Urmarirea Comportarii In Timp A Constructiilor Hidrotehince

URMĂRIREA COMPORTĂRII ÎN TIMP A CONSTRUCȚIILOR HIDROTEHINCE

INTRODUCERE

Măsurătorile de deformații denumite mai demult măsurători de control, de verificare sau de urmărire, reprezintă o parte importantă a topografiei inginerești și au o importanță deosebită. Prin ele se pot obține informații care se pot folosi la protecția construcțiilor, la asigurarea siguranței de exploatare pe termen lung precum și la prevenirea catastrofelor. Se pot astfel confrunta ipotezele studiilor teoretice și rezultatele practice obținute, ceea ce permite perfecționarea metodelor de realizare a construcțiilor în condițiile asigurării siguranței și stabilității acestora.

„ Lucrările topografice încheie procesul de execuție: prin măsurători topografice de control la recepția oricărui element și obiect executat; prin ridicări topografice la scară mare a construcțiilor executate pentru întocmirea planurilor și profilelor necesare exploatării construcției (investiției); prin continuarea observațiilor topografice în vederea determinării eventualelor deplasări, tasări și deformații ale elementelor și ebiectelor executate. ’’

Construcțiile hidrotehnice se deosebesc de celelalte construcții inginereși prin faptul că sunt supuse, pe lângă acțiunile și solicitările obișnuite, la acțiunea apei. Acestea se manifestă sub formă mecanică, fizico-chimică și biologică.

Observațiile fizice se referă la măsurarea presiunilor sub talpa fundației, variațiile nivelului apei freatice, acțiunea chimică a apei asupra fundației și corpului construcției, vibrații și trepidații provocate de instalații tehnologice din interiorul sau din afara construcției, viteza și presiunea apei, etc.

Observațiile geometrice se referă la măsurătorile ncesare determinării mărimilor deformațiilor și deplasărilor terenului și construcției, caz în care se folosesc metode topografice.

Pentru a avea date asupra siguranței unui baraj sunt necesare măsurători asupra solicitărilor exterioare și interioare, asupra deplasărilor relative și absolute, asupra rotației secțiunilor orizontale și verticale, asupra deschiderii rosturilor, asupra mărimii subpresiunilor și presiunilor interstițiale etc.

Obiectele construcțiilor hidrotehnice care se supraveghează sunt:

Obiecte definitive sau provizorii care realizează retenții permanente sau nepermanente:

baraje (de orice tip);

centrale-baraj;

ecluze;

ziduri de sprijin;

diguri;

batardouri;

descărcătoare de ape mari;

disipatoare de energie;

Obiecte definitive sau provizorii care realizează captarea și transportul debitelor utile:

prize de ape (de orice tip);

canale (de aducțiune sau fugă);

conducte (de aducțiune sau forțate);

galerii (de aducțiune, forțate, de fugă sau de acces);

camere de încărcare;

case de vane;

bazine de liniștire:

Obiecte definitive sau provizorii care realizează prelucrarea debitelor utile:

centrale;

stații de pompare;

Instalații hidrotehnice aferente obiectelor de la punctele 1,2,3:

stavile și vane;

batardouri;

grătare;

grupuri electrogene de rezervă;

Precizia de măsurare se stabilește în funcție de problemele care trebuie rezolvate pe baza analizei valorilor măsurate ale deplasărilor și deformațiilor respective. Necesitatea respectării acestor condiții duce la cerința ca erorile măsurătorilor să fie de cel puțin 10 ori mai mici decât deformațiile care pot conduce la distrugerea construcției.

În afară de asigurarea folosințelor pentru care au fost executate, construcțiile și amenajările hidrotehnice exercită de multe ori on influență importantă asupra regiunilor invecinate. Marile baraje rețin în lacurile de acumulare cantități considerabile de apă, de ordinul milioanelor sau miliardelor de metri cubi. În cazul cedării parțiale sau totale a unui baraj, aceste cantități se scurg spre aval cu viteze și adâncimi mari, distrugând totul în calea lor. Refacerea lucrărilor și a bunurilor distruse durează mulți ani, iar pagubele reprezintă sume mult mai mari decât valoarea construcției care a cedat.

Pentru a evita consecințe grave ale avariilor care se produc independent de voința omului, se i-au măsuri necesare care concură la realizarea barajului. Cu atenție sporită de urmăresc și se interpretează condițiile geologice, hidrologice și morfologice ale amplasamentelor, de asemena cu rigurozitate și precizie sunt conduse munca de proiectare și calculele.

De adaptările proiectului la teren și de calitatea și acuratețea execuției depinde comportarea ulterioară a lucrării în exploatare și deci siguranța ei. Supravegherea principalilor parametri în exploatare, prin aparate de măsură și control, furnizează elementele care confirmă funcționarea normală sau care semnaleaza fenomenele care reclamă starea de alarmă.

Numeroase avarii pot suferi și celelalte elemente componente ale unei construcții hidrotehnice. Practica consemnează numeroase accidente la aducțiuni de diverse tipuri, la camere de încărcare, la conducte forțate sau la centrale aeriene sau subterane. În afara pagubelor produse în mod direct, doar ieșirea din funcțiune a unei amenajări totalizează pierderi de energie al căror echivalent economic este de cele mai multe ori considerabil.

Cap. I. Lucrări topografice necesare la proiectarea și execuția construcțiilor hidrotehnice

Lucrări topografice necesare proiectării unei acumulări hidrotehnice:

ridicări topografice și fotogrammetrice pentru întocmirea planurilor la scări mari;

asigurarea topografică a studiilor hidrologice, pentru întocmirea profilului longitudinal și a profilelor transversale ale albiei râurilor;

trasarea axelor drumurilor și a căilor de acces;

trasarea conturului proiectat al lacului de acumulare;

Pentru determinarea aproximativă a conturului și volumului lacului de acumulare pentru fiecare centrală hidroelectrică sunt neceare hărti topografice la scările 1:25000, 1:100000 cu echidistanțele curbelor de nivel E = 5 … 20 m (pentru văile lâurilor), iar pentru râurile mici în zone de câmpie și de munte se folosesc hărți topografice la scara 1:25000 la care E = 2 … 5 m. Pentru amplasarea construcțiilor nodului hidrotehnic, a centrelor populate și a carierelor cu materiale locale de construcții sunt necesare ridicări topografice la scările 1:5000, 1:10000.

Profilul longitudinal al râului reprezintă centralizat variațiile în lungul râului privitor la: cotele nivelurilor caracteristice ale apelor, cotele fundului și adâncimile pe diferite trasee (de exemplu pe linia talvegului sau pe axul albiei), cotele malurilor râului, poziția bancurilor de nisip, a centralelor populate, digurilor, posturilor hidrometrice, reperelor de nivelment, caracteristici ale rocilor fundului de pe traseul profilului, panta longitudinală a apei în râu. Lucrările topografice la realizarea profilului longitudinal al râului sunt: alcătuirea rețelei altimetrice pentru nivelmentul nivelului apelor, îndesirea rețelei posturilor hidrometrice și organizarea observațiilor, nivelmentul oglinzii apei, măsurarea adâncimilor, lucrări de birou.

Măsurarea adâncimii albiei permite cunoașterea reliefului fundului albiei pe diferite direcții, pentru întocmirea unui plan al albiei, cu curbe de nivel, profile longitudinale și transversale. Principalele operațiuni de măsurare:

măsurarea adâncimilor prin sondare, în raport cu nivelul apei în momentul sondării (nivel de lucru Nl);

determinarea poziției în plan a punctelor de sondaj;

reducerea adâncimilor măsurate de la nivelul de lucru la nivelul cel mai coborât de navigație (Nc);

1.2. Lucrări topografice pentru aplicarea pe teren a proiectelor construcțiilor hidrotehnice

Trasarea pe teren a construcțiilor se execută în două etape: prima etapă se efectuează în procesul proiectării și constă în aplicarea pe teren a axelor principale ale construcției hidrotehnice, inclusiv reperajul lor iar etapa a 2-a se efectuează în procesul execuției construcției și constă în trasarea axelor secundare pe baza cărora să se poată asigura trasarea pe teren a formelor geometrice a diferitelor părți ale construcției, montarea construcțiilor metalice, a instalațiilor și subansamblurilor hidrotehnice.

Axele principale ale construcțiilor hidrotehnice sunt: axa barajului (de beton sau pământ), axele centralei hidroelectrice (clădiri, puncte de racord, axe ale instalațiilor hidrotehnice), axele deversorului, ale dispozitivului de golire de fund și ale batardourilor, axele diferitelor canale, ale conductelor și tunelurilor (la suprafață), axele construcțiilor de capăt (ecluze, prize de apă, danele de acostare, etc.) .

Lucrări topografice pentru aplicarea axelor principale pe teren: trasarea pe teren a punctelor principale ale fiecărei axe (originea și sfârșitul axei, punctele de direcție, vârfurile unghiurilor aliniamentelor, punctele caracteristice ale construcției, etc.), executarea drumuirii în lungul fiecărei axe trasate pe teren, ridicarea planimetrică a fâșiei de teren în lungul fiecărei axe principale, executarea drumuirii de nivelment în lungul axei trasate, construirea profilelor transversale pe axă, pichetajul și nivelmentul profilelor transversale.

Pentru îndeplinirea acestor cerințe se proiectează și se materializează pe teren o rețea planimetrică și altimetrică, care va constitui baza topografică a lucrăriror de construcție.

1.2.1. Baza topo-geodezică în plan orizontal

Baza topo-geodezică în plan pe șantierul de construcții al nodului hidrotehnic se proiectează pentru a sprijini: efectuarea observațiilor asupra deplasărilor orizontale ale construcțiilor, executarea lucrărilor de trasare și de asigurare topografo-fotogrammetrică a procesului de construcții-montaj, ridicările topografice de execuție.

Baza topo-geodezică în plan este alcătuită din metodele:

triangulației de trsare;

poligonometriei inginerești, la care s-a adăugat trilaterația, datorită preciziei ridicate la măsurarea electronică a distanțelor;

Pentru a obține o precizie cât mai ridicată la măsurarea unghiurilor intr-o rețea cu laturi scurte se vor folosi teodolite optice la care aproximația citirii este secunda și zecimala de secundă, de exemplu: teodolitele Zeiss Theo 002, Wild T3, Kern DKM 3, etc.

Baza topo-geodezică în plan se alcătuiește ca o rețea locală în sistemul de referință al amenajării. Precizia rețelei în plan pentru trasarea construcțiilor în subteran (centrale hidroelectrice, galerii de aducțiune) este mai mare decât la trasarea construcțiilor la suprafață. Dacă triangulația este întocmită pentru lucrări de trasare, punctele ei trebuie să fie determinate cu o asemenea precizie încât distanțele dintre axele părților principale ale construcțiilor de beton să poată fi obținute cu o eroare medie pătratică de maximum ±15 mm. Triangulația pentru lucrările de trasare este alcătuită din patrulatere cu diagonale, sistem central, lanț de triunghiuri ale căror puncte sunt amplasate în conformitate cu proiectul de organizare al șantierului.

La execuția nodurilor hidrotehnice pe râurile de șes, triangulația de trasare se alcătuiește din două trepte:

punctele rețelei din treapta I sunt determinate prin metoda triangulației de ordinul III sau IV;

punctele din treapta a 2-a a triangulației de trasare sunt determinate prin metoda triangulației de ordinul IV sau V.

Pentru execuția construcțiilor subterane se alcătuiește (clădiri, galerii, tuneluri) baza de trasare se alcătuiește din trei trepte:

în prima treaptă intră punctele determinate prin metoda triangulației de ordinul III sau IV;

în a 2-a treaptă intră punctele determinate prin metoda triangulației de ordinul IV sau V, sau prin metoda poligonometriei pentru orientarea metodelor subterane;

în treapta a 3-a intră punctele rețelei de sprijin din subteran determinate prin metoda poligonometriei de precizie diferită.

1.2.2. Baza topo-geodezică în plan vertical

În faza de proiectare se creează o rețea de sprijin topo-geodezică de nivelment care se folosește în principal pentru executarea ridicărilor topografice la scară mare. Pentru asigurarea topografică a construcțiilor din beton armat, a montajului elementelor prefabricate și metalice se alcătuiesc rețele speciale de nivelment, asemenea baze topo-geodezice de nivelment se proiectează astfel ca precizia lor să satisfacă cerințele observațiilor asupra tasărilor construcțiilor hidrotehnice, atât în faza de execuție cât și în faza de exploatare.

Pe șantierul nodului hidrotehnic de mare întindere, amplasat pe o fundație stâncoasă, baza topo-geodezică în înălțime se alcătuiește prin nivelment geometric de ordinul I, cu o eroare medie pătratică de ± 1 mm/km și neînchiderea admisă a drumuirii de ± 3 mm.

Rețeaua de nivelment de sprijin de ordinul II se creează pentru observații asupra tasărilor construcțiilor hidrotehnice, iar pentru observații asupra tasării terasamentelor se folosește rețeaua de nivelment de ordinul III.

Precizia rețelelor de sprijin în înălțime alcătuite prin nivelment geometric de ordinele I și IV asigură determinarea cotei oricărei mărci de tasare și a mărcii reperului de nivelment în cel mai slab loc al drumuirii de nivelment cu o eroare medie pătratică față de reperul inițial de ± 0.7 mm la nivelmentul de ordinul I, ± 1.4 mm la nivelmentul de ordinul II și ± 3.6 mm la nivelmentul de ordinul III.

Proiectul rețelei de sprijin în înălțime pentru aprecierea precizie necesare se realizează folosind relația:

unde: – eroarea medie pătratică a funcției;

– eroarea medie pătratică a unității de pondere;

– ponderea valorii compensate a funcției F.

Valoarea mărimii este aleasă în funcție de ordinul nivelmentului, iar valoarea ponderii depinde de numărul stațiilor de drumuire.

Baza topo-geodezică în înălțime se prezintă sub forma unei drumuiri izolate sprijinită la capete sau ca rețea de diverse forme și trebuie să conțină două categorii de repere, principale și de lucru, respectiv să se dezvolte în două trepte. În prima treaptă intră reperele principale prin care se controlează periodic stabilitatea reperelor de lucru care se găsesc în apropierea construcțiilor hidrotehnice. Treapta a II-a cuprinde reperele de lucru inclusiv mărcile de trasare legate prin poligoane inchise de nivelment cu puncte nodale de lungimi cât mai mici și sprijinite pe reperele de nivelment din prima treaptă.

Rețeaua topo-geodezică de sprijin în înălțime de pe platforma nodului hidrotehnic se alcătuiește intr-un sistem unic de cote.

Cap. II. Observații topografice asupra comportării construcțiilor hidrotehnice

Comportamentul unor construcții, precum baraje, poduri, terasamente, silozuri, coșuri de fum, castele de apă, etc. este urmărit o anumită perioadă de timp până la stabilirea tasărilor sau deplasărilor, prin metode topografice curente, triangulații, drumuiri planimetrice și nivelitice de precizie, prin metode topografice specifice precum metoda aliniamentelor sau metode fotogrammetrice.

Astfel, urmărirea stabilității construcțiilor constă în determinarea pozițiilor în plan și în spațiu a unor puncte caracteristice ale acestora, special marcate, în raport cu alte puncte considerate fixe, amplasate în afara zonei de influență a construcției respective. Prin urmare, urmărirea comportării presupune existența a două categorii de rețele de puncte materializate pe teren prin mărci sau repere mobile amplasate pe construcțiile urmărite și respectiv repere de control aflate în zone stabile luate ca referințe.

Deplasările contrucțiilor se datorează deformațiilor acestora sau a deplasării terenurilor pe care sunt fundate. Deplasarea reprezintă modificarea poziției unui punct al construcției datorită solicitărilor la care aceasta este supusă, deformația fiind modificarea poziției relative dintre punctele construcției.

Reperii de control sunt borne din beton armat sau repere cu formă specială instalați în afara zonei de influență a construcției urmărite, pe terenuri stâncoase sau construcții vechi la care exista certitudinea că acestea nu se mmai tasează, în general pe terenuri sănătoase , în locuri sigure și fără risc de a fi deranjați.

Reperii de control se leagă în rețeaua geodezică de stat. În jurul unei construcții se vor amplasa minim trei repere de control pentru a se putea verifica stabilitatea lor. Între doi reperi distanța recomandată este de aproximativ 40 – 50 m.

Mărcile sau reperele mobile sunt amplasate pe construcția care urmează a fi urmărită și sunt de mai multe tipuri, în funcție de precizia necesară și de locul în care se montează, locuri care să permită amplasarea verticală a mirei.

2.1. Determinarea deplasărilor în plan orizontal

2.1.1 Rețele geodezice de urmărire a comportării în plan orizontal a construcțiilor energetice

Alegerea rețelei planimetrice de urmărire a construcțiilor hidrotehnice – baraj, centrală, conducte forțate și așa mai departe – se face ținând seama de:

sensul de urmărire a deplasărilor ce se urmăresc (amonte – aval, de ordinul milimetrilor);

configurația terenului, condițiile de vizibilitate între puncte și de realizare propriu-zisă a pilaștrilor și reperelor;

mărimea obiectului urmărit sau întinderea suprafeței ce se urmărește;

condițiile de stabilitate ale punctelor rețelei;

perioada de timp în care trebuie să se execute măsurătorile și să se obțină deplasările reperelor mobile ( "rețeaua" se poate reduce până la minim 2 pliaștri din care se poate face, când situația impune, observații zilnice orare);

aparatura de măsurare de care se dispune și de posibilitățile de echipare cu dispozitive de măsurare a direcțiilor azimutale, zenitale și a distanțelor în rețea.

În funcție de elementele constructive și întinderea obiectivului hidrotehnic ce se urmărește în plan, se prezintă cinci tipuri de rețele caracteristice:

Rețea geodezică de urmărire a unui sistem hidroenergetic și de navigație de pe fluviul Dunărea;

Rețea geodezică de urmărire a unui baraj de beton "în arc" construit într-o zonă de munte;

Rețea geodezică de urmărire a unui baraj de beton de greutate;

Rețea geodezică de urmărire a unui baraj din materiale locale;

Rețea de urmărire a digurilor și malurilor unui lac de acumulare.

2.1.2. Măsurarea deplasărilor orizontale prin metoda trigonometrică

Metoda trigonometrică, care permite determinarea schimbărilor poziției în plan și în înălțime a anumitor puncte caracteristice ale construcțiilor hidrotehnice, este deosebit de avantajoasă și posibilitatea ei de adaptare o face extrem de utilă. Determinarea deplasărilor punctelor construcției și a întregii construcții, se face în raport cu un sistem de referință, o rețea geometrică de puncte fixe alcătuind o triangulație, care trebuie să fie independentă de forțele care acționează asupra construcției. Rețeaua de referință este alcătuită din puncte în care se staționează cu teodolite de precizie și din care se vizează la mărci speciale fixate pe construcție precum și din puncte de referință sau de control (fixe) care trebuie să fie cât mai depărtate de construcție (la câteva sute de metri) spre a fi în afara influenței construcției a cărei comportare este urmărită.

Triangulațiile trebuie să satisfacă următoarele condiții principale:

punctele de stație (pilaștrii) din care se fac observațiile spre mărcile încastrate în construcția hidrotehnică – în paramentul aval al barajului – trebuie să fie plasate în teren cât mai stabil; numărul lor minim trebuie să fie de două, de preferat trei puncte de stație, iar vizele trebuie să se intersecteze în condiții bune și sub unghiuri de gel puțin 30g, evitându-se vizele excesiv de înclinate provocate de diferențele mari de nivel dintre stații și punctele observate pe distanțe scurte;

punctele de referință și control trebuie amplasate pe terenuri stabile și cât mai depărtate de construcția observată, la cel puțin 200 – 300 m, spre a fi în afara oricărei influențe a acesteia; pentru mărirea stabiliății este necesar a se lua, ca și pentru punctele de stație, măsuri constructive (de exemplu: fundații adânci).

Fiecare triunghi al rețelei trebuie să se apropie, în măsura posibilităților, de formă echilaterală. Cum nu este întotdeauna posibil să se realizeze o astfel de rețea, este indicat ca raportul dintre cea mai scurtă și cea mai lungă latură a triangulației să nu fie sub ¼. Construcția geometrică a rețelei de triangulație trebuie să satisfacă condițiile principale ale triangulațiilor de ordinul I. Lungimile laturilor pot varia, în funcție de tipul și de dimensiunile construcției, de la 0,4 la 2 km și numai în cazuri speciale acestea pot ajunge la minimum 0,3 km și respectiv la maximum 3 km, cazuri în care unghiurile opuse laturilor nu trebuie să fie mai mici decât 33 – 35g. Pentru a se asigura o transmitere bună a lungimii laturilor, unghiurile de legătură în patrulatere și în sistemele centrale trebuie să fie de cel puțin 27 – 28g. Tinând seama de erorile de măsurare a unghiurilor, care se obțin cu teodolite cu o precizie de ordinul II, dacă punctele de referință sunt la 300 m de construcția observată, erorile de determinare sa deplasărilor sunt de ordinul a 1 mm și se recomandă alegerea a 2 – 3 baze.

Observațiile în punctele triangulațiilor se execută prin metoda turului de orizont cu 6 – 9 reiterații sau prin măsurarea unghiurilor în toate combinațiile.

Pilaștrii, pe care se instalează alternativ teodolitele și semnalele de vizare, se construiesc din beton armat și trebuie încastrați solid în roca înconjurătoare. Dacă pilaștrii sunt fixați într-o rocă puțin stabilă, talpa fundației trebuie să fie destul de mare pentru a limita cât mai mult deplasările și ceea ce este mai important, înclinările. Pilaștrii trebuie să fie protejați împotriva razelor soarelui, care pot să le provoace deformații din cauza diferențelor de temperatură.

Pilaștrii vor avea o secțiune circulară, având două tuburi concentrice, unul plin cu beton și armături metalice pe care se montează la partea superioară echipamentul de centrare forțată și altul exterior de protecție. Între cei doi cilindri se impune introducerea unei izolații termice (vată industrială).

În funcție de condițiile de fundare se prevăd două tipuri de pilaștri: pilaștri fundați direct pe roca de bază, atunci când aceasta se află la cel mult 5 m adâncime și pilaștri "forați" sprijiniți pe coloana de foraj, forajul realizat trebuind să aibă cel puțin 1 m rocă de bază.

Pilaștrii construiți pe construcție sunt de asemenea de două tipuri: pilaștri montați pe construcția din beton și pilaștri pe baraje realizate din materiale locale.

Toți pilaștrii vor fi prevăzuți cu dispozitive de centrare mecanică. Dispozitivele de centrare mecanică vor fi montate de către specialistul geodez, utilizând bula specială de verticalizare a bolțului de centrare. Dispozitivele de centrare mecanică vor fi realizate din bronz sau oțel inoxidabil, de către firme specializate. Pilașstrii vor fi prevăzuți la partea superioară cu capace de protecție. De asemenea, în jurul pilaștrilor se vor instala împrejmuiri metalice de protecție.

Pilaștrii vor fi numerotați cu vopsea pe cilindrul exterior cu cifre (litere) având înălțimea de cel puțin 20 cm, astfel încât să fie vizibile ușor. Denumirile pilaștrilor se vor indica prin proiect și vor fi, de obicei, numerotați cu cifre romane (I, II, …, X) sau S1, …, S10 – pentru pilaștrii plasați pe versantul stâng al râului și D1, …, D10 – pentru pilaștrii amplasați pe versantul drept.

Detaliile constructive și de montare ale pilaștrilor rețelelor de urmărire a comportării construcțiilor hidroenergetice, precum și cantitățile de materiale și calitatea acestora se indică prin proiect, fiind specificare și în planșele de detaliu la scările 1:1 – 1:20. În rețelele existente, la unele baraje pilaștrii au fost prevăzuți cu plăci de centrare mecanică.

Miretele ce se instalează în bolțurile de centrare mecanică vor fi de tipul Wild, atunci când laturile rețelei nu depășesc 500 m și cu sistem de calare și "nucă" de centrare de tip Wild, Freiberger sau Zeiss, de dimensiuni mai mari. Miretele vor fi realizate din același material cu întregul dispozitiv de centrare mecanică (bronz sau oțel inox). Același tip de pilaștrii se prevede a fi utilizați pentru măsurători de aliniament, fie că sunt construiți pe versanți (maluri), fie că sunt plasați pe construcții (baraje, masivi de ancorare ai conductelor forțate).

Urmărirea comportării barajelor și construcțiilor anexe se realizează și cu ajutorul mărcilor de vizare ce se montează pe aceasta.

Mărcile de observare pentru determinarea deplasărilor planimetrice ale barajelor realizate astfel încât să fie solidare cu construcția, ferite de distrugere, vizibile ușor, clar, din pilaștrii rețelei. Poziția mărcilor pe construcție și tipul acestora se aplică prin proiect în funcție de mărimea construcției, materialul din care este realizat, distanțele dintre pilaștrii și mărci.

La rețelele de urmărire a comportării barajelor cu deschideri foarte mari ce se observă din pilaștrii apropiați de baraj, în unghiurile de intersecție foarte mari (peste 150g), se recomandă utilizarea tipului de marcă cu două fețe (în unghi de circa 90g). Acești reperi se vor realiza de preferință din metal emailat, putând avea desenate pe fețe cercuri concentrice, vopsite în culori contrast.

Montarea mărcilor se va face în prezența și sun supravegherea specialistului geodez iar numerotarea lor se va face prin cifre arabe sau cu litera M urmată de cifre arabe (M1, M2, …, M10).

2.1.3. Aparatură geodezică utilizată

În condițiile utilizării unor rețele de urmărireconstruite conform proiectelor, asigurarea preciziei de determinare a deplasărilor în timp a construcțiilor este condiționată de alegerea unor aparate de măsură adecvate și de asigurarea unor echipe de lucru, pe teren și la birou, capabile să efectueze măsurătorile și să prelucreze corespunzător datele.

În funcție de obiectivul de urmărit, de gradul de precizie impus determinărilor în vederea unei interpretări corecte a fenomenelor ce se produc în timp cu construcția și de deplasările care se urmăresc (planimetrice, tasări, abateri de la verticală, abateri de la o axă sau modificări parțiale ale punctelor construcției), operatorul de teren va trebui să aleagă acele aparate care să ii asigure:

determinări de deplasări cu precizie superioară;

un timp de lucru cât mai scurt;

eforturi cât mai mici în timpul măsurătorilor;

utilizarea dispozitivelor cu care sunt echipate rețelele de supraveghere;

posibilitatea compensării riguroase a măsurătorilor.

Evoluția rapidă a aparatelor geodezice și a tehnologiilor de măsurat au creeat operatorilor o problemă în alegerea corespunzătoare. Această alegere va trebui să se facă în urma cunoașterii calităților aparatelor din dotare, printr-un studiu de design de ordinul 2 (programul de măsurători) și de ordinul 3 (măsurătorile suplimentare ce se impun a fi efectuate).

Înaintea inceperii măsurătorilor de urmărire a comportării construcțiilor, pentru a obține date de teren care să asigure precizia impusă deplasărilor punctelor obiect, este important ca executantul să verifice dacă precizia aparatelor propuse a fi utilizate corespunde scopului propus.

Pentru rețelele de microtriangulație – măsurători de direcții pe pilaștri – sunt recomandate teodolite clasice, electronice sau stații totale care sigură măsurarea unghiurilor cu precizia rețelelor de triangulație de stat, de ordinul I și III.

Teodolitele clasice, denumite în acest caz de înaltă precizie, au următorii parametri:

puterea de mărire, M, a lunetei poate fi în general modificată de la 30 x până la 80 x, prin schimbarea ocularelor;

cea mai mică diviziune de pe micrometru: 1CC;

sensibilitatea nivelei torice de calare de maxim 20CC/2 mm;

greutate (stabilitate) mare;

posibilitatea iluminării electrice a cercurilor gradate pentru asigurarea unor condiții optime de lectură a direcțiilor.

Teodolitele electrice și stațiile totale utilizate pentru ordinul I de precizie la măsurători de direcții au caracteristici de precizie asemănătoare teodolitelor clasice, având în plus unele avantaje dintre care amintim:

se elimină operația subiectivă a realizării coincidenței citirilor pe micrometru;

unele aparate își corectează automat citirile orizontale și verticale atunci când calarea este imperfectă;

crește viteza de măsurare.

2.1.4. Măsurători în rețele de microtriangulație

În rețelele de microtriangulație se măsoară direcții azimutale și zenitale, cu teodolite, stații totale și baze (laturi), cu fire de invar sau aparate de măsurat distanțe prin unde. Rețeaua de microtriangulație este constituită din pilaștri/borne – rețeaua de bază, având în componență puncte stabile sau mobile – și puncte obiect – mărci/repere, considerate mobile.

La ajungerea în punctul de observație, operatorul trebuie să ia următoarele măsuri:

să se convingă de rezistența și stabilitatea pilastrului, dacă pilastrul nu are atingere cu soclul; la nevoie se iau măsuri pentru înlăturarea neajunsurilor constatate;

dacă observațiile se fac în borne, la sol, trepiedul se va instala pe țăruși din lemn, lungi de 30 – 40 m și groși de circa 6 – 8 cm, batuți la nivelul pământului; observațiile pot fi făcute fără țăruși numai în terenuri cu stâncă stabilă la suprafață;

se verifică și se curăță mărcile de vizare de pe obiect;

se verifică dacă raza de vizare către un punct din rețeaua de bază sau către o marcă nu trece mai aproape de 0,5 m de o construcție sau alt obstacol; aceste vize vor suferi influența refracției laterale putând da erori importante, fapt pentru care nu se vor utiliza;

se curăță suprafața superioară a pilastrului și orificiul dispozitivului de centrare forțată a teodolitului;

se intocmește programul de observații conform metodei adoptate;

se instalează și orientează miretele pe pilaștrii rețelei.

În timpul observațiilor, operatorul va respecta umrătoarele reguli:

aparatul va trebui fixat rigid pe pilastru, pe pastile metalice sau pe trepied, în situația staționării bornelor;

aparatul și pilastrul vor fi ferite de bătaia razelor solare prin protejarea cu umbrelă topografică; aceasta va fi ancorată prin legarea din trei părți de grilajul metalic de protecție de pe soclul pilastrului, pentru a nu fi smulsă de vânt;

centrarea și calarea aparatului va fi minuțioasă, se va repeta și verifica de mai multe ori;

măsurătorile nu vor începe mai devreme de o jumătate de oră de la scoaterea aparatului din cutie și protejarea pilastrului de razele soarelui, pentru ca acestea să capete temperatura mediului;

măsurătorile se vor efectua respectându-se timpul și condițiile propice de măsurare; nu se vor efectua măsurători pe timp de ceață, vânt puternic și miraj accentuat;

focusarea se va face cât mai corect pentru fiecare viză pentru a se obține condiții de vizare optime;

în timpul observațiilor nu se va mai reface calarea, aceasta este permisă numai după încheierea unei serii complete;

punctarea miretelor și mărcilor se va face cât mai precis, prin mișcarea alidadei (pe cât posibil) numai în sensul direct/invers al acelor de ceasornic (în funcție de poziția de vizare a lunetei);

măsurătorile a căror rezultate nu satisfac se vor repeta;

în carnetul de observații se va nota ziua și ora începerii și terminării observațiilor, condițiile meteo (temperatura), tăria și direcția vântului, gradul de acoperire al cerului cu nori, condițiile de vizibilitate (transparența aerului, existența pâclei, ceței).

2.1.5. Metoda microtriangulației

Metoda microtriangulației se aplică în principal la determinarea deplasărilor orizontale ale construcțiilor. Punctele de observații ale construcțiilor pot fi amplasate la diferite înălțimi, fiind incluse în rețeaua de triangulație în cazul în care sunt staționabile sau se vor depermina prin intersecție înainte.

Triangulația are laturi mici, (100 – 300 m) iar unghiurile se măsoară cu precizie foarte mare. Pe terenul din vecinătatea construcțiilor se vor proiecta și materializa puncte de observație, puncte de orientare și puncte de control iar pe construcție se amplasează repere de vizare. Punctele de observație, de control și de orientare formează rețeaua de referință a microtriangulației față de care se determină deplasările punctelor de pe construcția supusă urmăririi.

Există trei tipuri de rețele de triangulație:

Rețeaua completă, este rețeaua în care se regăsesc toate patru categoriile de puncte, de orientare Oi, de control Ci, de observație Si și repere de vizare Ri. În aceste rețele, punctele de observație și cele de control sunt legate cu vize reciproce, ambele categorii fiind staționabile. În multe cazuri în punctele de pe construcția supusă urmăririi nu se poate staționa, ele fiind vizate din punctele de observație. Acest tip de rețea este des întâlnit în cazul microtriangulației barajelor în arc.

Rețeaua incompletă este rețeaua în care între punctele de stație și cele de control nu există vize reciproce, acestea fiind situate pe clădiri stabile sau pe stâlpi. În componența acestor rețele intră și punctele de orientare și cele de pe construcția supusă urmăririi.

Rețeaua de urmărire simplă, se folosește în cazul determinării deplasărilor obiectelor accesibile, ca de exemplu deplasările de teren înregistrate în cazul alunecărilor. Rețeaua este compusă din stații de obsevație și puncte de control care sunt situate în afara zonei supusă deplasării. În teren punctele de control se vor materializa pe roci sau construcții stabile. Rețeaua stațiilor de observație conține de fapt reperele de pe obiectivul de cercetat. Totodată punctele din rețeaua stațiilor de observație sunt legate între ele și cu punctele de control prin vize reciproce.

2.1.6. Metoda reiterațiilor

Aceasta constă în vizarea punctelor din rețea, pornindu-se de la un punct de orientare din rețea, de obicei mai îndepărtat și cu comdiții mai bune de observare.

O serie este alcătuită din două semiserii: în prima semiserie (tur de orizont) se vizează punctele din jurul stației în poziția I a lunetei (cerc vertical stânga) prin rotirea alidadei în sens orar; în a doua semiserie măsurătorile se efectuează în poziția a II-a a lunetei (cerc vertical dreapta) rotind alidada în sens antiorar.

Fiecare semiserie se închide cu viza pe punctul de plecare (controlul turului de orizont). Seriile se efectuează cu origini diferite, intervalul I dintre serii se va calcula cu relația:

unde: q = numărul dispozitivelor de citire, la teodolitele de precizie;

t = numărul seriilor.

Într-o serie se admit maximum 18 vize. În cazul împărțirii direcțiilor spre punctele observate în 2 – 3 grupe, în programul de observare al fiecărei grupe se vor include minimum 3 vize comune spre punctele rețelei, fiind indicat să se păstreze în toate grupele aceeași direcție de referință. Diferențele între citirile efectuate la începutul și la sfârșitul unei semiserii (închiderile în tur de orizont) nu pot depăși toleranța în funcție de ordinul de precizie impus, conform tabelului de mai jos:

În cazul nerespectării închiderilor în tururile de orizont indicate în tabel, este necesară refacerea observațiilor. În situația staționării pe construcția în funcțiune, ci vibrații, realizarea a 6 serii se impune în mod deosebit.

2.2 Determinarea deplasărilor în plan vertical

2.2.1 Rețele geodezice de urmărire a comportării construcțiilor energetice în plan vertical

Urmărirea comportării deplasărilor pe verticală a construcțiilor energetice reprezintă (în condițiile efectuării unor măsurători de nivelment cu aparate corespunzătoare, de către echipe de specialiști și cu o prelucrare corespunzătoare a datelor din teren) metoda ce permite determinarea deplasărilor cu precizie superioară (de 0,1 – 0,2 mm).

Rețelele nivelitice se proiectează similar cu rețelele planimetrice reprezentând însă un capitol separat față de acesta, ținându-se seaman de următoarele criterii:

mărimea deplasărilor pe verticală ce se urmăresc;

condițiile practice de realizare a traseului nivelmentului;

întinderea suprafeței construcției ce se urmărește;

durata de timp în care trebuie să se execute măsurarea.

În faza de recunoaștere a traseelor de nivelment se au în vedere următoarele:

posibilitatea realizării a cât mai multe poligoane de nivelment sprijinite pe minimum trei repere fundamentale de referință distribuite cât mai uniform în zona de urmărit;

la amplasarea reperelor fixe se va ține seama de condițiile geotehnice și hidrogeologice și de dezvoltare ulterioară a construcțiilor în zonă; se va avea în vedere ca reperele considerate fixe să fie plasate în afara zonei de influență a construcției, dar nu mai departe de 50 – 60 m față de cel mai apropiat reper mobil (marcă), să fie protejate cu un grilaj metalic de protecție (1,5 m x 1,5 m x 0,8 m) vopsit în culori;

la alegerea poziției reperelor mobile (mărcilor) se va urmări: amplasarea construcției astfel încât proiectantul să poată evidenția deplasările și fenomenele ce interesează; să se asigure accesul cu mire (aparatul nu mai aproape de 2 – 3 m și nu mai departe de 15 – 20 m), să fie ușor identificabile;

proiectantul tipului de repere și mărci de trasare se face în funcție de condițiile de teren, a fenomenului urmărit (tasare, alunecare), de poziția mărcii pe o construcție (pe o suprafață orizontală sau verticală);

fiecare reper, fix sau mobil, primește o denumire (un număr) pe plan și în teren;

gradul de precizie al determinărilor se specifică în funcție de tipul construcției sau preciziei impuse de proiectant; se acceptă ca posibil în precizia de determinare a reperelor de pe o construcție (fundație turbogenerator, pilă baraj), valoarea de 0,2 mm.

Prin proiect se prevede ca să nu poată fi determinate mai mult de două puncte radiate succesiv (necuprinse într-un poligon); numărul nivelurilor pe o secțiune (linie de nivelment geometric) depinde de precizia cu care trebuie determinate tasările mărcilor, putând fi stabilit cu relația:

;

unde: n = numărul de stații;

S∆ = abaterea standard de determinare de la mijlocul traseului;

S0 = abaterea standard a măsurătorilor de nivelment de pe o linie măsurată dus-întors.

Dacă se acceptă S0 = 0,1 mm, iar S∆ = 0,3 mm, rezultă n = 18 stații.

Peoiectul va cuprinde în final:

poziția reperelor fundamentale (fixe) și a mărcilor de tasare;

traseele de nivelment ce se vor executa, lucrările de amenajare ale liniilor de nivelment;

ordinea executării măsurătorilor;

indicații tehnice privind plantarea reperelor fundamentale și mărcilor;

precizia impusă și realizabilă în determinarea tasărilor;

costul după devizul estimativ al lucrărilor proiectate.

Prin nivelmentul executat în vederea determinării tasărilor cu precizia ordinului I se prevăd a fi următoarele: baraje din beton (în arc și de greutate), centralele hidro și termice, alte obiecte importante ce necesită observații de precizie. Poziția amplasării mărcilor mobile se face în funcție de construcția ce se urmărește.

Pentru nivelmentul de ordinul II de precizie se prevăd a fi determinate tasările barajelor de anrocamente, digurilor din materiale locale, căile de rulare macara, ș.a., obiecte ce necesită acest grad de precizie. Mărcile mobile vor fi amplasate pe diguri întotdeauna la coronamentul digului (nu pe grinzile "sparge val" sau alte părți betonate de pe pereuri și nu pe mijlocul platformei superioare dacă aceasta este circulabilă).

Nivelmentul executat pentru determinarea tasărilor cu precizia ordinului III se efectuează în general pentru depozite de zgură și cenușă, halde de steril sau cărbune ș.a., construcții pentru care se impune acest nivel de precizie în determinări.

2.2.2 Repere fundamentale de nivelment pentru urmărirea tasărilor prin nivelment geometric de precizie la construcții hidroenergetice

Reperele fundamentale pentru urmărirea comportării barajelor și construcțiilor energetice conexe (centrale, conducte forțate, noduri de presiuni, stații de pompe, etc.), în funcție de condițiile de fundare sunt două feluri:

borne fundamentale plantate pe roca de bază, în locuri stabile din punct de vedere geologic, ferite de distrugere. Aceste borne se fundează atunci când roca de bază este mai sus de 5 m față de terenul natural, nefiind în niciun caz fundate deasupra nivelului de ingheț (cca. 80 cm). Condițiile de „legare" a betonului bornei de roca de bază sunt aceleași ca la pilaștrii fundați pe rocă (roca crupțată, spălată, buciardată);

repere nivelitice fundamentale forate până la roca de bază, atunci când aceasta se află la o adâncime mai mare de 5 m.

Reperii fundamentali forați se vor executa conform detaliilor reieșite din plasă; forajul, împreună cu coloana metalică va fi executat la cel puțin 1 m în roca de bază, va fi umplut cu ciment, iar la partea superioară va fi prevăzut cu un cap semisferic, din metal inoxidabil. Reperul va trebui protejat cu un capac și acolo unde este necesar, cu împrejmuire metalică de protecție.

Reperul fundamental forat nu va putea fi considerat ca valabil dacă nu are fișa geologică de foraj, cu adâncime de foraj și nivelul straturilor geologice penetrate. Fișa geologică a forajului va fi semnată de specialistul geolog care a acordat asistența tehnică la foraj și care va răspunde de veridicitatea datelor înscrise în fișă.

2.2.3 Mărci nivelitice (repere mobile) pentru urmărirea construcțiilor hidroenergetice

Mărcile nivelitice se instalează pe construcțiile din beton. Acestea pot fi, după poziția lor, plantate pe suprafețe orizontale și verticale. Mărcile se construiesc din metal inoxidabil și se plantează în locuri ferite de distrugere, conform proiectului. Este recomandat ca mărcile de nivelment să fie construite la nivelul betonului și nu în adâncituri unde se adună apă sau gheață și reziduri care pot conduce la corodarea sau imposibilitatea utilizării mărcii.

Toate mărcile de nivelment vor fi numerotate conform proiectelor, cu vopsea în locuri vizibile pentru o ușoară identificare. Numerotarea mărcilor se face cu cifre arabe (1, 2,…, 10) sau printr-o literă urmată de o cifră arabă (T1, T2, …, T10).

Deteriorarea reperelor fundamentale sau a mărcilor de nivelment impune înlocuirea/repararea acestora prin grija beneficiarului și cu asistența tehnică a inginerului constructor și geodez. Se va avea în vedere renumerotarea acestora, indicându-se la prima serie de măsurători în care sun observate și aceste mărci, noua denumire și valoarea cotei, considerată cotă nouă sau de referință. Pentru toți reperii fundamentali și mărcile de pe diguri se vor face descrieri topografice pentru ușoara identificare indicându-se reperajul față de kilometrajul digului și alte detalii vizibile.

La amplasarea pilaștrilor și reperelor fundamentale nivelitice va trebui să se țină seama de următoarele:

condițiile geotehnice și hidrogeologice din zonă;

necesitatea asigurării condițiilor optime pentru efectuarea măsurătorilor geodezice (accesibilitate, vizibilitate, geometrie rețea, trasee nivelment);

asigurarea minimului impus de pilaștri, repere fixe și repere/mărci mobile pentru obținerea unei urmăriri optime a obiectului;

amplasarea punctelor fixe din rețea (pilaștri ficși, repere fixe) în afara zonei de influență, la distanțe care să asigure însă nivelul de precizie impus;

să prevadă măsuri pentru protejarea și întreținerea rețelelor de urmărire;

reperele mobile vor trebui instalate în acele locuri și în numărul necesar, pentru asigurarea unei bune interpretări a fenomenelor ce se urmăresc.

Amplasarea mărcilor/reperelor mobile trebuie să se facă în așa fel încât să permită măsurarea în condiții optime: condiții de vizibilitate din minimum trei pilaștri, distanța minimă de vizare (2 m – 20 m pentru nivelmentul geometric de precizie), să permită instalarea instrumentelor de măsură și anexelor necesare (mire de 1,75 m sau 3 m) pe repere.

Toate proiectele de rețele de urmărire vor indica expres metoda de măsurare, aparatura necesară, metodele de prelucrare a datelor în vederea obținerii valorilor cele mai probabile ale deplasărilor. Aceasta se va realiza printr-o prelucrare de optimizare – design de ordinul 0, 1, 2, 3 – sau cel puțin printr-o simulare de compensare cu elementele inițiale adoptate de proiectant.

Se va indica nivelul de precizie, necesar a fi obținut pentru deplasările obiectului urmărit. Se va elabora programul calendaristic al măsurătorilor și frecvența acestora. Se vor prevedea metodele și periodicitatea verificării rețelelor de urmărire a comportării construcțiilor speciale energetice. Pentru aceasta se propune respectarea obligatorie a fișei de verificare a rețelei.

2.2.4 Aparate geodezice utilizate

Întrucât urmărirea deplasărilor pe verticală se realizează prin nivelment geometric, nivelment trigonometric și nivelment hidrostatic, aparatele de măsură vor fi adaptate metodelor. În general, aparatele de nivelment sunt denumite nivele. La urmărirea comportării construcțiilor energetice se folosesc nivele cu micrometre și mire de invar.

Ca principiu constructiv și de utilizare, nivelele se împart în nivele clasice, cu nivelă torică, nivele cu pendul, care permit vizarea fără a se mai face coincidența bulei torice de orizontalizare a axei de vizare și nivelele electronice, cu măsurarea pe mire-cod, cu unde electromagnetice și înregistrare automată a datelor de teren.

Indiferent de principiul constructiv, aceste nivele se împart, în funcție de precizia rezultatelor, în trei ordine de precizie, astfel:

Nivele de precizie de ordinul I. Calitatea nivelelor este dată de precizia nivelmentului dublu pe un kilometru, realizată în condiții standard. La construcțiile energetice, se acceptă ca precizie de ordinul I, nivelele care au mkm ≤ 0,5 mm.

Nivele de precizia ordinului II. În această categorie de aparate intră nivelele care asigură mkm ≤ 1 mm.

Nivele de precizia ordinului III. În această categorie intră nivelele care asigură mkm ≤ 4 mm.

Pentru toate nivelele, înainte de începerea lucrului (achiziționare) se verifică integritatea aparatului și dispozitivelor anexe, mirelor, corecta funcționare și reglare. Nivelele se verifică și rectifică înaintea fiecărei serii de măsurători la obiectivele energetice.

2.2.5 Metoda nivelmentului geometric

Deplasările pe verticală ale construcțiilor energetice sunt puse în evidență cu precizie superioară, prin metoda nivelmentului geometric de precizie.

Determinarea tasărilor punctelor de pe construcții, materializate prin borne, mărci de perete sau repere de sol, se face prin compararea altitudinilor punctelor în serie curentă și în serie inițială; stabilirea cotelor punctelor obiect se face prin realizarea unui traseu de nivelment geometric de precizie, sprijinit de repere fundamentale, care trece prin mărcile de nivelment de pe construcții.

În funcție de obiectele energetice urmărite, nivelmentul geometric de precizie este de asemeni împărțit în cele trei ordine de precizie. Întrucât diferențele de precizie sunt date în special de precizia aparaturii utilizate (se presupune că măsurătorile se execută ăn condițiișe efectuării rețelelor de nivelment geodezic al țării de ordinul II), indicațiile ce se dau vor fi comune pentru toate gradele de precizie (I, II, III).

La executarea nivelmentului geometric de precizie pentru U.C.C. se vor utiliza aparatele indicate în capitolul anterior. Acestea vor avea puterea de mărire M a lunetei și sensibilitatea nivelei torice cu coincidența, cât mai mari; mirele de invar de 3 m, vor trebui să fie gradate pe două scări, pe aceeași față a mirei și să aibă nivele sferice pentru verticalizare.

Pentru așezarea mirelor, între mărcile de trasare se vor folosi țăruși metalici și numai în hale sau pe suprafețe betonate, broaște de nivelment.

Mirele de invar se vor verifica (etalona) anual la un comparator de precizie. Nivelele vor fi, de asemenea, verifcate, rectificate sau reparate înaintea începerii fiecărei serii de măsurători. Verificările și rectificările aparatelor se efectuează conform instrucțiunilor tehnice specifice fiecărei nivele. La baza fiecărei verificări stă compararea diferenței de nivel obținută prin nivelment de mijloc și "de capăt".

Nivelmentul geometric pentru urmărirea comportării construcțiilor aplică metoda nivelmentului de mijloc Așezarea aparatului la mijlocul porteei de nivelment se va face cu precizia de 0,5 m. Cumularea inegalităților (diferențelor între aparat și mire) pe un circuit nu va trebui să depășească 2 m. Nivela trebuie scoasă din cutie și așezată pe trepied, la umbră, cel puțin o jumătate de oră înaintea începerii măsurătorii. Pe timpul executării nivelmentului, aparatul trebuie să fie permanent ferit de razele soarelui; în stație cu ajutorul unei umbrele de pânză albă, iar în timpul deplasării de la o stație la alta cu ajutorul unei învelitori largi, de asemenea din pânză albă groasă.

Trepiedul nivelei de tipul rigid, trebuie instalat în stație fără tensiuni, în așa fel încât două picioare să fie în lungul liniei nivelmentului. Toate cele trei picioare ale trepiedului trebuie să se afle în aceleași condiții (beton, pământ, etc.). Două șuruburi de calare ale nivelei vor fi dispuse în timpul lucrului, în lungul liniei de nivelment; în soluri moi, umede, trepiedul se va așeza pe țăruși de lemn. Pentru evitarea efectului de refracție din apropierea solului, se vor evita vizele pe mire mai jos de 0,5 m de la sol.

Picheții metalici ai traseului de nivelment vor fi bătuți în teren tare, în locuri ferite, avându-se grijă ca aceștia să fie semnalizați cu vopsea, pentru a putea fi folosiți și la seriile de măsurători următoare. Țărușii metalici cu secțiunea de minimum 10 mm vor avea, pe cât posibil, partea superioară rotunjită, rămânând cu circa 2 cm deasupra solului.

Atunci când se lucrează pe broaște, broasca din urmă nu se va ridica până după terminarea tuturor operațiilor din stație și după deplasarea operatorului la stația următoare. Întreruperea lucrului și reluarea ulterioară a măsurătorilor se va face numai pe un reper (marcă) stabil; la reluare, se recomandă citirea diferenței de nivel către reperul anterior, pentru control.

Reperele fixe vor fi incluse intr-unul sau mai multe poligoane separate, măsurătorile de verificare a stabilității acestora efectuându-se cu precizia ordinului I.

Reperele mobile de pe același obiect (centrală, turbine, cazane, coș de fum, etc.) vor fi incluse într-un poligon independent, în care se pot executa măsurători într-un singur sens, cu două determinări pe fiecare niveleu (cele două fețe ale mirei), cu condiția unro neînchideri pe poligoane corespunzătoare ordinului de precizie impus. Reperele mobile de pe un obiect vor trebui legate de alte circuite de nivelment prin cel puțin două legături, dus-întors.

Se va căuta ca pe fiecare interval dintre două repere consecutive de nivelment, să se facă un număr par de stații, astfel încât la ultima stație să fie "mira înainte", cea care la prima stație a fost "mira înapoi".

Se recomandă următoarele lungimi pentru porteele de nivelment geometric:

pentru ordinul I de precizie: 15 – 20 m în exteriorul halelor și 4 – 15 m în interior;

pentru ordinul II de precizie: 20 – 25 m în exterior și 4 – 20 m în interior.

Pentru eliminarea influenței erorilor sistematice, ordinea citirilor pe mirele cu două gradații (stânga și dreapta), pentru sensul dus va fi:

în cazul numărului impar de stații:

mira din urmă, stânga;

mira din față, stânga;

mira din față, dreapta;

mira din urmă, dreapta;

în cazul stațiilor cu număr par:

mira din față, stânga;

mira din urmă, stânga;

mira din urmă, dreapta;

mira din față, dreapta.

Pentru sensul "întors" în stațiile cu număr impar se va adopta ordinea de la punctul b), iar în stațiile cu număr par, ordinea de la punctul a).

Aparatul și mira din spate vor fi deplasate pentru un nou niveleu, numai după ce, în carnetul de teren vor fi făcute calculele de verificare pentru încadrarea în următoarele toleranțe:

Diferența celor două citiri, făcute pe fiecare miră cu gradație dublă (stânga și dreapta), are o toleranță față de constanta dată de firmă de:

± 15 unități, la nivelmentul de ordinul I de precizie;

± 40 unități, la nivelmentul de ordinul II de precizie;

± 80 unități, la nivelmentul de ordinul III de precizie (unități citite pe tambur);

Cele două diferențe de nivel măsurate pe niveleu (pe gradațiile din stânga și respectiv cele de pe dreapta mirei) pot diferi între ele cu:

± 30 unități, la nivelmentul de ordinul I de precizie;

± 80 unități, la nivelmentul de ordinul II de precizie:

± 120 unități, la nivelmentul de ordinul III de precizie;

Recomandări la executarea nivelmentului geometric de precizie:

citirile pe miră trebuie efectuate după deplina stabilizare a nivelei torice;

drumuirile de nivelment, dus – întors, trebuie executate pe același traseu;

nu se recomandă efectuarea măsurătorilor în afară, în perioada de timp aproape de răsăritul și apusul soarelui;

nu se recomandă efectuarea măsurătorilor atunci când mirajul este pronunțat și nu se poate încadra clar imaginea diviziunii de oe miră în pana firelor reticulare;

în zonele cu vibrații puternice aparatul se va instala, prin tatonări, în locul unde vibrațiile sunt minime;

pentru urmărirea comportării scoarței terestre în zona amenajărilor hidroenergetice, se execută nivelment de cea mai înaltă precizie în care toleranțele sunt de ± 0,5 mm/km și unde se efectuează în paralel măsurători gravimetrice de precizie.

În această situație se aplică corecții datorită refracției atmosferice, de reducere la sistemul altitudinilor normale (aici lungimea traseelor de nivelment poate depăși 100 km, situație în care influența tuturor corecțiilor poate ajunge la valori importante).

2.2.6. Metoda nivelmentului hidrostatic

Instrumentele de nivelment hidrostatic funcționează pe principiul vaselor comunicante. Un astfel de instrument se compune, în general, din două țevi (vase) legate printr-un tub de cauciuc (flexibil).

Țevile sunt prevăzute cu un dispozitiv pentru citirea precisă a înălțimii nivelului apei (un vârf deplasabil, cu un tambur micrometric).

Tasarea sau ridicarea se obțin față de un reper de referință, măsurându-se diferența de nivel h dintre reperele observate, măsurată cu ajutorul suprafeței libere a apei care se ridică la același nivel în cele două țevi.

În timpul măsurătorilor aparatura poate fi montată fix pe clădirea observată sau poate fi confecționată ca o instalație transportabilă.

Un instrument care funcționează pe acest principiu a fost construit în Germania, după proiectul profesorului Meisser și sistemul poartă numele acestuia. Acest sistem este compus din două tuburi de sticlă, legate între ele cu un furtun flexibil (30 – 50 m). Tuburile de sticlă sunt prevăzute cu un dispozitiv de citire precisă a înălțimii apei, format dintr-un vârf mobil și un șurub micrometric cu tambur. Prin acționarea șurubului micrometric, aflat în legătură cu vârful mobil care atinge oglinda apei în cilindru (moment semnalizat luminos prin închiderea unui circuit electric) se poate determina diferența de nivel, prin citiri pe tambur. Diferența de nivel se poate măsura cu o precizie de 0,01 mm.

Dacă aparatura este montată fix pe construcția urmărită, deplasarea pe înălțime a punctelor observate se determină ca diferențe între citirile făcute la diferite etape.

CAP. III. Prelucrarea datelor

Prelucrarea matematică a măsurătorilor de teren este una din componentele de bază ale determinării deplasărilor în timp a construcțiilor. Alegerea unei succesiuni favorabile, logice, corectă din punct de vedere matematic pentru prelucrarea datelor de teren, are influență decisivă asupra obținerii valorilor cele mai probabile ale vectorilor deplasărilor punctelor obiect, instalate pe construcții.

Problema de bază a analizei măsurătorilor deformațiilor geodezice o constituie separarea adevăratelor deplasări ale punctelor observate în rețeaua de urmărire de modificările aparente ale geometriei rețelei cauzate de erorile de observații întâmplătoare, sistematice sau chiar greșeli grosolane, nedescoperite în volumul mare de observații corespunzătoare (respectiv între coordonatele calculate ale punctelor din rețea), pot fi aplicate prin erorile de observație inevitabile sau dacă există modificări efective, semnificative, care indică adevărate deformații ale rețelei și, în aceste condiții date, deformații semnificative ale punctelor obiect.

Pentru rezolvarea acestei probleme, se folosesc în prezent mai multe metode de calcul statistic și de compensare, calcule laborioase care permit formularea de răspunsuri având un grad mai mic sau mai mare de încredere asupra rezultatelor finale. În lume s-au elaboratpână în prezent, mai multe metode matematice și stochastice de calcul, perfecționările acestora fiind permanentă, în funcție de posibilitățile de dezvoltare a problemelor teoretice și de dotare cu tehnică performantă de calcul a utilizatorului.

Metodele de prelucrare a datelor de teren vor trebui să permită determinarea atât a valorilor deplasărilor punctelor obiect urmărite cât și a sensului acestora și estimarea preciziei cu care sunt date aceste deplasări.

Rețelele de urmărire sunt, în cele mai multe cazuri, sisteme locale cu un sistem propriu de axe de coordonate. Aceste se aleg de regulă în așa fel ca o axă a sistemului de coordonate să coincidă sau să fie paralel cu axele constructive ale obiectului urmărit, sau să fie perpendicular pe acestea. Prin această mișcările semnificative ale punctelor obiect ce au loc pe direcția unei axe a sistemului de coordonate pot fi ușor sesizate, fără a mai fi necesare calcule de transformare.

Datele geodezice de referință a unei rețele de urmărire definesc poziția și orientarea acesteia într-un sistem de coordonate. Trebuie deci să se facă o distincție între stabilirea datelor de referință și stabilirea sistemului de coordonate.

La măsurătorile de deformații fixarea datelor geodezice de referință reprezintă o importanță minoră, esențial este ca acestea odată fixate, să fie menținute pentru întreaga perioadă cât se fac măsurători de urmărire a comportării în timp. Această cerință este îndeplinită, dacă coordonatele punctelor stabile sunt menținute constante de la o etapă la alta. Punctele fixe din rețeaua de urmărire sunt deci purtătorii datelor geodezice de referință.

Rețelele de urmărire fiind rețele de mici dimensiuni, care se desfășoară în zone restrânse, dar deosebit de complicate din punct de vedere al accidentației terenului, pentru atingerea preciziei maxime dorite, trebuie efectuate calcule de optimizare, prin care se urmărește:

determinarea optimă a matricei de configurație;

determinarea optimă a matricei și eventual îmbunătățirea succesivă a matricei ponderilor;

precizie maximă de determinare a rețelei;

gradul de încredere maxim în rezultatele obținute din prelucrare;

volumul minimde cheltuieli.

Prelucrarea măsurătorilor în rețelele geodezice

Metoda cea mai recomandată și utilizată pentru prelucrarea datelor de la obiectivele energetice, o constituie metoda celor mai mici pătrate – observații indirecte, care are avantaje evidente pentru rețele geodezice cu configurații geometrice complexe și care se pretează foarte bine pentru prelucrarea automată.

Prelucrarea măsurătorilor geodezice prin metoda celor mai mici pătrate se desfășoară pe baza condiției principale [vv] = minim, conform următorului algoritm de compensare:

Stabilirea modelului funcțional liniarizat:

1 + v = Ax;

unde: 1 – reprezintă vectorul măsurătorilor (direcții, distanțe, diferențe de nivel, unghiuri zenitale);

v – vectorul coercțiilor;

A – matricea de configurație;

x – vectorul parametrilor necunoscuți.

Stabilirea modelului stochastic:

CII = SO2 QII;

Calcule de compensare:

calculul ponderilor:

P = QII-1

Ponderea este o mărime adimensională invers proporțională cu varianța, ea determinându-se cu relația: Pi = 1/s2 pentru direcții măsurate, s2 fiind varianța calculată la compensarea în stație. Pentru distanțe ponderile se stabilesc de asemenea cu relația prezentată mai sus, numai abaterea standard se va stabili cu relația: s = a + bxD, în care a și b sunt doi coeficienți dependenți de instrument, iar D este distanța măsurată. Pentru diferențe de nivel ponderea se consideră invers proporțională cu lungimea traseului pe care s-a măsurat diferența de nivel.

formarea sistemului de ecuații normale:

NX = n;

unde: N = AT P A și n = AT P 1;

rezolvarea sistemului de ecuații normale și calculul parametrilor:

QXX = N-1;

În situația când prelucrarea se face ca o rețea liberă, condiția principală este [xx] = minimă, matricea normală este singulară și nu poate fi inversată, ea prezentând un defect de rang d. În această situație se va constitui o matrice ajutătoare G cu proprietatea NG = 0, care să elimine defectul de rang al matricei normale (defectul de rang al matricei normale pentru o rețea liberă de trangulație este 4, pentru o rețea de triangulație 3 iar pentru o rețea nivelitică 1, acestea corespunzând cu gradele de libertate ale rețelelor respective).

Rezultă:

QXX = (N + GGT) – G (GT G GT G)-1 GT

X = QXXn

calculul necunoscutelor compensate

x = x0 + x

Calculul preciziei de determinare a necunoscutelor:

Calculul corecțiilor măsurătorilor:

v = Ax – 1 ;

Calculul sumei pătratelor corecțiilor:

O = vT Pv ;

Calculul abaterii standard a unității de pondere:

s0 = [ O / (n – u ) ]1/2

sau: s0 = [ O / ( n – u + r ) ]1/2 , pentru rețele libere;

calculul matricei de covarianță a necunoscutelor:

CXX = s2 QXX ;

În cazul rețelelor de urmărire este interesant de stabilit intervalul de încredere al mărimilor compensate. În cazul rețelelor planimetrice acest interval este reprezentat printr-o elipsă, numită elipsa erorilor, elementele sale putându-se calcula în funcție de elementele matricei de covarianță a necunoscutelor.

Analiza deformațiilor în rețele de urmărire se poate realiza prin diferite strategii, aici fiind prezentat un cadru general etapizat, pe care trebuie să-l îndeplinească orice program de analiză:

Compensarea separată a etapelor de măsurători, rețelele fiind tratate ca rețele libere:

controlul observațiilor;

verificarea observațiilor asupra existenței unor valori externe;

determinarea constantelor de calibrare;

determinarea preciziei interioare pentru fiecare etapă de măsurători;

fixarea definitivă a ponderilor.

Compensarea comună a tuturor etapelor, sau estimarea recursivă a parametrilor, pentru aprecierea stabilității punctelor din rețeaua de urmărire:

testul de congruență pentru diferite etape;

localizarea unor eventuale puncte instabile din rețeaua de urmărire.

Compensarea comună a etapelor și determinarea deplasărilor punctelor depistate mobile:

determinarea deplasărilor punctelor de referință instabile și a punctelor obiect;

estimarea semnificației acestor deplasări;

reprezentarea grafică a rezultatelor analizei.

Strategia de compensare a măsurătorilor geodezice rămâne, în general, o problemă la alegera utilizatorului, care în funcție de scopul urmărit decide asupra modelului funcțional – stochastic. Un punct important trebuie să îl reprezinte însă posibilitatea de control.

Condiții necesare la prelucrarea datelor de teren

La terminarea măsurătorilor pe teren, furnizorul va face prelucrarea datelor rezultate în vederea ecidențierii în final a deplasărilor reperilor de pe construcții.

Operatorii de teren vor face toate calculele preliminare necesare obținerii datelor primare ce se vor introduce apoi în calculator.

În situația utilizării stațiilor automate totale, datele de teren pot fi preluate automat, rezultatele primare se introduc direct în memorie și prin intermediul unei interfețe seriale automat în calculator. De asemenea, se va face o primă verificare a preciziei măsurătorilor prin:

Închiderea triunghiurilor ce se formează între pilaștri (borne);

Închiderea poligoanelor de nivelment.

În funcție de ordinul de precizie al obiectivelor energetice și lungimile laturilor în rețea, neînchiderile în triunghiuri nu vor depăși 6CC – 10CC pentru ordinul I de precizie, 12CC – 20CC pentru ordinul II de precizie si 30CC – 50CC pentru ordinul III de precizie.

Pentru poligoanele de nivelment geometric de precizie, neînchiderile vor avea ca limită 1,2 mm pentru ordinul I de precizie, 3 mm pentru ordinul II de precizie și 12 mm pentru ordinul III de precizie. Când se execută nivelment trigonometric în rețelele de urmărire neînchiderile nu vor depăși 3 cm.

După selecționarea datelor corespunzătoare din măsurătorile efectuate, se va face compensarea acestora pe calculator în vederea obținerii valorilor și sensurilor celor mai probabile ale deplasărilor construcțiilor.

Compensarea rețelelor de microtriangulație, trilaterație sau mixte, se va face prin utilizarea metodei celor mai mici pătrate, măsurători indirecte, la fel și compensarea rețelelor de nivelment.

În urma compensării vor trebui evidențiate în tabele:

punctele de referință fixe (pilaștri, borne sau reperi stabili);

punctele mobile și valorile deplasărilor semnificative ale acestora;

precizia determinării deplasărilor reperilor (mărcilor): mx, my, mz și elementele eclipselor de eroare (orientarea semiaxei mari, valorile a și b ale elipselor).

În situația în care stabilitatea punctelor de referință este greu de definit, din cauza instabilității majorității punctelor rețelei, se vor realiza mai multe variante de calcul în care se aleg punctele de referință diferite.

La efectuarea lucrărilor de teren furnizorul va trebui să țină cont de următoarele:

la sosirea în teren, echipa topografică se va prezenta la beneficiar pentru delegarea de către acesta a unui însoțitor pe teren;

înaintea începerii lucrului se va face o recunoaștere amănunțită a rețelei de urmărire (pilaștri, borne, reperi, mărci) și se vor nota toate observațiile privind starea acestora, concluziile urmând a fi trecute apoi în memoriul tehnic al lucrării. Se va asigura vizibilitate între puncte prin deschiderea liniilor de vizibilitate în vegetația ce poate abtura vizele spre pilaștri și reperi.

Măsurătorile se vor trece într-un carnet de teren care la sfârșitul lucrării va fi înmânat obligatoriu beneficiarului cu ocazia predării lucrării. După terminarea măsurătorilor, carnetul va fi vizat de beneficiar, acesta având o copie după carnetul de teren.

În carnet se vor trece: data și orele între care se execută fiecare măsurare (stație) în parte, temperatura și condițiile de vizibilitate, nivelul apei în lacul de acumulare cu variația sa orară, precum și măsurătorile propiu-zise. Se vor indica metoda de măsurare, aparatele utilizate și se va justifica alegerea acestora.

Nu se admite întreruperea măsurătorilor și reînceperea acestora în alte condiții de exploatare a construcției. Durata măsurătorilor la un obiect energetic nu va depăși în niciun caz 10 zile.

Compensarea rețelelor planimetrice

Construcțiile de toate felurile, trebuie urmărite în timp pentru a verifica comportarea acestora în vederea stabilirii gradului de siguranță. Există două metode prin care se observă construcțiile:

utilizând metode fizice și instrumente adecvate: rocmetre, foraje piezometrice, cleme dilatometrice, pendule;

utilizând metode topo-geodezice cu instrumente specifice: stații totale, nivele, teodolite și aparatură G.P.S.

Deplasările și deformațiile construcțiilor determinate cu metode geodezice sunt valori absolute – se referă la punctele stabile situate în afara zonei de influență a construcțiilor. Prin deplasare, se înțelege schimbarea poziției unui punct al construcției supuse solicitărilor, iar prin deformație, schimbarea distanței relative dintre punctele construcției respective.

Măsurarea deplasărilor și deformațiilor unei construcții poate avea:

caracter relativ, când se măsoară apropierea sau îndepărtarea a două sau mai multe puncte amplasate pe acestea;

caracter absolut, când deplasările punctelor de pe construcție se măsoară în raport cu o serie de repere fixe, stabile, amplasate în afara zonei de influență a acesteia.

O construcție supusă unui regim de solicitare determinat de condițiile sale funcționale poate suferi deplasări și deformații liniare, unghiulare și specifice:

deplasări liniare: tasări, bombări, săgeți, înclinări, crăpături și fisuri;

deplasări unghiulare: rotirile elementelor de fundație ale construcțiilor datorită acțiunii solicitărilor și a modificării echilibrului terenului de fundație;

deplasări specifice: alungirile – scurtările unui element de construcție.

Măsurarea deplasărilor orizontale

Măsurarea deplasărilor orizontale ale construcțiilor are o mare importanță în special în construcțiile masive de tipul barajelor, podurilor, etc. la care sub efectul forțelor orizontale se pot produce deplasări importante cu efecte deosebit de periculoase.

Măsurătorile pentru determinarea deplasărilor orizontale se vor raporta la o rețea de puncte, numită rețea de sprijin, situată în general în afara zonei de influență a construcției. Metodele topo-geodezice folosite în acest sens sunt diferite, corespunzând condițiilor de lucru și preciziei care se cere unor asemenea categorii de construcții.

Se pot utiliza următoarele metode: metoda microtriangulației, metoda aliniamentului, metoda poligonometrică, metoda microtriangulației.

În zona construcțiilor ce se urmăresc în timp, se proiectează și se transpune în teren o rețea de puncte ce alcătuiește rețeaua de microtiangulație a barajului. În componența acestei rețele intră următoarele categorii de puncte:

puncte de control (Ci);

puncte de stație (Si);

puncte de pe obiectul cercetat (baraj) – (Bi);

puncte de orientare (Oi).

Determinarea deplasărilor orizontale ale punctelor de stație în rețelele de microtriangulație

În rețeaua de microtriangulație executată pentru urmărirea comportării construcției se efectuează măsurători unghiulare și liniare. Compensând observațiile prin metoda celor mai mici pătrate, se calculează în final coordonatele acestor puncte, într-un sistem local. După un interval de timp stabilit se repetă măsurătorile și se vor obține aceleași rezultate sau alte rezultate generate de eventualele deplasări ale punctelor rețelei. Vom trata această problemă luând în considerare variația direcțiilor și admițând stabilitatea punctelor de control. Se va examina o porțiune dintr-o rețea de microtriangulație conform figurii următoare:

Considerând punctul de stație S și vizând punctele S1, S2, S3, vom măsura direcțiile k1, k2, k3. După un interval de timp stabilit, datorită eventualelor deplasări, punctele de stație își vor modifica poziția din S în S' și punctele de stație în S1', S2', S3', iar noi vom măsura direcțiile k1', k2' și k3'. Astfel, deplasarea punctului de stație a produs o variație a direcțiilor măsurate cu unghiurile ɛ1, ɛ2, ɛ3, iar deplasarea punctelor vizate provoacă o variație a direcțiilor măsurate cu cantitățile φ1, φ2, φ3. Diferențele dintre unghiurile obținute în cele două cicluri de măsurători depind de mărimea deplasărilor și de erorile de măsurare. Pe baza acestor diferențe se vor putea determina componentele cele mai probabile ale deplasărilor punctelor de referință.

Vom nota: v = corecțiile pentru direcțiile măsurate inițial;

v' = corecțiile pentru direcțiile măsurate actual.

Vom obține, astfel, conform figurii, următoarele condiții de egalitate pentru stația de observație S:

(1)

În ecuațiile de mai sus se observă o componentă comună, asa numita necunoscută de orientare a stației de observație:

(2)

Aceste ecuații pot fi scrise sub forma:

(3)

Variațiile φ și ɛ ale orientării unei direcții provocate de variația coordonatelor capetelor sale sunt date de relații cunoscute.

Pentru direcțiile SS1 vom avea:

(4)

;

unde: = orientarea direcției ;

d1 = lungimea laturii , calculată din coordonatele inițiale.

Folosind notațiile cunoscute ale coeficienților de direcție și anume:

;

;

Vom obține:

(5)

Introducând aceste mărimi în sistemul de ecuații obținut anterior va rezulta pentru fiecare direcție observată de două ori, următoarele ecuații:

Generalizând obținem:

(6)

unde: .

Se pot scrie sisteme de ecuații de acest tip pentru fiecare punct din rețeaua de microtriangulație, din care direcțiile au fost observate de două ori, adică o dată în ciclul inițial și a doua oară în ciclul final, respectiv în poziția deplasată a punctului de stație.

Pentru a înțelege cum se determină ∆x și ∆y, din ecuațiile anterioare, vom scrie aceste ecuații într-o formă și mai generală:

. (7)

Considerând o stație de observație din care pornesc cinci direcții, scriem un sistem de cinci ecuații de tipul celei de mai sus, cu patru necunoscute (x, y, z, u):

(8)

La prima vedere sunt cinci ecuații cu patru necunoscute (r > n), cazul măsurătorilor indirecte. Acesta este un sistem de ecuații al corecțiilor (x, y, z, u) și al erorilor (v).

În realitate, în fiecare ecuație sunt patru necunoscute (x, y, z, u), în plus apar tot ca și necunoscute și corecțiile (v), deci suntem în cazul măsurătorilor condiționate (r < n). Avem astfel relații independente pentru fiecare direcție.

Pentru a trata sistemul (8) prin procedeul corelatelor (măsurători de precizii diferite) se pornește de la ideea trasării ca o problemă variațională de extrem și anume trebuie să facem minimă funcția: [pvv] + [p'v'], sub condiția să fie satisfăcute ecuațiile de corecții:

(9)

Dacă înmulțim sistemul (8) succesiv cu și îl adunăm cu (9), obținem:

(10)

Aceata este o funcție Gauss-Langrange în care am notat:

p = ponderile măsurătorilor inițiale;

p' = ponderile măsurătorilor actuale.

În loc de a pune condiția de minim a funcției (9), se va pune această condiție a funcției (10).

Prin urmare, trebuie să scriem condiția ca derivatele parțiale ale funcției "F" în raport cu toate corecțiile și necunoscutele să fie zero (pentru ca o funcție de "n" variabile să admită extremele, trebuie ca derivatele parțiale să fie zero).

Derivatele parțiale ale funcției "F" în raport cu corecțiile v și v', sunt:

Făcând diferența obținem:

(11)

unde: (12) – este inversa ponderii diferenței între direcția inițială și actuală.

Se vor calcula după principiul cunoscut, ponderile diferitelor observații cu relațiile:

iar (13)

unde: = eroarea medie pătratică a unității de pondere ( 1CC);

= eroarea medie pătratică a unei direcții măsurate inițial;

= eroarea medie pătratică a unei direcții măsurate actual.

Atunci: (14)

.

Deci:

m1i = eroarea medie pătratică a termenului liber și este dată de relația:

(15)

Ținând cont de relațiile de mai sus și înlocuind relațiile (11) în ecuațiile (8), vom obține:

(16)

Mărimile introduse drept coeficienți nedeterminați în problema variațională apar în (16) ca noi necunoscute (corelate). Astfel, corelatele vor fi:

(17)

Derivatele parțiale ale funcției „F” în raport de necunoscutele (x, y, z și u), vor fi:

(18)

Substituim corelatele din ecuația (17) în (18) și rezultă:

Adunăm pe coloane și avem :

.

Se înlocuiesc valorile și în celelalte ecuații ale sistemului (18) și procedând analog se obțin celelalte ecuații normale:

(19)

.

Precizia determinării deplasărilor

După rezolvarea sistemului (19) trebuie să calculăm mărimea erorii pătratice a unității de pondere pe baza compensării efectuate (). Această mărime se va pune între paranteze pentru a o deosebi de mărimea adoptată cu anticipație.

În principiu, eroarea medie pătratică a unității de pondere după compensare () trebuie să fie aproximativ egală cu eroarea medie pătratică a unității de pondere introdusă în compensare, deci cu anticipație de ± 1CC.

Eroarea medie pătratică a unității de pondere calculată după conmpensare este:

; (20)

unde: r = numărul acuațiilor de condiție de forma (6);

n = numărul necunoscutelor;

p și p’ = numărul ponderilor.

Calculul corecțiilor v și v’ ar cere să se calculeze în prealabil mărimile corelatelor ki. Această operație poate fi evitată folosind metoda de la măsurători indirecte și calculăm direct: , astfel din relația (14) rezultă:

…;

…;

Care înmulțite cu în membrul I și cu espresia lui în membrul II pentru a obține pătratul necesar va avea forma:

……………………………. …………………………………..

.

Adunăm cele două relații și rezultă:

. (21)

Tinând seama de relațiile (17), vom obține în continuare:

Primele patru componente din partea dreaptă a egalității de mai sus vor fi zero. Având în vedere relația (19), va rămâne, deci numai ultima componentă. Dacă înlocuim pentru (x, y, z, u) mărimile calculate, vom obține relația:

.

Termenul , este ultima reducție din schema Gauss (pentru patru necunoscute). În cazul general de q necunoscute din sistemul (19), expresia o vom nota , astfel formula (20) va fi de forma:

.

Erorile individuale ale necunoscutelor se vor determina prin intermediul coeficienților de pondere „Q”.

.

Compensarea rețelelor de nivelment

Stabilirea tasării construcției se face în general prin nivelment geometric de precizie, efectuat asupra unor repere mobile instalate în construcție, care se deplasează o datp cu aceasta, față de alte repere fixe, situate în afara construcției și care alcătuiesc rețeaua de sprijin.

În fucție de felul, forma și mărimea obiectului examinat, rețeaua de nivelment poate fi realizată sub formă de poligoane închise sau sub formă de drumuiri aproximativ paralele între ele.

Măsurarea deplasărilor verticale

Metodele topografo-geodezice folosite la determinarea tasărilor sunt diferite, fiecare din ele corespunzând unor anumite condiții de lucru și precizii ale rezultatelor măsurătorilor și totodată folosesc anumite tehnologii de lucru.

Astfel, la măsurarea tasării construcțiilor se poate folosi: metoda nivelmentului geometric, metoda nivelmentului hidrostatic și uneori metoda nivelmentului trigonometric. În componența rețelei de nivelment geometric intră:

reperele de pe obiectul examinat sau mărci;

reperele fixe din exteriorul construcției sau repere de control.

Reperele de control se amplasează în locuri alese special pe cât posibil în afara zonei de influență a construcției și se realizează constructiv astfel încât nivelul lor sa nu fie modificat în timp prin influența construcțiilor ce se urmăresc, prin variația apelor subterane, prin vibrații, prin circulația vehiculelor, etc. Se recomandă ca reperele de control să fie construite în cămine vizitabile iar cota capului acestora să fie cu maxim 0,5 m mai sus decât cota prevăzută în sistematizarea verticală.

Amplasamentul fiecărui reper de control trebuie astfel ales încât de la el să se poată da vize direct la cât mai multe mărci mobile. Mărcile de pe construcție se fixează pe elementele acestora, a căror mișcare este prevăzută a fi urmărită în așa fel încât ele să poată fi conservate și păstrate accesibile măsurătorilor pe toată perioada de exploatare a construcției.

Reperele de control trebuie să își păstreze stabilitatea pe toată durata măsurătorilor. Practica a arătat că asigurarea stabilității punctelor de control pentru o perioadă îndelungată de ani de zile este foarte dificilă.

Normativul românesc elaborat prevede că zona de influență este suprafața din jurul perimetrului construcției în care se resimte efectul tasării construcției. Stabilirea distanței maxime D, de la construcție la punctele de amplasare a reperilor de control se poate determina cu relația: D = 5 , unde B este lățimea maximă a radierului sau a tălpii fundației. În cazuri speciale (h > 40 m), zona de influență se va calcula pe baza teoriei distribuției eforturilor într-un masiv de pământ.

Clădirile pe care se montează reperii de control trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

să fie consolidate;

să fie în exploatare de cel puțin 5 ani;

să nu fie supuse diferitelor influențe (trepidații) interioare sau exterioare;

să nu fie amplasate pe terenuri inundate sau subminate.

Punctele de nivelment pe obiectul examinat se materializează cu ajutorul mărcilor sau reperilor de urmărire. Mărcile se montează pe plăcile de fundații, pe soclul fundației sau pe pereții exteriori. Aceste mărci trebuie protejate împotriva distrugerii și aceasta se face cu o apărătoare adecvată și un capac din beton sau oțel.

Pentru măsurarea deplasărilor verticale ale straturilor de pământ situate la diferite adâncimi se folosesc mărci de adâncime. Construcția acestor repere trebuie să asigure o legătură bună între ele și stratul de pământ examinat astfel încât toate mișcările verticale ale acestui strat să poată fi transmise, fără deformarea bulonului asupra căruia se fac măsurători.

Măsurarea tasărilor se face în principal folosind nivelmentul geomtric de precizie, și anume: metoda măsurătorilor condiționate, cazul drumuirii sprijinite pe două repere A și B.

Considerăm o porțiune dintr-o rețea de nivelment și anume o drumuire sprijinită la capete pe două repere A și B pe care le considerăm fixe. Avem diferențele de nivel măsurate pe teren între punctele drumuirii în două cicluri de măsurători.

A, B – repere de control fixe;

M1, M2 – mărci de urmărire în poziția I (ciclul I);

M1', M2' – mărci de urmărire în poziția actuală (ciclul II de măsurători);

h1, h2, h3 – diferențe de nivel măsurate în ciclul I de măsurători;

h1', h2', h3' – diferențe de nivel măsurate în ciclul II de măsurători;

∆1, ∆2 – deplasările verticale ale mărcilor în intervalul dintre cele două măsurători.

Pentru început considerăm că raportăm deplasările mărcilor M1 și M2 numai la un singur reper de control A și avem:

⇒

⇒

.

Măsurând și diferențele de nivel h3 și h3', drumuirea se leagă de reperul B, creeând astfel o condiție geometrică: .

Dacă luăm în considerare corecțiile v și v', ce se aplică măsurătorilor, putem scrie:

.