dos Pontos de Apoio com o Equipamento Topcon GR-3 ... 62

6.5 – Análise dos Resultados Obtidos na Coordenação da Rede de Apoio nos Processos Realizados .. 64

6.6 – Campanhas de Observação dos Alvos a Monitorizar ... 66

6.7 – Precisão da Estação Total Leica TCR803 ... 68

Capítulo VII ... 69

Análise dos Resultados Obtidos ... 69

7.1 – Cálculo e Análise das observações realizadas ... 70

7.2 – Análise Gráfica das Observações Efetuadas ... 72

7.3 – Estudo da Tendência dos Alvos de acordo com as Observações Efetuadas ... 77

7.4 – Estudo e Análise Gráfica dos Resultados Obtidos ... 82

7.4.1 – Análise Gráfica das Temperaturas Registradas nas Campanhas de Observação ... 82

7.4.2 – Análise Gráfica do Desvio Padrão Angular ... 83

7.4.3 – Estudo e Análise Gráfica do Desvio Padrão dos Alvos Monitorizados ... 85

7.4.4 – Análise dos Resultados Obtidos em função do Tipo de Alvo ... 91

7.4.5 – Análise dos Resultados Obtidos em função do Material de Talude ... 94

Capítulo VIII ... 98

Sistema de Informação Geográfica da Zona de Monitorização dos Taludes da VICEG ... 98

8.1 – Sistema de Informação Geográfica dos Taludes da VICEG...99

Capítulo IX ... 116

Conclusão ... 116

9.1 – Conclusão ... 117

Bibliografia ... 119

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vii

Índice de Ilustrações

Ilustração 1 – Diana refletora adesiva ... 4

Ilustração 2 – Preparação do material para a colocação dos alvos ... 4

Ilustração 3 – Distintos tipos de estacas ... 4

Ilustração 4 – Referenciação do ponto de orientação 2 ... 5

Ilustração 5 – Referenciação do ponto fixo ... 5

Ilustração 6 – Equipamento em funcionamento ... 6

Ilustração 7 – GPS Rover Leica GS20 (Antena AT501) ... 6

Ilustração 8 – Recetor GNSS Base TOPCON GR-3 ... 7

Ilustração 10 – Recetor GNSS Rover TOPCON GR-3 ... 7

Ilustração 11 – Estação Total Leica TCR803 ... 8

Ilustração 12 – Tripé de pinças e prisma leica ... 8

Ilustração 13 – Equipamentos de segurança rodoviária e do operador ... 9

Ilustração 14 – Diagrama da monitorização topográfica ... 12

Ilustração 15 – Esboço do Método da Poligonal (neste caso uma poligonal fechada) ... 16

Ilustração 16 – Método do Transporte de Coordenadas ... 17

Ilustração 17 – Método da Estação Livre ... 17

Ilustração 18 – Método da Triangulação ... 18

Ilustração 19 – Método da Irradiação ... 19

Ilustração 20 – Nivelamento Geométrico ... 19

Ilustração 21 – Nivelamento Geodésico ou Trigonométrico ... 20

Ilustração 22 – Alvo refletor (Diana) ... 22

Ilustração 23 – Inclinómetro ... 23

Ilustração 24 – Extensómetro ... 24

Ilustração 25 – Medidor de juntas/fissuras ... 24

Ilustração 26 – Alongâmetro ... 25

Ilustração 27 – Clinómetro ... 25

Ilustração 28 – Técnica Laser Scanning (Fonte: ADSL ADVANCED DRAUGHTING SERVICES) ... 28

Ilustração 29 – Implementação da Interferometria Radar... 29

Ilustração 30 –Modus operandi da Antena SAR (Fonte:Divisão de Processamento de Imagens) ... 30

Ilustração 31 – Esquema referente ao deslocamento de Doppler (Fonte:Felipe Geremia Nievinski) ... 30

Ilustração 32 – Imagens SAR (EORC, JAXA) ... 31

Ilustração 33 – Monitorização Fotogramétrica ... 31

Ilustração 34 – Relação entre precisão e exatidão ... 35

Ilustração 35 – Representação de um baixo PDOP e um alto PDOP (Adaptado: Seeber 1996) ... 36

Ilustração 36 – Vários tipos de instabilidades nos taludes (Adaptado: biogeoart.blogspot.pt) ... 38

Ilustração 37 – Rede em malha hexagonal de tripla torção (Fonte: Eurico Piolantis, LDA) ... 40

Ilustração 38 – Muro de contenção ... 40

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Ilustração 40 – Queda de blocos na VICEG ... 42

Ilustração 41 – Deslizamento de terra no talude da VICEG ... 42

Ilustração 42 – A cidade da Guarda no 1º quadrante ... 44

Ilustração 43 – Sistema de eixos de coordenadas ... 44

Ilustração 44 – Fotografia panorâmica da zona de reconhecimento ... 48

Ilustração 45 – Sinalização da identificação do alvo ... 49

Ilustração 46 – Leica GPS Rover GS20 em funcionamento ... 51

Ilustração 47 – Acesso aos dados Rinex ... 51

Ilustração 48 – Criar novo projeto ... 52

Ilustração 49 – Importar dados rinex para o GIS DataPRO... 52

Ilustração 50 – Pontos de apoio no pré-processamento ... 53

Ilustração 51 – Configurar parâmetros de processamento ... 53

Ilustração 52 – Configurar definições ... 54

Ilustração 53 – Processamento dos pontos de apoio ... 54

Ilustração 54 – Sistema de coordenadas ... 55

Ilustração 55 – Opção «grid» ... 55

Ilustração 56 – Opção «standard deviations» ... 56

Ilustração 57 – Informação dos pontos de apoio ... 56

Ilustração 58 – Janela das definições ... 57

Ilustração 59 – Pontos de apoio no ambiente GIS DataPRO ... 57

Ilustração 60 – Equipamento sem sinal ... 58

Ilustração 61 – Equipamento com sinal ... 58

Ilustração 62 – Caderneta da TOPCON GR-3 ... 62

Ilustração 63 – Coordenação de um ponto fixo com o Recetor GNSS Rover TOPCON GR-3 ... 62

Ilustração 65 – Recetor Rover TOPCON GR-3 ... 63

Ilustração 66 – Configuração EDM ... 66

Ilustração 67 – Localização das referências da simbologia ... 78

Ilustração 68 – Alvos monitorizados no sistema de eixos ... 80

Ilustração 69 – Localização no referencial do Alvo 1D em função das diferenças obtidas ... 81

Ilustração 70 – Processo de adicionar shapefiles no projeto "Taludes_VICEG". ... 99

Ilustração 71 – Levantamento Topográfico da VICEG. ... 99

Ilustração 72 – Ferramenta de seleção para eliminar ... 100

Ilustração 73 – Ferramenta "dividir elementos" ... 100

Ilustração 74 – Importação dos ficheiros txt... 101

Ilustração 75 – Visualização da zona de observações e das distintas camadas de informação ... 102

Ilustração 76 – Ferramenta “propriedades da camada” ... 102

Ilustração 77 – Sistema de referência ETRS89 ... 103

Ilustração 78 – Zona de trabalho do projeto ... 104

Ilustração 79 – Tabela de atributos dos alvos do talude da direita ... 109

Ilustração 80 – Tabela de atributos dos alvos do talude da esquerda ... 109

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Ilustração 82 – Identificação (ID) dos alvos e dos pontos fixos ... 111

Ilustração 83 – Designação do tipo de material dos taludes onde se localizam os alvos ... 112

Ilustração 84 – Informação dos alvos (1D a 13D), referente ao ID e ao material do talude ... 113

Ilustração 85 – Georreferenciação realizada na VICEG. ... 114

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x

Índice de Tabelas

Tabela 1 – Classificação do bloco segundo Palmstrom (1995) ... 41

Tabela 2 – Sistema de Referência Terrestre Europeu ... 46

Tabela 3 – Calendarização das campanhas ... 49

Tabela 4 – Visibilidade dos alvos a monitorizar relativamente aos pontos fixos ... 50

Tabela 5 – Coordenação dos pontos de apoio e respetivo desvio padrão ... 58

Tabela 6 – Coordenação de PF2 e PF3 utilizando o método da estação livre ... 60

Tabela 7 – Coordenação de PF2 e PF3 utilizando o método da triangulação ... 60

Tabela 8 – Resultados obtidos por transporte de coordenadas ... 61

Tabela 9 – Coordenação dos pontos de apoio ... 63

Tabela 10 – Comparação dos resultados obtidos na coordenação ... 64

Tabela 11 – Folha de cálculo das observações ... 71

Tabela 12 – Coordenada M (diferença em relação à referência das campanhas) ... 73

Tabela 13 – Coordenada P (diferença em relação à referência das campanhas) ... 74

Tabela 14 – Cota (diferença em relação à referência das campanhas) ... 75

Tabela 15 – Simbologia utilizada para análise de tendências de deslocamento ... 77

Tabela 16 – Estudo da tendência de deslocamento dos alvos monitorizados ... 79

Tabela 17 – Resultado exemplificativo e fictício ... 80

Tabela 18 – Temperatura da cidade da Guarda e do aparelho durante as campanhas de observação ... 82

Tabela 19 – Desvio padrão angular dos pontos fixos nas seis campanhas de observação ... 83

Tabela 20 – Média do desvio padrão dos pontos fixos ... 84

Tabela 21 – Média do desvio padrão das campanhas de observação ... 84

Tabela 22 – Desvio padrão dos alvos monitorizados na coordenada M ... 85

Tabela 23 – Desvio padrão dos alvos monitorizados na coordenada P ... 87

Tabela 24 – Desvio padrão dos alvos monitorizados na Cota ... 88

Tabela 25 – Média do desvio padrão dos alvos monitorizados ... 89

Tabela 27 – Tipo de alvo (coordenada M) ... 91

Tabela 27 – Tipo de alvo (coordenada P) ... 92

Tabela 28 – Tipo de alvo (Cota) ... 93

Tabela 29 – Material do talude onde estão colocados os alvos (coordenada M) ... 94

Tabela 30 – Material do talude onde estão colocados os alvos (coordenada P) ... 95

Tabela 31 – Material do talude onde estão colocados os alvos (Cota) ... 96

Tabela 32 – Coordenadas e cotas dos alvos observados nos pontos fixos visíveis... 105

Tabela 33 – Coordenadas e cotas dos alvos 1D a 13D obtidos na campanha de referência ... 106

Tabela 34 – Resultados obtidos na 1ª campanha (campanha de referência) ... 106

Tabela 35 – Quadro descritivo dos alvos do talude da direita ... 107

Tabela 36 – Quadro descritivo dos alvos do talude da esquerda ... 107

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xi

Índice de Gráficos

Gráfico 1 – Coordenada M (diferença em relação à referência das campanhas) ... 73

Gráfico 2 – Coordenada P (diferença em relação à referência das campanhas) ... 74

Gráfico 3 – Cota (diferença em relação à referência das campanhas) ... 75

Gráfico 4 – Temperatura da cidade da Guarda e do equipamento utilizado ... 82

Gráfico 5 – Desvio padrão dos pontos fixos durante as campanhas de observação ... 83

Gráfico 6 – Desvio padrão dos alvos monitorizados na coordenada M ... 86

Gráfico 7 – Desvio padrão dos alvos monitorizados na coordenada P ... 87

Gráfico 8 – Desvio padrão dos alvos monitorizados na Cota ... 88

Gráfico 9 – Média do desvio padrão dos alvos monitorizados ... 90

Gráfico 10 – Tipo de alvo colocado no talude (coordenada M) ... 91

Gráfico 11 – Tipo de alvo colocado no talude (coordenada P) ... 92

Gráfico 12 – Tipo de alvo colocado no talude (Cota) ... 93

Gráfico 13 – Material do talude onde estão colocados os alvos monitorizados (coordenada M) ... 94

Gráfico 14 – Material do talude onde estão colocados os alvos monitorizados (coordenada P) ... 95

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1

Capítulo I

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2

1.1

–

Introdução

A evolução das civilizações foram acompanhadas com a evolução das suas obras de engenharia civil, o Homem teve a necessidade de construir estruturas e vias de comunicação em zonas com diversas adversidades.

Atualmente a segurança está lado a lado com a obra de engenharia civil, que após a sua conceção e materialização deverá ser monitorizada, quer pela segurança da população quer para evitar danos que futuramente poderão implicar maiores custos na restruturação da obra.

No caso concreto deste projeto trata-se de uma obra de enorme contributo para a fluidez do tráfego urbano, especialmente no eixo entre o centro da cidade da Guarda e a freguesia de S. Miguel, que é a Via de Cintura Externa da Guarda (VICEG).

A monitorização será dos taludes que fazem parte do troço da VICEG desde a rotunda do G até à saída (via de abrandamento) de acesso ao Hospital, com a devida autorização da Câmara Municipal da Guarda (Anexo I).

Os dois taludes em questão de aproximadamente 30 metros de altura, são compostos por material granítico diverso e não têm qualquer estrutura de contenção.

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3

Capítulo II

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4

4 2.1 – 1ª Tarefa: Colocação dos Alvos nos Taludes da VICEG

O material utilizado para a realização deste projeto, no que diz respeito à implementação do plano de observações foi:

– 39 Alvos Topográficos, (Dianas refletoras adesivas da Leica, 4 cm x 4 cm)

– Escada de alumínio de 3 lances (4 m cada) – Cola de contacto

– Martelo

– Estacas de metal – Estacas de madeira – Lixa para pedra – Spray de sinalização – Pano e escova

– Computador Portátil Toshiba NB510

Ilustração 2.1 – Diana reflectora adesiva

Gráfico 1- ff Ilustração 1 – Diana Refletora Adesiva

Ilustração 2 – Preparação do material para a colocação dos alvos

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5

5 2.2 – 2ª Tarefa: Implantação Física da Rede de Apoio

Para a materialização e observação dos pontos de apoio o material usado foi:

– Estação Total Leica TCR803, (verificar a visibilidade dos alvos relativamente ao

Ponto Fixo).

– Tripé grande Leica – Martelo

– Estacas de madeira – Spray de sinalização – Pregos

– Marcador para designação dos pontos fixos e pontos de orientação

Ilustração 5 – Referenciação do Ponto de Orientação 2

Ilustração 2.6 – Referenciação do Ponto Fixo 4 Ilustração 5 – Referenciação do Ponto Fixo Ilustração 4 – Referenciação do Ponto de

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6

6 2.3 – 3ª Tarefa: Coordenação dos Pontos Fixos e dos Pontos de Orientação com o

GPS

Na coordenação da rede de apoio com o GPS utilizou-se o seguinte equipamento:

– GPS Rover Leica GS20 (Antena AT501)

Precisão: - 30 cm em Pós-processamento (Código)

- 10 mm + 2 ppm em Pós-processamento (Código e Fase)

– Bastão para receptor GS20 – Tripé grande Leica

– Tripé de pinças – Fita métrica

– Estação Total Leica TCR803 (transporte de coordenadas e estação livre) – 2 Prismas circulares da Leica

– Bastão topográfico

Ilustração 6 – Equipamento em funcionamento

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7

7 2.4 – 4ª Tarefa: Coordenação dos Pontos Fixos e dos Pontos de Orientação com

GNSS TOPCON

Com o equipamento GNSS TOPCON na coordenação da rede de apoio necessitou-se do seguinte material:

– Recetor GNSS Base Topcon GR-3

Precisão: Modo Estático - 3 mm + 0,5 ppm horizontal - 5 mm + 0,5 ppm vertical

– Recetor GNSS Rover TOPCON GR-3 – Bastão para recetor

– Tripé grande Leica – Tripé de pinças – Fita métrica

Ilustração 8 – Recetor GNSS Base TOPCON GR-3

Ilustração 9 – Recetor GNSS Base TOPCON GR-3

Ilustração 10 – Recetor GNSS Rover TOPCON GR-3

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8

8 2.5 – 5ª Tarefa: Monitorização dos Alvos para as 6 Campanhas de Observação

O equipamento necessário para a monitorização dos alvos foi o seguinte:

– Estação Total Leica TCR803

Precisão linear: - 2 mm + 2 ppm CP - Preciso - 5 mm + 2 ppm CP - Adesivo Precisão angular: 2” do grau

– 2 Tripés Leica

– 2 Prismas circulares Leica

– 2 Bastões topográficos – Tripe de pinças

– Fita métrica

Ilustração 11 – Estação Total Leica TCR803

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9

9 2.6 – Equipamento de Segurança (utilizado em todas as Tarefas já referidas)

Na realização de todas as tarefas anteriormente referidas utilizou-se o seguinte material:

– 3 Capacetes

– 3 Coletes refletores – Cones de sinalização

– Sinalização rodoviária disponibilizada pela autarquia local

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10

10 2.7 – Software Utilizado

Durante a concretização deste projeto utilizaram-se os seguintes softwares:

– Bloco de Notas (formato txt) – Gimp 2.8

– GIS DataPRO – Google Earth – Leica Survey Office – Microsoft Excel – Microsoft Word – Paint (formato jpeg) – PhotoScape

(24)

11

Capítulo III

Conceitos Teóricos Associados à Monitorização

Topográfica

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12

12 3.1 – Monitorização Topográfica

A monitorização é uma ação que se serve e se apoia na instrumentação e observação para o controlo de uma estrutura, (durante toda a sua vida útil), tendo como base de critérios as deformações ou variações. A monitorização é baseada em observações, em controlo e medição de grandezas correlacionáveis, com pressupostos de comportamento onde há um reconhecimento de fenómenos que leva a uma ajuda para tomada decisões. A ilustração 14expõeos aspetos relacionados com a monitorização.

Ilustração 14 – Diagrama da monitorização topográfica

O termo monitorização significa controlar, vigiar ou supervisionar, para o caso, obras de engenharia civil.

A monitorização estuda e analisa o comportamento e as respetivas características de estruturas geotécnicas, com o intuito de verificar o comportamento da estrutura quando está sujeita a cargas, movimentos, ações provocadas por fenómenos naturais, ou mesmo pela ação do homem.

Numa monitorização obtêm-se respostas significativamente mais céleres em certas situações, sendo que noutros casos se necessita de observar e controlar com um espaço temporal mais amplo para se retirarem conclusões.

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13

Para os casos que são necessários uma monitorização contínua, é importante a observação e medição a longo prazo e permanentemente para controlar possíveis deslocamentos, variação de tensões, propagação de fissuras, entre outros fatores que podem influenciar a estabilidade da estrutura em causa.

No caso concreto do Projeto VICEG trata-se da monitorização de dois taludes num troço de uma via de comunicação, no caso a via de cintura externa da Guarda (VICEG).

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14 3.2 – Métodos Topográficos / Geodésicos

Com a evolução das técnicas e materiais no sector da construção civil, as obras de engenharia civil são cada vez de maior dimensão, por questões tanto humanas como económicas, logo existe a necessidade de métodos de observação que possam controlar e proporcionar segurança nas estruturas, como por exemplo pontes, edifícios ou barragens.

Estes métodos permitem monitorizar periodicamente as estruturas e prevenir possíveis acidentes, recorrendo a observações.

Mais do que uma atividade a ser desenvolvida na manutenção de uma estrutura, a adequada monitorização deve ser condição integrante do projeto desde o planeamento, seguindo todas as fases de construção e posterioriormente durante a sua vida útil, sendo assim deve estar prevista como uma premissa, e implementada desde o princípio de uma obra.

Os métodos geodésicos e topográficos usados na monitorização de estruturas contribuem para definir a posição espacial de elementos estruturais, a partir de pontos de referência externos e independentes das estruturas, contribuindo assim com informações sobre as mesmas.

Os métodos topográficos são utilizados quando se pretendem precisões na ordem dos centímetros, sendo os métodos geodésicos utilizados quando se pretende precisões na ordem dos milímetros.

Estes dois métodos distinguem-se apenas pelo grau de precisão nas campanhas efetuadas.

Independentemente do método utilizado, as grandezas medidas em ambos os casos são genericamente as mesmas, sendo estas:

– Ângulos horizontais e verticais – Distâncias

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Os deslocamentos verticais são determinados através de nivelamentos trigonométricos ou de nivelamentos geométricos. Os nivelamentos trigonométricos são utilizados para determinar altitudes por medição de ângulos verticais, por vezes complementados com a medição de distâncias, sendo menos precisos que os nivelamentos geométricos, mas com a vantagem de serem mais rápidos.

O início das leituras corresponde à realização das leituras de referência, a maior parte das medições na engenharia são relativas, calculando-se a variação da grandeza física por comparação com uma leitura origem (leitura de referência). Se a leitura de referência contiver incorreções todas as leituras posteriores irão ser influenciadas pelos correspondentes erros, o que significa que é fundamental que a leitura de referência seja realizada com o maior cuidado e rigor.

A rede de observação é constituída por pontos materializados por pilares, estacas que estejam devidamente fixados na estrutura subjacente. Estes pontos podem ser classificados segundo a sua função no sistema:

– Pontos de Referência são também chamados pontos de apoio ou pontos fixos, que são

aqueles que a partir dos quais se determinam os deslocamentos dos pontos alvo. São usualmente materializados por pilares de betão armado.

– Pontos Auxiliares são acrescentados no sistema de maneira a melhorar a respetiva

configuração geométrica, sendo materializados por pilares análogos aos dos pontos de referência.

– Pontos Alvo servem exclusivamente para serem visados, materializados por alvos

topográficos, ou dianas refletoras adesivas, por prismas retrorrefletores ou por peças de centragem forçada.

– Pontos Estação são utilizados para estacionar equipamentos (teodolitos, estações

totais), sendo por vezes utilizados para estacionar alvos ou prismas, ficando assim pontos alvo.

A localização destas marcas e os elementos em arquivo permitirão retomar as observações, referindo-as a uma época de origem e assim determinar os deslocamentos sofridos pela estrutura desde essa época pelas referidas marcas.

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16

A relevância dos resultados dos deslocamentos obtidos em relação à importância da obra depende da adoção da seguinte metodologia:

– Estudo da distribuição das marcas superficiais pelo corpo da obra que permita a

obtenção de uma informação razoável sobre a evolução da sua deformação ao longo do tempo.

– Seleção dos locais para implementação das marcas de referência de modo a que, do

ponto de vista geológico, ofereçam adequadas garantias de fixação, e do ponto de vista da engenharia geográfica, satisfaçam o melhor possível a rede de apoio.

– Materialização das marcas superficiais de modo a garantir uma vida útil o mais longa

possível.

– Realização periódica de novas campanhas de medição de deslocamentos, ou sempre

que o conhecimento do estado de deformação da obra seja útil ou necessário.

3.2.1 – Métodos utilizados na monitorização

Poligonais – A poligonação é um método de determinação de ângulos azimutais e distâncias horizontais. Consiste numa sucessiva medição de ângulos e distâncias a partir de um ponto, de modo a calcular sucessivamente as coordenadas de um ponto utilizando relações planimétricas fundamentais.

Para a obtenção de essas coordenadas utilizam-se estações totais, refletores, tripés e outros acessórios necessários. Este método permite resultados de grande qualidade, quando utilizadas poligonais tridimensionais de precisão.

(30)

17

Transporte de Coordenadas – Determinar as coordenadas de um ponto B a partir das coordenadas de outro ponto A, conhecendo a distância AB entre os dois pontos e o rumo da direcção que definem.

Ilustração 16 – Método do Transporte de Coordenadas

Analíticamente utilizando os dados da ilustração 16 o transporte de coordenadas é calculado pelas seguintes expressões:

MB = MA + AB sin (AB) PB = PA + AB cos (AB)

Estação Livre – Método no qual se estaciona o aparelho no ponto em que se deseja determinar as coordenadas e efetuam-se as visadas para outros dois pontos de coordenadas conhecidas. Assim, são realizadas leituras de direções e medições de distâncias.

As coordenadas do ponto estação são obtidas através de leituras de distâncias e ângulos com visadas aos pontos de referência.

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18

Triangulação – Este método consiste na medição de distâncias e de ângulos horizontais e verticais de acordo com sequências e regras de operações previamente planeadas. Os valores obtidos são ajustados, validados e transformados em deslocamentos com bases em modelos matemáticos apropraidos.

Ilustração 18 – Método da Triangulação

Irradiação – Este método de levantamento clássico é um dos mais utilizados no levantamento de pontos de pormenor, em zonas não muito urbanizadas e não densamente arborizadas, quer seja utilizando um taqueómetro, ou uma estação total. Utiliza uma ou mais estações consoante a extensão da zona a levantar e o seu relevo. Se apenas é utilizada uma estação, normalmente é posicionada no centro geométrico da parcela. Quando são utilizadas mais do que uma estação devem ser localizadas constituindo uma poligonal fechada para permitir o cálculo e a compensação, caso seja necessário, dos erros de fecho planimétrico e altimétrico.

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19

Na ilustração 19 visualiza-se o método da irradiação, sendo P o local onde se encontra estacionado o aparelho, as letras encarnadas representam as distâncias e a indicação a negro dos respetivos ângulos.

Ilustração 19 – Método da Irradiação (Adaptada a Profª Maria Cecília Bonato Brandalize)

-

Nivelamento Geométrico – Este método recorre a instrumentos especiais chamados “níveis”. A determinação do desnível (ΔH) entre dois pontos A e B é feita colocando o nível num ponto próximo de A e de B, visando nos dois pontos uma mira graduada vertical, efetuam-se as leituras (LA e LB).

O desnível surge como a diferença entre as duas leituras (ΔHAB = LA – LB).

Quando um trabalho de nivelamento pode ser realizado recorrendo à utilização de uma única estação é designado por nivelamento geométrico simples.

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20

Nivelamento Geodésico ou Trigonométrico – Realiza-se medindo ângulos verticais por recurso a um teodolito e distâncias horizontais ou inclinadas recorrendo à estação total ou distanciómetro. A precisão é de 1dm/km.

Ilustração 21 – Nivelamento geodésico ou trigonométrico

Analiticamente e com base na ilustração 21 o nivelamento trigonometrico é calculado pelas seguintes expressões:

dNAB = ΔH = D cos ZA = h + i – Av = K cotg ZA  h = K cotg ZA  h = D cos ZA

Onde:

D – distância inclinada K – distância horizontal h = Kcotg ZA

Esta fórmula é aplicada e válida para distâncias inferiores a 400 metros. h – altura trigonométrica

i – altura do instrumento medido em campo Av – altura visada

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21

Quando se pretende determinar desníveis trigonométricos para distâncias iguais ou superiores a 400 metros recorre-se à fórmula a seguir apresentada, designada de fórmula topográfica:

h = D * Cot (ZA) + qD2

Onde:

D – distância horizontal entre os pontos A e B ZA– distância zenital a partir da linha de visada

q D2 – designa a depressão do horizonte, atenua os erros do efeito da curvatura terrestre e da refração atmosférica.

q = 0.5−𝑛

𝑅

Onde:

R – raio de curvatura terrestre

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22

22 3.3 – Monitorização Recorrendo a Alvos Topográficos (dianas refletoras adesivas)

Alvos Topográficos – este método permite controlar e observar a evolução do talude a longo prazo e consiste em realizar leituras com intervalos de tempo pré-definidos para os alvos topográficos colocados sobre a estrutura. Os alvos topográficos podem admitir três tipos de tamanhos, em centímetros, 2x2, 4x4 e 6x6. Estes alvos normalmente são colados ou inseridos no talude em estudo através de estacas. Este método implica como já foi referido um controlo assíduo através de leituras retiradas nos alvos previamente colocados.

Para se controlar se o talude está sujeito a deslocamentos pode optar-se por um de dois métodos usualmente utilizados, sendo que um deles tem como elementos para comparação as respetivas distâncias e ângulos. A outra possibilidade é recorrer a um método denominado de variação de coordenadas, que tem como objetivo determinar as possíveis deslocações ocorridas durante um período de tempo extenso.

Ilustração 22 – Diana refletora adesiva

O método de monitorização recorrendo a alvos topográficos foi o processo utilizado no Projeto VICEG, sendo o método de irradiação o método de observação utilizado para efetuar a monitoriação dos taludes do troço em análise.

Utilizando este processo pode-se realizar a monitorização recorrendo a dois métodos de obtenção de leituras:

– Métodos de variação de coordenadas, método utilizado no Projeto VICEG – Métodos de medição de ângulos e distâncias

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23

23 3.4 – Métodos Mecânico-Físicos Utilizados na Monitorização

Os métodos mecânico-físicos estão ligados à estrutura a medir e com base em alterações físicas ou mecânicas dos próprios instrumentos ou da sua posição, permitem determinar a variação de grandezas tais como distâncias e ângulos.

Alguns equipamentos utilizados na monitorização por métodos mecânico-físicos:

– Inclinómetro – Extensómetros – Medidor de juntas/fissuras – Pêndulos direitos – Pêndulos invertidos – Pêndulo a Laser – Alinhamento com fios – Alongâmetro

– Clinómetro

Inclinómetro – (métodos de monitorização de deslocamentos internos) é um instrumento que mede deslocamentos, é constituído por um tubo inclinométrico, torpedo e unidade de leitura. Existem dois tipos de inclinómetro, o vertical, que mede deslocamentos profundos horizontais, e o inclinómetro horizontal, que mede assentamentos que possam ocorrer.

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24

Extensómetro – tem como objetivo a obtenção de informação sobre deslocamentos verticais que possam ocorrer na envolvente onde estão inseridos. Existem dois tipos de extensómetros, os de sonda e os de haste. São mais utilizados para monitorização de deslocamentos verticais em escavações, fundações, aterros e zona de construção de tuneis.

Ilustração 24 – Extensómetro

Medidor de juntas/fissuras (método de monitorização de juntas e fissuras) – dotado de sensores de deslocamento de vários tipos, usados para a monitorização de abertura e fecho de fissuras ou juntas de dilatação. É um sistema de medida através de extensómetros de resistência elétrica, corda vibrante, fibra ótica, é usado para monitorização de deslocamentos entre juntas de contração em barragens de betão, medição de movimentos de falhas em rochas.

Ilustração 25 – Medidor de juntas/fissuras

Pêndulos direitos – estão suspensos e são puxados por tração na extremidade inferior por um peso que se encontra imerso em água ou óleo para amortecer possíveis oscilações.

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25

Pêndulos invertidos – são fixos no extremo inferior, estando equipados no extremo superior com um flutuador que se move livremente num tanque com água ou óleo.

Pêndulo a laser – permite detectar movimentos relativos entre dois pontos onde são colocados respectivamente um emissor de raios laser e um receptor sensível à posição. É enviado um raio laser ao longo de um poço com qualquer inclinação, este atinge um receptor que identifica o ponto de incidência. Através da variação da posição deste ponto, que pode ser registado automaticamente é possível detetar o movimento relativo dos dois pontos.

Alongâmetro – permite detetar movimentos perpendiculares e paralelos a uma junta ou fenda através da medição dos três lados dum triângulo equilátero com um lado paralelo à descontinuidade.

Ilustração 26 – Alongâmetro

Clinómetro – permite medir rotações em planos verticais. O princípio de medição pode ser mecânico ou elétrico. Os mecânicos são constituídos à base de nivelas enquanto os elétricos possuem um pequeno pêndulo sendo a distância da extremidade do pêndulo a uma referência medida eletricamente. A variação da inclinação do instrumento implica a variação desta distância.

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26 3.5 – Aplicações e Outros Métodos de Monitorização

Aplicação GNSS – O GNSS é um sistema de posicionamento e navegação que recorre á constelação de satélites Norte Americanos, Global Positioning System (GPS), aos satélites Russos que formam o Global Navigatsionnaya Sputnikovaya (GLONASS), ao mais recente e europeu Galileu e ainda ao Chines Compass. O modo de funcionamento destes sistemas é muito semelhante, e a sua utilização conjunta permite uma melhor cobertura mundial e melhores níveis de precisão e fiabilidade.

O GNSS tem diversas aplicações com diferentes níveis de precisão, estando estes dependentes de vários fatores, nomeadamente do tipo de posicionamento, do equipamento e das metodologias de observação.

Quando as coordenadas são obtidas de uma forma relativa, ou seja, são obtidas em relação a um recetor GNSS de referência, e o processamento é efetuado com base na medição da fase das ondas portadoras dos sinais emitidos pelos satélites, em vez de medição do tempo gasto a percorrer a trajetória satélite – antena consegue-se obter uma precisão milimétrica compatível com a exigência que é colocada no controlo de segurança da maioria das obras de engenharia.

Em termos práticos segundo um plano de investigação (Projeto “Aplicação de Métodos Geodésicos, nomeadamente do GPS, à Observação de Obras de Engenharia”) do LNEC (Laborátorio Nacional de Engenharia Civil) tem diversas aplicações, tais como:

– Monitorização em barragens de aterro, realizou-se um estudo de comparação entre os métodos convencionais e o GNSS, verificando que as observações por GNSS utilizando um posicionamento relativo e em sessões de curta duração pode ter suficiente precisão para medir deslocamentos superficiais, tendo a vantagem de ser um método mais rápido e sem limitações nas condições de observação apesar de ter menos precisão.

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27

27 3.6 – Método de Monitorização com Laser Scanning

Inicialmente os dados eram recolhidos em 2D, sobre um plano horizontal, e com alguma técnica eram completados com a elevação de pontos que permite a visualização em 3D. Assim sendo o laser scanning utiliza o mesmo princípio da estação total, onde basicamente é realizada a medição de ângulos e distâncias para o posicionamento tridimensional.

A diferença está na recolha de informações num curto espaço de tempo, levada a cabo pelo laser scanning em relação à estação total ou ao GNSS.

Este equipamento protagonizou um desenvolvimento muito grande ainda antes de se tornar popular. O nome atribuído deve-se ao facto do uso do laser para medições lineares e de varredura (scanner) horizontal e vertical para as medições angulares de forma muito mais rápida relativamente às estações totais. O facto de ser designada 3D (tridimensional) deve-se á sua capacidade de armazenar os dados brutos, contendo a informação referente às coordenadas X, Y e Z, calculadas em tempo real a partir das medições lineares e angulares.

De referir que o laser scanning pode ser associado a veículos terrestres ou mesmo incorporado num avião para assim ser utilizado aereamente. Realizando uma análise entre as diferentes formas de ser utilizado o laser, pode-se classificar em termos de precisão que o laser fixo é o mais preciso, embora esteja limitado em alcance sem que seja movido constantemente. O laser móvel terrestre possui menos precisão que o anterior, mas contém uma flexibilidade de uso superior ao laser fixo. Por fim o laser aéreo é o que carece de menos precisão entre eles, mas permite mapear grandes áreas de forma bastante homogénea e com grande rapidez e velocidade.

A técnica laser scanning realiza um levantamento geométrico tridimensional das estruturas, possibilitando além das coordenadas de um número elevado de pontos através de um laser, a construção de modelos 3D renderizados que através de sobreposição de dois levantamentos em épocas distintas permite comparar coordenadas sendo uma forma de monitoriação

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28

A ilustração 28 representa o método de funcionamento de forma figurada do laser scanning.

Ilustração 28 – Técnica Laser Scanning (Fonte: ADSL ADVANCED DRAUGHTING SERVICES)

O laser scanning tem vastas áreas de aplicação como a engenharia civil, geologia, arquitectura, arqueologia, monitorização entre outras.

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29 3.7 – Método de Monitorização Utilizando Interferometria Radar

Interferometria é uma técnica de metrologia com aplicações extremamente diversas em várias áreas da ciência e engenharia. Em geodesia é aplicada com sucesso para realizar levantamentos de precisão.

Ilustração 29 – Implementação da Interferometria Radar

Na ilustração 29 o esquema 1 representa um sensor radar a captar dados em épocas distintas, enquanto que o esquema 2 representa dois radares a captar dados na mesma época em ângulos distintos.

3.7.1 – Sistema de Radar SAR

Características SAR: Radar de abertura sintética (Synthectic Aperture Radar), é um sistema de radar de visada lateral que produz uma imagem de alta resolução da superfície da Terra.

O SAR não tem como função melhorar a resolução do azimute transmitindo feixes mais estreitos, mas sim usar feixes largos e longos tempos de exposição. Ao contrário do que acontece em radares de abertura real, no SAR um feixe mais largo melhora a resolução, uma vez que a técnica SAR usa-o para aumentar o comprimento de abertura efetiva, fazendo valer o deslocamento Doppler presente na frequência dos sinais de retorno.

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30

Ilustração 30 – Modus operandi da antena SAR (Fonte: Divisão de Processamento de Imagens)

Na ilustração 30 visualizamos o alcance que corresponde à distância perpendicular da linha de voo, e o azimute que corresponde à distância ao longo da trajectória de voo. O movimento da plataforma durante o mapeamento resulta num deslocamento Doppler na frequência da radiação retornada. Há assim um aumento na frequência do retorno dos alvos que estão na parte frontal do feixe e uma diminuição da frequência de retorno proveniente dos alvos da parte traseira do feixe. Além disso, o deslocamento Doppler será maior para alvos com maior velocidade (radial) em relação ao radar, atingindo o zero no ponto de maior aproximação.

Assim, dois alvos sob o feixe ao mesmo tempo, mas em diferentes posições ao longo da direção de azimute terão retornos com frequências diferentes e podem ser resolvidos pelo radar de abertura sintética.

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31

A monitorização por imagens SAR tem várias aplicações como deslizamentos, supervisionamento de recursos naturais assim como diversas estrututas de engenharia. Esta técnica tem a vantagem de ser uma técnica não intrusiva e não destrutiva, de baixo custo de aplicação assim como é precisa e consistente.

Na ilustração 32 representa uma monitorização relativa à desflorestação de uma área da selva da Amazónia, existindo um espaço temporal de uma década entre as imagens SAR.

Ilustração 32 – Imagens SAR (Fonte: EORC, JAXA)

3.7.2 – Monitorização Fotogramétrica

Método de monitorização utilizando a fotogrametria – Fotogrametria é definida como a ciência de tecnologia que obtém informação confiável através de imagens adquiridas por sensores.

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32

A fotogrametria tem vários objetivos como a redução do trabalho de campo no levantamento de coordenadas de um ou de vários objetos, e reduzir o tempo de aquisição de dados. Ainda assim pode-se dizer que o principal objetivo da fotogrametria é a reconstrução de um espaço tridimensional, a partir de imagens bidimensionais. A reconstituição é a transformação de coordenadas do espaço tridimensional formado pela estereoscopia e o mundo real retratados pelas fotografias, e após essas transformações podem ser gerados mapas onde os objetos representados estão praticamente isentos de deformações.

A comparação de coordenadas em mapas tridimensionais è o que permite a obtenção de resultados para aplicação na monitorização.

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33

3.8 – Classificação dos Erros de Observação

Por definição erro é a diferença entre a quantidade medida e o seu verdadeiro valor. Os erros são fatores importantes e a ter em conta quando se realizam observações topográficas, eles devem-se a medidas de grandezas, tais como, direções, distâncias, desníveis. Por muito rígido que seja o plano de observações elaborado, os erros serão uma constante e deste modo devem ser tratados e evitados.

Assim sendo os erros são divididos em três classes distintas, sendo elas:

– Erros Acidentais; – Erros Sistemáticos; – Erros Aleatórios;

Erros Acidentais – São normalmente originados por descuidos ou enganos, e apresentam uma magnitude muito superior aos outros tipos de erros. Para se efetuar um ajustamento das observações, utiliza-se (por exemplo) o método dos mínimos quadrados, sendo necessário eliminar todos os erros acidentais das observações, usando procedimentos e métodos que permitem a sua deteção e eliminação.

Erros Sistemáticos – Tal como o nome indica este tipo de erros repetem-se do mesmo modo sempre que se repete uma ação nas mesmas circunstâncias. Estes erros depois de conhecidos podem ser expressos atras de fórmulas matemáticas. Tal como acontece nos erros acidentais, para se ajustar um conjunto de observações é necessário eliminar os erros sistemáticos, o que implica conhecer antecipadamente a fonte do erro, podendo ser por exemplo, devido ao operador, ao instrumento, às condições físicas ou meteorológicas.

Desta forma pode-se dizer que os erros sistemáticos são classificados em três classes: Erros Sistemáticos Naturais – originados por variações sejam de temperatura, de humidade ou do vento.

Erros Sistemáticos/Instrumentais – normalmente causados por falhas no aparelho, provocados por falta de calibração, ou falta de verificação no instrumento utilizado. Erros Pessoais – causados pelo operador, devido à falta de atenção/concentração, cansaço ou normais descuidos.

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34

Erros Aleatórios – Estes erros são de pequena amplitude de origem desconhecida e tem propriedades análogas às propriedades estatísticas de uma amostragem. Por outras palavras podem caracterizar-se os erros aleatórios como erros existentes num grupo de observações depois de detetados e eliminados os erros acidentais, identificadas as causas dos erros sistemáticos e corrigidas as observações. A existência de erros aleatórios é inerente ao processo físico de medição, sendo propriedade das observações. Em geral quando se realizam observações de grandezas, para determinação do seu valor ou para serem utilizadas no cálculo de outras quantidades, são realizadas mais observações do que as estritamente necessárias.

As principais razões para a existência de redundância são:

– Permite a deteção de erros grosseiros através da confirmação dos valores medidos; – Permite fazer uma avaliação mais precisa das quantidades desejadas, através de um

ajustamento;

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35 3.9 – Precisão e Exatidão

A precisão está relacionada com a repetição de medições sucessivas realizadas em condições semelhantes, estando vinculada somente a efeitos aleatórios.

A exatidão expressa o grau de aderência das observações em relação ao seu valor verdadeiro, estando vinculada a efeitos aleatórios e sistemáticos.

A ilustração 34 representa as diferenças entre precisão e exatidão ao efetuar pontaria para os alvos.

Ilustração 34 – Relação entre precisão e exatidão

Como anteriormente referido o erro é a diferença entre a quantidade medida e o seu verdadeiro valor, a qual se expressa analitícamente pela seguinte expressão:

𝜀 = 𝘺 − µ Sendo:

ε – erro

𝗒 – valor medido µ – valor verdadeiro

Relativamente à precisão, é analisada nas observações do Projeto VICEG pelo Desvio Padrão expresso analiticamente pela seguinte expressão:

σ =√∑ni=1 ( 𝑋𝑖 − Ø ) 2 ( n − 1 )

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36

36 3.10 Geometria e Precisão dos Satélites

Os erros que afetam as observações GPS têm uma magnitude diferente no resultado final.

Esta magnitude depende do número de satélites no horizonte de observação e também da geometria dos satélites.

O efeito da geometria dos satélites é expresso pelo fator de degradação da precisão DOP (Dilution of Precision), expresso pela seguinte equação:

Se observarmos 4 satélites muito próximos, haverá um erro maior na medição da distância, que por sua vez irá afectar a posição.

Existem vários tipos de DOP`s, e podem ser escolhidos consoante as coordenadas o mais comum é o PDOP.

– GDOP é a degradção da precisão da posição tridimensional e tempo – PDOP é a degradação da precisão tridimensional

– VDOP é a degradação da precisão vertical – HDOP é a degradação da precisão horizontal

Nunca se deverão efectuar medições com DOP superior a 6.A configuração no receptor deverá ser DOP <6.

A ilustração 35 representa um esquema de posicionamento dos satelites para um bom PDOP (Esboço 1) e para um mau PDOP (Esboço 2), pode-se assim analisar as diferenças no posicionamento dos 4 satétites necessários.

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37

Capítulo IV

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38

38 4.1 – Monitorização e Propriedades Geotécnicas dos Taludes

Dada a natureza da estrutura a monitorizar é necessária a descrição da estrutura em estudo assim como definir algumas das suas caracteristicas.

Talude por definição é uma superfície de terreno exposto que faz um determinado ângulo com a horizontal.

Os taludes podem ser de distintos tipos: – Taludes naturais

– Taludes de escavação – Taludes de aterro

Existem fenómenos de instabilidade associados à deslocação do solo para a base do talude como derrocadas, deslizamentos de terras ou ravinamentos.

4.2 – Tipos de Instabilidade nos Taludes

Existem ainda vários tipos de instabilidade nos taludes: – Escorregamento (imagem 1)

– Deslizamentos de terra (imagem 2) – Queda de rochas (imagem 3) – Desprendimento (imagem 4) – Deslizamento de lama (imagem 5)

Ilustração 36 – Vários tipos de instabilidades nos taludes (Adaptado: biogeoart.blogspot.pt)

Na ilustração 36 podem-se observar os distintos tipos de instabilidade como a sua consequência na estrutura.

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39 4.3 – Causas da Instabiliade dos Taludes

As causas da instabiliade dos taludes podem ser causas externas, causas intermédias ou causas internas.

As causas externas:

– Aumento da inclinação dos taludes, por escavação ou por erosão provocada pela água ou pelo vento.

– Aumento da altura do talude, através de escavação no pé ou da construção de um aterro na crista.

– Aplicação de sobrecargas no talude, em particular na sua parte superior.

– Variação sazonal da temperatura e humidade, podendo conduzir à abertura de fendas

superficiais no solo, que favorecem a infiltração de água nos terrenos. – Abalos sísmicos ou vibrações induzidas no terreno.

– Erosão superficial do terreno, favorecendo a infiltração de agua.

– Efeito da vegetação do talude que constitui uma sobrecarga e causa uma perda de resistência quando se da o apodrecimento das raízes.

Causas intermédias:

– Rebaixamento rápido do nível das águas exteriores.

– Erosão interna, provocada pela circulação de água no interior do talude. – Liquefação do solo.

Causas internas:

– Aumento das pressões intersticiais, com a consequente redução da resistência ao corte. – Aumento das tensões de origem tectónica.

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40 4.4 – Estabilização de Taludes

É necessário proceder à estabilização de taludes para aumentar a segurança destas estruturas.

Há vários métodos para aumentar a segurança de taludes: – Alteração da geometria

– Introdução de sobrecargas na base

– Introdução de sistemas de drenagem como cortinas, trincheiras ou esporões. – Pregagens

– Construção de estruturas de suporte como muros de betão, estacas e cortinas ancoradas

As ilustrações 37, 38 e 39 representam alguns métodos de contenção de taludes.

Ilustração 37 – A rede em malha hexagonal de tripla torção (Fonte: Eurico Piolantis, LDA)

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Ilustração 39 – Estabilização de um talude com pregagens e betão projetado (Fonte: elevo)

Relativamente ao caso concreto do Projeto VICEG o tipo de instabilidade é queda de rochas (ilustração 36, imagem 3) e o deslizamento de terra (ilustração 36, imagem 2). Relativamente á queda de bloco, Palmstrom elaborou uma classificação segundo o tamanho do bloco (tabela 1).

Tabela 1 – Classificação do bloco segundo Palmstrom (1995) Fonte: Cardoso, Daniela; Romana, Manuel; Sánchez, Mila Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, España

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Ilustração 40 – Queda de blocos na VICEG

Ilustração 41 – Deslizamento de terra no talude da VICEG

Na ilustração 41 estão assinalados a encarnado blocos com risco elevado de queda e na base do talude pode-se observar o deslizamento de terra.

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Capitulo V

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44 5.1 – Sistema PT-TM06-ETRS89

O distrito da Guarda encontra-se no 1º Quadrante do Sistema de eixos de coordenadas associadas ao ETRS89, daí o facto de todas as coordenadas M e P tanto da rede de apoio como dos alvos serem positivas, como se pode verificar na ilustração 42 e 43. O sistema de referência utilizado para o projeto foi o PT-TM-ETRS89.

Ilustração 43 – Sistema de Eixos de Coordenadas

Neste sistema o Ponto Central encontra-se próximo do vértice geodésico da Melriça, concelho de Vila de Rei, distrito de Castelo Branco.

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O ETRS89 (European Terrestrial Reference System) é um sistema global de referência recomendado pela EUREF (European Reference Frame, subcomissão da IAG - Associação Internacional de Geodesia) estabelecido através de técnicas espaciais de observação. No simpósio da EUREF realizado em Itália em 1990 foi adotada a seguinte resolução: "A Subcomissão da IAG para o Referencial Geodésico Europeu (EUREF) recomenda que o sistema a ser adotado pela EUREF seja coincidente com o ITRS na época de 1989.0 e fixado à parte estável da Placa Euro-Asiática, sendo designado por Sistema de Referência Terrestre Europeu 1989 (European Terrestrial Reference System-ETRS89)”.

O estabelecimento do ETRS89 em Portugal Continental foi efetuado com base em campanhas internacionais (realizadas em 1989, 1995 e 1997), que tiveram como objetivo ligar convenientemente a rede portuguesa à rede europeia. Nos anos subsequentes, toda a Rede Geodésica de 1ª e 2ª ordem do Continente foi observada com GPS, tendo o seu ajustamento sido realizado fixando as coordenadas dos pontos estacionados nas anteriores campanhas internacionais.

Desde 2006, para o Território Continental, os parâmetros da projeção Transversa de Mercator referida são os que no quadro abaixo se listam.

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Este sistema deverá substituir completamente os anteriormente usados, que se consideram obsoletos.

Elipsóide de referência: GRS80 Semi-eixo maior: a = 6 378 137 m

Achatamento: f = 1 / 298,257 222 101 Projeção cartográfica: Transversa de Mercator

Latitude da origem das

coordenadas retangulares: 39º 40' 05'',73 N Longitude da origem das

coordenadas retangulares: 08º 07' 59'',19 W Falsa origem das coordenadas

retangulares:

Em M (distância à Meridiana): 0 m Em P (distância à Perpendicular): 0 m Coeficiente de redução de

escala no meridiano central: 1,0

Tabela 2 – Sistema de Referência Terrestre Europeu Fonte: Direção-Geral do Território

Em Portugal a DGT (direção Geral do Território) adoptou este sistema para servir como datum geodesico de base nacional, substituindo o datum 73 e o datum Lisboa.

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Capitulo VI

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48 6.1 – Reconhecimento e Estudo dos Taludes da VICEG

Para a realização deste projeto de final de curso a autarquia local disponibilizou o levantamento topográfico da VICEG, sendo a zona de estudo da Via de Cintura Externa da Guarda o troço da rotunda do G até à saída (via de abrandamento) de acesso para o Hospital. (Anexo II).

O reconhecimento do terreno consistiu na observação pormenorizado tanto do tipo de material dos taludes como as zonas dos taludes de mais interesse e relevância para se selecionar a localização da implantação física dos alvos e a escolha do tipo de estacas a implantar.

Definiu-se o Talude da Direita como o talude da VICEG que se encontra a Oeste do separador central, e o Talude da Esquerda como o talude que se encontra a Este do separador central da VICEG como se pode verificar na ilustração 44.

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49

49 6.2 – Implementação de um Plano de Observações nos Taludes da VICEG

Definidas as zonas de colocação das dianas reflectoras, procedeu-se à sua colocação. Durante a colocação dos alvos nos taludes, estes foram sendo assinalados e foi-lhes atribuído uma identificação, utilizando spray.

Ilustração 45 – Sinalização da identificação do alvo

Com a colocação dos alvos concretizada, procede-se ao estabelecimento de uma rede de apoio e um plano de observações para se monitorizaremos alvos colocados.

Os Pontos de Apoio consistem nos Pontos Fixos e nos Pontos de Orientação, os pontos fixos têm como finalidade ser o ponto no qual o alvo será monitorizado durante o período de monitorização, os pontos de orientação são pontos de apoio para a orientação dos pontos fixos, a sua colocação tem como prioridade uma maior abertura angular para a orientação dos pontos fixos a fim de obter uma maior assertividade na sua georreferenciação.

Estabeleceu-se o número de campanhas a realizar assim como a sua calendarização (sujeita a possíveis alterações). Uma alteração ocorreu na 5ª campanha que se realizou em dias distintos devido a adversidades climatéricas.

Datas das Campanhas

1ª Campanha - 01/07/2014 2ª Campanha - 14/07/2014 3ª Campanha - 29/07/2014 4ª Campanha - 01/09/2014 5ª Campanha - Jornada I - 19/09/2014 Jornada II - 23/09/2014 6ª Campanha - 03/10/2014

Tabela 3 – Calendarização das campanhas

Para o plano de monitorização dos taludes, materializaram-se os Pontos Fixos no separador central com estacas de madeiras e no centro da base plana pregou-se um prego convencional.