mag . B. Kovačič

" "* mag. Boštjan KOV ACIC

- 136 - AKTUALNI VODNOGOSPODARSKI PROJEKTI

OPAZOVANJE POMIKOV JEZOV S 'v

POMOeJO GEODETSKIH METOD

POVZETEK

Gradnja jezov na rekah zahteva precej pripravljalnih del. Proučiti je potrebno smiselnost gradnje, ekološke vidike ter seveda varnost pred poplavami. Jezovi so grajeni po vseh predpisih varnosti , potrebno pa je njihovo stanje spremlajti. Stanje opazujemo ponavadi s klasičnimi geodetskimi metodami, v članku pa bi rad predstavil novo metodo opazovanja pomikov, katero smo že uporabili na različnih konstrukcijah, na katerih smo opazovali predvsem vertikalne pomike.

1. UVOD

V geodetski praksi se pogosto srečujemo z določanjem geometrijskih lastnosti objektov in njihovih sprememb. V ožjem pomenu so to naloge določanja sprememb položaja in oblike objekta, glede na okolico, v odvisnosti od časa . Deformacije objektov nastajajo zaradi zunanjih in notranjih vpivov kot so sila vetra, delovanje temperaturnih sprememb, tektonski in seizmološki vplivi , spremembe v višini talne vode, statična in dinamična obremenitev objektov ...

Analiza več visokovodnih Metode merjenja premikov in deformacij so se do nedavnega delile na geodetske (absolutne) in fizikalne (relativne) metode. Z razvojem merskih tehnik in elektronike pa so se pojavili številni inštrumenti, ki jih ne moremo uvrstiti v nobeno skupino. Tako lahko metode merjenja premikov in deformacij delimo glede na uporabljeni inštrumentarij : • geodetske metode s pomočjo teodolita , nivelirja, elektrooptičnega razdaljemera , elektronskega

tahimetra ... • fizikalne metode s pomočjo elektronskih, optičnih , mehanskih in hidrostatičnih inštrumentov

prirejenih za merjenje deformacij . Problem, ki se pojavlja pri odkrivanju deformacij je ta, da je potrebno določiti potek deformacij v določenem časovnem zaporedju . Za določitev vertikalnih deformacij uporabljamo različne geodetske metode. Do sedaj so večinoma določali pomike z metodo niveliranja, ki pa ne zadošča predvideni natančnosti. V ta namen na konstrukcijah uporabljamo več različnih metod, kot so klasična višinska izmera s pomočjo elektronskega tahimetra, metoda prezicnega niveliranja in laserska geodetska metoda s pomočjo inštrumenta NIKON-EPS-02A, da se izognemo morebitnim grobim pogreškom, ki bi z uporabo le ene metode lahko bili prisotni.

2. STABILIZACIJA TOČK

Za kvalitetno določitev pomikov moramo predhodno stabilizirati merska mesta (vsaj štiri) in smiselno določiti in signalizirati merske točke. V praksi se merska mesta za geodetsko izmero stabilizirajo na obeh brežinah reke (T1 ,T2 ,T3 in T4), kjer ni predvidenih pomi kov. Mesto se stabilizira z betonskim stebrom na katerega pritrdimo geodetski inštrument. Za natančno doloČitev pomikov jezov je potrebno pred izmero preveriti položaj teh točk z navzkrižno meritvijo (Slika 1)

• mag. Bo~tjan KOVAČiČ , univ.dipl.inž.geod. , Univerza v Mariboru, Fakulteta za gradbeni~tvo , Smetanova 17, Maribor

MiŠiČEV VODARSKI DAN '99

- 137 -mag . B. Kovačič

::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::BREŽI ......... , ................................................................................. .

== == JEZ '" '" "'REKA

T3 T4 ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::BREŽI

Slika 1: Stabilizacija merskih mest za navzkrižno opazovanje

AKTUALNI VODNOGOSPODARSKI PROJEKTI

Iz vsakega merskega mesta (Tn) navzkrižno določamo položaje ostalih merskih mest. Opazujemo smeri in dolžine ter iz tega izračunamo koordinate vseh točk . Na podlagi navzkrižne izmere izvršimo izravnavo merskih mest. Signalizacija merskih točk poteka klasično, kar pomeni da točke signaliziramo ali s prizmami ali zlato ali pa s senzorji. Merska mesta morajo biti prej določena in stabilizirana z reperji. Karakteristične točke jezu, katere stabiliziramo in signaliziramo, nam določi statik.

Merske točke

o

Slika2: Stabilizacija merskih mest na jezu

Razporeditev merskih točk mora biti smiselna in vidna iz vseh stojiŠč . Ko preverimo položaj stojišč z navzkrižnimi meritvami začnemo z opazovanjem merskih točk . Na teh točkah na podlagi nulte meritve opazujemo pomike v treh dimenzijah (dx, dy, dz), glede na čas dt Slika 3.

dzldt

dx/dt

dy/dt

Slika 3: Pomiki v treh smereh v odvisnosti od časa

MiŠiČEV VODARSKI DAN '99

- 138 - AKTUALNI mag. B. Kovačič VODNOGOSPODARSKI PROJEKTI

Seveda bi bilo smiselno opazovati pomike ob konstantnem vodnem nivoju, saj se ob različnem spreminjajo sile F, ki delujejo na jez Slika 4.

nivo3

Q smer toka nivo2

jez

F3

F2

nivo1 F1 ------------------ ~

Slika 4: Velikosti sil F glede na nivo vode pred jezom

Sile Fn so seveda predvidene, potrebno pa jih je upoštevati pri določitvi pomika jezu.

3. METODE OPAZOVANJA

3.1 Klasična geodetska metoda niveliranja

Ta metoda je vsem najbolj znana, problem pa je, da lahko z njo določimo le pomik po z osi. Predvideni pomik po z osi je seveda minimalen, povzročijo pa ga lahko tektonski pomiki tal ali pa sile podtalnice. Metoda zahteva precizno opazovanje zato je najprimerneje uporabiti nivelir visoke natančnosti in lato z vgrajenim invar trakom. Z razvojem tehnologije nam nivelirji omogočajo meritve tudi na 0,01 mm natančno seveda ob idealnih pogojih . Sodobni digitalni nivelirji imajo opcijo tudi ponavljanja (treeking) meritev, kar nam omogoča spremljanje vertikalnih pomikov skozi določeno časovno zaporedje. Vsi podatki se beležijo v interni spomin in jih je možno prenesti na osebni računalnik , kjer izvedemo izravnavo in statistično obdelavo.

3.2 Metoda določanja pomikov s pomočjo elektronskega tahimetra

Inštrument s kateri največ opazujemo pomike je elektronski tahimeter oziroma vsem bolj znan kot totalna postaja (Slika 5) . Inštrument omogoča meritve kotov (Hz, V, v), dolžin (poševnih in horizonatlnih) , naklonov, površin in obodov ter koordinat novih točk . Decimaini zapis si lahko poljubno izberemo, za določanje takšnih pomikov uporabljamo ponavadi štirimestni decimalni zapis, to pomeni da dobimo koordinate na 0,1 mm natančno, seveda odvisno od dolžine in vremenskih pogojev. Inštrument nam omogoča tudi vnos temperature in pritiska ter tako izravna dolžine glede na atmosferske spremembe. Za signalizacijo točk uporabimo pentagon prizme (Slika 6) ali pa za trajno signalizacijo repro prizme (Slika 7) .

MiŠiČEV VODARSKI DAN '99

mag. B. Kovačič

.r ~",. :;. _~t . Slika 5: Elektronski tahimeter

- 139 -

Slika 6: Pentagon prizma

AKTUALNI VODNOGOSPODARSKI PROJEKTI

Slika 7: Repro prizma

Elektronski tahimeter ima vgrajen računalnik kateri nam omogoča takojšen izračun pomikov glede na nulto meritev. Inštrument se je pokazal kot zelo uporaben za določanje vseh vrst pomikov in deformacij objektov. Možna je časovna nastavitev meritev in sicer: • merjenje povečane natančnosti - PMSR - na vsake 3 sek, • normalna meritev - MSR - na vsake 0,8 sek, • sledenje - TRK - na vsake 0,5 sek. Prenos podatkov iz inštrumenta na osebni računalnik ter obratno je enostaven in možen v več oblikah zapisa (samo koordinate, polarni zapis, DXF, ... )

3.3 Metoda laserskega sistema

Laserski sistem opazovanja pomikov je v svetu že več ali manj znana metoda. Na določenih konstrukcijah smo že uporabili sistem NIKON-EPS-02A. Sistem je sestavljen iz laserskega rotirajočega nivelirja (Slika 8), sprejemnih senzorjev (Slika 9) in komunikacijskega terminala. Možna je zaporedna vezava 32 senzorjev. Sistem deluje na osnovi lasersekga žarka, katerega oddaja rotirajoči niveir. Senzorji zazanjo prehod žarka skozi mersko polje, ga registrirajo in preko komunikacijskih kablov in terminala pošljejo nazaj , kjer se na osebnem računalniku zabeleži. Sistem omogoča opazovanje vertikalnih pomikov na 0,3 mm natančno . Sistem je primeren za opazovanje pomikov skozi daljšo časovno obdobje. Na merskih mestih pritrdimo sprejemne senzorje , ki imajo protivlažno zaščito , j ih medsebojno povežemo in vzpostavimo komunikacijo z osebnim računalnikom . Na primernem mestu postavimo rotirajoči nivelir ter zaženemo meritev. Na osebnem računalniku lahko s pomočjo

prirejenega programa »Laser« (Slika 1 O) spremljamo deformacije na objektu. Rezultate lahko preglejujemo tabelarično (Slika 11) ali v obliki grafa (Slika 12).

Slika 8: Rotirajoči nivelir Slika 9: Sprejemni senzor

MiŠiČEV VODARSKI DAN '99

- 140-mag. B. Kovačič

AKTUALNI VODNOGOSPODARSKI PROJEKTI

merit(l\! El

-'" -~J r""'''"'' !;l.ulje dataoff~c1 ~02500mm

master " " O št. [PS n povprecenja [ol 01- ~~ ------ .

1::.I'S1 _ .. _J 1.1 cikJllS (0_' sek) 10001

1 OOOP:l~~O

I::.l'Sl I n (1= Ol<., 1 =

FPS'l I lilop po llin g. 2 = smer ~ 0=(101-)!l0r n ni~oY~li1ve

rps~ I 1.1

~ ~ I c~n:el l

Slika 10: Program Laser - nastavitev števila Slika 11 : Program Laser - osnovna nastavitev senzorjev

5

4+--------+--------+-------~~~--~~------4_--------

3 +--------+--------+--------r~r_--~r+------~--------

2 +--------+--------+-------~~~--~~------4_------~

3 ~~~--+-_+--------+_------_r~~--~~~----~--------

4

5

Slika 12: Prikaz pomikov v obliki grafa

FILTER: 1 npovprečia : 100 I povprečenje

čas[sek] p1[mm] p2[mm] Ip3[mm] I pov1 pov2 Ipov3

° ° ° ° 0,06 -0,752 -0,075 1 ° -1 O 006 -0,77 -0,08 2 ° ° ° 0,06 -0,784 -0,09 3 O ° ° 0,06 -0,808 -0,095 4 0,5 -1 ° 0,06 -0,838 -0,1 5 ° -0,5 ° 0,055 -0,852 -0,105 30 ° -0,5 ° 0,055 -0,871 -0,105 31 O -0,5 ° 0,055 -0,89 -0,105 32 ° -0,5 ° 0,055 -0,903 -0,105 33 ° ° ° 0,055 -0,922 -0,105 34 ° O ° 0,055 -0,946 -0,105 35 ° ° ° 0,055 -0,97 -0,105 36 ° ° ° 0,055 -1 -0,105 37 ° -0,5 ° 0,055 -1,024 -0,105 38 ° -O 5 ° 0,055 -1 ,043 -0,11 39 ° -0,9 ° 0,055 -1,062 -0,115 40 ° ° O 0,055 -1,077 -0,1 25

Slika 13: Prikaz pomikov v tabelaričnem zapisu

MI~IČEV VODARSKI DAN '99

p2tml

- p3tml

-pltml

- po\i

osnovni podatki I pomik[0.1 mm] -5

° ° 5 5

° ° ° ° 5

° ° ° ° ° ° 5

-5 -10 O -10 -10 -5 -5 -5 -5 O -10

° -10 -5 -5 -9

°

O

° ° O O O

° ° ° ° ° ° -1 0

° -10 O -10

mag . B. Kovačič

4. ZAKLJUČEK

- 141 - AKTUALNI VODNOGOSPODARSKI PROJEKTI

Seveda je najbolje, da opazujemo pomike z več metodami hkrati , kar pa podaljša čas izmere in zahteva dodaten kader. Zanseljivost metod se na ta način poveča , kar je bistvo meritev. Z razvojem tehnologije se bodo posamezne metode še bolj izpoplnile in izpodrinile določene manj zanesljive. Danes se v svetu uporablja GPS (Global Positioning Sytem) metoda vendar je zaradi začetnih visokih investicij pri nas za manjše izmere predraga.

5. LITERATURA

Electronic Positioning Staff EPS-02A, Reference Manual , Nikon Europe, 1994.

Electronic Staff, EPS-02A Operation Manual , Nikon Europe, 1994.

University of Maribor, Faculty of Civil Engineering, Report about performed loading test for bridging construction No. 185 and 186, 1998.

Kovacic B., Lipnik G., Strukelj A. , "Using the Laser Geodetical Equipment for determination the vertical constructions movements" in "1.51 International Expertly Meeting , Geodesy in Civil Engineering", University of Maribor, Faculty of Civil Engineering, Slovenia, 7-12, 1999.

Turbo Pascal for Windows Programming Guide, Boriand , 1991 .

MiŠiČEV VODARSKI DAN '99