Domeniul Si Problematica Topografiei Ingineresti

6. DOMENIUL SI PROBLEMATICA TOPOGRAFIEI INGINERESTI

6.1 Generalitati

Lucrarile de proiectare si constructii-montaj, intr-un numar tot mai mare de domenii, sunt nerealizabile fara utilizarea tehnicii masuratorilor geodezice, ca si a tehnicilor speciale din constructii.

Ca si in trecut, cand pentru toate lucrarile de constructii din subteran, era necesara utilizarea metodelor tehnicii masuratorilor, in prezent, acest lucru este valabil pentru constructiile de la suprafata, datorita pretentiilor ridicate de geometria complicata a constructiilor, ca si de supletea lor, in sensul economiei de materiale.

In cosntructii s-au transformat fundamental tehnicile proprii de masurare spre indrumarea, conducerea si controlul realizarii constructiei, ceea ce solicita metode de masurare precise.Acest lucru a condus spre crearea de noi tehnologii specifice, ceea ce, implicit, s-a resimtit si in domeniul instrumentelor si mijloacelor de masurare.Gama mijloacelor de masurare geodezice clasice a fost completata cu noi instrumente de precizie ridicata, la care se adauga mijloace de masurare din domeniul fizicii si al constructiei de masini.

Utilizarea metodelor de masurare geodezice in domeniul Tehnicii Masuratorilor Topografice Ingineresti, presupune, pe langa asigurarea cerintelor de precizie, alegerea aparatelor si tehnologiilor corespunzatoare.Aceasta alegere este impusa atat de calculele preciziei „ a priori” (necesare sau teoretice), pornind de la o abatere maxima admisa data, cat si de cunoasterea tehnologiilor de executie si montaj.

Definitie:

Topografia Inginereasca (Tehnica Masuratorilor Topografice Ingineresti sau Masuratori Ingineresti in Constructii si Industrie) este ramura masuratorilor terestre care studiaza si rezolva probleme legate de studiile ingineresti, de proiectare, executie si exploatare a constructiilor.

Termenul inginereasca subliniaza faptul ca aceasta ramura a masuratorilor terestre este strans legata de studiul, proiectarea si exploatarea lucrarilor si constructiilor ingineresti de mare amploare, devenind o parte integranta a procesului tehnologic de constructii-montaj. In acest domeniu intra si urmarirea comportarii in timp a constructiilor deja executate, determinandu-se cu precizie deplasarile in plan orizontal si vertical ale constructiilor.

La toate marile obiective de constructii civile, industriale, constructii speciale (ca forma si anvergura), cai de comunicatii, lucrari subterane, inginerul geodez, la modul figurat, apare primul si pleaca ultimul de pe santier, din urmatoarele considerente:

Inainte de inceperea constructiei, el trebuie sa livreze documentatia necesara proiectarii (baza topografica a proiectelor) si sa-si planifice propriile lucrari, specifice, impreuna cu specialistii din domeniul constructiilor.Aceasta colaborare este importanta, deoarece, de acest aspect depinde in final garantarea produselor finale;

Trebuie sa coordoneze configurarea retelei punctelor de sprijin sau a retelei de trasare a obiectivelor proiectate.Acest obiectiv este valabil in toate domeniile constructiilor, inclusiv, in constructii de masini, instalatii si linii tehnologice industriale;

Trebuie sa-si planifice desfasurarea masuratorilor in timpul executiei, pornind de la cerintele de precizie ale specialistilor in constructii si – pe criterii tehnice si economice- sa stabileasca performantele mijloacelor de masurare, sa aleaga metodele si tehnologiile de masurare, precum si forta de munca necesare realizarii obiectivului proiectat;

In faza a doua, pe parcursul executiei, intervin lucrarile de trasare si masuratorilor de control care trebuie sa corespunda unor cerinte de precizie deosebit de ridicate, efectuate de cele mai multe ori in conditii grele, specifice santierelor de constructii;

Vederea de ansamblu si detaliile constructive constituie, la incheierea lucrarilor de constructii-montaj, impreuna cu documentatia topografica si cu celelalte observatii facute de proiectantii de specialitate si de constructori, parti componente ale cartii tehnice a constructiei;

Deosebit de importante, atat pentru specialistii in constrcutii cat si pentru cei in masuratori, sunt masuratorile de urmarire a comportarii constrcutiilor in timpul exploatarii.In prezent, masuratorile efectuate asupra constructiilor ingineresti comparate cu rezultate ale experimentelor pe modele si calcule a priori de statica reprezinta metoda cea mai demna de incredere pentru analiza starii si sigurantei in exploatare a constructiilor.

6.2 Domenii de utilizare a Topografiei Ingineresti

Domeniul Topografiei Ingineresti acopera astazi un larg evantai de discipline si orice clasificare la un moment actual devine incompleta si necesita actualizari si completari.O clasificare sau enumerare a acestor domenii, fara pretentia de a fi completa, poate fi facuta astfel:

Tehnica masuratorilor ca baza pentru proiecte ingineresti:

Realizari de planuri si harti, ca si actualizari ale acestora;

Profile pentru descrierea traseului nivelitic al suprafetei terestre;

Modelul digital al terenului, ca si alte teme digitale, in special pentru proiectarea asistata de calculator;

Proiecte de detaliu:

Calculul axelor cailor de comunicatii;

Proiectarea geometriei constructiilor, masinilor si instalatiilor;

Trasari si pozitionari:

Trasarea axelor si a elementelor de constructie in plan si pe verticala, pentru fiecare faza de constructie;

Pozitionari ale elementelor de constructie;

Trasarea cofrajelor pentru elementele prefabricate;

Trasari de poduri, tunele, cai de comunicatie, conducte;

Indrumarea si conducerea proceselor de constructie:

Conducerea montarii cu ajutorul cofrajelor glisante la constructii inalte;

Conducerea diverselor faze din constructia de masini;

Controlul constructiilor si receptia lucrarilor:

Masuratori de control al cofrajelor elementelor de constructie;

Masuratori de control dupa montaj;

Supravegherea constructiilor si instalatiilor si urmarirea comportarii terenurilor:

Masuratori ale modificarii distantelor, inaltimilor si inclinarilor constructiilor si a instalatiilor industriale;

Urmarirea comportarii in timp a constructiilor de mari dimensiuni:

ecluze;

poduri, turnuri inalte;

masini de dimensiuni mari;

miscari crustale;

alunecari de terenuri;

Intretinerea si actualizarea planurilor de executie.

Tehnica masuratorilor industriale

Notiunea de Masuratori in Industrie cuprinde acele masuratori realizate cu metode geodezice, caracterizate printr-o inalta precizie, situata -de cele mai multe ori- in domeniul milimetric si submilimetric, asupra unor obiecte de mici dimensiuni, situate intr-un spatiu restrans (<100 m), denumit in literatura de specialitate domeniul apropiat.

6.3 Pregatirea topografica a proiectelor pentru trasarea pe teren

Dupa ce proiectantul de specialitate ( inginer constructor, arhitect, structurist, etc.) definitiveaza proiectul unui obiectiv ingineresc, acesta urmeaza sa treaca in faza de executie.

Pentru aceasta, proiectul trebuie sa suporte o prelucrare din punct de vedere topografic, operatiune denumita in general, pregatitrea topografica a proiectului.

Aceasta cuprinde urmatoarele faze:

Alegerea retelei topografice de trasare, alcatuita din puncte marcate pe teren prin tarusi sau borne, de coordonate X,Y,H cunoscute (determinate).

Se pot intalni in practica urmatoarele tipuri de retele topografice de trasare:

Retele de sprijin existente, folosite anterior la ridicarea topografica a zonei, care corespund, din punct de vedere al preciziei de determinare a pozitiilor punctelor, criteriilor de precizie la trasare;

Retele speciale de trasare, proiectate, masurate si calculate special pentru lucrarea respectiva, in cazul in care precizia necesara executiei, solicitata de beneficiarul lucrarii sau proiectantul general, este mare (precizia unui punct al retelei speciale de trasare este, de regula,<= +- 1 cm);

Alegerea metodelor de trasare in plan a punctelor din proiect.

Trasarea pe teren a axelor principale si a punctelor caracteristice ale constructiilor si echipamentelor tehnologice se pot executa prin diverse metode.Alegerea metodei de trasare se face in funcite de:

Conditiile existente de masurare:

Accidentatia terenului;

Zone construite;

Masuratori in subteran;

Hale industriale;

Dimensiunile si forma in plan a constructiilor;

Precizia solicitata la aplicarea pe teren;

Modul de realizare al retelei de trasare;

Dotarea cu aparatura, etc.

c) Alegerea instrumentelor si accesoriilor topografice pentru trasare si a tehnologiilor de masurare, in functie de preciziile impuse de beneficiar si de performantele aparaturii din dotare;

d) Calculul elementelor de trasare in plan a punctelor din proiect.

Determinarea elementelor topografice ale proiectului consta in transformarea elementelor geometrice date in proiect in elemente topografice ( coordonate, cote, distante, unghiuri, diferente de nivel, pante, etc. ) prin procedee numerice de calcul.

e) Calculul preceziei necesare de trasare in plan a punctelor din proiect.

Precizia de trasare pe teren a punctelor proiectate ale constructiilor se poate exprima, in general, prin intermediul relatiei:

σc^2=σt^2+σf^2+σdi^2

unde: σt este abaterea standard de trasare;

σf este abaterea standard de fixare;

σdi este abaterea standard a datelor initiale;

In cadrul proiectarii topografice, aplicand principii ale statisticii matematice, se calculeaza valorile abaterilor standard componente, care fac parte din relatia de mai sus, stabilindu-se astfel performantele instrumentelor si accesoriilor pe care va trebui sa le utilizam la trasare, precum si tehnologiile de masurare adecvate.

6.4 Precizia generala a lucrarilor de trasare.

Aplicarea pe teren a proiectelor de constructii are ca scop asigurarea respectarii formei si dimensiunilor proiectate ale constructiilor, pozitia reciproca a constructiilor si elementelor componente ale acestora, precum si pozitia absoluta, intr-un sistem de coordonate definit de reteaua de trasare.

Realizarea acestui deziderat revine, in mare masura, domeniului Topografiei Ingineresti, masuratorilor topografice realizate cu precizia solicitata in proiectul de executie.

Notiunea de proiectare topo-inginereasca are in acest sens o componenta foarte importanta, care include stabilirea corecta a preciziei necesare la trasare, in urma careia se stabilesc performantele mijloacelor de masurare, accesoriile, metodele si tehnologiile care urmeaza a fi utilizate la trasare. Stabilirea acestor corelatii, pornind de la valori ale preciziei impuse de proiectantul general al lucrarii sau de beneficiarul acesteaia, este extrem de importanta, cu o influenta directa asupra aplicarii corecte pe teren a proiectelor de constructii.

O precizie insuficenta la trasare poate conduce la o executie defectuasa, implicit la o calitate necorespunzatoare a realizarii obiectivului proiectat iar o precizie exagerat de mare a lucrarilor de trasare poate conduce la prelungire a duratei de executie, un volum mai mare de timp la executarea lucrarilor topografice, mijloace de masurare si accesorii mai performante decat ar trebui.

6.4.1. Abateri standard. Tolerante.

Din punct de vedere al statisticii matematice si al Tehnicii Masuratorilor Ingineresti, abaterile standard σ (teoretice, inaninte de masurare, ale unei valori nominale X0) si valorile abaterilor medii s ( care caracterizeaza parametrul X-media aritmetica, dupa masurare) sunt principalii parametrii pentru evaluarea (estimarea) masuratorilor, respectiv a controalelor de sondaj.

Calculul abaterii standard necesare intr-un proces de masurare contribuie la verificarea respectarii abaterii maxime admise, avand ca urmare alegerea instrumentelor si metodelor de masurare adecvate.

Dupa normative, valorile ( Λ(-) si Λ(+) ) minime si maxime ale campului de tolerante al valorii nominale se pot exprima cu relatia:

Λ(-)=Λ(+)=Λ=λ*σ

La o concordanta intre campul de dispersie si campul de toleranta, valoarea parametrului λ este:

λ= 2 cand valoarea sigurantei statistice este 95 %;

λ= 3 cand valoarea sigurantei statistice este 99.73 %;

Abaterea maxima admisa poate fi data ca toleranta T=2Λ, care reprezinta limitele admisibile de variatie ale valorilor unei masuratori.

In mod frecvent, in constructii se solicita o precizie a masuratorilor ingineresti, care este stabilita in proiect fie ca imprecizie a masuratorilor, fie ca toleranta a masuratorilor (toleranta de trasare).

Pentru problema practica a preciziei in constructii, abaterea standard σ reprezinta doar o marime matematica (teoretica) si relatia ei cu sistemul de tolerante este data de expresia:

T≥6σ, respectiv Λ≥± 3σ

la pozitii simetrice ale campului de toleranta in dimensiunea (valoarea) nominala.

In cazul general, precizia aplicarii pe teren a proiectelor si executia constructiilor este influentata de trei factori, care, teroretic pot interveni pe parcursul executarii unei constructii:

Precizia calculelor efectuate la elaborarea proiectelor;

Precizia executarii elementelor de constructii (elemente prefabricate, module ale elementelor metalice ale constructiei, etc.), in care se include si precizia executarii lucrarilor de constructii-montaj;

Precizia efectuarii lucrarilor topografice.

Aceste trei componente, care influenteaza independent, se pot grupa in valoarea abaterii maxime admise (Λ) fata de dimensiunile proiectate, care poate fi luata in considerare ca toleranta, valoare prevazuta, in general in proiectele de constructii.

Acest lucru se poate exprima, in general, cu o relatie de forma:

σ2 = σ2c +σ2pr. +σ2CM

in care: σc – reprezinta abaterea standard de pozitie a unui punct proiectat al constructiei provenita din influenta erorilor efectuarii masuratorilor topografice (trasari de unghiuri, distante, cote, etc.);

σpr. – reprezinta abaterea standard datorata influentei erorilor de la elaborarea proiectului;

σCM – reprezinta abaterea standard provenita din influenta erorilor de la lucarile de constructii-montaj, inclusiv erorile la executarea elementelor prefabricate si a componentelor structurilor metalice.

Prezentarea in proiectul constructiei a valorii abaterii maxime admise Λ fata de dimensiunile proiectate presupune determinarea unei corelatii intre marimile abaterilor standard componente din expresia de mai sus, astfel incat influenta lor totala sa nu depaseasca valoarea abaterii maxime admise, avand in vedere atat posibilitatea tehnica de realizare a preciziei celor trei procese separate (proiectare – trasare – executie), cat si eficienta economica la rezolvarea problemelor legate de executarea constructiei.

6.4.2 Principii de calcul a preciziei necesare

Precizia necesara a lucrarilor topografice care intervin la trasare-montaj se calculeaza pornind de la valoarea abaterii standard totale, sau de la valoarea abaterii maxime admise, caz in care:

σ = Λ/2 ……..Λ/3

In practica proiectarii lucrarilor de topografie inginereasca se utilizeaza doua criterii care stau la baza calculului preciziei necesare : principiul influentei egale a surselor independente de erori si principiul influentei diferentiate a surselor independente de erori.

6.4.2.1 Principiul influentei egale a surselor independente de erori

La modul general, in primul caz se porneste de la expresia unei functii de erori, de forma:

σ2 = σ21 +σ22 +σ23 +…… σ2n

Se considera ca exista egalitate intre valorile surselor de erori componente:

σ1 ≈σ2≈σ3≈…………. σn=σ0

in care: σ1 , σ2, σ3, …………… σn sunt abaterile standard componente;

Se cere ca influenta fiecareia din valorile surselor de erori sa nu depaseasca valoarea:

σ0 =σ/√n unde n este numarul surselor de erori;

Cunoscand valoarea σ0 se calculeaza valorilor abaterilor standard componente. Daca aceste valori componente reprezinta, de exemplu, precizii de masurare a unghiurilor, a distantelor, a diferentelor de nivel, etc. se pot determina performantele mijloacelor de masurare, metodele si tehnologiile de masurare, precum si accesoriile pe care va trebui sa le utilizam la trasare.

6.4. Mijloace de masurare utilizate in Topografie Inginereasca

Notiunile care intervin cel mai des in momentul in care vorbim despre disciplina Topografie Inginereasca ( sau Tehnica Masuratorilor Topografice Ingineresti) sunt cele referitoare la trasare si precizia trasarii.

Definitie:

Notiunea de trasare presupune- in sensul tehnic, topografic- aplicarea pe teren a unor elemente topografice cunoscute sau extrase ( calculate) dintr-un proiect de constructii, elemente topografice care definesc in final un detaliu de constructii proiectat, care urmeaza a fi transpus ( executat) pe teren.

Intr-o proportie tot mai mare, proiectele de specialitate (de constructii de orice tip) sunt realizate pe platforme CAD, avand ca suport un plan topografic, conceput- la randul sau- intr-un sistem de coordonate bine definit.Acest fapt conduce la concluzia ca si pozitiile punctelor caracteristice ale elementelor proiectate ale constructiilor sunt definite prin coordonate.

Pornind de la aceste considerente, intervine notiunea de trasare pe teren a punctelor proiectate ale constructiilor, respectiv de metode de trasare, metode care – de fapt- reprezinta o combinare a trasarii unor elemente topografice.

Observatie:

Daca ne referim strict la succesiunea operatiilor efectuate, in Topografia Inginereasca se porneste de la o serie de valori cunoscute (proiectate) ale unor elemente topografice care – in faza urmatoare – se aplica pe teren prin intermediul metodelor de masurare cunoscute de la Topografie.

Din acest motiv, se mai afirma ca in Topografia Inginereasca se procedeaza invers decat la Topografie: „intai se calculeaza si apoi se masoara”.

In general, Topografia Inginereasca utilizeaza aceleasi metode si mijloace de masurare din Topografie, diferenta consta insa in faptul ca, spre deosebire de realizarea unui plan topografic la o anumita scara (1:5 000 – de exemplu), caz in care se pot utiliza mai multe metode, respectiv mai multe mijloace de masurare de diverse tipuri, avand diverse caracteristici tehnice, in cazul trasarii unor constructii proiectate sunt impuse metodele si performantele tehnice ale mijloacelor de masurare inca din faza de proiectare topografica inginereasca, care are ca punct principal calculul preciziei necesare, in care, pornind de la valoarea preciziei ceruta de beneficiarul (proiectantul) care solicita lucrarea, se determina – printre altele – si performantele mijloacelor de masurare.