Documentatie de Studii Topografice Pentru Extindere Iluminat Public Cartier Traian Nord, Intre Strada Dumbrava Rosie Si Aleea Zimbrului

Documentație de studii topografice pentru extindere iluminat public cartier Traian Nord, intre Strada Dumbrava Roșie si Aleea Zimbrului.

INTRODUCERE

Proiectul are ca obiect realizarea unei ridicări topografice și întocmirea documentației de studii topografice pentru extinderea iluminatului public in cartierul Traian Nord, intre Strada Dumbrava Roșie si Aleea Zimbrului.

Cererea a fost înaintată de Primaria Municipiului Galati.

Am ales această temă deoarece prezintă o complexitate în ansamblul ei prin lucrul cu stația totală pentru planimetrie, cu nivela pentru partea altimetrică a măsurătorilor și prin multitudinea de detalii ce trebuiesc măsurate și reprezentate pe plan.

Masuratoarea s-a realizat in cartierul Traian Nord, zona fiind amplasata intre Strada Dumbrava Roșie si Aleea Zimbrului, unde s-au efectuat măsurători și apoi s-a trecut la lucrul de birou. Acces la aparatura folosită și la obținerea temei am avut prin contactul direct cu lucrarea propriu-zisă la firma de cadastru unde sunt angajat.

Pentru efectuarea acestei lucrări au fost necesare determinări de puncte noi de sprijin, folosind aparatura din dotare. S-a trecut la alegerea metodei optime de determinare a punctelor noi în condițiile de lucru din zona respectivă. În cazul lucrării de față, s-a optat pentru realizarea unei drumuiri închise pe punctul de plecare realizată cu stația totală Trimble S6 pentru determinarea coordonatelor planimetrice necesare, iar pentru o precizie ridicată în planul cotelor, s-a folosit nivela automatică Nikon AP-8 la o măsurătoare de nivelment geometric cu drumuire închisă pe cota punctului de plecare.

Pe traseul acestor drumuiri s-a realizat și ridicarea topografică a detaliilor necesare. Necesitatea alegerii acestul mod de realizare a lucrării se datorează zonei și a faptului că trebuiesc cuprinse toate detaliile.

Lucrarea este structurată pe 5 capitole, numerotate corespunzător, ce cuprind la rândul lor o serie de subcapitole exemplificate în cuprins, după cum mează:

– Capitolul 1 – Istoric și noțiuni fundamentale – în acest prim capitol am realizat o introducere în domeniul cadastrului și topografiei prin explicarea termenilor de bază și printr-un scurt istoric, iar apoi am făcut cunoștință cu noțiunile fundamentale, cum sunt: elementele topografice ale terenului, suprafețe de referință și proiecția stereografică 1970.

– Capitolul 2 – Planimetrie – cuprinde noțiuni teoretice de planimetrie, în special despre drumuirea în circuit închis, folosită în cadrul studiului de caz, metodologia de calcul a drumuirii și date despre aparatura folosită în cadrul drumuirii planimetrice: stația totală Trimble S6, GPS-ul Trimble R8 folosit in determinarea punctelor de plecare.

– Capitolul 3 – Altimetrie – cuprinde noțiuni teoretice de altimetrie, în special despre nivelmentul geometric de mijloc, metodă folosită la studiul de caz pentru determinarea precisă a cotelor și date despre aparatura folosită: nivela automatică Nikon AP-8.

– Capitolul 4 – Studiu de caz – cuprinde: prezentarea etapelor de lucru din teren și de la birou, calculul drumuirii planimetrice și drumuirii nivelitice împreună cu punctele radiate de la datele brute și documentația de studii topografice în conformitate cu normele legislative în vigoare.

Capitolul 4 este în strânsă legătură cu restul capitolelor, ce cuprind date teoretice, practice ori multimedia care participă împreună la întocmirea studiului de caz.

– Capitolul 5 – Softuri folosite – în acest ultim capitol sunt prezentate softurile folosite (de culegere date, de procesare și proiectare a datelor) ce au ajutat la întocmirea lucrării.

CAPITOLUL 1

ISTORIC ȘI NOȚIUNI FUNDAMENTALE

1.1. Scurt istoric al măsurătorilor terestre

Știința măsurătorilor terestre are drept obiect determinarea formei și dimensiunilor Pământului, inclusiv redarea plană a suprafeței acestuia în ansamblu și pe porțiuni. Cunoașterea teritoriilor ca extindere și conținut a fost și rămâne o cerință de bază în organizarea multor activități și cu precădere a celor economice, la nivel național, regional sau local. În acest scop se folosesc de mult timp reprezentări convenționale, denumite planuri și hărți, în care toate distanțele, proiectate în plan orizontal, sunt reduse, în aceeași proporție, la o anumită scară și profile pe care este reprezentat relieful, respectiv declivitățile pe anumite direcții.

Asemenea imagini ale terenului, ce redau conținutul cu detaliile lui naturale (ape, păduri, pășuni, forme de relief ș.a.,) și artificiale (construcții de orice gen), se obțin în urma unui ansamblu de lucrări denumit, în general, ridicare în plan, ce formează obiect al științei măsurătorilor terestre. Metodele de lucru și instrumentele folosite au evoluat în strânsă legătură cu dezvoltarea științei și tehnicii, stimulate permanent de cerințele societății, care a avut nevoie de planuri și de evidențe tot mai precise.

Dezvoltarea științei măsurătorilor terestre și a topografiei în special, trebuie privită în strânsă legătură cu apariția și perfecționarea continuă a instrumentelor geotopografice. Realizările tehnice în domeniul aparatelor de măsură a elementelor geometrice, dar și a mijloacelor de calcul și de raportare, au condiționat și condiționează apariția și perfecționarea metodelor și procedeelor de lucru, sporind precizia și randamentul ridicărilor.

Producerea de serie a instrumentelor topografice a început în a doua jumătate a sec. al XIX-lea, odată cu înființarea primelor companii specializate în optică și mecanică fină. În 1864 în Germania, Cari Zeiss realizează primele microscoape și apoi aparatură topografică, compania dezvoltându-se continuu și devenind cea mai importantă din Europa, fiind preluată în anii 2000 de firma americană Trimble. În Elveția inginerul Heinrich Wild, plecat de la Zeiss, înființează în 1921 firma Wild Heerbrugg, care a produs, sub acest nume, instrumente până în 1990, fiind preluată recent de compania Leica cunoscută după aparatura fotografică. Acestea sunt cele mai reprezentative nume de instrumente topo-geodezice europene, cu largă răspândire și în țara noastră.

În a doua jumătate a secolului XX, realizările electronicii pătrund definitiv și revoluționează din temelii tehnologia lucrărilor geotopografice. Punctul de plecare l-a constituit ideea americanului Bowie, datând din 1927, de a măsura distanța în funcție de timpul și viteza de propagare a undelor, pusă în practică de suedezul Bergstrandm 1948 prin construirea primului aparat electro-optic de acest gen. În continuare s-au obținut realizări importante, într-un ritm susținut, concretizate în a doua jumătate a secolului trecut în două tipuri noi de aparate geotopografice propriu-zise:

stațiile totale sau inteligente, care permit măsurarea comodă, rapidă și cu precizie ridicată nu numai a unghiurilor ci și a distanțelor, afișarea și înregistrarea lor automată și transferul în calculator, având în plus încorporate și programe specializate de rezolvare a unor probleme de ridicare și trasare (Figura 1.1);

Figura 1.1 Stație totală Trimble S6

instalații GPS, ca oportunitate modernă de determinare directă a poziției spațiale a unor puncte de mare interes din rețelele geodezice de bază, de sprijin (îndesire) sau/și chiar de ridicare. Sistemul de poziționare globală (GPS), ca intersecție

Figura 1.2 Receptor GPS Trimble R8

spațială, se bazează, în esență, tot pe măsurarea distanțelor prin unde, fiind agreat și folosit astăzi în exclusivitate, net superior triangulației clasice ca precizie, randament și eficiență economică (Figura 1.2).

Calculatoarele și softurile specializate, ca și plotterele și scanerele ce servesc la raportarea și transformarea planurilor, completează lista mijloacelor electronice de care sectorul lucrărilor geotopografice se folosește azi. Acestea s-au perfecționat și se perfecționează continuu, devin tot mai accesibile ca preț, cu efecte benefice asupra preciziei și randamentului, întregind procesul de automatizare a operațiilor complexe din sector.

1.2. Obiectul și importanța măsurătorilor terestre

Măsurătorile terestre au evoluat, devenind o știință, care se ocupă cu măsurarea și reprezentarea suprafeței Pământului, implicit determinarea formei și dimensiunilor acestuia. Știința măsurătorilor terestre a evoluat odată cu altele, în special: matematica, fizica, astronomia, împreună cu mecanica, electronica și tehnica frecvențelor înalte, care au permis dezvoltarea unor instrumente variate și sofisticate, precum și a unor metode noi de prelucrare a rezultatelor măsurătorilor.

Obiectul măsurătorilor terestre îl reprezintă întocmirea planurilor și hărților atât de necesare activităților economice, tehnice și de interes social, la nivelul exigențelor actuale. Dificultățile cresc odată cu întinderea suprafețelor. Redarea fidelă a terenului cu toate detaliile existente presupune nu numai măsurători și calcule, ci și utilizarea unor sisteme de referință legate de suprafața Pământului și reprezentarea plană a formei curbe a acestuia.

Disciplinele de studiu ce conturează știința măsurătorilor terestre într-un ansamblu sunt următoarele:

geodezia, care urmărește, în principiu, determinarea formei și dimensiunilor Pământului, de ea aparținând lucrările extinse pe suprafețe mari afectate de forma sferică a acestuia. Sub raportul ridicărilor efective geodezia are drept obiectiv stabilirea sistemelor de referință (geoid, elipsoid) și determinarea riguroasă și unitară a rețelelor geodezice, ale căror puncte să servească drept suport ridicărilor topografice și fotogrammetrice;

cartografia, ce se ocupă de reprezentarea plană a suprafeței sferice a Pământului, în ansamblu și pe porțiuni. În acest scop studiază sistemele de proiecție utilizate la întocmirea planurilor și hărților precum și metodele de transformare și multiplicare a acestora;

topografia este o tehnică intensivă de lucru în cadrul căreia datele necesare se culeg prin parcurgerea terenului cu măsurători specifice, sprijinite pe rețeaua geodezică. Efectiv, topografia urmărește poziționarea punctelor caracteristice ale detaliilor topografice, necesare atât la întocmirea planurilor cât și pentru trasarea construcțiilor pe teren;

fotogrammetria este de asemenea o tehnologie de achiziționare a datelor, dar prin înregistrări fotografice, ce permit studiul, reconstituirea și măsurarea formei și poziției unui obiect sau fenomen în spațiu și în timp. Ca aplicație principală, reținem realizarea planurilor și hărților pe suprafețe întinse, folosind înregistrări fotografice aeriene ale terenului, prelucrate cu aparatură specifică, pe baza unor puncte de reper poziționate prin măsurători terestre;

cadastrul cuprinde un complex de operații tehnice, economice și juridice, întreprinse în vederea cunoașterii, inventarierii și reprezentării pe plan a fondului funciar, pentru asigurarea unei evidențe reale a acestuia. Întocmirea planurilor necesare este partea reprezentativă a lui, definită prin volumul și tehnicitatea lucrărilor.

Măsurătorile terestre sunt de mare importanță, deoarece furnizează date reale privitoare la bunurile imobile (poziție, mărime, folosință, proprietar), necesare în toate ramurile economiei naționale; în același timp pentru economia de piață reprezintă un factor vital pentru că furnizează documentele care dau siguranță tranzacțiilor care au loc pe piața bunurilor imobile.

1.3. Elementele topografice ale terenului

Pentru diferite scopuri, în special pentru proiectarea investițiilor este necesară măsurarea și reprezentarea la scară mare (1:5000 – 1:200) a unor suprafețe de teren, pe care le vom numi suprafețe topografice. Suprafețele topografice conțin nenumărate elemente naturale și artificiale interesante sau nu din punct de vedere topografic. Numim elementele terenului măsurabile topografic, detalii.

Detaliile pot fi:

– detalii naturale: elemente de relief, ape ; asimilăm aici și destinația terenului: păduri, vii, livezi, teren agricol etc.

– detalii artificiale: construcții diverse, căi de comunicații și lucrări de artă, lucrări hidrotehnice, rețele diverse etc.

Detaliile nu pot fi măsurate în ansamblul lor, ci cu ajutorul punctelor topografice (caracteristice) – numărul minim de puncte, corect alese, pentru a reprezenta detaliul măsurat, la scara și gradul de detaliere solicitat.

Punctele topografice sunt punctele din teren, materializate sau nu, care caracterizează poziția și forma detaliilor topografice (obiecte naturale ori artificiale din teren) sau concură la determinarea poziției altor puncte topografice.

Geometrizarea liniilor și suprafețelor din teren (Figura 1.3) – este operația de selectare judicioasă a unui număr minim de puncte topografice care să aproximeze cu suficientă fidelitate liniile în cea mai mare parte sinuoase din teren, atât în plan orizontal cât și în plan vertical, cu o linie poligonală, respectiv suprafețele ondulate ale terenului cu o suprafață poliedrică.

Figura 1.3 Geometrizarea terenului. Puncte caracteristice și de îndesire

Densitatea punctelor de detaliu este cu atât mai mare cu cât scara planului, accidentația și sinuozitatea terenului sunt mai mari. Dacă distanța dintre punctele caracteristice este mare (> 50m) se aleg puncte intermediare pe conturul detaliului pe care le vom numi puncte de îndesire.

Pe teren se măsoară două categorii de elemente topografice: elemente liniare și elemente unghiulare.

Figura 1.4 Triunghiul de pantă cu elementele topografice ale terenului

aliniamentul AB – intersecția suprafeței topografice a terenului cu un plan vertical ce trece prin punctele A și B, care definesc aliniamentul;

distanța înclinată LAB – este lungimea liniei spațiale drepte, care unește cele două puncte marcate pe teren. Este o linie geometrizată;

distanța redusă la orizont (orizontală) DAB – este lungimea orizontală între verticalele care trec prin punctele A și B – proiecția orizontală a lungimii LAB;

profilul topografic este reprezentarea grafică în plan a liniei de intersecție între suprafața terenului și o suprafață verticală ce trece prin două sau mai multe puncte date; se poate obține din măsurători în teren ori de pe plan;

suprafața de nivel este o suprafață normală în orice punct al ei la direcția gravității. Suprafața de nivel zero este aproximativ suprafața de echilibru a mărilor și oceanelor (suprafața geoidului) și se folosește ca suprafață de referință a altitudinilor (cotelor) în nivelment;

altitudinea (cota) reprezintă distanța verticală între suprafața de referință (suprafața de nivel zero) și suprafața de nivel a punctului considerat;

HA = A0 A HB = B0 B

diferența de nivel ΔHAB – distanța măsurată pe verticală între suprafețele de nivel (plane orizontale pentru suprafețe mici) ce trec prin punctele considerate. Diferențele de nivel sunt mărimi algebrice și au semnul + sau – în funcție de sensul de determinare

ΔHAB = Hb – Ha ΔHBA = Ha – Hb;

– unghiul de pantă (vertical) αAB – este unghiul măsurat în plan vertical între dreapta ce trece prin punctele A,B și proiecția acesteia pe un plan orizontal ce trece prin unul din punctele considerate

DAB = LAB * cos αAB

ΔHAB = LAB * sin αAB = DAB * tg αAB;

– panta terenului este înclinarea dreptei care unește cele două puncte A și B față de orizontală, exprimată prin raportul între diferența de nivel și distanța orizontală a celor două puncte

PAB = ΔHAB / DAB

De regulă panta se exprimă în procente:

PAB % = 100 * PAB

PAB ‰ = 1000 * PAB

– unghiul orizontal – este unghiul format de proiecțiile ortogonale a două drepte din teren: SA și SB într-un plan orizontal; așadar unghiul diedru al planelor verticale ce trec prin SA și SB (Fig. 1.5). Direcțiile sunt tot unghiuri orizontale care au toate o aceeași origine.

Unghiurile orizontale se pot exprima ca diferențe a câte două direcții după următoarea formulă:

ωAB = βB -βA

A

Figura 1.5 Unghiuri orizontale

– orientarea: Pentru două puncte P și Q, orientarea laturii este unghiul orizontal format între acea axă a sistemului de coordonate care are direcția spre Nord și latura PQ, măsurat în sens topografic (sensul acelor de ceasornic).

Figura 1.6 Orientarea directă și orientarea inversă

Pe suprafețele limitate ca întindere , direcțiile nord ale diverselor puncte sunt practic paralele între ele, unghiul de convergență al meridianelor putând fi ignorat. Unghiul orizontal AQP se numește orientarea inversă a direcției PQ și:

AQP = APQ + 200g

Punctele P și Q din figura 1.6 sunt de fapt proiecțiile într-un plan orizontal ale punctelor respective din teren.

Unități de măsură pentru elementele topografice ale terenului

Pentru lungimi se folosește Sistemul Internațional de unități de măsură, respectiv metrul (m) cu multiplii și submultiplii săi. A fost confecționată această lungime, denumită “metrul etalon” în anul 1801, și se păstrează lângă Paris. La noi, metrul a fost introdus în anul 1866 de către Domnitorul Al.I.Cuza pentru unificarea măsurătorilor, care până atunci se făceau cu diferite unități de lungime.

1 m = 10 dm = = ;

= = 10 hm = 100 dam.

Unitatea de măsură pentru suprafață este metrul pătrat (m2) cu multiplii și submultiplii acestuia:

1m² = 100 dm² = 10.000 cm² = 1.000.000 mm²;

1 dm² = 100 cm²;

1cm² = 100 mm²;

(ha) = 100 ari = ;

1 ar = ;

1 km² = .

În ceea ce privește unghiurile s-a acceptat o adaptare a cercului trigonometric clasic la necesitățile curente. Astfel, cercul topografic are mătoarele caracteristici:

– originea de măsurare a unghiurilor se află în partea de sus a cercului (pe direcția nordului geografic);

– sensul de măsurare al unghiurilor, precum și cel de notare al cadranelor este orar;

– gradația este centezimală (centum = sută în );

– unitatea de măsură este gradul centezimal, ai cărui submultipli sunt: minutul centezimal (1g = 100c, 1c = 0,01g) și secunda centezimală (1g = 10.000cc , 1c = 100cc , 1cc = 0,0001g).

Gradația centezimală, fiind zecimală, este foarte ușor de folosit. De pildă, se poate scrie: 87 g 28 c 15 cc sau 87,2815 g . Instrumentele topografice de măsurare a unghiurilor sunt gradate în acest sistem.

1.4. Suprafețe de referință

Suprafața fizică a Pământului, pe care se proiectează și se execută rețelele geodezice, este o suprafață foarte variată. Măsurătorile de lungimi, de direcții sau unghiuri și măsurătorile de diferențe de nivel executate pe această suprafață complexă trebuiesc raportate la o suprafață de referință cât mai apropiată de cea reală.

Geoidul – Asupra oricărui punct dintr-o rețea geodezică acționează mai multe forțe. Două dintre aceste forțe sunt mai importante, și anume: forța de atracție a Pământului F și forța centrifugă q, care se datorează mișcării de rotație a Pământului în jurul axei sale.

Din compunerea celor două forțe, rezultă o a treia forță numită gravitate sau greutate, care se notează cu g (Figura 1.7).

Figura 1.7 Gravitatea

Valoarea forței de gravitate variază pe suprafața globului datorită variației celor două forțe din care rezultă. Într-un punct direcția gravității este materializată de direcția firului cu plumb. Astfel ajungem la geoid, definit ca o suprafață închisă, de echilibru, perpendiculară în orice punct de pe glob la direcția verticalei dată de firul cu plumb. În consecință, geoidul este o suprafață neregulată, care nu poate fi descrisă prin relații matematice. (Figura 1.8).

Figura 1.8 Geoidul

Știind că lichidele își caută într-un recipient întotdeauna un echilibru astfel încât suprafața lor să fie perpendiculară pe direcția accelerației gravitaționale, se poate admite, prin analogie, că forma geoidului este dată de suprafața închisă, obținută prin prelungirea pe sub continente a suprafețelor liniștite a mărilor și oceanelor. Această suprafață este recunoscută ca și suprafață de nivel zero ce constituie originea în măsurarea altitudinilor punctelor de pe suprafața topografică a Pământului.

Gauss a propus ca această suprafață echipotențială să fie adoptată ca figură matematică a pământului. Geoidul este o suprafață de referință doar pentru sistemul de cote.

Figura 1.9 Suprafețe de nivel

Altitudinile punctelor de pe suprafața topografică a pământului se determină față de suprafața geoidului (suprafață de nivel zero). Prin fiecare punct de pe suprafața Pământului se poate considera că trece o suprafață de nivel (Sp – Figura 1.9) fiind perpendiculară în acel punct la direcția verticalei din punctul respectiv.

Elipsoidul de referință – După cum am arătat, suprafața care ar aproxima cel mai bine suprafața Pământului este geoidul. Această suprafață este foarte greu de descris matematic pentru suprafețe mari și de aceea s-a recurs la o altă suprafață de referință, numită elipsoid (Figura 1.10), o suprafață matematică de ordinul doi obținută prin rotirea unei elipse în jurul axei mici.

Figura 1.10 Elipsoidul de referință

Semiaxele elipsoidului sunt notate convențional cu:

– a – semiaxa mare;

– b – semiaxa mică;

– turtirea geometrică la poli este notată cu f și este dată de relația:

f = (a – b) / a;

În geodezie se lucrează cu proiecțiile punctelor pe elipsoid, această metodă fiind introdusă de către Helmert. Pentru a o putea folosi, este necesar să cunoaștem unghiul de deviație al verticalei, unghi format de normala la geoid cu normala la elipsoid, notat cu u (Figura 1.11).

Figura 1.11 Unghiul de deviație al verticalei

Pe uscat geoidul se găsește deasupra elipsoidului, iar pe apă dedesubt, distanța maximă între aceste două suprafețe nedepășind 100 – 150 m (Figura 1.11). Funcția de bază a elipsoidului de referință este de a servi ca suport în poziționarea rețelelor geodezice. Pe suprafața lui s-au determinat și se determină atât rețelele clasice , cât și cele moderne extinse pe suprafețe mari (țări, continente), ale căror puncte sunt proiectate cu ajutorul normalelor la elipsoid și definite prin latitudinea B și longitudinea L.

În țara noastră s-au utilizat în timp mai mulți elipsoizi, iar din 1951 este adoptat elipsoidul Krasovski 1940 pe care s-au determinat coordonatele geografice – geodezice (latitudinea B și longitudinea L) pentru rețeaua geodezică de bază, clasică de ordinul I.

Caracteristicile elipsoidului Krasovski (parametrii de bază a și b ce definesc turtirea f):

a = 6 378 245 m;

b = 6 356 863 m;

f = 1 / 298,3.

Rețeaua geodezică modernă se determină pe elipsoidul de referință WGS 84 (World Geodetic System 1984), o suprafață de referință utilizată de tehnica GPS (Global Positioning System), dezvoltată de D.M.A. (Defense Mapping Agency) din S.U.A., adoptată de majoritatea țărilor europene.

Tabelul 1.1 Elipsoizi de referință folosiți la noi

Boș, N.; Iacobescu, O., Topografie modernă, Editura C.H. Beck , București, 2007, p.79

Înlocuirea unui elipsoid de referință , folosit la un moment dat, cu un altul rezultat din măsurători moderne, care se apropie mai mult de geoid, este o operațiune necesară dar dificilă, de durată și costisitoare. Din motive practice, tendința este ca axa de rotație și centrul de greutate al noului elipsoid să coincidă cu axa de rotație și centrul de masă al Pământului.

Din acest punct de vedere, țara noastră se găsește într-o astfel de situație, respectiv de trecere de la elipsoidul Krasovski la WGS 84.

Pe baza celor expuse mai sus, pot fi definite trei suprafețe semnificative și caracteristice:

suprafața topografică – este suprafața reală, fizică a Pământului, neregulată cu o varietate mare de concavități și convexități. Ea face obiectul măsurătorilor terestre și al reprezentării pe planuri și hărți;

suprafața geoidului – este suprafața de nivel zero, perpendiculară în orice punct pe verticala locului VV’ (suprafață neregulată);

suprafața elipsoidului de referință (sau de revoluție) – este suprafața matematică regulată cea mai apropiată de geoid. Proiecția punctelor de pe suprafața topografică pe suparafața elipsoidului de referință se face după direcția normalei la elipsoid (NN').

Cele două direcții: VV' și NN' coincid atunci când suprafața geoidului este paralelă sau se confundă cu suprafața elipsoidului.

1.5. Proiecția Stereografică 1970

Ca regulă generală, în prezent, toate ridicările trebuie încadrate în rețeaua geodezică națională determinată pentru coordonatele plane în “proiecția Stereografică 70” și pentru cote în planul de referință “Marea Neagră

Introducerea cadastrului general pe întreg fondul funciar al țării presupune lucrări care se sprijină, pe rețeaua geodezică națională, ce trebuie proiectată și determinată în condiții specifice de precizie și de densitate.

În principiu, proiecția stereografică este o proiecție de perspectivă, conformă, ce păstrează nealterate unghiurile și deformează distanțele.

Această proiecție a fost adoptată de către noastră în anul 1973 fiind folosită și în prezent. Are la bază elementele elipsoidului Krasovski-1940. A fost folosită la întocmirea planurilor topografice de bază la scările 1:2.000, 1:5.000 și 1:10.000, precum și a hărților cadastrale la scara 1:50.000.

Dintre elementele caracteristice proiecției Stereo70 amintim:

– Punctul central al proiecției (polul proiecției) este un punct fictiv, care nu este materializat pe teren, situat aproximativ în centrul geometric al teritoriului României, la nord de orașul Făgăraș. Coordonatele geografice ale acestui punct sunt de 25˚ longitudine estică și de 46˚ latitudine nordică;

– Adâncimea planului de proiecție este de aproximativ 3.2 km față de planul tangent la sfera terestră în punctul central. În urma intersecției dintre acest plan și sfera terestră de rază medie s-a obținut un cerc al deformațiilor nule cu raza apropiată de 202 km (Figura 1.15);

– Deformația relativă pe unitatea de lungime (1 km) în punctul central al proiecției este egală cu -25 cm/km și crește odată cu mărirea distanței față de acesta pană la valoarea zero pentru o distanță de aproximativ 202 km. După această distanță valorile deformației relative pe unitatea de lungime devin pozitive și ating valoarea de 63,7 cm/km la o depărtare de centrul proiecției de aproximativ 385 km;

– sensul pozitiv al axei Ox este dirijat spre nordul geografic iar cel al axei Oy este evident spre est;

– teritoriul național reprezentat integral în acest sistem, are așadar zone cuprinse în toate cele patru cadrane, cu puncte ce pot avea coordonate pozitive sau negative;

– pozitivarea coordonatelor se impune în acest scop, originea axelor se consideră translatată spre sud-vest în zona Belgradului, atât pe X cât și pe Y cu câte 500000,00m, astfel încât întreg teritoriul național devine situat în cadranul I.

Figura 1.15 – Harta deformațiilor liniare relative pe teritoriul României în proiecția Stereografică 1970.

Adoptarea proiecției Stereo70 a urmărit o serie de principii care satisfac cerințele de precizie și câteva aspecte specifice teritoriului României dintre care amintim:

– Teritoriul României are o formă aproximativ rotundă și poate fi încadrat într-un cerc cu raza de 400 km;

– Limitele de hotar sunt încadrate, în cea mai mare parte ( 90 %), de un cerc de rază 280 km și centru în polul proiecției;

– Proiecția este conformă (unghiurile sunt reprezentate nedeformat);

– Deformațiile areolare negative și pozitive sunt relativ egale, ceea ce permite o compensare a lor, adică prin reprezentarea în planul Proiecției Stereo70 este menținută suprafața totală a teritoriului.

1.6. Descrierea temei de proiect

Proiectul ales ca studiu de caz pentru lucrarea de licență are tema: “Extindere iluminat public cartier Traian Nord intre Strada Dumbrava Roșie si Aleea Zimbrului”.

Localizarea geografică a obiectivului: aproximativ 45°28’17’’ N și 28°01’50’’ E

Figura 1.17 Localizare Aleea Zimbrului-Str. Dumbrava Roșie (sursa Google Earth)

Zona care ne intereseaza se află în municipiul , in cartierul denumit Traian Nord. Zona studiata se gaseste la Sud de Aleea Zimbrului pana pe Strada Dumbrava Roșie. Localizarea geografică a fost făcută cu ajutorul softului Google Earth; o captură de ecran fiind prezentată în Figura 1.17.

Descrierea obiectivului: Cererea vine din partea Primariei Municipiului Galati ce necesită întocmirea documentației de studii topografice în zonă pentru obținerea autorizației de extindere a iluminatului public in aceasta zona.

Astfel, misiunea mea este de a realiza o ridicare topografică în zona mai sus mentionata, cuprinzând în special detaliile din teren ale rețelei de iluminare publica și de a întocmi documentația cadastrală specifică.

Structura proiectului: Proiectul meu se împarte în două mari diviziuni, datorită faptului că am ales două metode de măsurare: o drumuire planimetrică închisă pentru determinarea coordonatelor X și Y și o drumuire de nivelment geometric de mijloc închisă pe punctul de plecare. Pentru determinarea cotelor Z am folosit două puncte de coordonate cunoscute (x,y,z): 500 și 501, coordonate au fost determinate cu ajutorul aparaturii din dotare: GPS Trimble R8, prin metoda de masurare: ”Observed Control Point”.

În continuarea lucrării voi sintetiza noțiuni de teorie despre planimetrie și altimetrie, ce mează a fi puse în practică în capitolul studiului de caz. Aparatura folosită la măsurătorile din teren va fi prezentată cu ajutorul datelor tehnice și fotografiilor. În încheierea lucrării, după studiul de caz, voi prezenta softurile PC folosite pentru realizarea lucrării și o serie de concluzii.

CAPITOLUL 2

PLANIMETRIE

2.1. Rețele de sprijin planimetrice

Sistemul de sprijin planimetric trebuie să fie reprezentat la nivelul terenului de o rețea geometrică formată din puncte marcate în teren și de coordonate cunoscute în acel sistem. Forma și dimensiunile acestei rețele depinde de:

forma și dimensiunile suprafeței ridicate, relieful acesteia;

gradul de acoperire a suprafeței cu detalii naturale și artificiale;

scara planului topografic redactat în final.

Reprezentarea planimetrică a unei suprafețe ridicate este unitară, omogenă, continuă și fidelă, numai dacă se utilizează metode adecvate de măsurare bazate pe o rețea geometrica corect realizată.

Pentru a se asigura unitatea măsurătorilor topografice pe întreg teritoriul național s-a creat (în toate țările) un sistem de sprijin geodezic de stat, care acoperă întreg teritoriul statal cu o rețea de sprijin, formată din triunghiuri cu vârfuri de coordonate cunoscute (rețea de triangulație).

Există și rețele locale de sprijin, pe care se pot sprijini măsurătorile planimetrice, condiția de bază fiind existența legăturii dintre sistemul local și cel național, adică să fie posibil ca prin transcalcularea coordonatelor locale să se calculeze coordonatele în sistem național.

2.1.1. Rețeaua geodezică de sprijin

Este construită având la bază următoarele principii:

Baza geodezică a ridicărilor planimetrice este constituită din:

rețeaua punctelor de triangulație;

rețeaua punctelor de drumuire (poligonometrie) ;

Proiecția cartografică utilizată : Stereografică 1970, plan secant;

Cota origine pentru nivelment : cota 0 a Mării Negre, reper fundamental;

Elipsoid de referință utilizat: Krasovski.

Rețeaua de triangulație geodezică de stat se compune dintr-o rețea de triunghiuri structurată pe cinci ordine de mărime:

ordinele I,II,III,IV care constituie triangulația de ordin superior;

ordinul V, care constituie triangulația de ordin inferior;

Condiția de bază : prin triunghiurile formate să se acopere cu puncte cunoscute întregul teritoriu național;

Se desfășoară prin lanțuri de triunghiuri de-a lungul meridianelor și paralelelor, la o distanță medie de , cu lungimi ale laturilor triunghiurilor de 20- (lanțuri de triangulație geodezică – Figura 2.1);

Figura 2.1 Lanțuri de triangulație geodezică

La întretăierea a două lanțuri se stabilește câte o bază (6-) care se măsoară. Zonele intermediare lanțurilor de triunghiuri se acoperă tot cu triunghiuri cu laturile de 20-, întreaga rețea formată alcătuind rețeaua geodezică de triangulație de ordinul I;

Din aproape în aproape triunghiurile se îndesesc (triunghi în triunghi) prin punctele de ordinele:

II: laturi ale triunghiurilor 10-;

III: laturi ale triunghiurilor 7-;

IV: laturi ale triunghiurilor 4 – ;

cu îndesirea de ordin V: laturi de 1- (1 punct la cel mult ).

Calculul acestor puncte se face astfel:

Ordinul I: rețeaua de puncte se transpune pe elipsoid, calculându-se coordonatele geografice, se transpun prin proiecție cartografică punctele pe planul de proiecție calculându-se coordonatele rectangulare X și Y.

Ordinul II, III, IV : calculul se face în planul de proiecție, ținându-se cont de curbura terestră, coordonate X și Y.

Ordinul V , direct în planul de proiecție adoptat, coordonate X și Y.

2.1.2. Marcarea punctelor topografice

Marcarea punctelor rețelelor de sprijin planimetrice este de două feluri :

Provizorie – pe o durată de câțiva ani (max.5 ani), se face cu:

țăruși din lemn (esență tare: fag, stejar ), lungime 30-, secțiune pătrată 3-, în ax se bate la partea superioară un cui, care va marca punctul matematic (acestui punct i se calculează coordonatele), partea inferioară ascuțită;

buloane metalice, lungime 20-, secțiunea 1,5-, cap superior semisferic cu un semn chertat ( ) în ax, care va reprezenta punctul matematic.

În ambele cazuri țărușii se bat în pământ până la refuz, astfel ca să rămână la suprafață 2-. Atenție: țărușii să fie fixați vertical în teren.

Permanentă (prin bornarea punctelor) – marcare cu o mai lungă durată de utilizare a punctului :

Figura 2.2 Bornarea punctelor

se face cu borne din beton (beton armat), de formă trunchi de piramidă (latura superioară 10-, latura inferioară 20-, înălțime 60-);

în ax se încastrează un bulon metalic, cu cap semisferic, similar cu cel prezentat anterior;

se recomandă ca bornarea să se facă și în subsol pentru ca în cazul distrugerii bornei de la suprafață să existe posibilitatea reconstituirii, la suprafață, a punctului matematic (Figura 2.2).

Figura 2.3 Reperarea punctului matematic

Astfel, după ce s-a săpat groapa de bornare se așează la fund semnalul din subsol 1 (marca subsol), apoi un strat de semnalizare (cărămidă măcinată) 2, se umple groapa cu pământul rezultat din săpături, încadrându-se borna din beton 4, prin reperare dinspre exterior.

Observație: pentru ca semnalul de la suprafață să se găsească pe aceeași verticală cu marca din subsol se face un reperaj exterior (Figura 2.3), prin intersectarea axelor 13 cu 24 obținându-se poziția punctului matematic P (axul bornei, pentru care se definesc verticala VV – cu coordonatele plane Xp, Yp).

Se protejează borna cu un strat de umplutură 5.

2.1.3. Semnalizarea punctelor topografice

Semnalizarea punctelor rețelelor de sprijin planimetrice este o operație prin care se permite vizarea punctelor din punctul de stație, semnalizând verticala VV a punctului topografic sau a punctului caracteristic măsurat.

Semnalizarea poate fi:

provizorie, numai pe parcursul măsurătorilor, operație realizată cu jalonul de lemn sau metalic (secțiune pătrată, hexagonală, triunghiulară, sau circulară cu diagonala de 3-), lungime , vopsit alternativ alb/roșu, la partea inferioară ascuțit pentru a permite așezarea corectă pe punctul măsurat;

permanentă : cu balize, piramide, semnale cu pilaștri, denumite semnale geodezice (topografice) (Figura 2.4).

Figura 2.4 Semnalizare permanentă

Semnalizarea permanentă poate fi:

centrică: axul semnalului coincide cu axul vertical al punctului geodezic (topografic) semnalizat (Figura 2.4. c,d)

excentric: între axul semnalului (VsVs) și axul vertical al punctului geodezic (topografic) semnalizat există o distanță măsurată e (excentricitatea semnalului);

În cazul semnalului cu pilastru, utilizat în centrele populate, balizele se instalează pe terasele (acoperișurile) clădirilor, pe pilaștrii din beton care permit atât staționarea cu teodolitul (după ce s-a scos semnalul) cât și vizarea prin semnal a punctului. Este deci vorba de un semnal centric.

Mai pot fi utilizate ca semnale punctele nestaționabile, care vor servi doar ca puncte de direcție: vârfurile turlelor de biserică, paratrăznetele de pe construcțiile industriale etc.

Indiferent de modul de semnalizare, semnalul geodezic (topografic) trebuie să fie: vizibil și solid fixat în teren.

2.1.4. Descrierea topografică a punctelor

Descrierea topografică a punctelor permite identificarea în teren a poziției unui punct topografic în momentul când se dorește a fi folosit în măsurătorile topografice (Figura 2.5).

Figura 2.5 Descrierea topografică a punctelor (Fișa de reperaj)

Fișa de reperaj a punctului va conține:

coordonatele (Xi, Yi), eventual (Zi ) a reperului;

descrierea reperului folosit;

cel puțin două, opțional trei distanțe față de obiecte cunoscute din teren (colțuri de clădiri, stâlpi electrici sau de telefonie, capace canal etc.).Prin intersecția liniară a acestor distanțe se poate reconstitui poziția punctului topografic, identificându-l în teren.

2.2. Drumuirea planimetrică

Pentru determinarea coordonatelor punctelor de sprijin se folosesc metodele intersecțiilor și drumuirilor planimetrice. Aceste metode au drept scop îndesirea rețelelor de sprijin pentru a avea în teren numărul necesar de puncte cunoscute pe care să se bazeze ridicarea planimetrică a zonei.

2.2.1. Clasificarea drumuirilor

a) După modul de control al determinărilor :

– încadrate (sprijinite) pe puncte de coordonate cunoscute ;

– închise pe punctul de plecare sau independente .

b) După ordinul lor :

– primare – încadrate în rețeaua de sprijin sau închise pe punctul de plecare de coordonate cunoscute ;

– secundare – sprijinite cel puțin la un capăt pe un punct de drumuire primară ;

– terțiare – încadrate cel puțin la un capăt de un punct de drumuire secundară.

c) După natura determinărilor:

– tridimensionale – ce conduc la coordonate spațiale x,y,z ;

– bidimensionale (planimetrice) – prin care se obțin coordonate plane x și y ;

– unidimensionale (nivelitice) – prin care se deduc cotele z.

Figura 2.6 Tipuri de drumuiri planimetrice și elementele măsurate

2.2.2. Proiectarea drumuirilor planimetrice

Traseul drumuirilor planimetrice, forma și tipul acestora se aleg pe un plan topografic al zonei în studiu ori în teren. La proiectare se vor respecta următoarele condiții:

aliniamentele drumuirilor să se afle în apropierea detaliilor ce se vor ridica și să acopere întreaga zonă ;

punctele de drumuire să fie amplasate în zone stabile, necirculate;

să existe vizibilitate între punctele vecine ale drumuirii și de la acestea spre detalii;

lungimea laturilor de drumuire să fie cuprinsă în intervalul 50-, cu optim 100- și o lungime totală care să nu depășească ;

laturile drumuirii să fie apropiate ca lungime, iar drumuirea să se desfășoare pe cât posibil în linie dreaptă;

să se aleagă cu grijă instrumentele de măsurat unghiuri și distanțe, să se verifice înaintea utilizării.

2.2.3. Drumuirea închisă pe punctul de plecare

În afara cazului general, al drumuirii încadrate între punctele rețelei de sprijin, în practica topografică se apelează și la alte variante, care se folosesc în funcție de situația concretă, respectiv de precizie, de dotare, de existența rețelei de sprijin etc. Efectiv, acestea se diferențiază față de cazul general și între ele, prin modul specific de măsurare, de calcul și de control, în rest prezentând numeroase aspecte comune.

Drumuirea închisă pe punctul de plecare (încadrată în rețeaua de sprijin – Figura 2.7) reprezintă principala și cea mai folosită variantă a drumuirii încadrate indiferent de natura ei. Astfel, se deduc, după caz, coordonatele plane x și y pentru punctele drumuirii, rezultând o drumuire închisă, de planimetrie.

Figura 2.7 Drumuire închisă încadrată în rețeaua de sprijin

Se măsoară unghiurile orizontale interioare și lungimile laturilor înclinate sau direct reduse la orizont (și unghiurile zenitale – pentru drumuire trigonometrică).

Calculul unei drumuiri închise demarează cu operațiunile preliminare de stabilire a valorilor medii pentru lungimi și unghiuri, inclusiv reducerea distanțelor la orizont.

Compensarea unghiurilor interioare măsurate se face punând condiția de geometricitate a unui poligon cu n laturi (sau unghiuri):

Dacă eroarea e de închidere se încadrează în toleranța generală:

, unde:

– este toleranța la neînchidere a măsuratorii unghiurilor formate de laturile drumuirii;

– este precizia de citire a aparatului de măsurat;

– este numărul laturilor drumuirii,

se va aplica fiecărui unghi o corecție egală:

c = -e/n.

Următoarele etape de calcul sunt:

– calculul unghiurile interioare compensate;

– calculul orientărilor compensate ale laturilor drumuirii;

– calculul coordonatelor relative;

– compensarea coordonatelor relative;

– obținerea coordonatelor definitive.

Prin aceste etape se va trece amănunțit cu prezentarea logică și calculul pe bază de formule în capitolul 4 la studiul de caz.

2.3. Stația totală Trimble S6

Stațiile totale fac parte din generația nouă a instrumentelor topografice având, în principiu, funcționalitatea unui tahimetru clasic. Apariția, perfecționarea continuă, răspândirea și folosirea lor aproape în exclusivitate, ca și confirmarea avantajelor de precizie, de confort în manevrare și randament, au făcut din stațiile totale simbolul, activității topografului modern. Stațiile totale sunt instrumente electronice capabile să determine în teren majoritatea elementelor topografice (unghiuri, distanțe, diferențe de nivel, suprafețe), să efectueze prin intermediul unor softuri integrate numeroase calcule topografice și să stocheze datele din teren în memorii electronice. Denumirea generică de stații totale sau inteligente s-a impus din literatura străină, prin publicațiile de specialitate editate în limbile producătorilor de instrumente (engleză, germană).

În structura unei stații totale sunt incluse aceleași axe, aceleași organe principale și aceleași mișcări ale instrumentelor clasice cunoscute, la care se adaugă partea electronică încorporată în aceeași carcasă.

Axele stației totale, ca linii imaginare, de referință, concurente într-un punct, sunt (fig. 3.22)

axa principală, VV’, care în poziție de lucru trebuie să fie verticală și perpendiculară, prin construcție, pe cercul orizontal (limb) în centrul lui, fiind materializată prin firul cu plumb sau fascicolul laser;

axa secundară, HH', în jurul căreia basculează luneta, perpendiculară pe axa principală și pe cercul vertical (eclimetru) în centrul lui, care devine orizontală în timpul măsurătorilor. Un capăt al axei secundare este marcat pe carcasă, servind astfel la determinarea înălțimii aparatului;

axa lunetei, LL', perpendiculară pe axa secundară, reunește centrele optice și focarele lentilelor care compun luneta.

Figura 2.8 Stație totală a-vedere generală, b-axe și cercuri

Stația totală folosită pentru lucrare este Trimble S6 (Figura 2.9), un model nou ce dispune de capacități avansate pentru a face față în toate situațiile și pentru a fi mai ușor și sigur de folosit. Pe baza unei experiențe de 50 de ani în dezvoltarea tehnologiilor, compania Trimble a realizat acest instrument reușind înglobarea tuturor conceptelor revoluționare. Cu o gamă de caracteristici pentru îmbunătățirea performanței de la vârful degetelor, Trimble S6 a fost construită pentru viteză, iar pentru fiecare client, sistemul este upgradabil de la soft, servo, autoblocare și tehnologie robotică. Cu silențioasele servo-motoare , această stație totală ofera o excepțională viteză și finețe. Capacitatea de rotire de 115° pe secundă va ține pasul cu fiecare mișcare.

Sistemul Sure Point compensează automat în teren pentru adierile de vânt și condițiile meteo. Tehnologia MultiTrack permite urmărirea prismelor convenționale și stabilirea unui cod pentru identificarea prismei utilizate. Tehnologia servo MagDrive oferă acuratețe și rapiditate în procesul de punctare și mișcare a instrumentului.

Un alt avantaj îl reprezintă lipsa cablurilor care sunt eliminate complet din ansamblul format de stația totală și accesoriile pentru măsurători robotizate.

Figura 2.9 Stația totală Trimble S6

Cu opțiunea Target ID, utilizatorul are siguranța că instrumentul se va bloca și va urmări permanent prisma folosită. De exemplu, în cazul unui șantier în care sunt folosite simultan mai multe prisme, instrumentul nu va fi derutat și va urmări tot timpul prisma manipulată de operator. Astfel, se castigă timp, eliminând posibilitatea ca aparatul să se blocheze pe alte ținte nedorite.

Figura 2.10 Prismă optică Trimble 360°

Bateria internă și încarcătorul:

Trimble S6 functionează timp de șase ore în modul robot cu o singură baterie internă Litiu –ion (Figura 2.11). Drept urmare, ca rezultat al acestei performanțe nu mai sunt necesare cabluri pentru atașarea bateriilor externe. Bateria are un buton cu ajutorul căruia se poate afla cu aproximație procentul de încarcare din capacitatea totală a acumulatorului.

Figura 2.11 area bateriei pe stația totală

Unitatea de control Trimble Control Units (Figura 2.12) a instrumentului este detașabilă. Această construcție modulară permite utilizatorilor folosirea mai multor instrumente cu aceeași unitate de control, același software (Trimble Survey Controller – Figura 2.13) pentru măsurare și editare. Unitatea de control și softul permit efectuarea măsurătorilor atât cu Stații Totale cât și cu receptoarele GPS.

Figura 2.12 Stația totală, Unitatea de control detașabilă , Prisma optică și ruleta de 10m Trimble

Figura 2.13 Deschiderea aplicației Trimble Survey Controller

Performanțe

Măsurare unghiuri:

Precizie- 15"

Cea mai mică unitate de unghi citită:

Modul Standard – 1"

Tracking – 1"

Măsurare distanțe:

Precizie

Cu prisma 2-5, 500m:

Modul Standard – ±(3mm)

Tracking – ±(10mm)

Citire laser 5-300m

Modul standard – ±(3mm)

Tracking – ±(10mm)

Timp de măsurare:

Cu prisma: Modul Standard – 1.2s

Tracking – 0.4s

Citire laser: Modul Standard – 1-5s

Tracking – 0.4s

Domeniul de măsurare (în condiții optime de vizibilitate):

Cu prisma: 1 prismă – 2500m

1 prismă pe modul "long range" – 5500m

Cea mai mică distanță citită – 0.2m

Citire laser:

Beton – 300-400m

Lemn – 200-400m

Metal – 200-250m

Roci de culoare deschisă – 200-300m

Roci de culoare închisă – 150-200m

Cea mai mică distanță citită – 2m

Specificații generale:

Sursa laser – Dioda laser 870nm, Laser Clasa 1

Punctare laser, coaxial (standard) – Laser clasa 2

Calare:

Nivela sferică situată în ambaza instrumentului

Nivela electronică pe două axe în afișajul unității de control (Figura 2.14)

Figura 2.14 Nivela electronică

Rotire din poziția 1 în poziția 2 a lunetei se realizează în 3.2sec prin efectuarea a două comenzi diferite:

– din poziția 1, pentru a comuta aparatul în poziția 2 folosim butonul Change Face din meniul unității de control (Figura 2.15);

Figura 2.15 Submeniu acces Change Face

– din poziția 2 a aparatului, unde avem un mic display încorporat cu 3 butoane pentru măsurare, la o atingere de buton cu aceeași caracteristică, apratul revine în poziția 1 (Figura 2.16).

Figura 2.16 Change Face din poziția 2

Stațiile totale sau inteligente, prin dotările și posibilitățile lor, se potrivesc ca o mănușă pentru realizarea drumuirilor de orice gen, care la rândul lor ocupă un loc predominant prin importanța și volumul lor în ansamblul procesului de ridicare în plan.

Ca domenii de aplicare, drumuirile cu stații totale sunt folosite cu precădere și prin excelență la realizarea rețelelor de ridicare. După caz, la această metodă se apelează și pentru îndesirea rețelei de sprijin cu noi puncte, când densitatea acesteia este insuficientă precum și la ridicarea în plan a unor detalii de formă alungită.

Efectiv, stația totală este folosită cu precădere în cazul general al drumuirilor 3D, încadrate între două puncte ale rețelei de sprijin, dar și în alte variante de lucru: drumuire 2D, de nivelment trigonometric, închise, fără vize de orientare etc.

Figura 2.17 Păstrarea și transportul stației totale în cutia originală

CAPITOLUL 3

TIMETRIE

3.1. Noțiuni generale de nivelment

Altimetria sau nivelmentul studiază metodele și instrumentele care servesc la determinarea cotelor (altitudinilor, nivelului) punctelor de sprijin nivelitice și a punctelor caracteritice nivelitice. Ridicarea nivelitică aduce date cu care se completează planurile topografice privind relieful zonei ridicate, oferind o mai bună percepție asupra aspectului real al acestuia.

Suprafața de nivel este suprafața normală în orice punct al său pe direcția verticală locului (firului cu plumb, direcția forței de gravitație). Suprafața de nivel zero, la nivelul întregii planete se numește geoid.

Geoidul este, deci, suprafața planetei care se obține prelungind mările și oceanele pe sub continente și îndepărtând uscatul.

Suprafața de nivel zero se particularizează pentru fiecare stat, de exemplu pentru România este, din anul 1970, Marea Neagră (până atunci, Marea Baltică). Deoarece nivelul mării este variabil în timp, pentru marcarea cotei origine, la nivelul fiecărei țări, se constituie un reper fundamental de origine pentru cote. Pentru țara noastră acest reper se găsește încastrat în digul de la Constanța, de pe malul Mării Negre. Acest punct stă la baza calculării cotelor tuturor punctelor (de sprijin sau caracteristice) de pe întreg teritoriul național.

Pentru fiecare punct de sprijin (sau caracteristic) poate fi definită o suprafață de nivel. (de exemplu pentru A sau B – Figura ).

Figura 3.1 Suprafețe de nivel, absolute și relative

Cota absolută reprezintă distanța măsurată pe verticală între suprafața de nivel zero și suprafața de nivel ce trece prin punctul calculat (de exemplu ZA, ZB).

Cota relativă (diferența de nivel) reprezintă distanța măsurată pe verticală între două suprafețe de nivel oarecare (de exemplu ZAB).

Relația de calcul de bază în nivelment este:

ZB = ZA + ZAB,

unde: ZA este o cotă cunoscută, din lucrări anterioare;

ZAB este diferența de nivel determinată printr-un procedeu de măsurare nivelitică;

ZB este cota nou calculată.

3.2. Tipuri de nivelment

Diferențele de nivel pot fi determinate prin mai multe procedee, dar în practică sunt utilizate mătoarele tipuri de nivelment:

nivelmentul geometric – Figura 3.2;

Figura 3.2 Nivelment geometric

– nivelmentul trigonometric – Figura 3.3;

Figura 3.3 Nivelment trigonometric

Și în mai mică măsură:

nivelmentul fotogrammetric – la care diferența de nivel se determină studiind imaginile punctelor cu ajutorul principiului stereografic;

nivelmentul automat – prin aparate montate pe autovehicule care parcurgând un traseu, construiesc automat profilul terenului.

3.3. Marcarea punctelor și reperelor de nivelment

Punctele de nivelment se marchează în teren cu respectarea următoarelor condiții:

să fie solid realizate (mărci, borne);

să fie amplasate în zone stabile (perete construcție, teren stabil ferit de alunecări, tasări, vibrații);

să permită semnalizarea cu o miră, în momentul măsurătorilor.

Reperele de nivelment pot fi:

borne de nivelment, din beton (beton armat), cu un cupon metalic cu cap semisferic la partea superioară, protejate la capătul de la suprafață (umplutură sau un capac);

mărci amplasate în nodurile construcțiilor (la care procesul de tasare a încetat – practic construcții mai vechi de 10 ani), metalice, cu cap circular sau semisferic, partea superioară fiind cea de cotă precizată;

repere provizorii: țăruși din lemn sau metalici, similari cu cei utilizați în planimetrie – puncte de interes temporar.

3.4. Nivelment geometric de mijloc

Nivelmentul geometric sau direct este o metodă de determinare a diferențelor de nivel între două puncte, ce se bazează pe principiul vizelor orizontale realizate cu instrumente de nivelment geometric sau nivele pe mirele ținute vertical în punctele respective, funcție de care se calculează cotele punctelor de pe suprafața terestră.

Considerăm A un reper de cotă cunoscută, iar B un punct de cotă necunoscută (în general un punct ridicat). Baza nivelmentului geometric de mijloc este staționarea cu instrumentul de nivel la mijlocul distanței dintre cele două puncte. Instalarea nivelei se poate face pe aliniamentul dintre punctele considerate sau lateral față de acestea, cu condiția păstrării egalității distanțelor de la aparat până la cele două puncte în limita unei abateri de 1-2 m.

Distanța dintre instrumentul de nivel și miră se numește portee, iar distanța dintre cele două mire consecutive de pe traseul de nivelment se numește niveleu (Figura 3.4).

Figura 3.4 Nivelment geometric de mijloc

În faza de teren se execută mătoarele lucrări:

– se așează instrumentul de nivel în poziție corectă de lucru în stația S1, măsurând porteele cu ruleta de 50 m și efectuând calarea în funcție de tipul de nivelă folosit;

– mira se ține cu diviziunea 0 pe reperul din punctul A și din punctul B în poziție perfect verticală;

– se efectuează citirile pe miră la cele trei fire, mai întâi pe mira din punctul A, considerat punct înapoi, unde se vor obține citirile: CmA la firul nivelor și CsA, CjA la firele stadimetrice de sus și de jos, și apoi pe mira din punctul B, considerat punct înainte, cu citirile: CmB și CsB, CjB;

– se verifică citirile efectuate la cele trei fire cu relația; Cm = (Cs+Cj) / 2 în limita unei abateri admise de până la 1 mm.

În faza de calcul, se determină cota punctului B (ZB) în funcție de cota cunoscută a punctului A (ZA), în următoarele două moduri:

Cu ajutorul diferenței de nivel dintre cele două puncte ΔZAB = CmA – CmB, în care:

CmA – citirea la firul reticular nivelor pe mira din punctul A;

CmB – citirea la firul reticular nivelor pe mira din punctul B.

Diferența de nivel dintre cele două puncte ΔZAB poate să fie pozitivă sau negativă, în funcție de citirea pe mira din punctul înapoi, care poate să fie mai mare sau mai mică decât citirea de pe mira din punctul înainte.

Deci, cota punctului B este egală cu cota cunoscută a punctului A, la care se adună algebric diferența de nivel ΔZAB, obținându-se: ZB = ZA + ΔZAB.

Cu ajutorul cotei planului de viză. Se determină mai întâi cota planului de viză (Zpv) al instrumentului de nivel, din punctul de stație S, cu relația: Zpv = ZA + CmA.

În continuare, se calculează cota punctului B ca fiind egală cu diferența dintre cota planului de viza (Zpv) și citirea pe miră din punctul B, a cărei cotă trebuie să fie determinată: ZB = Zpv – CmB.

Din punct de vedere practic, procedeul diferenței de nivel se folosește la calculul drumuirilor de nivelment geometric, iar procedeul cotei planului de viză, denumit și procedeul orizontului instrumentului, se recomandă pentru calculul cotelor punctelor de radiere.

3.5. Nivela automatică Nikon AP-8

Aparatul folosit pentru drumuirea nivelitică a studiului de caz este nivela automatică Nikon AP-8 (Figura 3.5), fabricată în China (la Beijing) sub subordonarea Trimble.

Figura 3.5 Nivela Nikon AP-8

Componentele nivelei Nikon AP-8

Nivela Nikon AP-8 este alcătuită din mătoarele componente regăsite în Figura 3.6 și enumerate în continuare:

Figura 3.6 Nivela Nikon AP-8 – Componente

1. Reglaj de focusare;

2. Cătare;

3. Ajustarea firelor reticulare cu șuruburi;

4. Inel de focusare al firelor reticulare;

5. Ocular;

6. Cercul de rotație orizontală gradat;

7. Linia de citire a cercului orizontal gradat;

8. Șuruburi de calare;

9. Ambaza;

10. Șuruburi de ajustare nivelă sferică;

11. Reglaj orizontal fin;

12. Nivela sferică;

13. Oglinda pentru citirea nivelei sferice;

14. iectiv.

Măsurători cu nivela Nikon AP-8

După recunoaștere terenului și alegerea metodei de lucru, mătorul pas pentru executarea unei drumuiri de nivelment este calarea aparatului în punctul de stație dorit, ce se face după mătorii pași:

– se așează trepiedul la o înălțime convenabilă operatorului și într-o poziție care să ofere stabilitatea aparatului;

– se atașează nivela pe trepied, fixându-se cu ajutorul șurubului pompă;

– se calează instrumentul din picioarele trepiedului cu ajutorul nivelei sferice;

– se realizează centrarea perfectă a bulei nivelei sferice cu ajutorul șuruburilor de calare;

– se verifică rotind instrumentul la 200g și se reface operațiunea de calare fină până când bula sferică rămâne fix centrată la mișcarea aparatului pe plan orizontal;

– realizăm reglajul de focusare al firelor reticulare cu ajutorul inelului 4.

Punctul de stație dorit se determină (în cazul nivelmentului geometric de mijloc) prin măsurarea niveleului cu ruleta de 50 de metri, aparatul așezându-se la mijlocul niveleului. Se realizează citirile pe miră și procedeul de calcul este cel prezentat în cadrul subcapitolului anterior.

Mira folosită pentru măsurătoare este una metalică, cu o înălțime de 5m, gradată centimetric pe una din fețe și milimetric pe cealaltă (Figura 3.7).

Figura 3.7 Mira cu cele două fețe

Am folosit partea mirei gradată milimetric, porteele fiind scurte și aparatul permițându-mi o citire exactă, obținând astfel o precizie mai mare pentru determinarea cotelor punctelor de drumuire și punctelor radiate.

Citirile efectuate pe miră se trec în carnetul de teren pentru nivelment (alcătuit din mai multe foi de nivelment) și se verifică în teren corectitudinea acestora.

Specificații tehnice

Dimensiuni:

Instrument 190 x 123 x128 mm

Cutie 292 x163 x170 mm

Greutate:

Instrument 1,30 kg

Cutie 0,9 kg

Precizie:

Deviația standard pe un km de dublu nivelment ± 1,5 mm

1,5 mm la 60 m

Telescop:

Putere de mărire 28x

Diametrul de deschidere al lunetei 30 mm

Unghiul câmpului de vizualizare 1 ° 30 '

Cea mai mică distanță focusată 0,75 m.

CAPITOLUL 4

STUDIU DE CAZ

4.1. Drumuire planimetrică în circuit închis (închisă pe punctul de plecare)

Figura 4.1. Schița drumuirii

Date inițiale:

– punctele vechi de coordonate cunoscute: 500 și 501 sunt marcate, recunoscute și identificate pe teren (punctul 500 – figura 4.2, punctul 501 – figura 4.3);

– punctele noi: 2-14 au fost marcate pe teren cu cuie pentru beton și nu au coordonate cunoscute; pentru ele dorim să obținem coordonatele x și y.

Din punctul 501 s-a efectuat o drumuire în circuit închis ce urmează a se calcula și compensa.

Pentru măsurători s-a folosit stația totală Trimble S6, iar metoda de lucru a fost cea a turului de orizont (metoda seriilor), utilizată pentru măsurarea mai multor unghiuri dintr-un punct de stație. Prin această metodă se măsoară direcții care se compensează în stație, iar din diferența direcțiilor compensate se determină unghiurile orizontale și verticale. Observațiile se fac in ambele poziții ale lunetei. Se alege ca direcție de plecare viza spre punctul cel mai îndepărtat, care are și condiții optime de vizare, celelalte puncte vizându-se în sens topografic (orar) în poziția I a lunetei și în sens antiorar în poziția a II-a, rezultând două tururi de orizont.

O serie este formată din două tururi de orizont, fiecare tur începe și se termină pe punctul de referință (de plecare).

De inlocuit pozele

Figura 4.2 Punctul 1 din teren

Figura 4.3 Punctul G23 din teren

Etape de calcul:

4.1.1. Determinarea unghiurilor orizontale și verticale prin compensarea în stație

Am trecut la calcul tabelar al compensării direcțiilor orizontale în stație, cu ajutorul orientărilor în pozițiile 1 și 2, aplicând corecția necesară, dată de eroarea calculată:

e = θ M ’ – θ M,

unde θ M este orientarea medie din prima citire și θ M ’ este orientarea medie din a doua citire spre același punct.