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

Escola Superior de Tecnologia e Gestão

Instituto Politécnico da Guarda

.

R E L A T Ó R I O 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

JOÃO MIGUEL FURTADO MARTINS PACHECO

RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE LICENCIADO EM ENGENHARIA TOPOGRÁFICA

Identificação do Aluno

Aluno

Nome: João Miguel Furtado Martins Pacheco

Nº Aluno: 1009485

Curso: Engenharia Topográfica

Endereço eletronico: joaomiguel_8@hotmail.com

Contacto telemóvel: 962884594

Projeto

Instituição: Instituto Politécnico da Guarda, Escola Superior de Tecnologia e Gestão.

Designação do Projeto: Implementação de um Plano de Observações nos taludes da

VICEG (Via de Cintura Externa da Guarda), junto à rotunda do G.

Localidade: Guarda

Professora Orientadora

Nome: Eufémia da Glória Patrício

Grau Académico: Licenciatura em Engenharia Geográfica, Mestrado em

Posicionamento e Navegação por Satélite

Período do Projeto

Início do Projeto: 30/03/2014

Resumo

O Projeto VICEG consistiu na monitorização dos taludes da VICEG (Via de Cintura Externa da Guarda), durante aproximadamente 6 meses. O estudo foi efetuado no troço que liga a rotunda do “G” até à saída (Via de Abrandamento) de acesso ao hospital da Guarda, Sousa Martins.

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

O Projeto VICEG, foi realizado em várias etapas, começando no reconhecimento do terreno, passando pela observação visual dos taludes e colocação dos alvos nas zonas de mais interesse e relevância a nível de monitorização.

Nas fases posteriores foi necessária a criação de uma rede de pontos de apoio, na qual se teve em conta o posicionamento dos alvos colocados nos taludes de forma a se poder observar os mesmos com a visada o mais perpendicular possivel.

A rede de pontos de apoio foi implementada através da materialização e coordenação de pontos no separador central da VICEG e nas extremidades foram colocados os pontos de orientação que têm como objetivo a orientação do instrumento para a observação dos alvos em estudo.

Como última etapa do plano de projeto em campo, foram realizadas seis campanhas de observação,e realizada a georreferenciação dos 39 alvos colocados nos taludes.

Finalizado o trabalho de campo, foi necessário processar os dados recolhidos e estudar o comportamento dos alvos no período de observação, através de operações aritméticas e estatísticas, materializadas em gráficos e análise de possíveis tendências.

Para finalizar o projeto VICEG, implantou-se num Sistema de Informação Geográfica (SIG), com a informação referente aos alvos, desde a sua identificação, tipo de alvo, material constituinte do talude e as respetivas coordenadas M, P e Cota.

Agradecimentos

Chegando ao fim de mais uma importante etapa da vida, e atravessando barreiras e dificuldades, nada seria possível sem o apoio e ajuda de vários intervenientes que neste percurso foram essenciais para concluir esta formação.

Assim sendo, agradeço aos docentes responsáveis pela Licenciatura em Engenharia Topográfica, dada a disponibilidade prestada ao longo destes anos.

À Orientadora do Projeto, docente na Escola Superior de Tecnologia e Gestão da Guarda (IPG), Engenheira Geógrafa Eufémia da Glória Patrício, pela sua disponibilidade na realização do Projeto.

Agradeço aos meus colegas de grupo que ao longo deste projeto sempre contribuiram para o sucesso do mesmo.

À Camara Municipal da Guarda por disponibilizar os meios necessários, bem como ao Instituto Politécnico da Guarda.

Aos meus pais que apesar de todas as dificuldades estiveram sempre presentes nos momentos mais importantes, ao meu irmão e à minha namorada pelo apoio incondicional. Aos restantes familiares e amigos que me apoiaram neste longo percurso.

Plano do Projeto

A realização do projeto tem como principal objetivo a monitorização dos taludes da VICEG, mais propriamente desde a rotunda do “G”, até à via de abrandamento de acesso ao Hospital Sousa Martins, na Guarda.

Serão efetuadas diversas visitas à zona de estudo, para reconhecimento do terreno e para implementação quer da rede de pontos de apoio, quer para fixação dos alvos nos taludes quer para a georeferenciação dos mesmos.

Para se realizar a monitorização será utilizado o método de irradiação para coordenação dos alvos, e para análise dos possíveis deslocamentos e tendências dos taludes, é utilizado o método da variação de coordenadas.

Etapas do Projeto

O projeto VICEG divide-se nas seguintes fases:

1ª Etapa: Reconhecimento do Terreno;

2ª Etapa: Implementação dos alvos refletores nos taludes;

3ª Etapa: Implementação dos pontos fixos e de orientação no terreno;

4ª Etapa: Coordenação dos pontos fixos e de orientação recorrendo a GNSS;

5ª Etapa: Realização de seis campanhas de Observação;

Índice Geral

Índice de Figuras ... viii

Índice de Quadros ... xi

Índice de Gráficos ... xii

Capítulo I ... 1

1 - Introdução... 1

Capítulo II ... 2

2 - Equipamento Utilizado ... 2

2.1 - Colocação dos alvos nos taludes da VICEG. ... 2

2.2 - Colocação dos Pontos Fixos e dos Pontos de Orientação no Separador Central da VICEG. ... 2

2.3 - Coordenação dos Pontos Fixos e dos Pontos de Orientação com o GPS. ... 3

2.4 - Coordenação dos Pontos Fixos e dos Pontos de Orientação com GNSS TopCon 4 2.5 - Monitorização dos Alvos para as 6 campanhas de observação. ... 5

2.6 - Material Utilizado em todas as tarefas acima referidas... 5

2.7 - Software Utilizado... 6

Capítulo III ... 7

3 – Conceitos Teóricos ... 7

3.1 - Monitorização Topográfica ... 7

3.2 - Métodos Topográficos/Geodésicos ... 8

3.3 - Métodos Utilizados para a Monitorização Topográfica ... 10

3.4 - Monitorização recorrendo a alvos topográficos (Dianas Refletantes) com o método da irradiação ... 15

3.5 - Métodos Mecânico-Físicos utilizados na monitorização ... 16

3.6 - Métodos de Monitorização com GNSS ... 17

3.7 - Geometria e Precisão dos Satélites ... 19

3.8 - Método de Monitorização com Laser Scanning ... 20

3.9 - Método de monitorização utilizando Interferometria Radar ... 21

3.9.1 - Sistema de Radar SAR ... 22

3.10 - Método de monitorização de obras aplicando Fotogrametria ... 25

3.11 - Classificação dos Erros de Observação ... 26

3.11.1 - Erros Acidentais ... 26

3.11.2 - Erros Sistemáticos ... 27

3.11.3 - Erros Aleatórios ... 27

3.12 - Precisão e Exatidão ... 28

3.13 – Precisão Estação Total Leica TCR803 com dados do projeto... 29

Capítulo IV ... 30

4 – Descrição dos Taludes ... 30

4.1 - Monitorização e Propriedades Geotécnicas dos Taludes ... 30

4.2 - Tipos de instabilidade de taludes ... 30

4.3 - Estabilização de taludes ... 32

Capítulo V ... 35

5.1 - Sistema de Referência Terrestre Europeu - ETRS89 ... 35

Capítulo VI ... 37

6 – Metodologia Utilizada em Campo ... 37

6.1 - Reconhecimento e Estudo dos Taludes da VICEG ... 37

6.2 - Implementação de um Plano de Observações nos taludes da VICEG ... 38

6.3 - Coordenação dos Pontos Fixos com o Equipamento GPS GS20 da Leica ... 39

6.4 - Coordenação de PF2 e PF3 por Estação Livre ... 47

6.5 - Coordenação de PF2 e PF3 por Transporte de Coordenadas ... 48

6.6 - Coordenação dos Pontos de Apoio com o Equipamento TopCon GR-3 ... 49

6.7 - Análise dos Resultados Obtidos na Coordenação da Rede de Apoio nos Processos Realizados ... 51

Capítulo VII ... 56

7 - Análise de Resultados ... 56

7.1 - Cálculo e Análise das Observações Realizadas ... 56

7.2 - Análise Gráfica das Observações Efetuadas ... 58

7.3 – Diferença máximo, mínimo e média dos alvos ... 62

7.4 - Estudo de possível tendência dos alvos de acordo com as observações efetuadas ... 66

7.5 - Análise dos Resultados Obtidos em função do Material do Talude ... 81

Capítulo VIII ... 85

8 – SIG com Informação dos Alvos ... 85

8.1 - Sistema de Informação Geográfica da VICEG ... 85

Capítulo IX ... 101

9 - Conclusão ... 101

Bibliografia ... 103

Índice de Figuras

Figura 1 - Estacas Utilizadas ... 2

Figura 2 - Estação Total Leica TCR803 ... 3

Figura 3 - GPS Leica GS-20 ... 4

Figura 4 - GNSS TopCon GR-3 ... 4

Figura 5 - Equipamentos de segurança rodoviária e do operador ... 6

Figura 6 - Objetivos da Monitorização Topográfica ... 7

Figura 7 - Transporte de Coordenadas ... 10

Figura 8 - Estação Livre ... 11

Figura 9 - Triangulação ... 12

Figura 10 – Irradiação... 13

Figura 11 - Nivelamento Geométrico ... 14

Figura 12 - Nivelamento Geodésico ou Trigonométrico ... 14

Figura 13 – Dianas refletantes adesivas ... 16

Figura 14 - Inclinómetro ... 16

Figura 15 - Piezómetro ... 17

Figura 16 - Método de Monitorização através de GNSS... 18

Figura 17 - Boa aquisição de PDOP e má aquisição de PDOP respetivamente ... 20

Figura 18 - Laser Scanning ... 21

Figura 19 - Satélites Artificiais com aplicação na monitorização ... 22

Figura 20 - Radar de Abertura Sintética (SAR) ... 23

Figura 21 - Deslocamento de Doppler na aquisição de imagens ... 24

Figura 22 - Aplicação da Interferometria Radar na selva da Amazónia ... 24

Figura 23 - Zonas de subciência e elevação ... 25

Figura 24 - Aplicação da Fotogrametria na Monitorização ... 25

Figura 25 - Precisão e Exatidão ... 28

Figura 26 - Vários tipos de instabilidades nos taludes ... 31

Figura 27 - Malha Hexagonal de tripla torção ... 32

Figura 28 - Muro de contenção com malha hexagonal ... 33

Figura 29 - Pregagem em taludes ... 33

Figura 30 - Queda de Blocos do talude da VICEG ... 34

Figura 31 - Risco de queda de blocos e deslizamento de terra ... 34

Figura 33 - Vista Panorâmica da VICEG ... 37

Figura 34 - Colocação e Marcação dos Alvos ... 38

Figura 35 - Recetor Leica GS20 ... 40

Figura 36 - Extração dos dados Rinex da Estação permanente da Guarda ... 40

Figura 37 - Estação permanente da Guarda ... 41

Figura 38 - Ficheiros recolhidos da Estação permanente ... 41

Figura 39 - Processamento dos dados... 41

Figura 40 - Janela com opções para configuração ... 42

Figura 41 - Configuração de parâmetros ... 42

Figura 42 - Dados processados ... 43

Figura 43 - Definir Sistema de Coordenadas ... 43

Figura 44 - Qualidade das coordenadas ... 44

Figura 45 - Tipo de coordenadas utilizadas ... 44

Figura 46 - Resultados obtidos no processamento ... 45

Figura 47 - Opções dos dados processados ... 45

Figura 48 - Colocação dos pontos coordenados ... 46

Figura 49 - Aquisição de sinal suficiente para coordenação ... 47

Figura 50 - TopCon Rover GR-3 em funcionamento ... 49

Figura 51 - Configuração para leitura dos alvos ... 54

Figura 52 - Tendência do talude ... 66

Figura 53 - Orientação definida para a zona de estudo ... 67

Figura 54 - Sistema de eixos adotados na zona de estudo ... 69

Figura 55 - Localização no referencial do alvo 15D ... 69

Figura 56 - Adicionar camada vetorial ... 85

Figura 57 - Shapefiles fornecidas pela CMG ... 85

Figura 58 -Levantamento Topográfico da VICEG ... 86

Figura 59 - Ficheiros "txt" criados com coordenadas dos alvos monitorizados ... 87

Figura 60 - Criação de Shapefiles... 87

Figura 61 - Visualização da zona de observações e distintas camadas de informação .. 88

Figura 62 - Ferramenta "Propriedades da Camada" ... 88

Figura 63 - Alteração do sistema de coordenadas de referência ... 89

Figura 64 - Visualização da zona de observações e diferentes camadas ... 90

Figura 65 - Tabela de atributos do talude da direita ... 94

Figura 67 - Pontos de apoio e alvos monitorizados da zona de estudo ... 95

Figura 68 - Alvos monitorizados pelo operador João (indicados a vermelho) ... 96

Figura 69 - Material Rochoso que constitui os taludes em estudo ... 97

Figura 70 - Tipo de alvo colocado no talude para a monitorização ... 98

Figura 71 - Visualização da área de estudo ... 99

Figura 72 - Levantamento Topográfico da VICEG com informação relativa ao estudo realizado... 100

Índice de Quadros

Quadro 1 - Classificação da queda de blocos segundo Palmstrom ... 33

Quadro 2 - Propriedades do Sistema de Projeção PT-TM06/ ETRS89 ... 36

Quadro 3 - Data das Campanhas de Observação ... 38

Quadro 4 – Visibilidade dos pontos fixos para os alvos ... 39

Quadro 5 - Coordenação dos Pontos de Apoio GPS Leica GS20 ... 46

Quadro 6 - Coordenação de PF2 e PF3 (1ºprocesso) ... 47

Quadro 7 - Coordenação de PF2 e PF3 (2ºprocesso) ... 48

Quadro 8 - Coordenação de PF2 e PF3 por transporte de coordenadas ... 48

Quadro 9 - Coordenação dos pontos de apoio com o equipamento TopCon GR-3 ... 50

Quadro 10 - Coordenação utilizando o aparelho Leica e TopCon ... 51

Quadro 11 - Resultados obtidos na coordenação dos pontos de apoio ... 52

Quadro 12 - Alvos monitorizados operador João ... 54

Quadro 13 - Diferenças Máximas, Mínimas e Média entre as campanhas ... 62

Quadro 14 - Possíveis tendências ocorridas ... 66

Quadro 15 - Alvos Monitorizados talude da direita ... 67

Quadro 16 - Alvos Monitorizados talude da esquerda ... 68

Quadro 17 - Possível tendência ... 68

Quadro 18 - Média do desvio padrão angular para os pontos fixos nas campanhas realizadas ... 72

Quadro 19 - Média do desvio padrão angular para as campanhas realizadas ... 72

Quadro 20 - Tipo de alvo colocado no talude coordenada M ... 77

Quadro 21 - Tipo de alvo colocado no talude coordenada P ... 79

Quadro 22 - Tipo de alvo colocado no talude cota ... 80

Quadro 23 - Material do talude onde estão colocados os alvos (Coordenada M) ... 81

Quadro 24 - Material do talude onde estão colocados os alvos (Coordenada P) ... 82

Quadro 25 - Material do talude onde estão colocados os alvos (Cota) ... 83

Quadro 26 - Coordenadas dos alvos monitorizados nos pontos fixos visíveis ... 91

Quadro 27 - Coordenadas dos alvos 1D a 13D obtidos na campanha referência ... 91

Quadro 28 - Coordenadas dos alvos 14D a 19E obtidos na campanha referência ... 92

Quadro 29 - Descrição dos alvos do talude da direita ... 92

Quadro 30 - Descrição dos alvos do talude da esquerda ... 93

Índice de Gráficos

Gráfico 1 - Diferenças obtidas entre as campanhas para a coordenada M ... 59

Gráfico 2 – Diferenças obtidas entre as campanhas para a coordenada P ... 60

Gráfico 3 - Diferenças obtidas entre as campanhas para a cota ... 61

Gráfico 4 - Diferenças máximas, mínimas e média para a coordenada M ... 63

Gráfico 5 - Diferenças máximas, mínimas e média para a coordenada P ... 64

Gráfico 6 - Diferenças máximas, mínimas e média para a cota ... 65

Gráfico 7 - Temperatura ambiente e do aparelho ... 70

Gráfico 8 - Desvio Padrão ... 71

Gráfico 9 - Desvio padrão para a coordenada M ... 73

Gráfico 10 - Desvio padrão para a coordenada P ... 74

Gráfico 11 - Desvio padrão para a cota ... 75

Gráfico 12 - Média obtida para o desvio padrão ... 76

Gráfico 13 - Tipo de alvo colocado no talude coordenada M ... 78

Gráfico 14 - Tipo de alvo colocado no talude coordenada P... 79

Gráfico 15 - Tipo de alvo colocado no talude cota... 80

Gráfico 16 - Material do talude onde estão colocados os alvos (Coordenada M) ... 82

Gráfico 17 - Material do talude onde estão colocados os alvos (Coordenada P) ... 83

Capítulo I

1 - Introdução

A evolução das civilizações foi acompanhada 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 para segurança da população quer para evitar danos que futuramente poderão implica maiores custos na restruturação da obra.

No caso concreto este projeto é realizado numa 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.

Os dois taludes em questão e alvo de estudo têm aproximadamente 30 metros de altura,

são compostos por material granítico diverso, e não possuem qualquer estrutura de contenção.

Durante o presente relatório são exposto diversos capítulos, compostos com os diversos temas abordados durante a realização do projeto, sendo eles:

Capítulo I – Introdução;

Capítulo II – Equipamento Utilizado;

Capítulo III – Conceitos Teóricos;

Capítulo IV – Descrição dos Taludes;

Capítulo V – Sistema de Referência;

Capítulo VI – Metodologia Utilizada em Campo;

Capítulo VII – Análise de Resultados;

Capítulo VIII – SIG com Informação dos Alvos;

Capítulo II

2 - Equipamento Utilizado

2.1 - 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 dianas refletantes (alvos observados), marca Leica (4cm x 4cm);  Escada de alumínio de 3 lances (4 metros cada);

 Estacas de Metal;  Estacas de Madeira;  Martelo;

 Pano de limpeza;  Lixa para pedra;  Spray de sinalização;  Cola de contacto;  Escova grossa;

2.2 - Colocação dos Pontos Fixos e dos Pontos de Orientação no Separador Central da VICEG.

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;

2.3 - Coordenação dos Pontos Fixos e dos Pontos de Orientação com o GPS.

 GPS Rover Leica GS20 (Antena AT501);  Precisão:

o 0,3 m em Pós-processamento (Código)

o 10 mm + 2 ppm em Pós-processamento (Código e Fase)  Bastão para recetor GS20;

 Tripé Grande Leica;  Tripé de pinças;  Fita Métrica;

 Estação Total Leica TCR803 (utilizada para o transporte de coordenadas e estação livre);

 Prisma Circular Leica;  Bastão Topográfico;

Figura 2 - Estação Total Leica TCR803

2.4 - Coordenação dos Pontos Fixos e dos Pontos de Orientação com GNSS TopCon

 Recetor GNSS Base TopCon GR-3;  Precisão: Modo Estático

o 3 mm + 0,5 ppm horizontal o 5 mm + 0,5 ppm vertical  Recetor GNSS Rover TopCon GR-3;  Bastão para Recetor;

 Tripé Grande Leica  Tripé de pinças;  Fita Métrica;

Figura 4 - GNSS TopCon GR-3 Figura 3 - GPS Leica GS-20

2.5 - Monitorização dos Alvos para as 6 campanhas de observação.

 Estação Total Leica TCR803;  Precisão linear:

o 2 mm + 2 ppm CP_Preciso o 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;

2.6 - Material Utilizado em todas as tarefas acima referidas.

Material de segurança do operador:  3 Capacetes;

 3 Coletes refletores;

Material de segurança rodoviária:

 Sinalização rodoviária disponibilizada pela autarquia local (Câmara Municipal da Guarda);

 Cones de sinalização;

Restante material utilizado:

2.7 - Software Utilizado

 Quantum Gis Versão 2.6.1 Brighton.  Leica Survey Office.

 GisDataPro.  PhotoScape.  Gimp 2.8.1.  Microsoft Excel.  Microsoft Word.  Paint (formato jpeg).

 Bloco de Notas (formato txt).  Google Earth.

Capítulo III

3 – Conceitos Teóricos

3.1 - Monitorização Topográfica

A monitorização é uma ação que se serve e apoia na instrumentação e observação para o controlo de uma estrutura, de uma obra (durante toda a vida da mesma), tendo como base de critérios as deformações ou variações. Isto é, 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 de decisões.

Para melhor interpretação apresenta-se a figura 6 que sintetiza os aspetos relacionados com a monitorização.

A monitorização estuda 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 podem-se obter respostas significativamente mais rápidas para certos casos, ao invés há situações que se necessita de observar e controlar para retirar conclusões. Para os casos que é necessário uma monitorização contínua, é importante a observação e medição a longo prazo e permanentemente para controlar possíveis deslocamentos, variações de tensões, propagação de fissuras, entre outos fatores que podem influenciar a estabilidade da estrutura em causa.

Monitorização Topográfica • Observar • Controlar • Medir • Reconhecimento do fenómeno • Verificação de pressupostos Tomada de decisão

3.2 - Métodos Topográficos/Geodésicos

Com o aparecimento de cada vez mais obras de grande dimensão surge a necessidade de haver métodos que possam controlar e proporcionar segurança de estruturas, como pontes, edifícios, barragens, entre outras. Estes métodos possibilitam acompanhar 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 posterior, sendo assim deve estar prevista como uma premissa, e implantada 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.

Estes dois métodos distinguem-se apenas pelo grau de precisão nas campanhas efetuadas, sendo que:

i. Métodos topográficos são utilizados quando se pretende precisões na ordem dos centímetros;

ii. Métodos geodésicos são utilizados quando se pretende precisões na ordem dos milímetros;

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

i. Ângulos horizontais e verticais; ii. Distâncias;

iii. Desníveis;

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 vantagem por 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 – 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 – que servem exclusivamente para serem visados, materializados por alvos topográficos, ou dianas refletantes adesivas, por prismas retrorrefletores ou por peças de centragem forçada.

 Pontos Estação – utilizados para estacionar equipamentos (teodolitos, estações), 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.

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.

 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.

3.3 - Métodos Utilizados para a Monitorização Topográfica

Poligonais – A poligonação é um método de determinação de ângulos azimutais e

distâncias. Consiste numa sucessão de irradiações/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 se obter estas coordenadas utilizam-se estações totais, refletores, tripés e acessórios necessários. Este método permite resultados de grande qualidade, quando utilizadas poligonais tridimensionais de precisão.

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 direção que definem.

Legenda:

N.C. – Norte Cartográfico A – Ponto A

B – Ponto B

(AB) – Rumo da direção AB

MB – Coordenada M do ponto B, assinalada no eixo do P PB – Coordenada P do ponto B, assinalada no eixo do M MA – Coordenada M do ponto A, assinalada no eixo do P PA – Coordenada P do ponto A, assinalada no eixo do M

dAB - distância entre os pontos

A e B

Analiticamente utilizando os dados da figura 7 o transporte de coordenadas é calculado pelas seguintes expressões:

MB = MA + dAB sin (AB) PB = PA + dAB 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.

Legenda:

O – Ponto que se pretende

coordenar;

A – Ponto de coordenadas

conhecidas;

B – Ponto de coordenadas

conhecidas;

Ha – Rumo da direção AO; Hb – Rumo da direção OB;

Triangulação – Método que consiste na medição de distâncias e de ângulos horizontais,

de acordo com sequências e regras de operações previamente planeadas.

Os valores obtidos são ajustados, validados e transformados em deslocamentos com base em modelos matemáticos apropriados.

Legenda:

A, B e C – Pontos estação; dAB – distância de A e B; dBC – distância de B e C;

dCA – distância de C e A; Hz(AB) - rumo da direção AB;

Hz(BC) – ângulo externo do

triângulo;

Hz(CA) - ângulo externo do

triângulo;

Para a sua construção é necessário:

 Medir uma base (um comprimento);

 Atribuir um rumo qualquer a um dos lados da triangulação (de preferência a base);

 Atribuir coordenadas a um vértice da triangulação (de preferência um dos vértices da base).

Pode ainda medir-se mais do que uma base para controlo de resultados

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.

(Fonte: Adaptado de Profª Maria Cecília Bonato Brandalize)

Legenda: P – Ponto estação;

Di – distância do ponto P ao ponto considerado (i = 1 a 3); Hzi – ângulo azimutal;

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.

Para calcular coordenadas de um ponto a partir de um ponto estação (Método de transporte de coordenadas):

M1 = Mp + D₁*Sin (P1)

P1 = Pp + D₁*Cos (P1)

Nivelamento Geométrico – Este método recorre a instrumentos especiais chamados

“níveis”, cuja principal característica é a de ser definida a linha de visada horizontal. A determinação da diferença de nível entre os pontos A e B do terreno processa-se de acordo com a figura a seguir apresentada.

(Fonte: Adaptado de Gustavo Bazante)

ΔHAB = LA-LB

LA – Leitura Atrás

LB – Leitura à frente

Este nivelamento que exige apenas um estacionamento do nível para a determinação do desnível entre os pontos A e B do terreno designa-se nivelamento simples. No entanto, existem situações em que a distância entre os pontos A e B é demasiado grande e nessas circunstâncias recorre-se a várias estações do nível, resultando um nivelamento composto.

Nivelamento Geodésico ou trigonométrico – O nivelamento trigonométrico efetua-se

de acordo com a figura 12.

Fonte: Adaptado de Kahmen e Faig

Figura 11 - Nivelamento Geométrico

Legenda:

di – linha de visada; dh – distância horizontal;

dv– distância vertical entre o centro ótico do

instrumento e o centro do alvo;

z – distância zenital hi – altura do instrumento

hp – altura do alvo ou altura visada ΔHAB – desnível entre os pontos A e B;

Com base neste esboço e por métodos topográficos e matemáticos obtém-se a fórmula seguinte:

ΔHAB=dv+hi-hp

Onde:

dv=dh cotg(z)

Esta fórmula é aplicada e válida para distâncias inferiores ou iguais a 400 metros.

dv – altura trigonométrica;

hi – altura do instrumento medido em campo;

hp – altura visada;

3.4 - Monitorização recorrendo a alvos topográficos (Dianas Refletantes) com o método da irradiação

Alvos topográficos – este método permite controlar e observar a evolução do talude a

longo prazo, e consiste em realizar leituras permanentemente aos alvos topográficos colocados sobre a estrutura. Os alvos topográficos usados 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 ou colados diretamente na estrutura. Este método implica como já foi referido um controlo assíduo através de leituras retiradas nos alvos previamente colocados. Neste trabalho foram usados alvos do tipo (4x4)cm.

 Para se verificar 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 ao método denominado de variação de coordenadas, que tem como objetivo determinar os possíveis deslocamentos ocorridos durante um período de tempo extenso.

Este foi o processo utilizado para a realização deste projeto, os alvos topográficos são a ferramenta/acessório topográfico que melhor se adequa a trabalhos com a finalidade pretendida.

Quanto ao método utilizado para observação dos mesmos alvos inseridos nos taludes, foi o método da irradiação que foi referido anteriormente.

Desta forma a obtenção de leituras e a monitorização dos taludes, pode ser realizada através de dois métodos, sendo eles:

 Método da variação de coordenadas; (utilizado neste projeto)

 Método da medição de ângulos e distâncias.

3.5 - Métodos Mecânico-Físicos utilizados na monitorização

Existe um vasto número de métodos mecânico-físicos que são utilizados para a monitorização, e de seguida são apresentados dois dos métodos mais recorrentes para o estudo e controlo de estruturas.

Figura 13 – Dianas refletantes adesivas

3.6 - Métodos de Monitorização com 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 Sistema (GLONASS), e ao futuro sistema europeu Galileo, que se encontra em fase de implementação. 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.

O sistema GNSS consiste em três segmentos distintos, o segmento espacial (constelação de satélites), o segmento de controlo operacional (estações recetoras de rastreio e monitorização) e o segmento do recetor (hardware e software utilizados para procurar o sinal dos satélites). O posicionamento permite a determinação da posição dos objetos, que se podem encontrar estáticos ou em movimento, pode ainda ser realizado de forma absoluta, relativa ou diferencial.

No projeto realizado foi utilizado o método de observação com equipamento GNSS para a coordenação dos pontos fixos e de orientação, mas devido á zona de estudo ser muito “fechada”, tornou difícil a aquisição de sinal recorrendo apenas à constelação de satélites GPS foi necessário utilizar também a constelação de satélites russos (GLONASS), para que fosse possível coordenar todos os pontos com maior rigor e rapidez.

Assim sendo, a monitorização dos taludes recorrendo ao método GNSS foi colocada de parte, uma vez que a zona não permitia que este método fosse utilizado com a eficiência necessária para este tipo de trabalho. O número de satélites adquiridos proporciona uma maior fiabilidade nos resultados e mais rapidez no processo de monitorização.

3.7 - Geometria e Precisão dos Satélites

Todos os erros descritos 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:

DOP=𝝈 𝑝𝑜𝑠𝑖çã𝑜

𝝈 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎

𝝈 −

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

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

– GDOP é a degradação 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

Da análise da expressão matemática do DOP concluiu-se que, não se deverão efetuar medições com DOP superior a 6. Assim a configuração no recetor deverá ser DOP < 6, para que o recetor “observe” a melhor configuração.

A figura 17 representa um esquema de posicionamento dos satélites para um bom PDOP (Esboço 1) e para um mau PDOP (Esboço 2), pode-se assim analisar as diferenças no posicionamento dos 4 satélites necessários.

(Fonte: Seeber 1996 – adaptado)

3.8 - 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 monitorização.

(Fonte: Leica Geosystems)

A figura 18 representa o método de funcionamento de forma figurada do laser scanning. O laser scanning tem vastas áreas de aplicação como a engenharia civil, em geologia, arquitetura, arqueologia, monitorização, entre outras.

3.9 - 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 utilizando satélite artificiais de navegação (ex: Global

Positioning System).

(Fonte: Mundo Geo)

3.9.1 - Sistema de Radar SAR

O SAR é um sistema radar de visada lateral que produz uma imagem de alta resolução da superfície terrestre.

O radar emite lateralmente, em relação ao sentido do seu deslocamento, impulsos de frequência modulada de duração t, em direção ao solo. As dimensões e a forma do feixe principal dependem do tamanho da antena.

A superfície do solo iluminada por cada impulso é alongada sobre o eixo do alcance. A sucessão dos impulsos permite obter informações sobre uma faixa contínua do solo paralela à direção em azimute e, por isso, a largura é limitada pelo alcance próximo e pelo alcance distante (Figura 20)

O termo “Syntetic Aperture Radar” (SAR) refere-se à técnica utilizada para simular uma antena de grandes dimensões combinando sinais (ecos) recebidos pelo sensor na sua trajetória. Em geral, quanto maior a antena, mais detalhada poderá ser a informação que se pode obter sobre determinado objeto observado, ou seja, melhor a resolução. Com melhor informação é possível criar uma melhor imagem do objeto

InSAR é uma técnica de processamento avançada, aplicada a imagens radar da superfície da Terra que pode ajudar a detetar variações muito pequenas a partir de características do solo, tais como estruturas de engenharia, incluindo pontes e barragens, deslizamentos de terrenos, supervisionamento de recursos naturais com os seus componentes e envolvente.

Ao aplicar técnicas de processamento InSAR a séries de imagens Radar da mesma região é possível detetar movimentos de infraestruturas no terreno até ao milímetro e portanto identificar movimentos excessivos ou anormais que indiquem um possível problema que precisa de uma análise mais detalhada no terreno. A grande vantagem desta tecnologia é o facto de uma única imagem radar, que pode ser obtida no escuro e através das nuvens poder cobrir uma área de mais de 100km por 100km (ERS e Envisat) e portanto todas as infraestruturas significativas na área abrangida podem ser monitorizadas de forma rentável.(Sousa, 2012)

O movimento da plataforma durante o mapeamento resulta num deslocamento doppler na frequência da radiação retrorefletida. 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. Alem disso, o deslocamento doppler será maior para alvos com maior velocidade (radial) em relação ao radar, atingindo o zero no ponto de maior aproximação.

(Fonte: Divisão de processamento de imagens)

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.

(Fonte: Filipe Geremia Nievinski)

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.

O retângulo indicado a vermelho na figura 22 representa uma área de estudo em que é utilizada esta técnica. A imagem da esquerda corresponde a uma imagem ERS, enquanto a da direita é uma imagem adquirida pelo satélite ENVISAT.

(Fonte:D. Perissin and T. Wang)

A figura 23 tem uma escala em que o vermelho indica uma zona de subsidência e o azul representa uma zona de elevação.

Figura 21 - Deslocamento de Doppler na aquisição de imagens

3.10 - Método de monitorização de obras aplicando Fotogrametria

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 apos essas transformações podem ser gerados mapas onde os objetos representados estão praticamente isentos de deformações.

Figura 24 - Aplicação da Fotogrametria na Monitorização Figura 23 - Zonas de subciência e elevação

A reconstituição pode ser de três tipos, restituição analógica, restituição assistida por computador e restituição analítica.

Pode-se enunciar algumas vantagens da fotogrametria relativamente aos métodos tradicionais:

 Baixo custo comparado com os equipamentos analógicos ou analíticos convencionais.

 Hardware necessário é relativamente simples e de baixo custo.

 As técnicas de processamento digital como filtros e controlo de contraste podem melhorar a qualidade da imagem.

Para que a monitorização possa ser realizada através dos métodos fotogramétricos é necessário a comparação de coordenadas em mapas tridimensionais.

3.11 - Classificação dos Erros de Observação

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, distancias, 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;

3.11.1 - Erros Acidentais

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

3.11.2 - Erros Sistemáticos

Tal como o nome indica este tipo de erros repete-se do mesmo modo sempre que se repete uma ação nas mesmas circunstâncias. Estes erros depois de conhecidos podem ser expressos através 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 a falta de atenção/concentração, cansaço ou normais descuidos;

3.11.3 - Erros Aleatórios

Estes erros são de pequena amplitude de origem desconhecida e tem propriedades análogas às propriedades estatísticas de uma amostragem. Por outras palavras pode 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;

3.12 - 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.

Na figura 25 encontram-se representadas as diferenças entre precisão e exatidão, ao realizar a pontaria para os alvos.

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

𝜀 = 𝘺 − µ

Sendo:

ε – Erro

𝗒 – Valor medido µ – Valor verdadeiro

Para se calcular o desvio padrão que indica a precisão das respetivas observações é utilizada a fórmula a seguir apresentada:

σ =√∑

n

i=1 ( 𝑋𝑖 − Ø ) 2

( n − 1 )

Sendo:

σ - Desvio padrão;

Ø - Média formada pela leitura direta e inversa da luneta; n - Número de observações;

Xi - Coordenada M da campanha de referência;

3.13 – Precisão Estação Total Leica TCR803 com dados do projeto

A precisão da Estação Total - Distância: 2 mm + 2 ppm - Angular: 2 “

O alvo a monitorizar mais afastado relativamente ao ponto fixo é o alvo 4E₂ que se encontra a 29,982 m distanciado do ponto fixo 9 (PF9), e o alvo mais próximo é o alvo 1E que se distancia a 13,962 m relativamente ao ponto fixo 8 (PF8).

Cálculo do erro linear do instrumento para o alvo mais afastado (4E₂):

2 𝑚𝑚 + 2 ∗ 1𝑚𝑚

1000000𝑚𝑚∗ 29,982 𝑚 = 2 𝑚𝑚 + 0,030 𝑚𝑚 = 2,030 𝑚𝑚

Cálculo do erro linear do instrumento para o alvo mais próximo (1E):

2 𝑚𝑚 + 2 ∗ 1𝑚𝑚

Capítulo IV

4 – Descrição dos Taludes

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 características.

Designa-se por talude uma superfície de terreno em que se verifica 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 a deslocação do solo para a base do talude como derrocadas, deslizamentos de terras ou ravinamentos.

4.2 - Tipos de instabilidade de taludes

Existem ainda vários tipos de instabilidade nos taludes, ilustrados na figura 26: – Escorregamento (imagem 1)

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

(Fonte: biogeoart.blogspot.pt)

Causas da instabilidade dos taludes

As causas da instabilidade 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.

4.3 - 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 seguintes representam alguns métodos de contenção de taludes.

(Fonte: Enrico Piolanto, Lda)

(Fonte: NorteJuvil)

Relativamente ao caso concreto do Projeto VICEG o tipo de instabilidade relacionado é o de queda de rochas (Figura 30) e o deslizamento de terra (Figura 31).

Relativamente á queda de bloco, Palmstrom elaborou uma classificação segundo o tamanho do bloco (Quadro 1).

Quadro 1 - Classificação da queda de blocos segundo Palmstrom

(Fonte: Cardoso, Daniela; Romana Manuel; Sánchez, Mila) (Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, Espanha)

Palmstrom

Intervalo dimensões Classificação

10 cm³ a 200 cm³ Muito Pequeno (MP) 0,2 dm³ a 10 dm³ Pequeno (P) 10 dm³ a 200 dm³ Médio (M)

0,2 m³ a 10 m³ Grande (G)

> 10 m³ Muito Grande (MG)

Figura 28 - Muro de contenção com malha hexagonal

Na figura 30 está demonstrado a queda de blocos em zonas contiguas à VICEG, enquanto na figura 31 está presente no fundo do talude areão resultante da erosão e nos círculos indicados a vermelho estão rochas que devido á mesma erosão podem soltar-se.

Figura 30 - Queda de Blocos do talude da VICEG

Capítulo V

5 – Sistema de Referência

5.1 - Sistema de Referência Terrestre Europeu - ETRS89

O distrito da Guarda encontra-se no 1º Quadrante do sistema de coordenadas associadas ao PT-TM06/ETRS89 daí o facto de todas as coordenadas M e coordenadas P tanto a rede de apoio como dos alvos serem positivas, como se pode verificar na figura 32. O sistema de referência utilizado para o projeto foi o PT-TM06/ETRS89.

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

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

Figura 32 – A cidade da Guarda colocada no 1º Quadrante

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.

(Fonte: Direção-Geral do Território)

Segundo recomendação da Direção Geral do Território, este sistema deverá substituir completamente os anteriormente usados, que se consideram obsoletos.

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

Elipsoide de referência: GRS80 Semi-eixo maior: a = 6378137 m Achatamento: f = 1 / 298,257222101

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

Capítulo VI

6 – Metodologia Utilizada em Campo

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 que começa na rotunda do G até à saída (via de abrandamento) para acesso ao hospital. (Anexo II)

O reconhecimento do terreno consistiu na observação pormenorizada tanto do tipo de material dos taludes como das zonas dos taludes com 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 como talude da esquerda o que se situa do lado da empresa de laticínios “Gelgurte” e do Hospital, e como talude da direita o oposto, ou seja, o talude que se situa do lado do cemitério.

(Fonte: Google Maps)

6.2 - Implementação de um Plano de Observações nos taludes da VICEG

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

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

A rede de apoio para observação dos alvos consiste nos pontos fixos e nos pontos de orientação, os primeiros têm como finalidade serem os pontos a partir dos quais o alvo será monitorizado durante o período de registo de observações, os pontos de orientação são pontos de apoio para a orientação do instrumento, 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 que ocorreu foi no caso da 5ª campanha, que se realizou em dias distintos para cada um dos operadores da Estação Total 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

Quadro 3 - Data das Campanhas de Observação Figura 34 - Colocação e Marcação dos Alvos

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.

O local de colocação dos pontos fixos foi uma escolha estratégica, para uma melhor visibilidade do alvo e um maior número de alvos visíveis.

No quadro a seguir são apresentados os alvos e os respetivos pontos fixos (estações) que têm campo de visão para esses. Os alvos que são visíveis por mais que um ponto fixo é atribuído um número para se diferenciarem.

Os alvos assinalados a verde dizem respeito aos estudados no presente relatório.

Taludes Ponto Fixo

PF1 PF2 PF3 PF4 PF5 PF6 PF7 PF8 PF9 Alvos Talude Direita 1 D 4 D 5 D 8 D 11 D 15 D 19 D 2 D 5 D 6 D 9 D 13 D 16 D 20 D 3 D 7 D 11 D 14 D 17 D 10 D 12 D 18 D 12 D 13 D 20 D Alvos Talude Esquerda 19 E 16 E 13 E 12 E 12 E 12 E 9 E 6 E 4 E 18 E 15 E 11 E 11 E 8 E 5 E 3 E 17 E 14 E 10 E 7 E 4 E 16 E 6 E 3 E 2 E 1 E

Na totalidade foram colocados 12 pontos, 9 pontos fixos e 3 pontos de orientação.

6.3 - Coordenação dos Pontos Fixos com o Equipamento GPS GS20 da Leica

Para a coordenação da rede de apoio utilizamos como recetor base a Estação Permanente da Guarda (Caraterísticas da Estação Permanente da Guarda no Anexo III). O GPS Rover esteve aproximadamente 20 minutos para a coordenação dos pontos de apoio, com uma altura da antena de 2 metros (Figura 35).

O tratamento dos dados foi efetuado através do software GisDataPro. O trabalho de gabinete para esta tarefa inicia-se com a extração dos dados Rinex (Anexo CD) da estação permanente da Guarda, ao qual será fornecida uma hiperligação da ReNEP (Rede Nacional de Estações Permanentes), como se pode visualizar na figura 36.

Após a extração dos dados Rinex da estação permanente da Guarda, através do software GisDataPro foram processados os dados retirados em campo.

No ambiente GisDataPro foi criado um novo projeto “VICEG”, em que são importados os dados Rinex e procede-se à edição da estação permanente, como se visualiza nas figuras seguintes.

Figura 35 - Recetor Leica GS20

O sistema de coordenadas das estações Permanentes é o PT-TM06 /ETRS89, tal como o do projeto.

Na figura 39 podem-se visualizar todos os pontos coordenados no terreno sem processamento, assim como a estação permanente da Guarda (Ponto de Controlo).

Figura 38 - Ficheiros recolhidos da Estação permanente

Figura 39 - Processamento dos dados Figura 37 - Estação permanente da Guarda

O passo seguinte é a configuração dos parâmetros de processamento.

Abrindo a janela das definições “Settings” seleciona-se as opções pretendidas como se observa na figura 41.

Concluídos os passos referidos anteriormente realizou-se o processamento dos dados, como se visualiza na figura 42, os pontos de apoio estão processados.

Figura 41 - Configuração de parâmetros Figura 40 - Janela com opções para configuração

Após o processamento selecionamos todos os pontos de apoio e na janela de sistema de coordenadas “Coord. System” selecionamos a opção “Local” como se observa na figura 43.

Na mesma janela de seleção em “Coord. Type” seleciona-se a opção “Grid”, em “Coord.

Quality” seleciona-se “Standard deviations” como se visualiza nas figuras abaixo. Figura 42 - Dados processados

Na figura 46 visualizam-se as coordenadas M, P e Cota, bem como a hora da sua coordenação.

Figura 45 - Tipo de coordenadas utilizadas Figura 44 - Qualidade das coordenadas

Após estes processos pode-se aceder a uma janela onde é selecionada a opção para visualizar o relatório de resultados completos.

Finalmente no ambiente GISDATA Pro, visualiza-se os pontos de apoio coordenados (Figura 48).

Figura 46 - Resultados obtidos no processamento

Depois de todos os pontos estarem coordenados temos acesso ao seu desvio padrão para a coordenada M, P e Cota, e no quadro 5 são expostas as coordenadas assim como os respetivos desvios padrões.

Os Pontos PF2 e PF3 foram impossíveis de coordenar pela inexistência/insuficiência de 4 satélites no mínimo, o que não permitiu ter PDOP (Position Dilution of Precision)

Os motivos da insuficiência de PDOP podem ser vários, mas a VICEG encontra-se numa zona de obstrução de satélites, pois mesmo para os restantes pontos houve alguma dificuldade em ter 4 satélites em posição de emitir sinal durante os 20 minutos

Coordenação Pontos de Apoio GPS

Coordenadas (m) Desvio Padrão (mm)

M P Cota M P Cota Estação Guarda 73427.9825 96765.7624 1082.2800 0.0000 0.0000 0.0000 Pontos Fixos PF1 72373.4384 95764.3021 1044.5706 0.0146 0.0269 0.4070 PF2 PF3 PF4 72406.4687 95656.2037 1035.8479 0.0211 0.0261 0.0555 PF5 72416.2252 95640.1520 1034.1550 0.0185 0.0377 0.0736 PF6 72426.3157 95625.0999 1033.9015 0.0195 0.0347 0.0719 PF7 72449.0832 95601.3925 1031.1527 0.0324 0.0356 0.0844 PF8 72465.1971 95588.5792 1029.0590 0.0239 0.0266 0.0650 PF9 72480.0970 95577.4085 1028.5098 0.0303 0.0323 0.0814 Pontos de Orientação POR1 72375.6093 95812.0905 1045.0026 0.0160 0.0250 0.0743 POR2 72582.1803 95536.6162 1024.5128 0.0123 0.0164 0.0425 Quadro 5 - Coordenação dos Pontos de Apoio GPS Leica GS20