CORSO CAT CLASSE 4^ A ITCG GALILEO GALILEI Via G.B. Nicol n. 35 Avigliana (TO) Jannon Silvia 21-febbraio-2014 Numero di registro: 10 COLLEGAMENTO PORRO Esercitazione di topografia Relazione contenente i seguenti allegati: tabelle realizzate in Excel con dati e calcoli effettuati per la risoluzione del problema raffigurazione grafica realizzata su AutoCad relazione scritta e formata in Word con l’unione dei documenti citati sopra e successivamente trasformata in documento Pdf Professore Giorgio Bellando INTRODUZIONE La celerimensura è un metodo di rilevamento planimetrico e altimetrico del terreno mediante l'impiego del tacheometro o del teodolite con della stadia, oppure della stazione totale con il prisma. Il principio fondamentale della celerimensura consiste nel riferire i punti da rilevare a un sistema di tre assi cartesiani ortogonali X, Y, Z, con l'origine in un punto 100 di coordinate note detto “punto di emanazione”, o “punto di stazione”, e nel calcolare per ognuno di essi le coordinate riferite a tali assi, di cui le prime due forniscono la posizione planimetrica e la terza rappresenta la quota. Caratteristica principale della celerimensura è di ridurre al minimo le operazioni sul terreno. Essa fu introdotta da Ignazio Porro nel 1823; in realtà più che di un nuovo metodo di rilevamento si tratta di una razionale organizzazione di operazioni topografiche già conosciute. Per l'esecuzione del rilievo celerimetrico si procede nel modo seguente: si staziona con una stazione totale in un punto 100 di posizione nota; si pone il prisma nel punto P da determinare e una volta battuto si rilevano su di esso gli elementi che permettono di calcolare le coordinate cartesiane di P. Tali elementi, detti “numeri generatori”, sono la lettura al cerchio azimutale per l’angolo ϑ, la lettura al cerchio zenitale per l’angolo ϕ e il valore della distanza. Si misura inoltre l'altezza strumentale ΔI dello strumento sul punto di stazione 100 e l'altezza del prisma ΔM dal suolo. Da questi elementi, annotati in un apposito registro (libretto di campagna), si ottengono con semplici passaggi trigonometrici le formule per il calcolo delle coordinate e della distanza del punto P. Poiché un solo punto di stazione non è sufficiente in questo caso, bisogna effettuare più stazioni e quindi più sistemi di riferimento. I punti rilevati dalle varie stazioni dovranno comunque essere riferiti al sistema principale, i sistemi secondari dovranno essere collegati al sistema principale e per fare ciò i metodi più utilizzati sono: il collegamento diretto o a punto indietro; il collegamento Villani; il collegamento Porro. Io utilizzerò sia il collegamento diretto sia il collegamento Porro. ~1~ Il primo si realizza quando le due stazioni sono reciprocamente visibili e consiste nel, dopo aver battuto tutti i punti della prima stazione (100), individuare la seconda stazione (200) e batterla come un punto normale, a questo punto vado con lo strumento nella nuova stazione e ribatto quella precedente (100) sistemando la palina esattamente sul punto. Il collegamento Porro lo effettuo nel caso in cui le due stazioni non siano reciprocamente visibili e la loro distanza non superi il doppio della portata del cannocchiale. Per aggirare l’ostacolo che impedisce la visuale fra le stazioni da collegare, posiziono due punti aggiuntivi, M e N, esterni all’ostacolo, lontani tra di loro e visibili dalle stazioni. Quindi staziono sulla stazione principale A, batto i prismi posti in A e B e leggo la distanza, il cerchio orizzontale e quello verticale, poi stazionando sulla stazione secondaria B, leggo di nuovo tutti gli elementi necessari. ~2~ Come minimo prendo due punti (M, N), ma nel caso si volesse un lavoro più preciso ne sceglierò degli altri, molto lontani tra di loro, e poi andrò la fare la media tra di essi. NOTA BENE: viene utilizzata la CODIFICA PREGEO, ovvero ogni stazione viene numerata partendo da 100 e incrementa di 100 (100, 200, 300…). I punti battuti prendono le centinaia della stazione e le unità progressive (101, 102, 103…), quindi non posso battere più di 99 punti per stazione. ANALISI DEI DATI Dopo questa piccola introduzione posso andare ad analizzare i miei dati ricavati dallo strumento. ~3~ Possiamo notare che vicino ad alcune altezze, sia dello strumento che del prisma, vi è scritto ‘±d” ‘, che sta per “dispari”, e in altri ‘±p” ‘, ovvero pari. Contando che nel registro di classe il mio numero è 10, quindi pari, andrò a sostituire ove c’è scritto ‘±p” ‘ 10 secondi e risolverò il calcolo. Dovrò quindi tener conto dei seguenti dati: DATI CORRETTI Metri H strum. 100 H prisma pt 103 H prisma pt 200 H prisma pt 202 H prisma pt 205 H prisma pt 303 H prisma pt 401 H strum. 400 = = = = = = = = 1,41 1,30 1,40 0,30 0,40 1,30 1,10 1,61 + n. cm +d +p +d +p +d -d +p -p 0 0,10 0 0,10 0 0 0,10 0,10 Metri = = = = = = = = 1,41 1,40 1,40 0,40 0,40 1,30 1,20 1,51 Dato che con il programma Excel le funzioni riguardanti gli angoli (come seno, coseno, ecc.) sono effettuabili solo se gli angoli sono espressi in radianti, li trasformo in questo sistema: ANGOLI IN RADIANTI Sessadecimale =(360*angoloᵍ)/400 100-101 = 107,4780 96,73020000 100-102 = 101,0560 90,95040000 100-103 = 87,9590 79,16310000 100-104 = 97,1056 87,39504000 100-105 = 104,4160 93,97440000 100-200 = 98,0120 88,21080000 ϕ 200-100 200-201 200-202 200-203 200-204 Grad 100-101 100-102 100-103 100-104 100-105 100-200 = = = = = = 0 61,0150 121,7565 145,0136 191,0150 238,7160 = = = = = ϑ Grad Sessadecimale Radianti =(360*angoloᵍ)/400 =RADIANTI(n) 0 0 54,91350000 0,95842138 109,58085000 1,91254663 130,51224000 2,27786830 171,91350000 3,00045660 214,84440000 3,74974216 / 102,9650 81,2040 101,7240 89,2040 / 92,66850000 73,08360000 91,55160000 80,28360000 / 1,61737044 1,27554945 1,59787686 1,40121316 200-100 200-201 200-202 200-203 200-204 0 107,9050 133,2010 193,9810 233,7850 0 97,11450000 119,88090000 174,58290000 210,40650000 0 1,69496778 2,09231642 3,04704642 3,67228619 200-205 = 101,6070 91,44630000 1,59603902 200-205 = 343,2010 308,88090000 5,39098870 96,39810000 87,45120000 1,68246424 1,52631137 128,47860000 217,68570000 2,24237459 3,79933220 200-A 200-B = = = = = Radianti =RADIANTI(n) 1,68826048 1,58738394 1,38165674 1,52533120 1,64016269 1,53956890 = 107,1090 = 97,1680 200-A 200-B ~4~ = 142,7540 = 241,8730 Sessadecimale Radianti =(360*angoloᵍ)/400 =RADIANTI(n) = 97,5165 87,76485000 1,53178560 = 86,8910 78,20190000 1,36488064 ϕ Grad 300-A 300-B 300-301 300-302 300-303 300-304 300-305 300-400 400-300 400-401 400-402 400-403 400-404 400-405 400-406 = = = = = = = = = = = = = 99,0360 104,9080 91,0780 84,7210 101,0170 92,3560 / 107,1080 88,2370 98,7050 102,2370 91,2740 109,8950 89,13240000 94,41720000 81,97020000 76,24890000 90,91530000 83,12040000 / 96,39720000 79,41330000 88,83450000 92,01330000 82,14660000 98,90550000 1,55565385 1,64789101 1,43064988 1,33079436 1,58677133 1,45072466 / 1,68244853 1,38602355 1,55045451 1,60593504 1,43372864 1,72622662 ϑ 300-A 300-B 300-301 300-302 300-303 300-304 300-305 300-400 400-300 400-401 400-402 400-403 400-404 400-405 400-406 Sessadecimale Radianti =(360*angoloᵍ)/400 =RADIANTI(n) = 102,6700 92,40300000 1,61273659 = 0 0 0 Grad = = = = = = = = = = = = = 304,9110 77,0710 177,7910 237,0710 367,9030 197,0630 0 61,9060 84,0060 106,4580 164,3190 204,7190 259,9060 274,41990000 69,36390000 160,01190000 213,36390000 331,11270000 177,35670000 0 55,71540000 75,60540000 95,81220000 147,88710000 184,24710000 233,91540000 4,78953079 1,21062844 2,79273450 3,72390256 5,77900681 3,09545837 0 0,97241717 1,31956316 1,67223835 2,58111682 3,21571853 4,08259390 CELERIMENSURA pt 101-205 Preannuncio che la correzione dei ϑ inizierà dalla stazione 200 perché quelli della prima stazione hanno un sistema di riferimento esatto, quindi proseguo con la risoluzione della celerimensura con collegamento diretto: 1. Dapprima mi calcolo le distanze orizzontali e i dislivelli: Do=Di*sen ϕ Δ=hs+Di*cos ϕ-hp oppure Δ=hs+Do*cotg ϕ-hp Dove: Di è la distanza inclinata; ϕ è la lettura al cerchio verticale; hs è l’altezza strumentale; hp è l’altezza del prisma. ~5~ Per quanto riguarda il dislivello io utilizzerò la prima formula perché mi permette di avere una percentuale inferiore di errore poiché utilizza la distanza inclinata (presa dai dati e quindi sicura), piuttosto che quella orizzontale, quindi anche nel caso io sbagliassi il calcolo della Do non ci sarà un errore a catena nei dislivelli. 2. Calcolo il ϑ200-100c attraverso l’apposita formula: ϑ100-200m ±angolo piatto Dove la c sta per corretto e la m per misurato. Se il ϑ è maggiore dell’angolo piatto effettuerò un sottrazione, in caso contrario un’addizione. 3. Mi ricavo il δ per la correzione dei ϑ: ϑ200-100c- ϑ200-100m 4. Proseguo con la correzione dei ϑ: ϑ misurato + δ Se risulta negativo, cioè non è destrorso, aggiungerò un angolo giro; se risulta > di un angolo giro, sottrarrò 400g, 360° o 2 π a seconda del sistema angolare. 5. Dopo aver corretto tutti i ϑ vado a ricavarmi le coordinate dei punti, secondo le regole delle poligonali: X=Xpt.Stazione+Do*sen ϑ Y=Ypt.Stazione+Do*cos ϑ Q=Qpt.Stazione+Δ ~6~ Calcolo quindi le X, le Y e le Q dei punti dal 101 al 205, ovvero fino al punto in cui si può eseguire la celerimensura tramite collegamento diretto, sapendo che le coordinate del punto di stazione 100 equivalgono a 0: DISTANZE E DISLIVELLI D. inclinata DISTANZA (Do) Formule hs hp D*senϕ Δ hs+D*cosϕ-hp 100-101 100-102 100-103 100-104 100-105 100-200 200-201 200-202 200-203 200-204 212,7350 210,4130 127,8210 109,0190 200,0430 198,0650 215,7050 110,0950 210,7950 98,3850 211,26904645 210,38405322 125,54148739 108,90634402 199,56192023 197,96843606 215,47109427 105,33122634 210,71771094 96,97368698 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,55 1,55 1,55 1,55 0,170 1,130 1,400 0,000 0,954 1,400 0,000 0,400 0,555 0,951 -23,69131040 -3,21008856 24,04212403 6,36485546 -13,40913054 6,19405594 -8,49263705 33,18500869 -4,71274235 17,20358545 200-205 217,5310 217,46169898 1,55 0,400 -4,34048599 CORREZIONE DEI THETA (st. 200) Formule ϑ200-100c δ₂₀₀ ϑ200-201c ϑ200-202c ϑ200-203c ϑ200-204c ϑ200-205c Risultato ϑ100-200m ± angolo piatto ϑ200-100c - ϑ200-100m ϑ200-201m+δ₂₀₀ ϑ200-202m+δ₂₀₀ ϑ200-203m+δ₂₀₀ ϑ200-204m+δ₂₀₀ ϑ200-205m+δ₂₀₀ = = = = = = = 0,60814951 0,60814951 2,30311728 2,70046592 3,65519593 4,28043570 5,99913821 Grad =(400*angoloᵣ)/2π 38,71600000 38,71600000 146,62100000 171,91700000 232,69700000 272,50100000 381,91700000 Come spiegato prima, Excel lavora solo su angoli espressi in radianti quindi ogni tabella contiene anche la trasformazione degli angoli dal sistema in radianti a quello sessadecimale e successivamente a quello in grad. ~7~ COORDINATE Pt X Xpt.s+D*senϑ Y Ypt.s+D*cosϑ 101 102 103 104 105 200 201 202 203 204 205 0 172,15415226 118,28136270 82,79792208 28,07196805 -113,10921176 47,12039925 -68,13713803 -216,63878661 -201,17584135 -174,05130065 211,26904645 120,93137604 -42,07355812 -70,74670217 -197,57764199 -162,47402221 -306,53742569 -257,72201341 -346,00489382 -203,07161721 46,27379772 Q Qpt.s+Δ -23,69131040 -3,21008856 24,04212403 6,36485546 -13,40913054 6,19405594 -2,29858112 39,37906463 1,48131359 23,39764139 1,85356995 Inserendo le coordinate su Autocad avrò quindi la seguente situazione (scala 1:350): ~8~ COLLEGAMENTO PORRO Non potendo fare il collegamento diretto tra la stazione 200 e quella 300 proseguo con la risoluzione del collegamento Porro. Stazionando con lo strumento in 200 batto i punti A e B ne calcolo le coordinate e il ϑAB. 1. Incomincio quindi col calcolarmi la distanza, il dislivello e il ϑ corretto con le formule già citate precedentemente per la risoluzione del collegamento diretto: Do=Di*sen ϕ Δ=hs+Di*cos ϕ-hp ϑ misurato + δ200 2. Mi ricavo le coordinate con le solite formule appoggiandomi al punto 200: X=X200+Do*sen ϑ Y=Y200+Do*cos ϑ Q=Q200+Δ 3. Mi calcolo quindi il ϑAB assoluto con l’apposita formula: ARCTAN((XB-XA)/(YB-YA)) Eseguita questa formula devo fare particolarmente attenzione al passaggio successivo, ovvero controllo se la X (XB-XA) e la Y (YB-YA) sono positive o negative e analizzo il caso: Se X+; Y+ significa che mi trovo nel I quadrante del piano cartesiano e quindi il risultato rimane invariato; Se X+; Y- significa che mi trovo nel II quadrante e quindi aggiungo al risultato un angolo piatto (180° , 200g, π); Se X-; Y- significa che mi trovo nel III quadrante e quindi aggiungo di nuovo al risultato un angolo piatto (180°, 200g, π); Se X-; Y+ significa che mi trovo nel IV quadrante e quindi aggiungo un angolo giro (360°, 400g, 2 π). ~9~ COLLEGAMENTO PORRO (Coordinate e ϑASSOLUTI) Formule 200-A A(200) 200-B B (200) Risultato Do Δ ϑ X Y Q D*senϕ hs+D*cosϕ-hp ϑ200-Am+δ₂₀₀ X200+Do*senϑ Y200+Do*cosϑ Q200+Δ = = = = = = 190,70775425 -21,76489840 2,85052409 -58,38066287 -345,16018333 -15,57084246 Do Δ ϑ X D*senϕ hs+D*cosϕ-hp ϑ200-Bm+δ₂₀₀ X200+Do*senϑ = = = 220,9641854 10,85607027 4,40748171 -323,88137836 Y Y200+Do*cosϑ = -228,80851547 Q Q200+Δ = 17,05012620 ϑAB ass. (arctan((XB-XA)/(YB-YA)))+400 = 5,12541605 Disegno grafico (scala 1:250): Grad =(400*angoloᵣ)/2π 181,47000000 280,58900000 326,29412008 X Y ~ 10 ~ A questo punto sposto lo strumento in 300 e rifaccio lo stesso lavoro utilizzando le formule precedenti, con la sola differenza che questa volta mi calcolerò solo la X e la Y, per ricavarmi il ϑAB, prendendo come coordinate di riferimento X=0 e Y=0 e i ϑ misurati: COLLEGAMENTO PORRO (Coordinate e ϑ LOCALI) Formule 300-A A 300-B B Risultato Do D*senϕ = 202,89651435 Δ X Y Do Δ hs+D*cosϕ-hp 0+Do*senϑ 0+Do*cosϑ D*senϕ hs+D*cosϕ-hp = = = = = 8,22915811 202,71809449 -8,50703848 198,68600569 40,84079297 X 0+Do*senϑ Y 0+Do*cosϑ Grad =(400*angoloᵣ)/2π 0 ϑAB loc. (arctan((XB-XA)/(YB-YA)))+400 Disegno grafico (scala 1:250): X ~ 11 ~ = 198,68600569 = 5,50870359 350,69496240 Mi calcolo quindi il δ300 che utilizzerò per la correzione dei ϑ della stazione 300: ϑABass- ϑABloc δ₃₀₀ Formula ϑAB ass. – ϑAB loc. Risultato = -0,38328753 Disegno grafico: ~ 12 ~ Grad =(400*angoloᵣ)/2π -24,40084232 Correzione dei ϑ della stazione 300 con la solita formula: CORREZIONE DEI THETA (st. 300) Formule ϑ300-Ac ϑ300-Bc ϑ300-301c ϑ300-302c ϑ300-303c ϑ300-304c ϑ300-305c ϑ300-400c ϑ300-Am+δ₃₀₀ (ϑ300-Bm+δ₃₀₀)+400 ϑ300-301c+δ₃₀₀ ϑ300-302c+δ₃₀₀ ϑ300-303c+δ₃₀₀ ϑ300-304c+δ₃₀₀ ϑ300-305c+δ₃₀₀ ϑ300-400c+δ₃₀₀ = = = = = = = = Risultato Grad =(400*angoloᵣ)/2π 1,22944905 5,89989777 4,40624325 0,82734090 2,40944696 3,34061503 5,39571928 2,71217083 78,26915768 375,59915768 280,51015768 52,67015768 153,39015768 212,67015768 343,50215768 172,66215768 L’ultimo passaggio del collegamento Porro consiste nel trovare le coordinate di 300 facendo una media tra le X, le Y e le Q calcolate appoggiandosi prima al punto A e poi al punto B. C Ci appoggiamo ai punti A e B assoluti perché quelli locali non sono esatti a causa del sistema di riferimento errato. 1. Avendo solo i ϑ da 300 ad A e da 300 a B mi calcolo quelli inversi: ϑA300=ϑ300-A ± angolo piatto ϑB300=ϑB-300 ± angolo piatto 2. X da A, X da B, X media: X300(A)=XA+D300A*senϑA300 X300(B)=XB+D300B*senϑB300 X300m=(X300(A)+X300(B))/2 3. Y da A, Y da B, Y media: Y300(A)=YA+D300A*cosϑA300 Y300(B)=YB+D300B*cosϑB300 Y300m=(Y300(A)+Y300(B))/2 ~ 13 ~ 4. Come prima mi sono calcolata i ϑ A300 e B300, per quanto riguarda i dislivelli A300 e B300 basta invertire il segno, quindi se è negativo metterlo positivo e viceversa: Q300(A)=QA ± ΔA300 Q300(B)=QB ± ΔB300 Q300m=(Q300(A)+Q300(B))/2 X-Y-Q MEDIE Formule X 300 Y 300 Q 300 Risultato Grad =(400*angoloᵣ)/2π 278,26915768 175,59915768 ϑA-300 ϑB-300 da A da B Media da A ϑ300-Ac ± angolo piatto ϑ300-Bc ± angolo piatto XAass+D300-A*senϑA-300 XBass+D300-B*senϑB-300 (X300(da A)+X300(da B))/2 YAass+D300-A*cosϑA-300 = = = = = = 4,37104171 2,75830512 -249,57096380 -249,57847939 -249,57472159 -413,08119899 da B YBass+D300-B*cosϑB-300 = -413,07790540 Media (Y300(da A)+Y300(da B))/2 = -413,07955219 da A QA+ΔA-300 = -23,80000058 da B QB+ΔB-300 = -23,79066677 Media (Q300(da A)+Q300(da B))/2 = -23,79533367 Rappresentazione grafica ovviamente molto ingrandita poichè le coordinate solo molto vicine come si vede dalla tabella (scala 1:0,0025): ~ 14 ~ Le X, le Y e le Q medie del punto 300 sono quelle che utilizzerò per il calcolo delle coordinate dei punti appoggiati alla stazione 300. Avrò quindi la seguente situazione (scala 1:300): CELERIMENSURA pt 301-406 Terminato il collegamento Porro continuo con la celerimensura con collegamento diretto esattamente come è stata fatta nella prima parte del lavoro, quindi non riprenderò tutte le formule ma riporterò solo i calcoli e le rappresentazioni grafiche. ~ 15 ~ 1. Distanze e dislivelli: DISTANZE E DISLIVELLI Formule 300-301 300-302 300-303 300-304 300-305 300-400 400-401 400-402 400-403 400-404 400-405 400-406 D. inclinata DISTANZA (Do) 241,0960 89,9050 201,1950 138,0540 209,9050 198,0910 202,9150 130,0150 230,1350 161,0150 211,5370 212,1060 D*senϕ 241,06835952 89,63795307 199,22239363 134,09702811 209,87821663 196,66475537 201,65152243 127,80188767 230,08738794 160,91560527 209,55297808 209,54906431 hs 1,52 1,52 1,52 1,52 1,52 1,52 1,51 1,51 1,51 1,51 1,51 1,51 hp Δ 0,970 0,000 1,300 0,990 1,320 2,010 1,200 0,740 0,080 0,240 1,010 1,930 hs+D*cosϕ-hp 4,20065102 -5,40433355 28,32455303 33,34606266 -3,15308947 23,23800612 -22,29886385 24,65676900 6,11104016 -4,38669576 29,40418217 -33,25511661 2. Correzione dei ϑ con δ400: CORREZIONE DEI THETA (st. 400) Formule ϑ400-300c δ₄₀₀ ϑ400-401c ϑ400-402c ϑ400-403c ϑ400-404c ϑ400-405c ϑ400-406c Risultato ϑ300-400m ± angolo piatto ϑ400-300c - ϑ400-300m (ϑ400-401m+δ₄₀₀)-angolo giro (ϑ400-402m+δ₄₀₀)-angolo giro (ϑ400-403m+δ₄₀₀)-angolo giro (ϑ400-404m+δ₄₀₀)-angolo giro (ϑ400-405m+δ₄₀₀)-angolo giro (ϑ400-406m+δ₄₀₀)-angolo giro = = = = = = = = 6,23705102 6,23705102 0,92628289 1,27342887 1,62610407 2,53498253 3,16958424 4,03645961 Grad =(400*angoloᵣ)/2π 397,06300000 397,06300000 58,96900000 81,06900000 103,52100000 161,38200000 201,78200000 256,96900000 A tutti i ϑ corretti viene tolto un angolo giro per il motivo spiegato precedentemente, ovvero che se il ϑ è > di un angolo giro bisogna sottrarre 400g, 360° o 2 π. ~ 16 ~ COORDINATE 3. Coordinate: Pt X Xpt.s+D*senϑ Y Ypt.s+D*cosϑ 301 302 303 304 305 400 401 402 403 404 405 -479,43395023 -183,58915839 -116,40112326 -276,08719185 -412,32989404 -167,69429672 -6,49564439 -45,50148708 62,04126847 -75,95861607 -173,55925191 -485,73413892 -352,40939413 -561,24957221 -544,52954979 -280,56683712 -591,88845026 -470,73428819 -554,44195824 -604,60757655 -724,09433861 -801,35933827 Q Qpt.s+Δ -19,59468266 -29,19966722 4,52921935 9,55072899 -26,94842314 -0,55732756 -22,85619141 24,09944144 5,55371260 -4,94402332 28,84685461 406 -331,16893965 -722,98708287 -33,81244417 X 4. Rappresentazione grafica (scala1:400): Y ~ 17 ~ CONCLUSIONE Situazione finale con le stazioni, i due collegamenti diretti e il collegamento Porro evidenziati. ~ 18 ~