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teodolitos e níveis ópticos, Esquemas de Engenharia Civil

2 - O SISTEMA DE EIXOS DE UM TEODOLITO. A finalidade principal de um teodolito é a medida de ... se utilize mais a parte central das lentes, próxima.

Tipologia: Esquemas

2022

Compartilhado em 07/11/2022

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TEODOLITOS E NÍVEIS ÓPTICOS TEODOLITOS E NÍVEIS ÓPTICOS -- VERIFICAÇÃO E AJUSTES VERIFICAÇÃO E AJUSTES
Prof. Antonio Santana Ferraz
Prof. Luiz Carlos D’Antonino
Universidade Federal de Viçosa
Departamento de Engenharia Civil
Setor de Engenharia de Agrimensura
36571-000 - Viçosa - MG
Fone: (031) 891-2876
RESUMO
O profissional que trabalha com a Topografia deve ter conhecimento das principais técnicas empregadas na
comprovação de teodolitos e níveis. Com isto poderá ele definir se um determinado instrumento está em
condições de ser utilizado antes de iniciar qualquer tipo de trabalho. Tanto os teodolitos quanto os níveis
possuem determinadas condições de construção e ajuste que devem ser satisfeitas com o objetivo de que se
obtenha medidas com um mínimo de influência dos erros instrumentais. Neste trabalho serão tratadas as
principais condições que devem satisfazer estes equipamentos, os procedimentos adotados para verificá-las,
bem como a técnica empregada para se efetuar o ajuste no próprio instrumento.
ABSTRACT
It is supposed that the surveyors have expertise in techniques for the calibration of topographic instruments.
Theodolites and spirit levels have some inbuilt conditions which must be attended to minimize instrumental
errors. This paper displays these inbuilt conditions and the procedures for calibrating those kind of topographic
instruments.
1 - FONTES DE ERRO NAS MEDIÇÕES ANGU-
LARES COM TEODOLITO
Nas operações de medição angular, desde a
materialização do vértice do ângulo até a leitura do
mesmo, uma série de erros podem ocorrer. Dentre
as principais fontes que dão origem a erros,
destacam-se aquela devida à centralização do
instrumento no ponto, o nivelamento do
instrumento, a refração atmosférica, a precisão na
pontaria e, principalmente, os erros axiais do
instrumento.
2 - O SISTEMA DE EIXOS DE UM TEODOLITO
A finalidade principal de um teodolito é a medida de
ângulos horizontais e verticais. Indiretamente,
pode-se medir distâncias que, relacionadas com os
ângulos verticais, possibilita obter tanto a distância
horizontal entre dois pontos quanto a diferença de
nível entre os mesmos.
Um teodolito é construído de maneira que o seu
sistema de eixos obedeçam uma série de
condições. Quando uma destas condições não é
satisfeita, obviamente os valores angulares obtidos
não corresponderão à realidade. O sistema de eixos
de um teodolito é mostrado na figura que se
segue.
Fig. 1 - Sistema de eixos de um Teodolito
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TEODOLITOS E NÍVEIS ÓPTICOSTEODOLITOS E NÍVEIS ÓPTICOS -- VERIFICAÇÃO E AJUSTESVERIFICAÇÃO E AJUSTES

Prof. Antonio Santana Ferraz Prof. Luiz Carlos D’Antonino Universidade Federal de Viçosa Departamento de Engenharia Civil Setor de Engenharia de Agrimensura 36571-000 - Viçosa - MG Fone: (031) 891-

RESUMO

O profissional que trabalha com a Topografia deve ter conhecimento das principais técnicas empregadas na comprovação de teodolitos e níveis. Com isto poderá ele definir se um determinado instrumento está em condições de ser utilizado antes de iniciar qualquer tipo de trabalho. Tanto os teodolitos quanto os níveis possuem determinadas condições de construção e ajuste que devem ser satisfeitas com o objetivo de que se obtenha medidas com um mínimo de influência dos erros instrumentais. Neste trabalho serão tratadas as principais condições que devem satisfazer estes equipamentos, os procedimentos adotados para verificá-las, bem como a técnica empregada para se efetuar o ajuste no próprio instrumento.

ABSTRACT

It is supposed that the surveyors have expertise in techniques for the calibration of topographic instruments. Theodolites and spirit levels have some inbuilt conditions which must be attended to minimize instrumental errors. This paper displays these inbuilt conditions and the procedures for calibrating those kind of topographic instruments.

1 - FONTES DE ERRO NAS MEDIÇÕES ANGU-

LARES COM TEODOLITO

Nas operações de medição angular, desde a materialização do vértice do ângulo até a leitura do mesmo, uma série de erros podem ocorrer. Dentre as principais fontes que dão origem a erros, destacam-se aquela devida à centralização do instrumento no ponto, o nivelamento do instrumento, a refração atmosférica, a precisão na pontaria e, principalmente, os erros axiais do instrumento.

2 - O SISTEMA DE EIXOS DE UM TEODOLITO

A finalidade principal de um teodolito é a medida de ângulos horizontais e verticais. Indiretamente, pode-se medir distâncias que, relacionadas com os ângulos verticais, possibilita obter tanto a distância horizontal entre dois pontos quanto a diferença de nível entre os mesmos.

Um teodolito é construído de maneira que o seu sistema de eixos obedeçam uma série de condições. Quando uma destas condições não é satisfeita, obviamente os valores angulares obtidos não corresponderão à realidade. O sistema de eixos de um teodolito é mostrado na figura que se segue.

Fig. 1 - Sistema de eixos de um Teodolito

Os eixos representados na Fig. 1 são os seguintes:

  • eixo VV : é o eixo principal (também chamado de eixo vertical, primário ou de rotação da alidade);
  • eixo HH : é o eixo secundário (também chamado de eixo horizontal, transverso ou de rotação da luneta);
  • eixo ZZ : é o eixo óptico da luneta (também conhecido como eixo de pontaria, linha de visada ou linha de colimação);
  • eixo LL : é o eixo do nível da alidade. Corresponde à reta tangente ao ponto central do tubo do nível.

Num instrumento retificado as seguintes condições são satisfeitas:

a) o eixo principal VV deve ser perpendicular ao eixo do nível da alidade LL (VV ⊥ LL) e passar pelo centro do limbo horizontal do instrumento;

b) o eixo secundário HH deve ser perpendicular ao eixo principal VV ( HH ⊥ VV);

c) a linha de visada ZZ deve ser perpendicular ao eixo secundário HH (ZZ ⊥ HH) e deve interceptar o eixo principal VV ou coincidir com o mesmo na posição vertical da luneta;

d) Nos instrumentos que possuem um nível solidário ao círculo vertical o eixo deste nível deve ser paralelo à linha de visada ZZ quando a luneta estiver na horizontal.

3 - ELEMENTOS BÁSICOS COMPONENTES DOS TEODOLITOS ÓPTICOS

3.1 - Níveis de bolha :

Basicamente existem dois tipos de níveis de bolha que são utilizados nos teodolitos e níveis ópticos: os tubulares ou cilíndricos (que proporcionam horizontalização mais precisa) e os esféricos (para horizontalização aproximada).

Fig. 2 - Tipos de níveis de bolha

Os níveis de bolha tem a finalidade de determinar a horizontalidade de um plano ou de uma reta na qual ele está em repouso. Se há um mecanismo que possibilite o giro do nível em torno de um eixo, serve ele também para determinar a verticalidade deste eixo. Os níveis são constituídos de um recipiente de vidro devidamente arqueado e vedado, em cujo interior se acha um líquido, o qual deve ser de difícil congelamento, baixa densidade (ação rápida) e não deve atacar as paredes de vidro do nível. Deve ainda ser relativamente estável em volume para variações normais de temperatura. Como o líquido não enche completamente o recipiente forma-se no interior do mesmo uma bolha de ar, daí a denominação deste complemento. Vale ressaltar que o tamanho da bolha interfere na velocidade de seu deslocamento dentro do tubo de nível, sendo as bolhas pequenas deslocam-se mais lentamente que as maiores. Como o comprimento da bolha se altera com a temperatura, recomenda-se que, durante os trabalhos, o nível esteja protegido da luz solar direta ou de outra fonte de calor. A sensibilidade de um nível é normalmente dada na forma de α/2mm, ou seja, um deslocamento de 2mm da bolha no interior do recipiente corresponderá a um ângulo de inclinação α do eixo do nível em relação ao horizonte. A sensibilidade dos níveis cilíndricos varia de segundos (20”/2mm) a minutos (160”/2mm). Se um nível da alidade de um teodolito tem sensibilidade de 30”/2mm isto significa que, estando a sua bolha deslocada de 2mm em relação ao centro do tubo, estará o eixo principal do instrumento inclinado de um ângulo de 30” em relação à vertical do ponto onde está instalado o instrumento.

3.2 - Limbos :

O limbo ou círculo é a parte específica do teodolito onde são efetuadas as gravações das divisões angulares. Desta forma o teodolito possui dois limbos: o vertical e o horizontal. Nos aparelhos de leitura externa os limbos são geralmente confeccionados em alumínio, latão ou uma combinação de outros materiais, normalmente anti-magnéticos. Nestes tipos de limbo as gravações das divisões angulares são efetuadas diretamente no material, geralmente em baixo relevo. Estas divisões angulares são geralmente de 30’ ou de 20’. Para obtenção de leituras de valores inferiores a estas graduações utiliza-se de um acessório adaptado ao limbo conhecido como vernier ou nônio. Já nos aparelhos de leitura interna os limbos são de cristal e a gravação das divisões angulares são efetuadas

condição de perpendicularidade entre a diretriz do eixo do nível (LL) e o eixo vertical do instrumento (VV) está satisfeita, não necessitando portanto de retificação.

Entretanto, constatada a necessidade de retificação o procedimento é o seguinte:

  • coloque a diretriz do eixo do nível a ser retificado mais ou menos na direção de dois parafusos calantes e centre a bolha com rigor;
  • gire a alidade de 180 o, prenda o movimento da alidade e deixe a bolha se estabilizar e observe a magnitude do deslocamento da bolha em relação ao centro da graduação existente no tubo do nível;
  • mantendo a alidade efetue a correção do deslocamento da bolha, fazendo com que ela volte ao centro do tubo. Esta correção é efetuada em duas etapas: metade do deslocamento deve ser introduzida atuando nos parafusos de ajuste existente no próprio nível e a outra metade num dos dois parafusos calantes que ainda continuam paralelos à diretriz do eixo do nível.

Fig. 3 - Parafusos de retificação de um nível cilíndrico

4.3 - Verificação da linha de colimação

O cruzamento dos fios do retículo deve coincidir com o eixo óptico do sistema de lentes da luneta. Quando isto não ocorre diz-se que o instrumento está com erro na linha de visada (ou linha de colimação)

Dentre alguns procedimentos adotados para conduzir esta verificação apresenta-se o seguinte:

  • Com o instrumento instalado num ponto qualquer e a bolha do nível da alidade centrada visa- se uma graduação qualquer de uma régua comum de desenho fixada horizontalmente numa parede efetuando-se em seguida a leitura no limbo horizontal do instrumento (por exemplo 250 o^ 12’ 20”);
  • solta-se agora o limbo horizontal e gira-se o instrumento em torno de seu eixo vertical até que se obtenha uma leitura diferente de exatos 180o^ da primeira (no caso 70 o^ 12’ 20”), bascula-se a luneta e observa-se a escala da régua horizontal;
  • se o fio vertical do retículo coincidir com a mesma graduação referente à primeira leitura horizontal o instrumento estará isento do erro na linha de visada. Caso contrário a condição de perpendicularidade entre os eixos de rotação da luneta e a linha de visada não está satisfeita.

Constatada a necessidade de retificação o procedimento é o seguinte:

  • calcule o ponto médio entre as duas graduações observadas na régua horizontal;
  • atue nos parafusos de correção dos fios do retículo movimentando-os horizontalmente até que atinja o referido ponto médio na régua.
  • repita o procedimento para confirmar a retificação.

NOTA: esta correção é introduzida em etapas (no caso de retículos com 2 parafusos de correção vai se afrouxando ligeiramente um deles e apertando o outro) até colimar o fio vertical do retículo com o ponto médio da régua. Deve-se evitar ainda que o fio vertical fique oblíquo, fato que deve ser observado à medida que se vai introduzindo as correções.

Fig. 4 - Parafusos de retificação dos retículos

4.4 - Verificação do índice de contagem dos ângulos verticais

Existe no mercado instrumentos que fornecem 3 tipos de ângulos verticais: o ângulo zenital (com origem no zênite) o ângulo nadiral (com origem no nadir) e o ângulo de inclinação (com origem no horizonte). Nos instrumentos que fornecem ângulos zenitais, o zênite instrumental deve coincidir com o zênite verdadeiro do ponto topográfico, ou seja, o círculo vertical deverá estar registrando 0o^ quando a luneta estiver apontada para o zênite (no caso de ângulos nadirais o círculo vertical deverá registrar 0o^ quando a luneta estiver apontada para o nadir). Nos teodolitos que fornecem ângulos de inclinação, o limbo vertical deve registrar

0 o^ quando a luneta estiver na horizontal e em posição direta. Para que estas condições sejam atendidas os teodolitos são dotados basicamente de dois dispositivos: os compensadores (neste caso os instrumentos são ditos de colimação automática) e os níveis cilíndricos, comuns ou de bolha bipartida, onde torna-se necessário que se faça a colimação manual antes da leitura do ângulo vertical. Os procedimentos a serem conduzidos para as verificações variam com o tipo de ângulo vertical fornecido pelo instrumento e com o sistema utilizado para a colimação.

Nos instrumentos com graduação zenital um procedimento adotado para a verificação do índice de leituras é o seguinte:

  • com a luneta do instrumento em posição direta visa-se um ponto fixo, bem definido e distante o suficiente para proporcionar uma pontaria precisa (a imagem do ponto visado deve coincidir com o cruzamento dos fios do retículo do instrumento ou simplesmente ser ocultada pelo fio horizontal);
  • após concluída a pontaria efetua-se a leitura do ângulo zenital correspondente, lembrando que, caso o instrumento seja de colimação manual, deve proceder a centragem da bolha do nível do índice do círculo vertical;
  • em seguida, inverte-se a luneta, visa-se o mesmo ponto (se for o caso centra-se novamente a bolha do nível do índice do círculo vertical) e efetua- se a leitura do ângulo vertical.
  • a soma das duas leituras conjugadas deve ser igual a 360o. Caso isto não ocorra, a diferença em relação a 360 o^ corresponde ao dobro do deslocamento do zênite do instrumento em relação ao zênite verdadeiro, deslocamento este conhecido como erro de zênite instrumental (Zo).

NOTA: é possível que mesmo sendo o instrumento novo ele apresente um pequeno erro de zênite instrumental. Entretanto, qualquer que seja a magnitude deste erro ele é eliminado quando se obtém o valor do ângulo vertical a ser utilizado nos cálculos à partir das duas leituras oriundas das visadas conjugadas, conforme consta da norma NBR 131333/94 que fixa as condições exigíveis para a execução de levantamento topográfico.

No caso de se proceder a retificação o procedimento a ser adotado é o seguinte:

a) Instrumentos de colimação manual :

  • como exemplo, considere-se que à partir das visadas conjugadas obteve-se as seguintes leituras: PD = 86o^ 40’ 20” e PI = 273o^ 21’ 10” ;
  • A soma PD + PI = 360o^ 01’ 30” e o erro de zênite instrumental (Zo) = 01’ 30” / 2 = 45” ; -neste instrumento todos os ângulos verticais estão majorados de 45”, uma vez que PD+ PI > 360o^. Desta forma, a leitura correta em PD será de 86o^ 39’ 35” em PI de 273o^ 20” 25”;
  • conservando a visada ainda no ponto fixo utilizado para a determinação do Zo introduza no limbo vertical o valor da leitura correta relativa à posição em que a luneta do instrumento se encontra no momento (PD ou PI) utilizando-se para isto do parafuso tangencial do nível. Com isto a bolha do nível não ficará mais centrada;
  • centre finalmente a bolha atuando nos parafusos de correção do nível ;
  • repita o procedimento para confirmar a retificação.

b) Instrumentos de colimação automática:

  • o procedimento é similar ao caso anterior diferindo apenas na maneira adotada para inserir no limbo vertical a leitura correta relativa à posição da luneta no momento da retificação. Em alguns instrumentos de colimação automática existe um parafuso de correção, que movimenta o sistema ótico de leitura dos ângulos verticais. Neste caso, a leitura correta é introduzida atuando neste parafuso. Quando isto não é possível introduz-se a leitura vertical atuando no parafuso tangencial do limbo vertical. Consequentemente o cruzamento dos retículos sairá do ponto utilizado para a determinação do erro de zênite. Resta então reestabelecer a coincidência movimentando os retículos do instrumento, atuando nos parafusos de ajuste vertical dos mesmos.

4.5 - Verificação do prumo ótico :

O prumo ótico é um dispositivo que, se perfeitamente retificado, possibilita a centralização do instrumento sobre o ponto topográfico com uma precisão superior tanto ao fio de prumo quanto ao prumo de bastão, além de não sofrer influências de condições desfavoráveis que possam estar ocorrendo no momento da centralização, como os ventos, por exemplo. Deve-se entretanto tomar bastante cautela com este acessório, examinando- o periodicamente para que sua eficiência seja aproveitada em benefício da precisão do levantamento topográfico. A verificação é assim efetuada:

  • fixado o instrumento sobre o tripé observa- se na ocular do prumo ótico a posição dos retículos do mesmo (geralmente um círculo ou uma cruz) em

Fig. 6 - Representação esquemática de um nível ótico

Para que estejam em condições ideais de uso os níveis óticos devem atender basicamente a duas condições:

  • O eixo vertical de rotação (VV) deve ser perpendicular à diretriz do nível da base (NN);
  • A linha de visada (ZZ) deve ser paralela ao plano horizontal fornecido pelo eixo NN/

A primeira condição estará atendida quando o nível da base estiver retificado, ou seja, centrada a sua bolha deverá ela assim permanecer após qualquer giro do conjunto em torno do eixo vertical (VV). A verificação desta condição e a retificação, quando necessária é conduzida com o mesmo procedimento adotado para os teodolitos.

Para que se atenda a segunda condição, além do nível da base, é adicionado um segundo nível cilíndrico, solidário à luneta, o qual deve ter a bolha centrada antes de se proceder a leitura da mira (níveis de colimação manual ). Também existem os níveis de colimação automática que possuem apenas um nível na base (normalmente esférico) sendo a linha de visada horizontalizada através de um sistema de pêndulo adicionado ao sistema ótico da luneta.

5.1 - Verificação da horizontalidade da linha de visa da

Quando a linha de visada forma um ângulo com a diretriz do eixo do nível da base, ou seja, a linha de visada não é horizontal, diz-se que o nível está com erro de colimação. A influência deste erro na leitura de mira está diretamente relacionada com a distância da mira em relação ao observador, como se vê na figura 7.

Fig. 7 - Erro de colimação

Para verificação desta horizontalidade deve-se conhecer o desnível correto entre dois pontos A e B, materializados no campo, que servirão como uma base de retificação. Pode-se empregar o próprio nível que está sendo verificado para o

estabelecimento da base. Na figura 8, verifica-se que, se centralizarmos um nível exatamente no centro do alinhamento AB, mesmo que o instrumento tenha o erro de colimação a diferença de nível obtida terá o valor real, uma vez que, estando o nível exatamente no centro da linha de nivelamento o erro cometido na leitura da mira em A será o mesmo da mira em B.

Fig. 8 - Eliminação do erro de colimação por técnica de observação

A diferença de nível será:

Dn (^) AB = (LA + e) - (LB + e) Dn (^) AB = LA - LB + e - e (eliminou-se o erro) Dn (^) AB = LA - LB

Conhecida a diferença de nível entre os dois pontos A e B e estando o nível da base retificado, procede-se a verificação da horizontalidade da linha de visada do instrumento conforme mostrado a seguir:

  • admitindo dois pontos A e B (figura 9), definidos no terreno com uma diferença de nível conhecida (por exemplo DnAB = + 0,40 m), instala-se o nível o mais próximo possível da mira A, o suficiente para proporcionar a focalização da imagem da graduação da mesma para que se possa efetuar a leitura LA;

Fig. 9 - Verificação do erro de colimação

  • girar a luneta e visar a mira em B e efetuar a leitura LB (como estamos considerando um desnível positivo entre A e B a leitura de mira em B será menor que em A). Neste exemplo, se o resultado LA - LB = +0,40 m ⇒ o instrumento não possui erro de colimação. Caso contrário a retificação do instrumento é recomendável.

5.2 - Retificação da linha de visada:

Para entender melhor o procedimento de retificação considere o seguinte valor da leitura de mira obtida no ponto A da figura 9: LA = 1,52 m. Como existe um desnível de + 0,40 m entre A e B a leitura de mira calculada para B será:

LB = 1,52 - 0,40 = 1,12 m

Obviamente se o nível não estiver retificado a leitura observada será diferente da calculada.

O procedimento para a retificação depende do tipo do nível ótico. Caso ele seja de colimação manual, com o instrumento ainda instalado no ponto C (figura 9) e apontado para mira B, atue no parafuso de colimação do nível e vá observando a mira até que o fio horizontal do retículo coincida com a leitura calculada LB. Observe que a bolha do nível de colimação não estará centrada. Resta então retificá- la atuando nos parafusos de ajuste deste nível. Quando se trata de nível de colimação automática a retificação pode ser conduzida no conjunto que contém a placa gravada com os fios do retículo. Neste caso, retire a capa protetora dos mesmos e, com a luneta apontada para a mira B atue nos parafusos de regulagem até que o fio horizontal do retículo fique exatamente sobre a leitura calculada.

6 - CONSERVAÇÃO GERAL, PRECAUÇÕES E RECOMENDAÇÕES

6.1 - No alojamento:

a) teodolitos e níveis devem ser guardados fora da embalagem;

b) as condições do ambiente devem ser desfavoráveis à proliferação de fungos (evitar locais de pouca iluminação, umidade relativa alta e com pouca movimentação de ar). Alguns fabricantes recomendam o armazenamento em temperaturas próximas de 25oC e umidade relativa em torno de 50%. Em regiões de umidade relativa alta recomenda-se o uso de desumidificadores que retiram água do ambiente por condensação;

c) evitar ficar muito tempo sem manusear os equipamentos, pois a permanência prolongada numa mesma posição pode provocar danos aos mesmos, como, por exemplo, endurecimento de lubrificantes, fungos localizados e problemas nos níveis de bolha (a bolha de ar permanecendo numa mesma posição por muito tempo pode favorecer o aparecimento de calosidades na parte interna polida dos tubos de nível, devido ao ataque do líquido no

vidro ou mesmo por impurezas existentes no líquido de preenchimento).

6.2 - No transporte:

a) no deslocamento para o campo o instrumento deve estar acondicionado na sua embalagem original;

b) deve-se evitar choques de qualquer natureza com o instrumento. Por isso, no veículo é aconselhável transportá-lo em local seguro e firme.

6.3 - No trabalho:

a) é desaconselhável transportar o instrumento montado no tripé, principalmente em trechos longos e com o instrumento inclinado. É bom lembrar que, nesta situação, grande parte da força para manter o instrumento sobre a plataforma do tripé estará concentrada nas extremidades dos parafusos calantes, sendo que neste caso, o momento ao qual o parafuso está sendo submetido é diferente daquele para o qual foi projetado. Entretanto, em deslocamentos curtos, o transporte manual poderá ser efetuado com o instrumento à frente do corpo, em posição vertical , com a alidade e luneta imobilizadas;

b) evitar tocar a superfície das lentes com os dedos e proteger o instrumento contra a chuva e poeira;

c) mantenha o tripé bem fixo ao solo e, ao colocar o instrumento sobre o mesmo certifique-se se este foi devidamente fixado à plataforma do tripé com o parafuso próprio.