Seria: BUDOW NICTW O z. 82 N r kol. 1308
Henryk BRYŚ
Politechnika K rakow ska
KONCEPCJA WYZNACZANIA PRZEMIESZCZEŃ, WZGLĘDNYCH PĘKNIĘĆ I SZCZELIN BUDOWLI METODAMI GEODEZYJNYMI
S treszczenie. Proponow ane m etody geodezyjne pośredniego pom iaru przem ieszczeń w zględnych szczelin lub pęknięć budow li za pom ocą instrum entów geodezyjnych zapew niają dokładność wyznaczenia przyrostów rozw arcia z odchyleniem standardow ym CTa i i ± 0 , 2 1 mm.
Istotną zaletą m etod je st możliwość w ykonyw ania pom iarów kontrolnych do trudno dostępnych i w ysoko położonych szczelin ze stanow isk naziemnych.
MEASURMENT OF RELATIVE DISPLACEMENTS
OF CONSTRUCTION CRACKS AND EXPANSION GAPS BY GEODETIC METHODS
S u m m a ry . The proposed geodetic m ethod o f indirect m easurm ent o f relative displacem ents o f construction crack or expansion gaps by geodetic instrum ents let to determ ine the increase in w idth w ith standard deviation o f era ^ ± 0,21 mm. An essantial advantage o f the m ethod is that the control survey from g ro u n d stations can be executed i f the gaps are b o th placed high in elevation or hardly accessible.
1. WPROWADZENIE
Geodezyjne pom iary odkształceń stanow ią podstawę do określenia stanu oraz czasow o- przestrzennej zmienności geometrii budow li, elem entów konstrukcji budow lanych oraz urządzeń technicznych. G eodezyjno-branżow a interpretacja w yników bezw zględnych oraz w zględnych pom iarów deform acji obiektów budow lanych dostarczają fundam entalnych inform acji dla analiz statyczno-w ytrzym ałościow ych, ekspertyz budow lanych, oceny stanu bezpieczeństw a
30 H. Bryś
i zachow ania się budow li, ja k rów nież prognozow ania postępujących przemieszczeń i osiadań.
W szczególności n a nieustabilizow anych terenach eksploatacji górniczej, na których odkształcenie podłoża gruntow ego m a decydujący w pływ n a kondycję geometryczną budow li, względne pom iary przem ieszczeń jej elem entów odgryw ają istotną rolę. Pomiary te dotyczą m.in. odkształceń Teologicznych pionow ych przerw dylatacyjnych, rys, pęknięć lub szczelin spow odow anych osiadaniam i gruntu budow lanego. Pomiary tego rodzaju odkształceń względnych w ykonuje się praktycznie w sposób bezpośredni m etodam i fizycznymi za pom ocą precyzyjnej aparatury kontrolno-pom iarow ej, jak: szczelinomierzy X,Y,Z, tensometrów, deform etrów oraz różnego rodzaju zestawu czujników. Wartości przyrostów przemieszczeń wyznaczać m ożna z odchyleniam i standardowymi ciXyZ < ±0,01 ± ±0,5 m m [2]. Zastosowanie m etod fizycznych m a jed n ak podstaw ow ą wadę. Wymaga bow iem osadzenia n a stałe co najm niej 2 bolców stabilizujących oraz dostępu do badanego elementu budow li znajdującego się na znacznej w ysokości, co w praktyce napotyka niejednokrotnie duże trudności i pow oduje znaczną stratę czasu.
W przypadku terenów górniczych, n a których ilość dokonyw anych pom iarów i badań jest szczególnie duża, satysfakcjonujące rozwiązanie m ogą dać geodezyjne metody pośredniego pom iaru przem ieszczeń względnych. W niniejszym opracow aniu przedstaw iono propozycję dw óch m etod paralaktycznych w celu realizacji powyższych zadań pom iarowych.
2. M ETODA PARALAKTYCZNA WYZNACZANIA PRZEMIESZCZEŃ WZGLĘDNYCH
Zasada m etody paralaktycznej polega na precyzyjnym pomiarze kąta paralaktycznego s pom iędzy znaczkam i celow niczymi oraz odległości zredukowanej d0 (rys. 1). Aktualną wartość poziom ą b pom iędzy utrw alonym i n a budow li znaczkami A i B wyznaczamy z poniższych zależności:
Pom iaru dokonujem y z dow olnego stanow iska S usytuowanego n a prostej prostopadłej do sym etrycznie położonej szczeliny. Prostopadłość dwusiecznej kąta e do płaszczyzny ściany w m iejscu stabilizacji znaczków celowniczych wyznaczamy z wystarczającą dokładnością za p om ocą podw ójnej węgielnicy pentagonalnej. N ieprostopadłość SK do płaszczyzny ściany budow li d i i ± 2 g00 dla odstępu znaczków b = 120 ± 150 m m pow oduje błąd położenia
cib<, ± 0,07 mm . Kąt paralaktyczny e wyznaczamy w jednym położeniu lunety z 10 serii
teodolitami firmy LEICA: T2002, T3000, TM3000.
(1)
R y s.l. Zasada wyznaczania względnego przemieszczenia liniow ego (szczeliny) z zastosow aniem m etody paralaktycznej oraz zestaw u instrum entów LEICA:
T2002+DIOR3012S
Fig. 1. The principle o f measurm ent o f crack relative displacem ent i f the parallactic m ethod o r the LEICA set o f instrum ents: T2002+DIOR3012 S are used
Uzyskane przez autora odchylenia standardowe tak wyznaczonego kąta w yniosły o 8 = ± 0,07 cc dla odległości 70 m etrów . Pom iar odległości w ykonujem y dw ukrotnie (dla kontroli) najnow ocześniejszą nasadką dalmierczą DIOR 3012S w spółpracującą z teodolitem (rys. 2).
Zasada wyznaczenia odległości ukośnej polega na pośrednim pom iarze czasu przebiegu fali nośnej (podczerw ieni 1 = 0,860 m m ) emitowanej w spółosiow o w okół p rom ienia laserow ego do znaczków A i B. R ola symetrycznie emitowanego prom ienia laserow ego polega jedynie n a wizualizacji celu, tzn. projekcji plam ki n a znaczku. Prospektow a dokładność pom iaru dla przeciętnych w arunków ośw ietlenia otoczenia w ynosi crj = ± 3t-5 m m dla długości do 250 m.
Dla celow ych do 100 m oraz gładkiej pow ierzchni znaczków m ożliw a do uzyskania dokładność
H. Bryś
pom iaru w ynosi <Td = ± 3 mm . Wyznaczony n a podstawie w zoru (1) błąd średni funkcji dla przyjętych zm iennych oraz ich błędów średnich ( a , = ± 0,95 cc , b = 10+15 cm, a d = ± 3 m m ) podano w tabeli 1.
Rys.2. Zestaw instrum entów firmy LEICA: Teodolit T2002 + nasadka dalmiercza D IO R 3012S
Fig.2. The LEICA set o f instrum ents: Theodolite T2002 + DIOR 3012S
Tabela 1.
Błędy średnie funkcji dla przyjętych zmiennych
O dległość poziom a d„ [m] Odchylenie standardow e <3d [mm]
10 ±0,03
20 ±0,06
30 ±0,09
50 ±0,15
100 ±0.30
150 ±0,45
3. METODA WYZNACZENIA PRZEMIESZCZEŃ Z W YKORZYSTANIEM PODZIAŁKI INWAROWEJ TACHIMETRU D W O B R A Z O W E G O BRT-006 (ZEISS JENA)
Wyznaczenie aktualnej w artości rozw arcia lub schodzenia się rysy, szczeliny lub pęknięcia możliwa jest rów nież dzięki wykorzystaniu cech konstrukcyjnych bazow ego tachim etru redukcyjnego BRT-006. Do pom iaru wykorzystuje się obydw a rozdzielone obrazy znaczków celowniczych w górnym (stałym) i dolnym (przesuw nym ) polu w idzenia lunety o stały kąt paralaktyczny e (rys. 3).
Rys. 3. Zasada pom iaru względnego przemieszczenia liniow ego szczeliny z zastosow aniem bazowego tachim etru dw uobrazowego BRT-006 Zeiss Jena
Fig. 3. The principle o f m easurm ent o f crack relative linear displacem ents by m eans o f Tacheom eter BRT-0006 Zeiss Jena
W odległości około 28-32 m przed badanym obiektem (przy zapew nieniu prostopadłości celowej do płaszczyzny znaczków er < ± 2*00) ustawiam y instrum ent BRT-006. Pryzm at przesuw ny w raz z indeksem odczytowym znajdzie się wówczas w środku podziałki inw arow ej.
Takie usytuow anie umożliwia przesuwanie pentagonu symetrycznie w lew o i praw o o w artość ok.14 cm. Poziom owanie tachimetru dokonujem y libelą sferyczną i rurkow ą, a pom iar
34 H. Bryś
w ykonujem y (istotne!) przy górnym położeniu przełącznika redukcji (tzn. bez redukcji odległości). Celem w yznaczenia w artości poziom ej b dokonujem y dwukrotnej koincydencji dla dw óch położeń pryzm atu ruchom ego ja k n a rysunkach 3 i 4.
Rys. 4. O brazy koincydencji m aczków celowniczych w polu w idzenia lunety Fig. 4. Coincidence o f survey m arks in the telescope field o f view
Za pom ocą indeksów dokonujem y na podziałce odczytów Oi i 0 2. Różnica odczytów O, 0 2 stanowi po d w ó jn ą w artość i wyznaczana je st w jednostkach podziałki równej 0,5 mm. Wobec tego ostateczna w artość w yznaczona w m ilim etrach wynosi:
u ° 1 - ° 2
b = --- (dla jednej serii obserwacji) (2)
4
S f O j - O j )
b = —--- (dla n serii obserwacji) (3)
4n
W yniki pom iarów dośw iadczalnych w ykonanych przez dw óch obserw atorów dla odstępu znaczków b = lO lm m potw ierdziły w ysoką dokładność metody ze średnim odchyleniem standardow ym ctb= ± 0,07 m m dla jednej serii wyznaczenia w artości b [1],
4. UWAGI KOŃCOW E
Przedstaw ione w opracow aniu m etody wyznaczania przyrostów przemieszczeń w zględnych elem entów konstrukcji budow lanych oparte n a zasadzie kąta paralaktycznego i odległości poziomej oraz właściwości konstrukcyjnych dalm ierza BRT-006, m ogą w w ielu przypadkach braku bezpośredniego dostępu do badanej szczeliny na dużej w ysokości zastąpić pow szechnie stosow ane dla tego typu badań metody fizyczne. Proponow ane m etody geodezyjne w yróżniają się szeregiem zalet, do których w szczególności zaliczyć należy:
- możliw ość w ykonyw ania okresow ych pom iarów kontrolnych z dow olnych niestabili- zow anych stanowisk,
- wyznaczenie przemieszczeń poziom ych znaczków celowniczych usytuow anych n a dużych w ysokościach (20 m i więcej) i trudno dostępnych dla pom iarów bezpośrednich,
- wyznaczenie w artości przyrostów przemieszczeń ca między dw om a dow olnym i seriami badań z odchyleniem standardow ym a Ab< ± 0,21 m m dla odległości d 0 < 50 m d la obydw u prezentow anych m etod paralaktycznych.
LITERATURA
1. Bielecki T., Bryś H.: Metoda pośredniego pom iaru zmian rozw arcia szczelin dylatacyjnych.
Przegląd Geodezyjny nr 8/1971, s.320 - 322.
2. Janusz W.: Urządzenia pom iarow o-kontrolne służące do wyznaczania w zględnych odkształceń budow li opracow ane w IGiK. Prace Instytutu Geodezji i K artografii, X III, 1/28, W arszawa 1966, s. 100-126.
Recenzent: Prof. zw. d r inż. Stanisław Milbert
A b s tra c t
In the p aper it has been presented the m ethod o f m easurem ent o f horizontal com ponents o f displacem ents o f construction scratches, cracks and expansion gaps i f elavation and placing o f the m arks m ake them so hardly accessible that it is difficult to apply physical m ethods.
The m ethod lets to determine linear changes w ith the standard error ctt< ± 0,21mm.
The accuracy covers most o f requirem ents specified in research an d technical problem s.
The im portant feature o f the m ethod is that the survey d o esn ’t need perm anent stations for instrum ents (BRT-006 or LEICA set: T2002+DIOR3012 S). The station has to be located in the perpendicular line to the surface o f the crack marks.
