Przyczyny deformacji: przemieszczenie gruntu

Czynniki determinujące zmiany wilgotności oraz przemieszczenia podłoża ekspansywnego: a)zewn.-środowiskowe(klimatyczne, roślinność, sposób zagospod.terenu) b)genetyczno-litologiczne(uziarnienie gruntu, skład mineralogiczny, powierzchnia właściwa)

Wpływ roślinności bardzo duży, drzewo pobiera wodę i wysusza grunt przez co on "osiada"

przemieszczenie - zmiana położenia elementu konstrukcyjnego lub obiektu względem otoczenia (układu odniesienia) w określonym przedziale czasu. Wyraża się poprzez wektor w przestrzeni trójwymiarowej i czwartą składową - czas.

odkształcenie - zmiana kształtu lub wymiarów elementu konstrukcyjnego lub obiektu związana ze zmianami wzajemnych jego punktów w określonym odstępie czasu (zmiana kąta i długości).

geodezyjne pomiary przemieszczeń - cykliczne pomiary wielkości geometrycznych, jakimi są zmiany położeń wybranych punktów badanego obiektu.

punkt pomiarowy - określony punkt znaku osadzonego trwale lub tymczasowo na obiekcie, jak również dobrze identyfikowany punkt obiektu, którego położenie stanowi przedmiot wyznaczeń geodezyjnych.

wektor przemieszczenia punktu - wektor łączący położenie punktu w momencie początkowym z położenia tego punktu w momencie końcowym określonego interwału czasowego w przyjętym układzie odniesienia.

baza odniesienia - odpowiednio liczny zbiór punktów pomiarowych, spełniających określone kryterium wzajemnej stałości względem których wyznacza się przemieszczenia innych punktów.

baza minimalna - baza odniesienia o liczności koniecznej i wystarczającej do wyznaczenia przemieszczeń innych punktów.

Własna baza odniesienia - baza odniesienia utworzona wyłącznie na punktach kontrolowanego obiektu.

zewnętrzna baza odniesienia - baza odniesienia utworzona wyłącznie na punktach nie należących do kontrolowanego obiektu.

układ odniesienia - baza odniesienia oraz związany z nią w sposób jednoznaczny układ współrzędnych umożliwiający określenie położenia punktów i wektorów przemieszczeń.

własny układ odniesienia - utworzony z użyciem własnej, dla kontrolowanego obiektu, bazy odniesienia.

zewnętrzny układ odniesienia - układ odniesienia utworzony z użyciem zewnętrznej, dla kontrolowanego obiektu, bazy odniesienia.

stabilny układ odniesienia - układ odniesienia, w którym punkty tworzące bazę odniesienia nie doznają w funkcji czasu wzajemnych przemieszczeń, wykraczających poza przyjęte kryterium wzajemnej stałości tych punktów.

niestabilny układ odniesienia - układ odniesienia, w którym punkty tworzące bazę odniesienia doznają w funkcji czasu wzajemnych przemieszczeń, wykraczających poza przyjęte kryterium wzajemnej stałości tych punktów. (Układ ten może być zachowany o ile istnieje możliwość zaakceptowania odpowiednio złagodzonego kryterium wzajemnej stałości punktów tworzących bazę).

przemieszczenie poziome punktu - pozioma składowa wektora przemieszczenia punktu.

przemieszczenie pionowe punktu - pionowa składowa wektora przemieszczenia punktu.

Rozkład wektora przemieszczenia na składowe: pionową i poziomą

przemieszczenia bezwzględne - przemieszczenia wyznaczone w zewnątrz, dla danego obiektu, układzie odniesienia.

przemieszczenia względne - przemieszczenia wyznaczone we własnym, dla danego obiektu, układzie odniesienia.

przemieszczenia obiektu:

-translacja (przesunięcie równoległe obiektu w przyjętym układzie odniesienia),

-obrót obiektu (zmiana zorientowania względem przyjętego układu odniesienia).

Parametry przemieszczenia obiektu:

- kąty obrotu:

- przesunięcia (translacje):

sieć kontrolna - konstrukcja pomiarowa zaprojektowana i założona dla potrzeb wyznaczenia przemieszczeń. Stanowi ona zespół punktów: - odniesienia, - wiążących, - kontrolowanych, powiązanych ze sobą mierzonymi okresowo wielkościami umożliwiającymi wyznaczenie wzajemnych przemieszczeń tych punktów.

punkty odniesienia - znaki pomiarowe osadzone w miejscach zapewniających stałość ich wzajemnego położenia, służące do zrealizowania układu odniesienia do wyznaczenia przemieszczeń punktów kontrolowanego obiektu.

punkty kontrolowane - sygnalizowane punkty pomiarowe osadzone na obiekcie bądź dobrze identyfikowane charakterystyczne elementy obiektu, których przemieszczenia podlegają wyznaczeniu.

punkty wiążące (punkty pośredniczące) - punkty pełniące rolę punktów pośrednich pomiędzy punktami kontrolowanymi a punktem odniesienia.

punkt orientacji - znak znajdujący się w tak dużej odległości od punktu odniesienia lub punktu kontrolowanego, aby można było przyjąć, że kierunek do niego jest niezmienny w granicach dokładności pomiaru.

Sieć kontrolna do wyznaczania przemieszczeń pionowych

pomiar wyjściowy - pierwszy pomiar wykonany na danym obiekcie, z którego wynikami porównuje się wyniki pomiarów następnych.

pomiar aktualny - pomiar, którego wyniki porównuje się z pomiarem wyjściowym bądź z wybranym z pomiarów poprzednich.

pomiar okresowy - pomiar wykorzystywany co pewnie czas, zgodnie z harmonogramem ustalonych przez specjalistę odpowiedzialnego za bezpieczeństwo badanego obiektu.

wyznaczanie przemieszczeń punktów - wykonywanie powtarzanych okresowo pomiarów i obliczeń w sieci kontrolnej, służącej ocenie stabilności punktów odniesienia i uzyskiwania wektorów przemieszczeń punktów kontrolowanych obiektu wraz z charakterystyką ich dokładności.

Wyznaczenie osiadań obiektu - wyznaczenie pionowych składowych wektorów przemieszczeń punktów kontrolowanych obiektu.

monitorowanie stanu geometrycznego obiektu - okresowe bądź ciągłe wyznaczanie przemieszczeń punktów obiektu lub przemieszczeń i zmian cech geometrycznych całego obiektu bądź jego elementów.

Metody pomiarów przemieszczeń

Metoda pomiaru zastosowana do pomiaru przemieszczeń zleży od:

-szybkości zmian zachodzących na badanym obiekcie,

-rodzaju wyznaczanych przemieszczeń: (pionowe-jedna składowa w linii pionu i czas; poziome - dwie składowe w płaszczyźnie poziomej i czas; przestrzenne - trzy składowe x,y,z i czas ),

-wymaganej dokładności wyznaczonego przemieszczenia,

-rodzaju przemieszczeń: względne - osiadanie budynku; bezwzględne - odniesione do stałych punktów.

Zestawienie wyników pomiarów powinno zawierać:

-szkic rozmieszczenia punktów badanych na obiekcie i punktów odniesienia rozmieszczonych poza badanym obiektem,

-tabelaryczny wykaz wartości przemieszczeń z podaniem charakterystyk dokładnościowych i momentów obserwacji,

-ilustracje graficzną wyników,

-sprawozdanie techniczne zawierające: -ustalenia wstępne, -zwięzły opis wykonywanych obserwacji, -opis warunków panujących na obiekcie podczas pomiarów(temp, poziom wody itp.), -opis opracowania wyników ocenę ich dokładności.

Pomiary przemieszczeń wykonuje się w celu:

-zapewnienia bezpieczeństwa podczas realizacji obiektu,

-zapewnienia bezpieczeństwa i prawidłowej eksploatacji obiektu (szczególnie niebezpieczne są nierównomierne osiadania),

-porównania osiadań faktycznych z przewidywanymi (pomiary weryfikacyjne),

- monitorowanie zmian w przypadku awarii (pomiary interwencyjne),

-okresowego badania stanu obiektu (np. co roczne pomiary zapór wodnych).

Wyznaczanie przemieszczeń pionowych metodą niwelacji precyzyjnej.

Obiekty dla których wykonuje się badania przemieszczeń pionowych:

-zapory wodne,

-fundamenty budowli przemysłowych (w czasie wnoszenia i eksploatacji)

-fundamenty budynków,

-fundamenty wysokich kominów przemysłowych,

-fundamenty ciężkich maszyn i turbin,

-torowiska ciężkich dźwigów,

-powierzchnia gruntu,

-mosty, wiadukty i inne obiekty w czasie obciążeń próbnych i eksploatacyjnych.

Pomiary pionowych składowych przemieszczeń wykonuje się metodą niwelacji precyzyjnej.

Przyczynami przemieszczeń są na ogół zmiany obciążeń wywołane: -robotami ziemnymi, -zmianami stosunków wodnych w gruncie, -wznoszeniem budowli.

Przemieszczenia dzielimy na:

-bezwzględne, określone względem punktów zastabilizowanych poza zasięgiem osiadań,

-względne, określone względem punktów zastabilizowanych na obiekcie (badanie osiadań nierównomiernych).

Charakterystyka sieci niwelacji do pomiaru przemieszczeń pionowych

Sieć niwelacyjna zależy od kształtu oraz wielkości badanego obiektu i może być:

-powierzchniowa (badania ruchów gruntu, zakłady przemysłowe),

-w postaci kilku ciągów niwelacyjnych (mosty, zapory).

Składa się z:

-reperów kontrolowanych (osadzonych na budowli lub gruncie),

-reperów odniesienia,

-reperów wiążących.

Repery kontrolowane osadza się na obiekcie:

-w pobliżu narożników,

-na przedłożeniu ścian działowych,

-z obu stron szczelin dylatacyjnych,

-z obu stron rys.

Repery odniesienia stabilizuje się poza strefą oddziaływania obiektu:

-ścienne na stabilnych budowlach,

-gruntowe posadowione poniżej poziomu zamarzania gruntu,

- głębinowe.

Repery rozmieszcza się symetrycznie względem obiektu.

Rozmieszczenie reperów budowanych należy zawsze skonsultować ze zleceniodawcą.

Sieć musi zawierać minimum 3 repery odniesienia, a w praktyce 5-6. Tak projektować aby liczba stanowisk każdego z ciągów była jak najmniejsza. Nie stosuje się ciągów wiszących.

Występuje zróżnicowanie długości celowych (w pobliżu obiektu 5-15m, w dalszej części 20-30 m).

Nieraz zachodzi konieczność przekraczania granicy środowisk obserwacyjnych (utrwalanie dodat. punktów).

Do wykonania pomiarów zaleca się:

* stosowanie niwelatorów samopoziomujących np. Zeiss Ni002, Ni004, Ni005, Ni007, Wild N1, NA 3000, Zeiss DiNi10.

Przed pomiarem sprawdza się:

-prawidłowość działania kompensatora,

-stałość osi celowej przy ogniskowaniu,

-działanie mikrometru,

-nachylenie quasi-horyzontu,

* używać sprawdzonych, precyzyjnych łat niwelacyjnych.

Ważne jest:

-warunek prostopadłości stopki łaty do jej osi,

-miejsca zera podziału łaty.

Istotne jest, aby pomiary były wykonywane:

-tym samym sprzętem,

-przez tego samego obserwatora,

-w podobnych warunkach atmosferycznych,

-ustawienia niwelatora w tych samych miejscach podczas kolejnych pomiarów.

Pomiar każdego ciągu wykonuje się dwukrotnie "tam" i "z powrotem"

Opracowanie wyników pomiaru

Opracowanie dzieli się na dwa etapy:

etap I - identyfikacja układu odniesienia

etap II - obliczenie przemieszczeń punktów kontrolowanych i ocena ich istotności.

Identyfikacja układu odniesienia

Uznaje się, że dwa repery są stałe względem siebie, jeżeli zmiana różnic wysokości h-h' między nimi nie przekracza pewnej wartości dopuszczalnej:

h - różnica wysokości między reperami wyznaczona w trakcie pomiaru wyjściowego

h' - różnica wysokości między reperami wyznaczona w trakcie pomiaru aktualnego.

Bazę stanowi co najmniej 3 identyfikowane jako stałe repery odniesienia.

Można wyróżnić 2 grupy metod:

- identyfikacja na podstawie materiału obserwacyjnego, nie poddanego wyrównaniu wstępnemu, np. metoda analityczno-graficzna,

- identyfikacja na podstawie wyników wyrównania wstępnego, np. metoda wspólnego podziału ufności.

Metoda analityczno-graficzna

Kolejność postępowania:

- zestawienie różnic h-h' między reperami wg. reguły "każdy z każdym" (zasada n+n'=min. dla reperów nie połączonych bezpośrednio),

-obliczenie dla każdego połączenia dopuszczalnej zmiany różnic wysokości

|h-h'| dop=
k √n+n' gdzie k - parametr określający stosunek błędu maksymalnego do błędu średniego ( Z reguły wartość k ustala się na poziomie k lub 2,5),
- błąd średni pomiaru różnicy wysokości.

wartość
określająca błąd średni pomiaru różnicy wysokości na jednym stanowisku niwelatora określa się z nie zamknięcia obwodu.

f - odchyłka niezamknięcia obwodnicy

n - liczba stanowisk niwelatora w obwodnicy

R - liczba obwodnic

Odchyłka f nie może przekroczyć f_max

f_max=0,2 √n (może być 0,1)

Wartość
oblicza się oddzielnie dla pomiaru wyjściowego i aktualnego. Ostatecznie:

Wyrysowanie wieloboku, którego wierzchołkami są punkty odniesienia

Metoda wspólnego przedziału ufności

W wyniku wyrównania wstępnego uzyskano przemieszczenia (pozorne) ΔH_i oraz ich błędy średnie S_ΔHi potencjalnych reperów odniesienia.

Przedział ufności dla ΔH_i ma postać

gdzie kα odczytujemy z tablic rozkładu N (0,1) (np. przy poziomie ufności 0,95)

Znajdujemy wspólny przedział ufności U_w, tak że

U_w=U_A ∩ U_B ∩ ...., ∩ U_z

z ograniczeniem oddalonym długości

L_UW
Cδ_o

gdzie: A, B, .... z oznaczenia reperów, których przedziały mają część wspólną

C - współczynnik ustalający dolną granicę długości przedziału (np. c=0,5 lub 1),

s_o - błąd średni typowego spostrzeżenia.

Zbiór reperów odniesienia

Repery wzajemne stałe (faktycznie nie przemieszczane)

Repery przyjęte za stałe przy k małe (baza uszczuplona)

Repery przyjęte za stałe przy k duże (baza fałszywa)

Obliczanie przemieszczeń (metoda różnicowa)

Wielkościami wyrównanymi są zmiany różnic wysokości z pomiaru wyjściowego i aktualnego, natomiast niewiadomymi - osiadania reperów.

Równania poprawek równoważy się za pomocą wag

Wartość przemieszczeń oblicza się ze wzoru

gdzie:

∆- wektor przemieszczeń reperów

A- macierz współczynnikowa zrównoważonego układu równań poprawek

L- wektor wyrazów wolnych zrównoważonego układu równań poprawek

Ocena istotności osiadań

Za istotne uważa się te przemieszczenia, których wartość przekracza dwukrotna wartość błędu średniego

gdzie:

Średni błąd typowego spostrzeżenia można obliczyć ze wzoru:

Zestawienie wyników:

Zestawienie wyników powinno składać się z części tabelarycznej i graficznej.

Do zestawienia wyników należy dołączyć sprawozdanie techniczne zawierające:

- nazwę badanego obiektu

- wykonawcę pomiarów i obliczeń

- daty wykonywanych pomiarów

- opis sieci pomiarowej i sposób stabilizacji reperów

- opis sposobu wykonania pomiarów

- opis sposobu wykonania obliczeń

- omówienie wyników oraz analizę ich dokładności

Mosty

Mosty to budowle, których zadaniem jest przeprowadzenie wszelkiego rodzaju dróg komunikacyjnych, przewodów ponad wszelkiego rodzaju przeszkodami wodnymi (rzekami, kanałami, jeziorami, zatokami, cieśninami morskimi)

Schemat mostu:

Konstrukcja podpory:

- ława lub cios podłożyskowy

- trzon

- fundament

Pomiar przemieszczeń pionowych konstrukcji mostowych

Cel pomiarów przemieszczeń:

- ocena poprawności wykonania obiektu

- ocena rzeczywistego stanu mostu

- lepsze dostosowanie konstrukcji do wymagań eksploatacyjnych zgodnie z przyjętymi założeniami, np. poprzez usunięcie luzów w połączeniach, dociśnięcie łożysk

Pomiar przemieszczeń pionowych mostów

najczęściej pomiary przemieszczeń wykonuje się podczas próbnych obciążeń:

- nowych mostów przed oddaniem do użytkowania (sprawdzian wytrzymałości)

- mostów użytkowanych od wielu lat

- (sprawdzenie czy spełnione są warunki bezpieczeństwa)

- w związku z wprowadzeniem nowych rozwiązań konstrukcyjnych lub technologicznych

Punkty pomiarowe - repery

Rozmieszczenie punktów kontrolowanych na konstrukcji mostu zależy od przepisów, norm i instrukcji, które podają, że w ramach próbnych obciążeń powinno się mierzyć ugięcia przęseł mostowych oraz pionowe przemieszczenie się podpór.

Punkty niezbędne do pomiarów przemieszczeń to:

- w przekrojach poprzecznych przęsła - punkty leżące w pionach każdej belki głównej lub w co najmniej trzech punktach ustroju płytowego (w środku szerokości i przy krawędziach płyty)

- w przekrojach podłużnych - punkty w środku rozpiętości przęsła i przy łożyskach na podporach (dla przęseł o rozpiętości I>20m powinny być mierzone ugięcia w 0,25 i 0,75 l)

Repery odniesienia

Należy również zastabilizować po 4-5 reperów odniesienia po każdej stronie mostu (po każdej stronie mostu będą potrzebne minimum dwa repery tzw. robocze).

Repery muszą spełniać warunek wzajemnej stałości. Odległość między dwoma reperami sąsiednimi nie powinna być mniejsza niż 100m.

Minimalna odległość reperu od nasypu nie powinna być mniejsza niż pięciokrotna jego wysokość. Nie należy lokalizować przy drogach o dużym natężeniu ruchu!

Metody pomiaru przemieszczeń poziomych

W zależności od charakteru obiektu stosuje się następujące metody pomiarowe:

- metodę trygonometryczną

- metodę stałej prostej

- metodę fotogrametryczną

- metodę GPS

Metoda trygonometryczna służy do badania budowli piętrzących oraz przyczółków i filarów mostowych. Charakterystyka sieci trygonometrycznej:

Sieć trygonometryczna to sieć pomiarowa, w której pomierzono kierunki lub kąty poziome w celu okresowego wyznaczania przemieszczeń poziomych. Niezbędne elementy liniowe potrzebne do obliczania współczynników kierunkowych mierzy się tylko raz z niewielką dokładnością.
Typy sieci trygonometrycznej:

- sieć pełna

- sieć niepełna

- sieć powierzchniowa

W skład każdej tej sieci wchodzą 3 rodzaje punktów:

- punkty kontrolowane - (zw. potocznie celownikami) obserwowane z reguły za pomocą celowych zewnętrznych

- punkty wiążące - (zw. krótko stanowiskami) wykorzystywane z reguły jako stanowiska obserwacyjne

- punkty odniesienia, w skład których wchodzą zależnie od rodzaju sieci:

* niektóre punkty wiążące (w sieciach pełnych i niepełnych) spełniające wymagania:

a) wykazują niezmienność w granicach wpływów błędów pomiarowych

b) pozostają w takich warunkach terenowych, które nie wskazują na możliwość przemieszczenia się tych punktów

- punkty założone w otoczeniu pojedynczych stanowisk (zw. często kontrolnymi), obserwowane za pomocą kierunków wewnętrznych (stosuje się tylko w sieciach niepełnych)

- odległe punkty orientujące (mogą być stosowane we wszystkich typach sieci, jeżeli celowe zewnętrzne do nich nie będą narażone na szkodliwe wpływy środowiska obserwacyjnego).

Sieci pełne zakłada się na potrzeby wieloletnich, precyzyjnych obserwacji, wielkich budowli narażonych na duże i zmienne obciążenie, no. zapory

Sieci niepełne zakłada się na terenach małej przejrzystości, np. (miasta, tereny przemysłowe) charakterystyczne jest to, że pojedyncze stanowiska obserwacyjne nawiązuje się pośrednictwem celowych wewnętrznych do punktów kontrolnych oznaczonych na nieodległych górach lub skałach.

Sieć trygonometryczna powierzchniowa

Sieć powierzchniową zakłada się do badania odkształcenia terenu, płyt, obiektów łatwo dostępnych (celowe obustronne) Sieć powierzchniową traktuje się pod względem utrwalenia punktami i dokładności obserwacji na ogół jako sieci niepełne.

Obserwacje TE0010, T2

Przemieszczenie punktu kontrolowanego

Δn - przemieszczenie reperu następnego

Δp - rzemieszczenie reperu poprzedniego

l_i=h_i-h_i' - wyraz wolny

---