POMIARY PRZEMIESZCZEŃ PIONOWYCH I POZIOMYCH BUDYNKU STAROSTWA POWIATOWEGO W OPATOWIE. Agnieszka Nowakowska, Anna Rosa

Transkrypt

1 POMIARY PRZEMIESZCZEŃ PIONOWYCH I POZIOMYCH BUDYNKU STAROSTWA POWIATOWEGO W OPATOWIE Agnieszka Nowakowska, Anna Rosa Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji, Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2 Streszczenie: W pracy przedstawiono wyniki badań pomiaru przemieszczeń poziomych metodą wcięć kątowych w przód oraz przemieszczeń pionowych metodą niwelacji geometrycznej budynku starostwa powiatowego w Opatowie. 1. Wstęp Pomiary przemieszczeń i odkształceń przeprowadza się w celu sprawdzenia zgodności norm budowlanych i konstrukcyjnych obiektu oraz wykonania okresowych badań, które odnoszą się do zapewnienia bezpieczeństwa. Pomiary są wykonywane podczas budowy, jak również w czasie eksploatacji budowli. Termin wyznaczenie przemieszczeń odnosi się do całokształtu procesu wyznaczenia wartości zmian położenia punktów kontrolowanych. Proces ten obejmuje prace projektowe dotyczące określenia położenia punktów kontrolowanych, wiążących i odniesienia, stanowisk obserwacyjnych wraz z ustawieniem instrumentów pomiarowych, wykonanie pomiaru oraz wyznaczenie wielkości przemieszczeń. Badanie kończy się analizą dokładności wykonanych prac geodezyjnych wraz z oceną procesu osiadania obiektu. Wyznaczane wartości przemieszczeń w określonych przedziałach czasu powinny charakteryzować się przede wszystkim poprawnością, czyli zgodnością z prawdziwymi zmianami położenia punktów kontrolowanych w granicach błędów przypadkowych występujących podczas pomiarów geodezyjnych. Przed przystąpieniem do prac geodezyjnych należy ustalić minimalną, popartą potrzebami dokładność. Dokładność zależy od typów obiektów. Natomiast za istotne należy uważać te przemieszczenia, których wartość przekracza dwukrotną wartość błędu średniego ich wyznaczenia [6]. W analizowanym przypadku, termin przemieszczenia pionowego odnosi się

2 do zmiany składowej w linii pionu w określonym przedziale czasu.. Istotą określenia zmiany geometrii obiektu, jest wyznaczenie wektora w płaszczyźnie trójwymiarowej. Podczas badań przemieszczeń zarejestrowano trzy stany obiektu starostwa, stan pierwotny w chwili t 0 (17 lipca) kolejny pomiar wyjściowy w czasie t 1 (4 kwietnia) oraz pomiar aktualny w czasie t 2 (7 maja). Przemieszczenie zostało określone na podstawie porównania stanu w chwili t 0 i t 1 oraz t 1 i t 2. Odnosi się do przedziału czasu Δt= t 0 t 2. Wiedząc, iż każdy pomiar jest obarczony błędem założono, że różnice wyznaczanych wartości w powyższym interwale czasu mogą być spowodowane: - rozbieżnościami w wynikach obu pomiarów w granicach ich dokładności, - nieznacznymi ruchami terenu lub zmianami kształtu obiektu, w którym są one zastabilizowane. [3] 2. Przesłanki mające wpływ na przemieszczenia budynku starostwa Do czynników, które mogą wpływać na osiadanie budynku starostwa jest przede wszystkim osuwanie podłoża. Budynek został wybudowany na pokrywie lessowej, której stałej wilgoci dostarcza pobliska rzeka Opatówka oraz opady atmosferyczne. Ponadto obiekt wybudowano na wzniesieniu, co może sprzyjać tworzeniu się osuwisk. Budynek posiada sześć pięter wraz z podpiwniczeniem, co stanowi duże obciążenie na grunt. Ponadto jest to jeden z najwyższych obiektów w okolicy, zatem jest najbardziej narażony na działanie wiatru oraz nierównomierne nagrzewanie przez promienie słoneczne. Wpływ na osiadanie budowli może mieć również bardzo duże natężenie ruchu drogowego powodujące znaczne drgania gruntu Warunki atmosferyczne. 3. Przeprowadzenie pomiarów geodezyjnych t 0 t 1 t 2 Temperatura powietrza [ 0 C] Siła wiatru [m/s] Kierunek wiatru wschód północny zachód zachód Zachmurzenie brak małe całkowite Opady brak brak brak Wilgotność powietrza [%] Ciśnienie [hpa]

3 3.2. Przemieszczenia pionowe Projekt sieci Punkty odniesienia Na podstawie dokumentów dostępnych w Ośrodku Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej w Opatowie wybrano trzy repery, które przyjęto jako punkty odniesienia. Wybrane repery odniesienia są reperami niezależnymi, dla których podczas obserwacji (w granicach dokładności) wykonanych w czasie t 0, t 1 oraz t 2 stwierdzono niezmienne położenie względem siebie. Pozwala to założyć, że punkty stałe poddane są ruchom wiekowym (długotrwałe, nieznaczne przemieszczanie się poszczególnych warstw skorupy ziemskiej wraz ze znajdującymi się na niej obiektami), natomiast pozostała część punktów na analizowanym obszarze podlega również ruchom wiekowym, a ponadto ruchom lokalnym. Aby spełnić warunek niezależności reperów, punkty odniesienia rozmieszczone były względem siebie w odległościach powyżej 100 m oraz zlokalizowane zostały na innych budynkach. Zadaniem punktów odniesienia jest bezpośrednie lub pośrednie utrwalenie położenia wszystkich układów lokalnych, od momentu wykonania pomiaru wyjściowego począwszy możliwie cały okres trwania badań obiektu [4] Punkty wiążące Punkty wiążące stanowią sieć niwelacyjną, dzięki której istnieje możliwość powiązania punktów odniesienia z punktami kontrolowanymi. Zastabilizowano 12 punktów wiążących wzdłuż ulic 1 Maja, Partyzantów oraz Henryka Sienkiewicza (po obydwu stronach) pomiędzy kostkami polbruku. Miejsca zostały tak dobrane, aby móc bez problemu ustawić łatę na punkcie oraz by ruch pieszych nie przeszkadzał w pomiarach

4 Rys.3.1. Rozmieszczenie punktów wiążących [15] Punkty kontrolowane Jako punkty kontrolowane adaptowano punkty już istniejące znajdujące się w murze budynku, na balkonie oraz na gruncie bezpośrednio przed starostwem. W ten sposób ciągi niwelacyjne są położone na trzech poziomach, to znaczy na gruncie, w murze oraz na balkonie. Repery ścienne poziome to śruby, których średnica wynosi 0,01472 m (pomiar wykonany suwmiarką z dokładnością 0,02 mm). Pozwoliły one na obserwację murów budynku. Natomiast repery gruntowe to gwoździe pomiarowe bez opisu. Do badań wykorzystano 7 znaków ściennych poziomych oraz 8 znaków gruntowych. Wykonanie projektu rozpoczęto od stabilizacji punktów wiążących. Do realizacji zadania wykorzystano niwelator Topcon DL 101C, statyw drewniany nieskładany, 1 łatę fiberglassową - składaną 3 m oraz suwmiarkę. Zastabilizowane oraz adaptowane punkty kontrolne umożliwiły pomiar zmian zachodzących na gruncie, na budynku oraz we fragmentach budynku Realizacja pomiaru Ciąg niwelacyjny został pomierzony metodą niwelacji geometrycznej ze środka oraz metodą niwelacji wprzód. Pomiar został wykonany dwiema metodami ze względu

5 na dostępność do budynku oraz możliwości przeprowadzenia badania osiadania budynku starostwa Przemieszczenia poziome Baza pomiarowa Baza pomiarowa została stworzona z 4 punktów, zamarkowanych gwoździami. Do ich rozmieszczenia wykorzystany został m.in. zjazd na parking znajdujący się za starostwem (punkty P1, P2, P3), a także chodnik po przeciwnej stronie ulicy Sienkiewicz (punkt P4). Rys Rozmieszczenie punktów bazy. Opracowanie własne. Baza została określona w układzie lokalnym. Przyjęto także jej stałość w czasie całego procesu pomiarowego Rozmieszczenie znaczków pomiarowych Do sygnalizacji punktów pomiarowych na ścianach budynku, zrobione zostały specjalne znaczki pomiarowe. Wykonane zostały z papieru samoprzylepnego w kolorze zielonym, o formacie 2x2 cm oraz narysowanym na środku czarnym krzyżem (1x1cm).

6 Rys Znaczek pomiarowy. Opracowanie własne. W czasie pomiarów pomierzonych zostało 19 punktów pomiarowych, zasygnalizowanych na ścianie budynku. Dodatkowo wykorzystane do pomiaru zostały górne rogi budynku, a także na ścianie południowo wschodniej jeden róg okna i wyraźne łączenie blachy nad oknem. Ich rozmieszczenie zostało przedstawione na Rys Rys Rozmieszczenie znaczków pomiarowych. Opracowanie własne Realizacja pomiaru Do wyznaczenia przemieszczeń poziomych wybrana została metoda wcięć kątowych w przód. Każdy z pomiarów miał taki sam przebieg. Po ustawieniu tachimetru nad punktem, nawiązywany był na punkt sąsiedni. Następnie sczytywane były kierunki z punktów celowych na ścianie (w ustalonej kolejności) oraz z sąsiedniego punktu bazy.

7 Pomiar kończony był ponownym nawiązaniem na pierwszy punkt bazy. Odczyty wykonywane były w dwóch położeniach lunety. Taki proces powtarzany był na każdym punkcie bazy. Do realizacji pomiarów wykorzystano tachimetr TOPCON GTS-4, statyw drewniany, pryzmat z tyczką Badanie śledzenia krawędzi Dodatkowym sprawdzeniem, czy powierzchnia ściany nie jest odkształcona, było badanie śledzenia krawędzi. Kontrolowane były trzy krawędzie. Pomiar wykonano z bazy pomiarowej zastabilizowanej do metody wcięć kątowych. Wyciągniętymi z tego badania wnioskami, jest potwierdzenie pionowości ściany. Widoczne odchyłki krawędzi, wynikały bardziej z obecności blachy, okrywającej ściany, niż z odkształceń obiektu. Można wnioskować, że pokrycie ścian zostało zrobione niedokładnie, bądź różnice te wynikają z pracy tego materiału. 4. Wartości przemieszczeń oraz ocena dokładności przeprowadzonych pomiarów 4.1. Dokładność przeprowadzonych pomiarów Błędy średnie pojedynczego pomiaru po wyrównaniu niwelacji geometrycznej przedstawia tabela Tabela 6.1. Pomiar m 0 t 0 ±0,13 t 1 ±0,22 t 2 ±0,10 Tabela 4.1. Błędy średnie pojedynczego pomiaru po wyrównaniu. Do określenia przemieszczeń poziomych wyznaczony został błąd położenia punktu. Poniższa tabela (Tabela 5.2.) przedstawia wartości tych błędów dla punktów celowych wyznaczanych z dwóch punktów bazy.

8 m P [mm] P1 P2 2 P1 P3 2 P2 P4 2 P3 P4 2 Tabela 4.2. Zestawienie błędu m P z boków bazy Wartości przemieszczeń Wykaz różnic wysokości w okresach lipiec - kwiecień, lipiec - maj, kwiecień maj przedstawia Tabela 5.3. lipiec - kwiecień lipiec - maj kwiecień - maj Numer Przemieszczenia Przemieszczenia Przemieszczenia Śr. błąd Śr. błąd Śr. błąd repera [mm] [mm] [mm] 20-0,21-0,91-0, ,19-0,55-0, ,25-0,47-0, ,03-0,25-0, ,24-0,39-0, ,36-0,28 0, ,53-0,33 0, ,00-0,11-0,11 ±0,41 ±0, ,26-0,31-0,05 ±0, ,33-0,60-0, ,18 0,08-0, ,34-0,58-0, ,36-0,54-0, ,42-0,63-0, ,38-0,57-0, ,22-0,08 0,14 Tabela 4.3. Wykaz różnic wysokości w okresach lipiec - kwiecień, lipiec - maj, kwiecień maj. Kolejna tabela przedstawia współrzędne dla punktów celowych, gdzie t 0 to wartości otrzymane z pomiaru wykonanego w lipcu, t 1 pomiar z kwietnia, t 2 pomiar z mają. Przedstawione zostały także różnice z pomiarów w lipcu i kwietniu oraz różnice pomiarów z lipca i maja.

9 Czas t 0 Czas t 1 Czas t 2 t 0 t 1 t 0 t 2 Nr X Y X Y X Y ΔX ΔY ΔX ΔY 1 122, , , , , ,180-0,007 0,004-0,008 0, , , , , , ,142-0,002-0,001-0,003 0, , , , , , ,334-0,002 0,000-0,003 0, , , , , , ,258-0,002 0,000-0,003 0, , , , , , ,471-0,001 0,000-0,003 0, , , , , , ,884-0,001 0,000-0,003 0, , , , , , ,910-0,002 0,000-0,003 0, , , , , , ,460-0,001 0,000-0,003 0, , , , , , ,490-0,002 0,000-0,003 0, , , , , , ,982-0,002 0,000-0,003 0, , , , , , ,556-0,002 0,000-0,003 0, , , , , , ,475-0,002 0,000-0,003 0, , , , , , ,818-0,001 0,003-0,001 0, , , , , , ,894 0,003 0,002 0,003 0, , , , , , ,029 0,002 0,002 0,002 0, , , , , , ,218-0,001 0,001-0,001 0, , , , , , ,338-0,001 0,002-0,001 0, , , , , , ,644 0,002 0,001 0,002 0, , , , , , ,692-0,001 0,002-0,001 0, , , , , , ,237-0,001 0,003-0,001 0, , , , , , ,861 0,001 0,003 0,001 0, , , , , , ,625 0,000 0,002 0,000 0, , , , , , ,504 0,000 0,002 0,000 0,002 Tabela 4.4. Wykaz różnic współrzędnych dla punktów w interwałach czasu Ocena stabilności budynku Podczas oceny stabilności położenia budynku (przemieszczenie pionowe) przyjęto założenie, iż jeśli wartość różnicy wysokości pomiędzy tymi samymi punktami w chwili t 0 - t 2, t 0 t 1 oraz t 1 t 2 jest ujemna, wówczas przemieszczenie jest ujemne (punkt osiada), zaś jeśli jest dodatnia, wypiętrza się. Jako kryterium do oceny przemieszczeń poziomych przyjęto podwójną wartość średniego błędu ich wyznaczenia. W przypadku przekroczenia powyższej wartości przemieszczenia uznano za istotne. Wyniki pomiarów metodą niwelacji geometrycznej pozwoliły ustalić, iż punkt znajdujący się na budynku od strony ulicy Henryka Sienkiewicza uległ przemieszczeniu o wartości -0,91 mm. Reper osiada systematycznie, w ciągu 9 miesięcy jego wysokość zmieniła się o -0,50 mm, zaś od kwietnia do maja zmieniła się o -0,21 mm. Pozostałe wykazane różnice wysokości reperów zarówno na gruncie oraz na budynku podczas wykonanych 3 serii pomiarowych nie wykazały przemieszczeń. Wartości różnic wysokości mieszczą się w granicach błędu pomiaru. Powyższe wnioski zostały potwierdzone przez wyniki badań geometrii obiektu.

10 Współrzędne punktu znajdującego się na rogu budynku od strony ulicy Henryka Sienkiewicza różnią się w dwóch płaszczyznach. Różnice pomiędzy pomiarem t 0 t 1 wynoszą: ΔX = - 0,007 m, ΔY = 0,004 m. Natomiast różnice pomiędzy pomiarem t 0 t 2 wynoszą: ΔX = - 0,008 m, ΔY = 0,005 m. 5. Podsumowanie W ocenie procesu osiadania dokonano analizy konstrukcji oraz założeń użytkowania obiektu z rzeczywistymi warunkami terenowymi oraz środowiskowymi. Na wyniki pomiaru (poza błędami przyrządów pomiarowych oraz błędami obserwatora) mogła wpłynąć lokalizacja budynku wzdłuż drogi ekspresowej. Punkty kontrolowane, na których przyjęto przemieszczenia za istotne znajdują się od strony ulicy. W przypadku budynku Starostwa Powiatowego powinno się dalej kontynuować proces kontroli stałości reperów kontrolowanych względem punktów odniesienia. Przesłanką może być także przeznaczenie (obiekt użyteczności publicznej, gdzie przebywa wielu pracowników oraz osób załatwiających swoje sprawy administracyjne). Wykazane przemieszczenia punktów kontrolowanych nie stanowią zagrożenia dla dalszego użytkowania obiektu. Biorąc pod uwagę konstrukcję, sposób jego posadowienia można domniemywać, iż budynek, który w okresie badania nie wykazywał istotnych przemieszczeń i może w dalszej perspektywie czasu być stabilny i nie wykazywać oznak zagrożenia podczas dalszego użytkowania. budynku powinna zapewnić stałość i bezpieczeństwo dalszego użytkowania budynku. LITERATURA: 1. Bauer Jerzy F., Geodezyjne zabezpieczenie prac inżynierskich, Wydawnictwo WAT, Warszawa Bryś Henryk, Stefan Przewłocki, Geodezyjne metody pomiarów przemieszczeń budowli, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa Hermanowski Andrzej, Pomiary przemieszczeń pionowych, Instytut Geodezji i Kartografii, Warszawa Lazzarini Tadeusz oraz zespół współautorów, Geodezyjne pomiary przemieszczeń budowli i ich otoczenia, Wydawnictwo UWM, Olsztyn Lazzarini Tadeusz, Geodezyjne pomiary odkształceń i ich zastosowanie budownictwie. PPWK, Warszawa Praca zbiorowa pod redakcją Mariana Pękalskiego, Ćwiczenia terenowe z geodezji inżynieryjnej i miejskiej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej,

11 Warszawa Prószyński Witold, Kwaśniak Mieczysław, Podstawy geodezyjnego wyznaczania przemieszczeń: pojęcia i elementy metodyki, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006.