TRASAREA SI MONITORIZAREA CLADIRILOR INALTE

CUPRINS1.Particularitatile lucrarilor topografice la montajul constructiilor foarte inalte:

trasarea clădirilor cu multe etaje trasarea construciilor in forma de turn

2.Procedee de masurare la verificarea montajului prefabricatelor procedeul vizarii laterale cu teodolitul procedeul intersecţiilor unghiulare procedeul prin fotogrammetrie terestră

3.Masurarea deplasarilor si deformatiilor unghiulare generalitati determinarea rotirilor care au loc in plan vertical-(inclinari ale

constructiei) determinarea inclinarii constructiilor in raport cu o dreapta

de referinta vertical sau un plan de referinta vertical a)Cu ajutorul firului cu plumb

b) Cu ajutorul firului reticular vertical al teodolitului

determinarea inclinarii constructiilor prin metoda masurarii unghiurilor orizontale .

4. Influenta factorilor naturali asupra constructiilor inalte influenta radiatiilor solare influenta vantului si a seismelor

5.Instrumente şi dispozitive pentru transmiterea pe verticală a punctelor firele cu plumb optic

instrumentul Zenit Nadir tip Wild ZNL instrumentul Zenit Nadir tip Kern OL Wild ZBL, Roof and Ground Plummet

6.Topul celor mai inalte cladiri din lume

Particularitatile lucrarilor topografice la

montajul constructiilor foarte inalte

1.Trasarea clădirilor cu multe etaje

Această trasare depinde de tehnolgia de executie industrializată a acestor construcții cum sunt:clădiri cu structuri de beton armat turnate in cofraje la fiecare etaj si cu pereti si plansee din prefabricate,cladiri realizate din panouri mari prefabricate(imbinate la diafragma sau mai recent,imbinate pe golul ferestrei);cladiri din elemente spatiale din beton armat complet finisate si echipate din fabrica(camera complete sau camera spatiale)etc.

Specificul lucrarilor topografice la ecutia cladirilor cu multe etaje este urmatorul:

Axele pricipale ale cladirilor se traseaza pe teren fata de punctele retelei de sprijin (de obicei,punctele poligonometrice din localitati) sau fata de linia rosie(proiectata la sistematizarea cartierului)cu eroarea relativa medie patratica de circa 1:6000...1:8000;aceste axe se fixeaza in afara zonei lucrarilor de constructii prin borne de beton armat si repere de perete,devenind axe de trasare.Distantele din proiect dintre axele vecine se aplica cu ruleta etalonata cu eroarea in medie de ±1...2 mm.Baza de trasare in inaltime este alcatuita prin nivelment geometric de ordinul IV.

In timpul executiei pana la nivelul zero(cota planseului de la parter)axele se transpun cu teodolitul de pe bornele plantate pe imprejmuire,iar de pe aceasta prin intersectie repetata se transmite in groapa de fundatie,fixandu-le pe repere martori.Intre aceste axe se traseaza amplasamentele pentru turnarea sau montajul fundatiei si a panourilor pereti au subsolurilor cladirii.Montarea la cota proiectata a blocurilor de fundatie si a peretilor din subsol se face prin nivelment geometric.

Se transmite sistemul axelor de trasare de la nivelul zero la fiecare etaj,inclusiv cota orizontului de montaj respectiv.

In cazurile simple axele de trasare se proiecteaza de la primul etaj la nivelurile urmatoare prin plonjarea lunetei teodolitului.Pentru control se masoara la fiecare orizont de montaj distantele dintre axele fixate,care nu trebuie sa difere de cele de la proiectare cu mai mult de ±3...5mm.De la aceste axe se executa montajul scheletului cladirii pentru etajul urmator.Verticalitatea elementelor de constructie se verifica prin fire cu plumb si mai ales prin nivele-boloboc de lungime mare(1,5...3m).Peretii din blocuri si panouri se monteaza intre sarme intinse pe ambele fete ale peretelui si fata de elemente martori fixate la coluri.Montarea in inaltime se face pe baza reperelor de executie pe planseele fiecarui orizont de montaj prin nivelment geometric.

In cazul cladirilor complicate se alcatuieste o retea planimetrica de trasare spatiala sub forma de microtrilateratie,care are la toate etajele aceleasi sistem de coordonate. Transmiterea coordonatelor de la etaj la etaj se realizeaza prin procedeul verticalei optice care fixeaza pe placa de reazem a orizontului de montaj axele principale.Pentru control si cresterea preciziei,laturile retelei se masoara si se compenseaza.De la punctele acestei retele se traseaza toate elementele de constructie si se monteaza elementele cladirii.

Cotele din proiect se transmit la inaltime cu ajutorul panglicilor de invar sau a ruletelor de otel atarnate si a doua instrumente de nivelment instalate la etajele

corespunzatoare. Pentru a rescpecta dimensiunile in inaltime ale cladirilor se admite principiul stabilitatii relative a retelei de sprijin in inaltime alcatuita pe placa de fundatie,adica se considera cotele reperelor initiale ca netasabile,desi exista trasari ale fundatiei,iar fata de aceste repere se transmit cotele la toate etajele constructiei.Montajul in inaltime al elementelor de constructie la fiecare etaj se efectueaza fata de reperele de executie inglobate in fiecare planseu.

Se monteaza cu deosebita grija in pozitie proiectata elementele golului(casei) ascensorului si se verifica verticalitatea ghidajelor cabinei.

Se efectueaza ridicarea de executie,dupa terminarea montajului la fiecare etaj,aratand marimile si directiile abaterilor fata de proiect ale axelor blocurilor,panouri etc.

2. Trasarea construciilor in forma de turn(cosuri de fum,turnuri de racire ,furnale, castele de apa etc.)Necesita fixarea pe teren prin borne de beton a centrului O(fig.4.29) si cate doua repere pe fiecare din axele radiane ale constructiei(I si I`,II si II`etc.) astfel incat,semnalul apropiat se planteaza in apropierea fundatiei,iar cel departat ,la o distanta minima egala cu inaltimea constructiei.Distantele dintre aceste puncte se masoara cu precizie.

Dupa turnarea fundatiei turnului la cota proiectata se restabileste pozitia centrului O si se transpun pe soclul fundatiei punctele cele mai apropiate ale bazei de trasare(I` si II` etc.).

Pentru trasarile si observatiile asupra stabilitatii turnurilor din beton armat se alcatuieste o retea de sprijin sub forma unui sistem inelar de microtrilateratie,de microtriangulatie sau combinat,retea liniar-unghiulara.

Verticalitatea axei constructiei se verifica fata de reperul centrului O cu firul cu plumb,care este coborat din punctul central al cofrajului fiecarei centuri.La turnurile inalte,din cauza oscilatiilor puternice,precum si la P.Z.L.Dispozitivul se aseaza desupra punctului central O sau in punctul fixat de pe planseu si se proiecteaza optic verticala in sus,a carei urma se marcheaza pe cofrajul centurii.De asemenea ,la fiecare planseu se traseaza si se verifica cotele proiectului fata de reperele de nivelment.

La trasarea nivelurilor poate fi de asemenea folosit procedeul unghiurilor egale.Teodolitul se aseaza in statia departata I si se vizeaza punctul axial apropiat I`,facand citirea la cercul orizontal.Apoi indreapta luneta in sus la etajul care este de trasat fixand pe el aceasta pozitie:Se calculeaza unghiul orizontal ɣ cu relatia:

tg ɣ =r/d,

Unde:-r-este raza din proiect a inelului nivelului

respectiv;

- d-distanta de la punctul de statie pana la centrul constructiei.

Prin adaugarea unghiului ɣ la citirea pe limb si apoi scazandu-l,se obtin punctele D si D` din dreapta si din stanga ,care se fixeaza pe cofrajul etajului.Se repeta operatiilor cu teodolitul in cele doua pozitii ale cercului vertical,luand media pentru stabilirea pozitiei definitive a punctelor D si D`.Se procedeaza in mod analog din statia II`,cand se traseaza pe cofraj punctele C si C`.

In functie de precizia de trasare a unghiului ɣ si de masurare a distantei d,eroarea in determinarea razei r .

Care serveste la verificarea executiei.

Ridicarea de executie a turnului terminat se face din punctele I si II` masurand cu teodolitul in cele doua pozitii ale cercului vertical unghiurile orizontale formate de directii la punctele axiale de jos si la punctele din dreapta si din stanga aflate pe centurile inferioare,superioara si intermediare.Dupa aceste date se determina inclinarea generala a turnului si precizia de construire a centurilor la diferite niveluri.Se folosesc teodolite de precizie,iar calarea lor in timpul masurarii trebuie efectuata foarte atent.

Procedee de masurare la verificarea montajului prefabricatelor

1.Procedeul vizarii laterale cu teodolitul.

Acest procedeu ,numit si procedeul nivelmentului orizontal,determina distantele orizontale de la planul vertical pana la cele patru colturi ale elementului montat.Aceste distante se citesc pe mirele orizontale aplicate in colturile elementului prefabricat (de exemplu panouri mari,peretii camerelor etc.)Citirile se executa intr-un plan vertical realizat de teodolit si marca de vizare - de exemplu,bazele AB si CD(fig.4.30,a,b).Pentru cladirile cu pereti portanti longitudinali baza trebuie sa fie paralela cu axa longitudinala a cladirii(fig.4.30,a).Baza se traseaza prin aplicarea distantelor fata de marcile axiale,fixate pe soclul cladirii.

.

Fig.4.30.Determina abaterile la montaj prin procedeul vizarii laterale cu teodolitul :

a – vedere generala si detaliu de vizare la cele patru colturi ale banoului;

b – schema cu trasarea bazei.

Distanta de obicei nu este mai mare ca 2 si poate fi masurata cu precizie ridicata (± 0,2...0,5). Abaterea maxima in determinarea grosimii panourilor nu trebuie sa depaseasca ±1 mm.

Eroarea este provocata de influenta unui numar mare de erori componente ,dintre cele mai importante sunt:

– de centrare a teodolitului in punctul A;

– de reductie (de excentricitate) a marcii de vizare in punctul B;

– de vizare pe marca de vizare si pe mireta orizontala;

– de neperpendicularitate a axei nivelei de calare de pe cercul alidad pe axa de rotatie a teodolitului (de calare);

– erorile intamplatoare de divizare a miretei.

Deoarece in cazul acestui procedeu se vizeaza de doua ori(la inceputul pe tinta de vizare asezata in capatul bazei,iar apoi pe mireta orizontala),eroarea totala de vizara,exprimata in marimea liniara

Eroarea aproximatiei citirilor pe miretele cu diviziuni centimetrice se admite egala cu mc=±0,5 mm. (4.85)

In functie de tipul si dimensiunile dimensiunile cladirii din panouri prefabricate etc. Parametrii S si d se admit egali cu 50...10.

Pentru asigurarea unei vizari comode la etajele superioare ale cladirii,capetele bazei A si B se amplaseaza la distante de 25...30 m fata de

partea frontala a cladirii.In asemenea conditii,marimea S se poate admite egala cu 150m.Lungimea razei de vizare cu luneta pe mireta orizontala pana la colturile de la partea inferioara a panoului parter variaza de la = 25 m pana la = 125 m,iar la vizarea colturilor de la partea superioara a etajelor urmatoare – de la = 35 m pana la = 145 m.Acceptand e==0,5mm;v=,c =2000m,Ɛ=20’,ɟ=20”, se optine 3,1mm; ; 4,3mm.

Pentru controlul si cresterea preciziei masuratorilor este necesar ca observatiile pe aceeasi mireta sa fie executate din ambele capete ale bazei Precizia determinării abaterilor de montaj prin această metodă cum au arătat studiile şi cercetările experimentale [91] este destul de ridicată, totuşi folosirea procedeului vizării laterale într-o serie de cazuri devine dificilă. Se recomandă ca determinarea abaterilor de montaj să se efectueze imediat după montaj, cand există posibilitatea deplasării sau ajustării elementului în poziţie proiectată. Deoarece zona de acţiune a macaralei de montaj se întinde în lungul faţadelor clădirii, trasarea bazei cat şi prezenţa ajutorului de la miretă in această zonă este oprită de regulamentul de securitatea muncii.

La clădirile cu panouri portante transversale utilizarea acestui procedeu de determinare a abaterilor de montaj este de preferat, deşi volumul lucrărilor este mult mai mare. In acest caz se observă partea frontală a panourilor de rezistenţă (portante) jos şi sus. Observaţiile se execută din punctele bazei amplasate în acelaşi aliniament cu feţele panourilor portante sau pe un aliniament paralel cu acestea.

2.Procedeul intersecţiilor unghiulare.

Abaterile colţurilor pereţilor montaţi din panouri prefabricate faţă de planul vertical se pot determina de asemenea prin metoda intersecţiei unghiulare înainte aplicată pentru fiecare colţ al panoului. In cazul unei clădiri de volum mare, baza de intersecţie se amplasează faţă de faţada clădirii la distanţa de

maximum x0 50m, pentru o lungime a clădirii pană la 90...100 m. Pornind de la aceşti doi parametri se proiectează baza faţă de clădire, de obicei paralel cu faţada şi mărimile unghiurilor de Intersecţie (fig. 4.31)

Fig 4.31. Determinarea abaterilor de montaj

prin procedeul intersectie unghiulare inainte.

Totodată, admiţînd punctul A ca origină a sistemului de axe de coordonate rectangulare plane, iar baza de intersecţie, ca axa ordonatelor y, atunci, în cazul amplasării bazei paralel cu faţada clădirii, abscisa planului vertical al panourilor va fi egală cu x0 = 50 m

Eroarea medie pătratica m de măsurare a unghiurilor ⋉ si β este variabilă in acest caz. Valoarea ei va creşte odată cu mărirea unghiului de Înclinare a axei de vizare datorită creşterii influenţei erorilor componente provovate de înclinarea limbului, de instabilitatea erorii de colimaţie la variaţia focusarii lunetei, de înclinarea axei principale a teodolitului

V—V şi de asemenea datorită variaţiei mărimii unghiului de intersecţie ɣ în punctul intersectat). Pentru calculul preciziei necesare la determinarea abaterilor colţurilor panourilor se poate neglija inconstanţa valorii erorii m.

Metoda intersecţiilor unghiulare este convenabil a fi folosită la măsurătorile de control al montajului panourilor mari ale clădirilor cu pereţi portanţi transversali, deoarece aici volumul lucrărilor este mult mai mic, iar influenţa formei geometrice a intersecţiei este mai favorabilă, decit la clădirile cu pereţi portanţi longitudinali.

Trebuie menţionat că metoda intersecţiei unghiulare folosită la măsurătorile de control al montajului prefabricatelor consumă un mare volum de măsurători in teren şi de calcule. Totuşi o serie de cazuri o fac ca singura metodă posibilă, cum ar fi în locuri înguste de pe şantierul de construcţii, unde lucrează macaraua de montaj, iar folosirea altor procedee topografice de măsurare nu este posibilă. în asemenea situaţii se fac studii folosind metodele de statistică matematică pe un colectiv de minimum 200 puncte, pentru a stabili părţile din clădire al căror montaj este necesar a fi verificat prin procedee topogr.

3.Procedeul prin fotogrammetrie terestră

Acest procedeu este avantajos cand este necesar să se determine coordonatele unui număr mare de puncte, cat şi verificarea obiectelor inaccesibile. Totuşi nu trebuie opuse procedeele fotogrammetrice cu cele topografice, deoarece procedeele topografice sant mai simple ca tehnologie şi mod de organizare, inclusiv la controlul măsurătorilor efectuate prin procedeele fotogrammetrice. De aceea, alegerea unuia din aceste procedee este

condiţionată de posibilitatea şi utilitatea folosirii fiecăruia. Intr-o serie de cazuri este raţională folosirea combinată a procedeelor topografice şi fotogrammetrice.

Procedeul măsurătorilor de control al montajului folosind fototeodolitul constă in determinarea coordonatelor sau a creşterilor de coordonate dintre punctele clădirii şi compararea lor cu valorile proiectate corespunzătoare. Dacă trebuie găsită poziţia reciprocă dintre punctele clădirii, se poate lucra numai in coordonate fotogrammetrice. Trecerea de la coordonate fotogrametrice la coordonate geodezice, şi deci la utilizarea fototeodolitului in procesul de constructii-montaj, este necesară numai atunci cand se determină deformatiile construcţiilor, precizia montajului, volumul lucrărilor de terasamente etc.

MASURAREA DEPLASARILOR SI DEFORMATIILOR UNGHIULARE

1.Generalitati

Constructiile suple si inalte (cosuri de fum,turnuri de racire chiar si blocuri de loncuite inalte) datorita greutatii proprii foarte mari in raport cu suprafata de fundatie, precum si a unor factori naturali,sunt supuse unor deformatii care se caracterizeaza in general prin rotiri.Aceste rotiri pot avea loc in plan vertical (inclinari ale constructiei), in plan orizontal (rasuciri ale constructiei ) precum si vibratii si oscilatii ale acestora din cauza unor factori naturali ca vant,seisme etc.

2.Determinarea rotirilor care au loc in plan vertical(inclinari ale constructiei)

Aceste deformatii unghiulare sunt cele mai importante, intru-cat caracterizeaza stabilitatea constructiei in ansamblu,iar cunoasterea lor asigura o exploatare la parametrinormali a tuturor echipamentelor si instalatiilor din cadrul acesteia.

Pentru determinarea inclinarii constructiilor,s-au conceput diverse procedee care au utilizat unele dispositive tehnice speciale sau o parte din aparatura folosita la masurarea deplasarilor orizontale si vertical.Dintre cele mai cunoscute procedee de determinare,se mentioneaza urmatoarele:

a) determinarea inclinarii constructiilor in raport cu o dreapta de referinta vertical sau un plan de referinta vertical;

b) determinarea inclinarii constructiilor prin metoda masurarii unghiurilor orizontale;

c) determinarea inclinarii constructiilor inalte dupa marimea tasarii fundatiilor (prin nivelment geometric).

2.1.Determinarea inclinarii constructiilor in raport cu o dreapta de referinta vertical sau un plan de referinta vertical

a)Cu ajutorul firului cu plumb

Unul din cele mai simple procedee pentru determinarea inclinarii constructiilor este folosirea firului cu plumb,care suspendat genereaza o dreapta de referinta verticala.

In partea superioara a constructiei se suspenda un fir cu plumb (luandu-se masuri de evitare a oscilatiilor). Prin masurarea distantelor de la fata constructiei(in anumite puncte) la firul cu plumb si compararea acestor distante intre ele( care ar trebui sa fie egale), se poate trage concluzia in ceea ce priveste verticalitatea constructiei. Metoda nu ofera precizii prea ridicate,intrucat curentii de aer influenteaza puternic stabilitatea firului,chiar daca greutatea e introdusa intr-o baie de ulei.

Masuratorile se pot face si cu un aparat de vizare pe vertical(P.Z.L. 100) si o mira orizontala;precizia in acest caz fiind mult mai mare.

b) Cu ajutorul firului reticular vertical al teodolitului

Atunci cand partea superioara a constructiei nu permite sa se fixeze firul cu plumb sau cand inaltimea constructiei este mai mare si precizia oferita de firul cu plumb suspendat depaseste toleranta ceruta , se recomanda utilizarea unui teodolit bine verificat si rectificat.

Teodolitul se instaleaza intotdeauna pe aceeasi borna. Se marcheaza pe cladire un punct A (la partea superioara ) care este transmis la baza constructiei(B) prin bascularea lunetei in plan vertical.

Daca la o noua masuratoare se constata ca firul reticular vertical se abate de la punctul B, avem de a face cu o inclinare a cladirii. Inclinarea se poate obtine prin masurarea deplasarii in plan orizontal pe directia punctului B.

Inclinarea zidurilor cladirilor se determina prin observatii, cu teodolitul, pe 2 directii perpendicular intre ele.

Inclinarea totala “I” se stabileste in functie de inclinarea I1 constanta din statia S1 si respectiv I2 din statia S2

2.2 Determinarea inclinarii constructiilor prin metoda masurarii unghiurilor orizontale

pentru constructiile cu sectiune rectangulara

Pentru inclinarea cladirilor , unul dintre procedeele frecvente intalnite in practica este cel al masurarii unghiurilor orizontale. Se marcheaza in teren, la circa 20-30 m de cladirea in cauza statiile S1 si S2 (prin bornare) pe prelungirea zidului in cauza al cladirii.

La partea superioara a cladiriise amplaseaza o marca A. prin instalarea teodolitului in statia S1, respectiv S2, se masoara unghiul γ1 si γ2, unghiuri formate de marca A pe cladire si un punct b stabil. Din masurarea periodica a unghiurilor γ1 si γ2 , se pot determina cresterile liniare ale inclinarilor partiale ale constructiei.

I=(Δγicc x Li)/ρcc

Unde Δγi –diferenta dintre unghiurile orizontale dintre doua etape diferite

Li –distanta orizontala de la statia in cauzala marca A

ρ=636620cc

Pentru constructiile cu sectiune rotunda

In cazul cosurilor de fum, se vor allege 2 statii S1 si S2 situate la o distanta de aproximativ (2-3) ori inaltimea cosului. Cu teodolitul instalat in statia S1 se va viza la baza cosului de fum(stanga si dreapta) si la partea superioara a cosului( stanga si dreapta) dupa tangent, efectuandu-se citirile corespunzatoare pe cercul orizontal gradat.

Se repeta operatia de masurare din statia S2. Se recomanda masurarea in ambele pozitii ale lunetei. Se calculeaza media citirilor pentru baza cosului si pentru varful acestuia. Daca cele 2 medii coincid,pentru aceeasi statie, cosul este vertical; in caz contrar, diferenta dintre citirile medii reprezinta marimea unghiulara a inclinarii corespunzatoare distantei de la teodolit la cos. Se va masura, distant de la statia S1 la cos (L’1), respectiv, de la statia S2 la cos (L’2).

L1=L’1+r; L2=L’2+r, unde r =raza cosului ,L’1 este perpendicular pe L’2.

Deplasarea centrului pe directia S1C va fi: d1=L1*tgΔα1, unde Δα1 =diferenta dintre valorile medii ale citirilor la varful si la baza cosului in statia S1.

Deplasarea centrului pe directia S2C va fi: d2=L2*tg Δα2, unde Δα2=diferenta dintre valorile medii ale citirilor la varful si la baza cosului in statia S2.

Verificarea verticalitatii unui co de fum se poate verifica prin metoda determinarii coordonatelor rectangulare ale centrului sectiunilor transversal, uniform repartizate pe inaltimea cosului.

Se va tine cont ca, la diferite inaltimi, sectiunea circular are raza diferita. In jurul cosului de fum, se vor marca mai multe puncte de statie ce vor face parte dintr-o drumuire planimetrica inchisa. Unghiurile orizontale si distantele orizontale din drumuirea planimetrica se vor masura cu un tahimetru electrooptic(statia totala).

In figura de mai sus se considera un punct de coordinate cunoscute I fata de un sistem de referinta XOY, cat si valorile orientarilor obtinute ca rezultat al vizarii tangente la sectiunea circulara a cosului. Astfel putem determina coordonatele centrului cosului respective raza cosului la diferite inaltimi fata de baza. Cu cat numarul de statii din jurul cosului este mai mare cu atat pozitia centrului va fi mai precis determinata.

Pozitia fiecarei sectiuni pe verticala se poate determina prin nivelment trigonometric de capat.

Distantele de la punctul de statie pana la central cosului se pot determina din coordonatele statiei si ale centrului cosului, iar unghiurile vertical se vor masura direct.

Metoda prezentata da rezultate foarte bune,este usor de aplicat, nu pune problem accesului in interiorul cosului si da posibilitatea urmarii in timp a comportarii cosului de fum in cauza , prin efectuarea de masuratori, la diferite interval de timp. Se pot trage concluzii asupra abaterii de la vertical si se pot determina aceste abateri. Se recomanda masurarea distantelor cu precizia de 1/20000 iar unghiurile, cu aparate de precizie scrisa sub 1c. metoda poate fi extinsa la orice constructive de forma circular.

Determinarea inclinarii unor constructii inalte se poate face si prin folosirea tasarii fundatiilor, tasare determinate prin nivelment geometric de precizie.

Pentru constructii inalte, peste 50-60 m, se fac determinari la diferite nivele, de regula din 50 in 50 m, care se raporteaza toate la masuratorile unghiulare facute la baza constructiei. Repetand masuratorile si calculele in mod analog la anumite interval de timp stabilite si raportandu-le la marimile obtinute din masuratorile initiale, se obtine marimea cresterilor inclinarilor, cu ajutorul carora se poate stabili si viteza acestor deformatii.

La constructiile suple si inalte, trebuie tinut cont insa ca acestea sunt puternic influentate de conditiile atmosferice ca: iradierea neuniforma si cu intensitate diferita de catre soare sau influenta vantului, care poate influenta substantial interpretarile masuratorilor geodezice.

3. INFLUENTA FACTORILOR NATURALI ASUPRA CONSTRUCTIILOR INALTE

Influenta radiatiilor solare

Din cauza incalzirii partii constructiei expuse spre soare,aceasta sufera o rotire in plan orizontal,in sens opus rotirii pamantului in jurul axei sale. Miscarea diurnal a cosntructiei urmareste un traseu elliptic,in functie de latitudinea geografica si de inaltimea constructiei.

Aceste rotiri in plan orizontal se pot determina prin metode geodezice, urmarindu-se marci amplasate pe constructive la diferite inaltimi si la diferite ore din zi. Cunoasterea rasucirilor in plan orizontal ca urmare a influentei razelor solare asupra constructiei, prezinta interes pentru interpretarea corecta a masuratorilor,ele de regula neconstituind insa un pericol pentru utilitatea si siguranta in exploatare,desi pot atinge pentru turnuri din beton armat la inaltimea de 200 m valori de pana la 20-25 cm pe directia est-vest si 10-15 cm pe directia nord-sud.

Influenta vantului si a seismelor

Vibratiile si oscilatiile constructiilor inalte sunt generate in special de factori naturali cum sunt vantul si seismele, care in anumite conditii pot duce la deteriorarea acestora. Seismele au o perioada de aparitie destul de indelungata,anis au chiar zeci de ani, si nu influenteaza practice masuratorile geodezice repetate. Mult mai interesant si cu efect direct asupra masuratorilor geodezice este actiunea vantului. In apropierea suprafetei terestre(pana la 600m inaltime) vantu apare ca un strat turbulent a carui rafale constituie practicsolicitari ale acestora.

La constructiile inalte si suple rafalele de vant pot duce la fenomenul de rezonanta care este un fenomen destul de daunator. La constructiile cu profil circular mai apare suplimentar fenomenul de formare a unor curenti turbionari care genereaza oscilatii laterale ale constructiei fata de directia vantului,acest fenomen fiind denumit efectul Karman.

EXEMPLE DE CONSTRUCTII INCLINATE

Constructiile inalte sunt predispuse la fenomenul de inclinare al constructiilor.

Turnul inclinat din Pisa, Italia

Cunoscuta ca si Turnul inclinat din Pisa, constructia reprezinta de fapt clopotnita catedralei din Pisa. Inalt de 55,86 m, cu o grosime a zidului la baza de 4,09 m si o greutate estimata la 14500 tone, turnul a fost proiectat sa stea vertical.

Datorita insa proastei calitati a solului, fundatia a inceput sa se scufunde imediat dupa inceperea constructiei, in anul 1173, provocand inclinarea turnului spre sud.

De-a lungul timpului turnul a suferit mai multe operatii de consolidare, prin care s-a incercat stoparea sau chiar reducerea inclinarii turnului.

Datorita importantei sale pentru industria turismului din Pisa, guvernul italian s-a implicat serios in ultima consolidare care a inceput in anul 1990.

In decembrie 2001 turnul a fost declarat stabil si sigur pentru 300 de ani si a fost redeschis accesului publicului.

Până nu demult existau temeri serioase că celebrul turn înclinat din oraşul italian Pisa avea să cadă în cele din urmă, din cauza faptului că fundaţia sa, deşi adâncă de 3 metri, nu fusese turnată pe rocă solidă. Din cauza proastei

calităţi a solului, fundaţia a început să se scufunde imediat după începerea construcţiei, în anul 1173, provocând înclinarea spre sud a turnului. Recent, după finalizarea unor lucrări de restaurare care au durat 18 ani s-a spus că înclinarea progresivă şi afundarea turnului au fost stopate, astfel că este posibil ca celebra construcţie să rămână un obiectiv turistic important pentru multă vreme de acum înainte. Rămâne totuşi întrebarea: de ce s-a menţinut în picioare această construcţie pe care mai toate ilustratele o înfăţişează ca fiind pe punctul să cadă?

Suprafaţa de sprijin pe sol joacă un rol extrem de important în menţinerea în poziţie verticală a diverselor obiecte sau construcţii. Dacă un obiect nu are stabilitate, se poate răsturna extrem de uşor. Dar care este regula care îi conferă stabilitate unui obiect aflat în poziţie verticală sau unei construcţii? Ideea este că un obiect se va răsturna atunci când centrul său de masă va ajunge într-un punct care, ducând perpendiculare pe sol, se va afla în afara suprafeţei de sprijin (vezi imaginea de mai jos). Pentru bicicleta pomenită anterior, este nevoie de doar un foarte mic impuls exterior pentru a-i deplasa centrul de masă în afara suprafeţei de sprijin, astfel că sarcina de a ţine o bicicletă aflată în repaus în poziţie verticală este una extrem de dificilă.

Centrul de masă al Turnului din Pisa cade în interiorul suprafeţei de sprijin.

Pentru a creşte stabilitatea unei construcţii este întotdeauna nevoie de o suprafaţă de sprijin cât mai mare, lucru care face aproape imposibilă deplasarea centrului de masă al edificiului în afara suprafeţei de sprijin.

În cazul Turnului din Pisa, înalt de 56 de metri, explicaţia pentru menţinerea sa în picioare este urmatoarea:deşi vârful său s-a deplasat în timp cu 3,9 metri faţă de locul unde ar fi fost dacă turnul era perfect vertical, proiecţia la sol a centrului de masă al construcţiei s-a menţinut întotdeauna în interiorul suprafeţei de sprijin (vezi figura de mai sus). Turnul a fost închis pentru public pe o perioadă de 12 ani, până spre finalul anului 2001, când

lucrările de restaurare au redus cu mai bine de 40 de centimetri înclinarea care atinsese la un moment dat aproape 4,5 metri. Pe atunci înclinarea creştea cu 1,25 milimetri anual, ceea ce ar fi dus în cele din urmă la deplasarea centrului de masă al clădirii în afara suprafeţei de sprijin. Presiunea la care este supusă construcţia creşte când aceasta se înclină, deoarece pereţii şi fundaţia au fost proiectate astfel încât greutatea lor să se distribuie pe verticală şi nu în lateral, cum se întâmplă acum. Există chiar pericolul ca pereţii exteriori să cedeze la un moment dat, iar turnul să se curbeze undeva spre mijlocul său, asta în cazul în care lucrările de restaurare nu vor continua şi ele.

Inspectorii topografi au descoperit ca turnul cu ceas al Palatului Westminster, cunoscut sub denumirea de Big Ben, a inceput sa se incline, lucru care va continua si in anii urmatori. Expertii estimeaza ca varful turnului se afla la 435 de milimetri distanta fata de axa perpendiculara pe Pamant si este inclinat spre partea de nord-vest la 0,26 grade. Studiile arata ca aceasta miscare s-a accelerat in ultimii ani.Inginerii nu pot explica inclinarea turnului Big Ben printr-un singur factor. Din anul 2003, instrumentele care au masurat inclinatia indica o crestere a acesteia cu 0,9 milimetri pe an, in comparatie cu media de dinainte de 0,65 milimetri. Daca acest fenomen se va dezvolta in cotinuare fara oprelisti, intr-o zi Big Ben se va prabusi. La viteza de acum a inclinarii, peste 4.000 de ani turnul va ajunge la unghiul de inclinare al Turnului de la Pisa si inca si mai multi ani ca sa ajunga sa se prabuseasca, mai exact peste birourile Parlamentului, aflate de cealalta parte a Bridge Street. Motivul acestei problemele arhitecturale a fost pus pe seama deceniilor intregi de lucrari in subteranul cladirii. In anii 1860 a fost construita o retea de canalizare, iar in anii 1970 o parcare subterana pentru membrii Parlamentului. Specialistii au observat ca partea dinspre nord s-a scufundat in pamant intr-o mai mare masura decat cea din sud. Atunci cand magistrala de metrou Jubilee a fost extina si in Westminster au fost folosite tehnici speciale pentru a crea o bariera din ciment sub turn pentru a nu-i pune in pericol integritatea. Gradul de inclinare al Big Ben deja afecteaza peretii Casei Comunelor, precum si coridoarele in care salasluiesc birourile oficialilor. "Inclinatia este vizibila. Poate fi vazuta daca stai in Piata Parlamentului si privesti spre est, inspre fluviu".

Instrumente şi dispozitive

pentru transmiterea pe verticală a punctelor

Instrumente si dispozitive clasice

Transmiterea cu ajutorul firului cu plumb optic

Firele cu plumb optic sunt instrumente la care linia de viză este reflectată în unghi drept

printr-o prismă, astfel încat aceasta este orizontală prin ocular şi verticală prin obiectiv (fig. 32).

La unele instrumente de acest tip, prisma poate fi dirijată în sus sau în jos (de exemplu : instrumentele PZL sau Wild ZNL).

Alte tipuri (Korn OL) sînt prevăzute eu două lunate,ceea ce permite vizarea concomitenta în sus şi in jos (fig.33).Instrumente şi dispozitive pentru transmiterea pe verticală a punctelor

Toate beneficiază de:

- un design durabil.-minimul de piese în mişcare- protecţia împotriva prafului şi umezelii-stabilitate excepţională-rezistenta la intemperii.

Ca fir cu plumb optic poate fi utilizat teodolitul dacă acesta este prevăzut cu un ocular prismatic care refractă linia de vizare în unghi drept.

Firele cu plumb se utilizează la transmiterea pe verticală a punctelor prin orificii prevăzute special în acest scop în elementele orizontale ale construcţiei.

Transmiterea unui punct prin vizare directă spre partea .superioară se realizează prin calarea instrumentului pe planşeul pe care este marcat punctul ce urmează a fi transmis, deasupra acestuia şi vizarea prin ocular în direcţia ascensională (fig. 34).

Pentru transmiterea la înălţime a unui punct marcat la un nivel inferior sau în jos a unui punct

marcat la un nivel superior, în condiţiile posibilităţii de vizibilitate totală între cele două puncte, se

recomandă utilizarea instrumentului P.Z.L. ( Zeiss Jena) asociat cu dispozitivul de centrare optică Zeiss.

Utilizarea instrumentului permite obţinerea unei precizii de verticalizare de pînă la 2 mm/50 m.

Pentru transmiterea concomitentă pe înălţime, în sus sau în jos a unui punct se recomandă :

— instrumentul ZenitNadir tip Wild ZNL, care permite vizarea pe verticală în ambele sensuri, funcţie de poziţia pe care o ia prisma manevrabilă de la exterior, cu care este dotat instrumentul ; acesta poate fi întrebuinţat independent sau poate fi ataşatdetaşat la ambaza unui teodolit tip Wild, precizia ce se obţine fiind de ± 1 mm/30 m ;

— instrumentul ZenitNadir tip Kern OL, care permite vizarea pe verticală în ambele sensuri cu ajutorul a două lunete independente ; abaterea ce se obţine pe verticală este ±2 mm/100 m.

O versiune mai mică, Wild ZBL, Roof and Ground Plummet, ofera precizie de ±1 mm/100 m., deosebit de utile în construcţii şi minerit..Precizia este crescuta în toate cele patru

cadrane.Acesta poate fi detasat ambaza sischimbat cu un teodolit, etc.

Punctul poate fi marcat, la etajele superioare, cu ajutorul unei plăci transparente pe care se trasează o reţea şi un sistem de coordonate. Coordonatele punctului de pe placă, care coincide cu centrul firelor reticulare ale instrumentului,poate fi uşor reperat.Poziţia punctului transmis poate fi marcata şi cu ajutorul unui dispozitiv de centrare fixat in golul practicat în planşeu (fig 35).

Se recomandă ca, în acest mod să fie transmise intersecţii de linii de bază sau de poziţionare, în

raport cu care se poate realiza cu uşurinţă la fiecare nivel, transmiterea acestora.

Transmiterea unui punct prin vizare directă spre partea inferioară se realizeaza prin

calarea instrumentului pe planşeul pe care se doreşte transmiterea punctului şi centrarea prin vizarea în jos a marcajului acestuia (fig. 36).

Poziţia punctului transmis poate fi marcată ca şi în cazul transmiterii prin vizare ascesională.

Transmiterea unui punct prin vizare excentrică spre partea inferioară este similară cu

metoda indicată la transmiterea unui punct prin vizare directă spre partea inferioară dar în acest caz, centrarea instrumentului pe marcajul punctului ce urmează a fi transmis, nu mai este o condiţie obligatorie.Metoda este ilustrată in fig. 37.

În campul de viză al firului cu plumb optic, se va aşeza o riglă, în unghi drept faţă de linia de bază şi se va citi distanţa dintre linia de bază şi linia de viză.Pe planşeul pe care urmează să fie transmis punctul se marchează poziţia punctului transmis,prin măsurare cu rigla (fig. 38).

Se procedează similar cu cea de a doua linie de bază, transmiţînduse punctul corespunzător.

Se trasează cele două linii şi la intersecţia acestora se va regăsi poziţia corect transmisă a punctului de bază.

Cand punctele sunt transmise pe distanţe verticale mari, se recomandă ca măsurarea distanţelor dintre linia de viză şi liniile de bază să se facă cu rigla în formă de sector circular (fig. 39), pe care gradaţiile sunt semiconcentrice. O astfel de riglă se plasează cu mai multă uşurinţă în campul de viză al instrumentului.

Instrumente si dispozitive moderne

Un sistem de poziţionare globală GPS (Global Position System) permite determinarea poziţiei exacte (coordonate în domeniul milimetric) a unui punct de pe suprafaţa Pământului, întrun sistem tridimensional de referinţă, prin trilateraţia spaţială . Procedeul presupune măsurarea la un moment dat, a distanţelor până la cel puţin patru

sateliţi şi cunoaşterea poziţiei acestora în sistemul de referinţă adoptat .Aceste elemente trebuie determinate cu precizie maximă luâdu-se în considerare o serie de erori şi corecţii corespunzătoare. Prin calcule ulterioare (post procesarea datelor) se vor determina coordonatele ce dau poziţia în spaţiu a punctului în raport cu un sistem de referinţă.

Burj Dubai

Cea mai inalta cladire din lume, turnul Burj Dubai are o inaltime de peste 800 metri si constructia lui a fost finalizata in anul 2008. Ridicarea acestuia a fost realizata de Leica Geosystems folosind observatiile GPS-ului, obtinundu-se

coordonatele definitive sigure pentru etajele inalte ale cladirilor. Datorita vanturilor, radiatiilor solare si altor factori vor avea loc miscari la etajele superioare ale cladirii. Forma structurii este complexa si necesita un numar mare de puncte de control. Punctele primare apropiate de pamant nu produc modificari, odata cu trasarea in inaltime a urmatoarelor etaje apar dificultati.

S-a realizat o retea de trasare astfel incat a rezultat un numar suficient de puncte care s-au putut utiliza cand au aparut miscari ale constructiei. Pentru fiecare etaj au rezultat 240 de puncte de control. Reteaua a fost astfel construita incat sa tolereze miscarile si sa permita constructiei sa inainteze pe verticala la urmatoarele etaje. Constructia este afectata de 3 tipuri de miscari:

-miscari ale constructiei pe perioada lunga(intre 1 saptamana si 6 luni)

-miscari zilnice(efectele solare)

-miscari dinamice(rezonanta cladirii si miscarile vantului) . Toti acesti factori determina deplasarea de la axa verticala teoretica .

Trasarea pana la etajul 20 s-a realizat cu puncte de control din exterior care erau situate la distante de 100 metri pana la 150 metri de baza turnului. La etajele superioare miscarile structurii au creat o serie de dificultati: deplasarea fata de axa verticala si alte coordonate pentru instrument.

De la etajul 20 nu se mai puteau utiliza punctele din exterior si s-a utilizat o noua metoda. Pentru trasarea urmatoarelor etaje s-a utilizat GPS-ul. Sistemul cuprinde 3 receptoare montate pe fiecare etaj al cladirii. In fiecare recptor este asezata cate o prisma iar o statie totala este pozitionata pentru a avea o vizibilitate buna pentru toate statiile GPS. Sistemul de trasare pentru realizarea etajelor inalte este alcatuit din GPS si o statie totala. Pentru aceasta cladire s-a utilizat Leica GPS GRX1200Pro cu AT504 chokering antenna si Leica GPS Spider software folosind Leica Geo Office software(LGO)

Pentru construirea celei mai inalte cladiri din lume Tunul Burj Dubai s-a utilizat o combinatie intre o statie totala, tehnicile GPS-ului, clinometrele de citire si modelele de matematica.

TOPUL CELOR MAI INALTE CLADIRI DIN LUME

Nr.10 - Jin Mao Building - Shanghai - China - are 88 Nr.9 - Trump International Hotel and Tower

de etaje si o inaltime de 421m. Lansarea a avut loc in anul 1999.

(Chicago) - Chicago - SUA - constructia are 92 etaje si 423m in inaltime. Inaugurarea a fost in anul 2009

Nr.8 - Guangzhou Twin Towers West Tower - Guangzhou - China - constructia are 103 etaje si o inaltime de 432m. A fost inaugurata in anul 2009.

Nr.7 - Willis Tower (Sears Tower) - Chicago - SUA- cladirea are 110 etaje si o inaltime de 442m. In anul 1974 a avut loc inaugurarea aceste constructii. Este cea mai veche constructie din top

Nr.6 - Nanjing Greenland Financial Complex - Nanjing - China -Constructia are 89 de etaje si o inaltime de 450m. Inaugurarea a avut loc in anul 2010.

Nr.5 - Petronas Tower - Kuala Lumpur - Malaezia - fiecare turn are 88 de etaje si o inaltime de 452m. Inaugurarea a avut loc in anul 1998. Este cea mai inalta constructie din Malaezia si un simblo al acestei tari.

Nr4 - International Commerce Centre - Union Square - Hong Kong - China - Constructia are 118 etaje si o inaltime de 484m. Afost inaugurata in anul 2010.

Nr.3 - Shanghai World Financial Center - Shanghai - China -constructia are 101 etaje si o inaltime de 492m. Inaugurarea a avut loc in 2008. Este cea mai inalta cladire din China

Nr.2 - Taipei 101 - Taipei - Taiwan - cladirea are 101 etaje si 508 m in inaltime si a fost construita in anul 2004

Nr.1 - Burj Khalifa Tower - Dubai - Emiratele Arabe Unite -cladirea are 160 de etaje si 828 m in inaltime. Detine recordul de cea mai inalta cladire construite vreodata de mana omului . Inaugurarea oficiala a avut loc pe 4 ianuarie 2010. Detine si recordul pentru cel mai inalt si rapid lift din lume.