V ostatných rokoch sa venuje zvýšená pozornosť meraniu posunov stavebných objektov a fyzikálnym faktorom, ktoré pôsobia na stabilitu najmä základových konštrukcií objektov. Príčinou tohto zvýšeného záujmu je skutočnosť, že stavebné objekty sa navrhujú a budujú kvôli ochrane poľnohospodárskeho pôdneho fondu, na menej hodnotných pozemkoch s horšími geologickými, hydrogeologickými a základovými podmienkami. Okrem toho sa budujú nové objekty so zložitou konštrukciou a veľkými rozmermi, s náročnými technologickými zariadeniami, ktoré z hľadiska bezpečnosti a funkčnej spoľahlivosti, vyžadujú stálu kontrolu základových a nosných konštrukcií objektu.

10.1 ÚČEL A VÝZNAM MERANIA POSUNOV

Účelom merania posunov a deformácií konštrukcií stavebných objektov je:

• získavať podklady na posudzovanie správania sa základových pôd zaťažených objektom, a o pôsobení objektu na blízke okolie,
• porovnávať skutočné (namerané) posuny a deformácie konštrukcií objektu s očakávanými teoretickými hodnotami,
• sledovať stav, funkčnú spoľahlivosť a bezpečnosť konštrukcií stavebného objektu a vplyv rozličných fyzikálnych faktorov prostredia na stabilitu konštrukcií objektu.

Každý, aj správne založený a vybudovaný stavebný objekt, zaznamenáva nielen počas výstavby, ale aj počas prevádzky určité priestorové zmeny, ktoré pôsobia na geometrické parametre konštrukcií objektu, a tým narušujú ich statickú funkciu a spoľahlivosť. Najčastejšie dochádza k sadaniu základov objektu a k deformáciám nosných konštrukcií, ktoré časovo prebiehajú rozlične podľa druhu, tvaru a rozmerov základov, priebehu zaťaženia a fyzikálnych faktorov prostredia.

Informácie, ktoré sa získajú meraním posunov pozorovaných bodov objektu, využívajú sa na overovanie teoretických hodnôt, na diagnostiku a prognózu zmien v správaní sa sledovaných základových a nosných konštrukcií objektu v ďalšom období, prípadne na včasné odstraňovanie porúch vo výstavbe, alebo v prevádzke objektu.

Sadanie (zdvíhanie) - zvislú zložku posunu smerom dolu (hore), väčšinou vyvolanú stlačením základovej pôdy.

Relatívny posun - posun pozorovaného bodu určený relatívne vzhľadom na zvolený pozorovaný (vzťažný) bod. Vyjadruje vzájomné relatívne zmeny pozorovaných bodov objektu.

d) ide o objekty, kde sa očakávajú nerovnomerné posuny počas výstavby alebo prevádzky.

Presnosť merania posunov závisí od veľkosti a charakteru posunov za určitý čas. Podľa ČSN 730405 [17] napr. presnosť merania zvislých posunov je charakterizovaná hodnotou základnej strednej chyby

Posuny, najmä ich zvislú zložku možno určovať rozličnými fyzikálnymi meracími metódami (mechanickými, optickými, elektrickými, elektronickými, hydrostatickými a pod.), medzi ktoré patria aj geodetické metódy, najmä metódy nivelácie, trigonometrická metóda a fotogrametrické metódy.

Geodetické metódy poskytujú informácie o posunoch v absolútnych alebo relatívnych hodnotách, kým ostatné meracie metódy vo väčšine prípadov poskytujú informácie iba o relatívnych hodnotách posunov.

Princíp merania posunov je v tom, že, najprv sa vykoná základné meranie pozorovaných bodov objektu, väčšinou pri nulovom zaťažení základovej škáry objektu, a potom sa vykonajú podľa projektu, etapové merania počas výstavby pri postupnom zaťažovaní základnej škáry objektu nosnými konštrukciami objektu.

Geodetické metódy merania posunov vyžadujú, aby sa v predstihu pred meraniami vybudovala sieť pevných (lepšie vzťažných) bodov na každej stavbe minimálne 3 až 4 body. Ich lokalizácia a stabilizácia v priestore stavby musí byť taká, aby sa ich poloha a stabilita nenarušila stavebnou činnosťou alebo inými vplyvmi na stavenisku.

V ČSFR sa na stabilizáciu vzťažných bodov používa skalná stabilizácia, t.j. klincová alebo čapová nivelačná značka osadená do skaly, betónová stabilizácia betónovými blokmi alebo hĺbková stabilizácia, po ktorej sa používa geologická pažnica do hĺbky min. 2,5 až 4,0 m (obr. l4.1b). Podrobnosti o stabilizácii vzťažných bodov sú v ČSN 73 0416 [13]. Polohové vzťažné body sa stabilizujú betónovými piliermi (obr. 1O.1a), ktoré majú platničku na zvislé dostredenie a upevnenie teodolitu 1 a väčšinou aj čapovú nivelačnú značku, prípadne aj zvýšenú rúrkovú konštrukciu 2 pre stanovisko prístroja (obr. l0.1).

a - polohovej siete, b - výškovej siete; 1 - výšková značka, 1 - kryt, 3 - betón

Pri geodetických metódach sa vyžaduje sieť pozorovaných bodov na objektoch. Ich rozmiestnenie a stabilizáciu na objektoch určuje projekt merania posunov. V praxi sa na stabilizáciu výškových bodov obvykle používajú špeciálne klincové alebo čapové značky vyhotovené z antikoróznych materiálov (bronz, oceľ a pod.) (obr. l0.1 ). Ich počet a rozmiestnenie na objekte má byť taký, aby sa mohli spoľahlivo určovať posuny staticky dôležitých častí základových aleho nosných konštrukcií objektu. Meracie značky na objektoch musia byť stabilné, tvarom vyhovujúce, nenápadné a lokalizované na objekte tak, aby pre geodetické merania boli prístupné. Značky sa označia číslami a proti korózii sa musia chrániť ochrannou farbou a krytom (poklopom).

Obr. 10.2. Odporúčané typy výškových značiek pozorovaných bodov na zobrazenie posunov

Pozorované hody (značky) na meranie vodorovných posunov (trigonometrickou a fotogrametrickou metódou alebo metódou zámernej priamky) majú zvyčajne tvar čierno-bieleho medzikružia z plastov alebo z kovových antikoróznych materiálov (obr. 10.3). Výhoda značiek tohto typu je v tom, že nie sú citlivé na presné alebo vodorovné osadenie na objekte a sú veľmi vhodné na veľmi presné cielenie nielen pri priamych ale aj pri bočných zámerách.

Obr. 10.3. Kruhový typ zámernej značky na meranie vodorovných posunov

Meranie posunov stavieb patrí medzi špeciálne práce geodézie a na ich realizáciu odporúčame [6, 17] alebo MN na meranie posunov a deformácií stavebných objektov geodetickými metódami. SÚGK 984 313 MN-1(83), resp. MN ČÚGK 984313 MN-1(78).

Na meranie zvislých posunov používame geometrickú, hydrostatickú a laserovú niveláciu, ako aj trigonometrické, fotogrametrické a iné relatívne fyzikálne metódy. Zvislé posuny sa určujú v absolútnej alebo relatívnej vzťažnej sústave.

Na meranie zvislých posunov sa najčastejšie používa veľmi presná nivelácia (VPN) alebo presná nivelácia (PN). Pre osobitne náročné úlohy sa používa aj zvlášť presná nivelácia (ZPN). Princíp použitia nivelácie je založený na periodicky sa opakujúcich niveláciách pozorovaných bodov stabilizovaných na meranom objekte. Pri nivelačných meraniach sa používa postup geometrickej nivelácie [29]. V obťažných podmienkach stavebných objektov sa používajú namiesto trojmetrových invarových nivelačných lát nivelačné laty dĺžky 1,75 m alebo 1,0 m (napr. firmy Kern, Wild, Zeiss a pod.). Na určovanie posunov sa používajú prevýšenia medzi pozorovanými a vzťažnými bodmi, z ktorých môžeme vypočítať výšky pozorovaných bodov. Na nivelačné meranie používame vložen ý alebo uzavretý nivelačný ťah. Vhodnejší je uzavretý nivelačný ťah, ktorý začína a končí na tom istom bode. Každý nivelačný ťah meriame dvakrát (obr. 10.4).

Podľa realizácie nivelačnej zámery môžeme na niveláciu použiť libelové alebo kompenzátorové nivelačné prístroje. Podľa zdroja svetla na niveláciu používame optické alebo laserové prístroje a podľa presnosti (strednej kilometrovej chyby dvojitej nivelácie - mo) veľmi presné nivelačné prístroje (m0 ‹= 0,3 mm) alebo presné nivelačné prístroje (0,3 < m0 < 1,0 mm). V priestoroch s dynamickými otrasmi sa kompenzátorové a laserové prístroje neosvedčujú.

Na meranie zvislých posunov sa používa presná hydrostatická nivelačná súprava napr. firmy Freiberg alebo prístroje vyvinuté Ústavom merania (ÚM) SAV a VÚGTK v Zdiboch [5]. V praxi sa používajú prenosné alebo stacionárne hydrostatické prístroje trvale namontované na meranom objekte. Z hľadiska rýchlosti a presnosti merania sú vhodnejšie stacionárne automatické hydrostatické prístroje. Dosahuje sa nimi presnosť relatívneho prevýšenia bodov ±0,005 až 0,010 mm. Tieto prístroje sa používajú u nás napr. na meranie naklonenia objektov atómových elektrární v Jaslovských Bohuniciach. Podrobnosti o meraní posunov hydrostatickou niveláciou sú v [5], resp. [29].

Trigonometrickou metódou možno určovať priestorové zmeny v polohe pozorovaných bodov, t.j. posuny v smere osi y, x, z, a to v relatívnych alebo absolútnych hodnotách. Metóda je založená na meraní vodorovných a zvislých uhlov z dvoch alebo troch stanovísk prístroja. Na základe uhlových zmien pri etapovom meraní oproti základnému meraniu a známej dĺžky zámer, vypočítame výškové a polohové posuny pozorovaných bodov objektu. Dĺžky zámer, potrebné na výpočet posunov pozorovaných bodov, získame z pretínania napred uhlami.

Výrazy A = d/d " cos² b a B = tgb sú zväčša pre všetky etapy merania prakticky konštantné a vypočítame ich iba raz pri základnom meraní.

Pri väčších prevýšeniach medzi pevnými a pozorovanými bodmi je trigonometrická metóda rýchlejšia ako nivelácia a umožňuje merať zvislé posuny aj v tých prípadoch, keď niveláciu nemožno použi. Niveláciu však nemôže nahradiť. Ekonomicky je výhodná najmä vtedy, kde je vybudovaná trigonometrická sieť na meranie vodorovných posunov. Presnosť určenia zvislých posunov je asi ±0,4 až 0,7 mm. Táto metóda je vhodná na meranie zvislých posunov pozorovaných bodov sypaných priehrad, oceľových nosných konštrukcií mostov, priemyselných hál a pod. Vodorovné posuny pozorovaných bodov určujeme pri známych dĺžkach zámer zo zmien vodorovných uhlov meraných z dvoch, obyčajne troch pevných bodov - stanovísk prístroja (obr. 10.7). Veľkosť vodorovných posunov pozorovaný ch bodov môžeme určovať graficky, počtársko-graficky alebo počtársky, t. j. výpočtom pravouhlých súradníc pozorovaných bodov pomocou programov počítačov.

n - na výpočet počtársko-grafickým postupom, b - na výpočet Pravouhlými súradnicami

Fotogrametrické metódy umožňujú v krátkom časovom rozpätí, prakticky súčasne, zaregistrovať na snímkach množinu pozorovaných bodov na objekte, a to tak vo vertikálnom, ako aj horizontálnom smere, ktoré po meračskom fotogrametrickom vyhodnotení poskytujú informácie o priestorovej situácii pozorovaných bodov na meranom objekte. Fotogrametrické snímky, vyhotovené a rovnakých stanovísk fotokomory, v dvoch Fasových obdobiach, umožňujú určiť posuny pozorovaných bodov objektu v rovine snímky, t.j. v súradniciach x, z, resp. vo všetkých troch smeroch, t.j. v súradniciach x; y, z, keď snímky vyhotovíme na priestorovej základnici.

komponenty deformačných posunov D x a D z podľa vzťahov

Podrobnosti o fotogrametrickom meraní a vyhodnotení snímok sú uvedené v učebnici Fotogrametria. Pri metóde s reálnou priestorovou základnicou sa fotogrametrické snímky vyhotovia z dvoch bodov (stanovísk) konkrétnej fotogrametrickej základnice (obr. l0.86). Z rovnakých stanovísk sa vyhotovia snímky pri základnom a etapovom meraní. Po vyhodnotení snímok vo všetkých troch smeroch, t.j. v súradniciach x, y, z vypočítame hodnoty posunov D x, D y, D z [5].

Presnosť fotogrametrického určenia posunov podstatne závisí od miery snímok, kvality fotokomory, snímkového materiálu, kvality vyhodnotenia snímok a od vzdialenosti fotokomory od meraného objektu. V praxi sa dosahuje presnosť v súradniciach x, z (v rovine snímky) asi ±0,3 až 0,5 mm a v súradnici y presnosť ±2 až 3 mm (presnosť klesá so štvorcom vzdialenosti fotokomory od objektu). Fotogrametrické metódy majú nevýhodu v tom, že výsledky merania nie sú k dispozícii ihneď po meraní, ale až po ich laboratórnom spracovaní a vyhodnotení snímok. Fotogrametrické snímky objektu majú však cennú dokumentačnú hodnotu a možno ich vyhodnotiť aj z iných hľadísk, na aké sa pôvodne určili. Fotogrametrické metódy sa osvedčili pri meraní priehybov nosných oceľových konštrukcií mostov, pri meraní posunov sypaných priehrad, deformácií stožiarov, dynamiky zosuvov a pod. [5].

Meranie vodorovných posunov zámernou priamkou patrí medzi jednoduché a rýchle metódy. Princíp metódy je v meraní vodorovných odchýlok pozorovaných bodov objektu od zvislej roviny danej dvoma pevnými bodmi (obr. 10.9). Na jednom konci zámernej priamky je stanovisko prístroja P a na druhom konci zámerný terč T. Vodorovné posuny pozorovaných hodov môžeme merať v podstate dvoma spôsobmi:

- pomocou posuvného zámerného terča s lineárnym meradielkom, ktorým zaradujeme pozorované body do smeru zámernej priamky a jeho polohu odčítame na lineárnom meradielku s mikrometrickou skrutkou. Rozdiel čítaní pri základnom a etapovom meraní je priečny posun q pozorovaného bodu.

Meranie sa skladá zo základného a etapového merania. Podľa meraných paralaktických uhlov, resp. čítaní na meradielku, vypočítame vodorovné posuny pozorovaných bodov. Dĺžky zámer J od prístroja po pozorované body objektu (pre meranie paralaktických uhlov) stačí poznať len jedenkrát pri základnom meraní s pomernou presnosťou 1 : 500 až 1 : 1 000. Priečny posun v polohe pozorovaného bodu vypočítame podľa vzorca

Meranie posunov zámernou priamkou je vhodné na meranie vodorovných posunov priehrad, podpier alebo nosných konštrukcií mostov, oporných múrov na cestách a pod.. Presnosť merania je ±0,2 až 0,4 mm. Stabilitu pevných (vzťažných) bodov zámernej priamky overujeme zaisťovacími bodmi A a B (obr. l0.9). Na meranie posunov zámernou priamkou sa používajú aj laserové prístroje [38], ktoré proti optickým prístrojom majú väčší dosah, väčšiu rýchlosť, skracujú čas na meranie, ale znižujú presnosť merania. Podrobnosti sú v [5].

Sledovanie dynamiky zosuvov možno zabezpečiť rozličnými fyzikálnymi meracími metódami, medzi ktoré sa zaradujú aj geodetické metódy najmä metódy nivelácie, trigonometrická metóda, metódy zámernej priamky a fotogrametrické metódy. Pozorované body (prirodzene alebo umele stabilizované) zvolíme v teréne tak, aby sme určili smer hlavných pohybov hornín a hranicu zosuvnej oblasti (Nemčok, A.: Zosuvy v slovenských Karpatoch, Bratislava 1982). V praxi sa najčastejšie uplatňujú fotogrametrické a trigonometrické metódy, pričom sa využívajú elektrooptické dĺžkomery.

Dynamiku zosuvného územia možno vyjadriť vrstevnicami, profilmi a rezmi vo vodorovnom i zvislom smere alebo vektormi jednotlivých pozorovaných bodov alebo terénnych útvarov.

• získajú sa podklady na odvodenie parametrov charakterizujúcich určité geologické pomery a spôsob dobývania nerastov alebo na vybudovanie podzemných objektov,
• zistia sa účinky podkopania na deformácie zemského povrchu a stavebné objekty, a to z bezpečnostných alebo hospodárskych (určenie škôd) dôvodov.

Z geodetických metód sa na meranie posunov používajú ojedinele aj polygónové ťahy (na meranie vodorovných posunov hrádzí, zosuvných území a pod.), elektrooptické dĺžkomery (na meranie zosuvných území a pod.), optické prevažovače (Zeiss PZL I00, Wild ZL/NL) a na meranie náklonu výškových objektov (napr. optické pendametre) a pod. Z iných fyzikálnych metód sú to najmä prístroje na meranie relatívnych zvislých alebo vodorovných posunov, ako napr. digitálna libela AE 20 firmy VEB Feinmessenfabrik Suhl (SRN), elektronické nivelačné prístroje firmy Tesa - Niveltronic, Minitevel a Leveltronic (Švajčiarsko) koincidenčná libela Zeiss 0,01 mm/m, tenzometre, kyvadlá atď. Podrobnosti sú v [5].

Pri všetkých metódach merania posunov sa okrem číselných údajov o posunoch a deformáciách konštrukcií objektu vypracuje aj grafické zobrazenie výsledkov meraní a technická správa.

Vyhodnotenie merania posunov sa väčšinou skladá zo štyroch etáp. V prvej etape sa vykonáva na stanovisko kontrola správnosti meraných hodnôt. Pri nivelačnej metóde sa prekontrolujú rozdiely medzi meraním tam a späť a uzávery v nivelačnom ťahu, pri trigonometrickej metóde sa kontroluje hrubé vystredenie zápisníkov, uzáverov v skupine, odchýlky na jednotlivé merané smery medzi skupinami a vykoná sa súčtová kontrola zvislých uhlov meraných v dvoch polohách a pod. Ak sú namerané hodnoty rozdielne, meranie sa opakuje.

V druhej etape sa vykoná úplné vystredenie zápisníkov a výpočet vyrovnaných hodnôt.

Spôsob a lehoty spracovania výsledkov merania, odovzdanie čiastkových správ a záverečnej správy urči projekt merania posunov [17]. Z výsledkov meraní posunov stavebných objektov je zrejmé, že okrem vlastných meraní treba súčasne s meraním registrovať nielen stavebné a prevádzkové podmienky, ale aj zmeny atmosférických a iných fyzikálnych faktorov v danom prostredí merania, ktoré môžu nepriaznivo ovplyvniť presnosť, alebo ktoré pôsobia na stabilitu základov a deformácie základových a nosných konštrukcií objektu. Sú to najmä teplota vzduchu a pozorovaných konštrukcií, hladina podzemnej vody, slnečné žiarenie, vietor, zrážky, vlhkosť vzduchu a ďalšie údaje. Tieto podmienky určí projekt merania posunov. Získané údaje sú potrebné na geodetické, geologické, geotechnické a statické vyhodnotenie meraných posunov.

Výsledky merania sa spracúvajú a vyhodnocujú tabelárne a graficky. K výsledkom merania treba uviesť stručný komentár, ktorým sa zhodnotia podmienky merania, presnosť a vykoná sa interpretácia výsledkov merania. Spôsob tabelárneho spracovania výsledkov merania posunov určí projekt. Vyhodnocujú sa posuny vzťažných a pozorovaných bodov vzhľadom na základné meranie a ich stredné chyby, ktoré možno uviesť pre jednotlivé body alebo pre skupinu bodov.(tab. 10.1 ).

Tabuľka 10.1 Výsledky merania zvislých posunov objektu ZZP

• čiary sadania základov objektu v závislosti od času a iných činiteľov (obr. 10.10),
• izočiary rovnakého sadania,
• vektorové zobrazenie vodorovných posunov,
• azonometrické znázornenie posunov (obr. l0.ll ),
• pozdĺžne alebo priečne rezy sústav pozorovaných bodov objektu, - časový priebeh posunov, priehybov (obr. 10.12) a iných deformačných prejavov,
• iné špeciálne zobrazenia posunov.

Dodržanie požadovanej presnosti merania posunov sa overuje testovaním presnosti meraných posunov [17].

b) čiastkové správy o meraní, ktoré obsahujú údaje o realizovaných meraniach, výpočty a rozbory presnosti, použité vzťažné (východiskové) body, výsledky merania, údaje o podmienkach a zmenách Fyzikálnych faktorov prostredia, ovplyvňujúcich výsledky merania a statiku sledovaných konštrukcií objektu,

c) záverečnú technickú správu a čiastkové správy o výsledkoch merania,

d) geodetickú, geotechnickú a statickú interpretáciu výsledkov jednotlivých alebo vybraných etáp merania. Odporúča sa, aby pri nových stavbách odborné posúdenie vykonal projektant objektu a pri používaných objektoch spracovateľ odborného statického posudku.

Opatrenie na zabezpečenie ochrany a bezpečnosti pracovníkov pri meraní posunov stavieb obsahujú predpisy [24], prípadne osobitné predpisy pre konkrétnu skupinu stavieb (energetické, priemyselné, dopravné, hydrotechnické a iné stavby).