Badanie pionowości i osiadania budynków i budowli
Kontrola wychyleń ścian, szybów, kominów
Artykuł publikowany w Roczniku INVESTOR Real Estate Expert [4/2020]
Odchylenia, przemieszczenia i odkształcenia mogą dotyczyć ścian budynku, słupów, szybów windowych, kominów, masztów widokowych, latarni morskich, kominów ale także różnego rodzaju mostów, wiaduktów, masztów stalowych: radiowych, telewizyjnych, sieci komórkowych, czy oświetleniowych. Powyższe pokazuje, że dotyczy to przede wszystkim obiektów wysmukłych, czyli takich których wysokość przewyższa pięciokrotne szerokość. Jednak pomiar osiadania, analiz spękań jest również wpisany w proces budowy bardzo wysokich budynków, gdzie analizom podlega sąsiednie otoczenie. Dla jakich budynków i budowli wykonuje się pomiary odchyleń i przemieszczeń i pionowości? Kiedy wykonywać kontrole pionowe? Jakiego standardu opracowania oczekiwać?
Po co wykonuje się badania pionowości?
Pomiary pionowości możemy podzielić na trzy etapy: etap w trakcie realizacji obiektu, etap po zakończeniu budowy oraz etap eksploatacji obiektu. Pierwszy wykonuje się w celu kontroli inwestycji, sprawdzenia czy są zachowane parametry projektowe. Jest to kontrolny pomiar geodezyjny, który ma na celu uzyskanie informacji o geometrii i osiowości obiektu. Sprawdzeniu, w przypadku obiektów kubaturowych, najczęściej podlegają ściany oraz słupy budynku, a w przypadku np. mostów czy wiaduktów filary oraz przyczółki. Po wybudowaniu obiektu, dokonujemy kontroli pionowości jako pomiaru wyjściowego dla dalszych badań, których będziemy dokonywać w trakcie użytkowania obiektu, np. komnu czy masztu lub sprawdzamy obiekt przed jego dalszą eksploatacją, np. szacht windowy, którego geometrię kontrujemy w celu umieszczenia elementów dźwigu windowego. Trzeci etap pojawi się, gdy dochodzi do kontroli pionowości eksploatowanych obiektów wysmukłych na skutek: starzenia się materiałów konstrukcyjnych, z biegiem czasu, gdy dochodzi do zmniejszenia naprężenia w ciałach fizycznych, działania szkodliwych związków chemicznych na konstrukcję, oddziaływania czynników atmosferycznych. Zaliczamy do nich parcie wiatru czy nierównomierne nasłonecznienie, odkształcenia się podłoża, ciężaru własnego budowli, występowania drgań (spowodowanych urządzeniami zainstalowanymi na obiekcie, drganiami zewnętrznymi: pociągi, maszyny zewnętrzne, itp. czy np. ruchami własnymi ziemi. W Warszawie to właśnie drgania, spowodowane przez „rozrastające się” linie metra mają coraz większy wpływ na konstrukcje budynków. Wykonywaliśmy już monitoring obiektów, badając przemieszczenia pionowe jak i poziome, w trakcie budowy metra warszawskiego, gdzie na okolicznych budynkach mieszkalnych pojawiały się spękania i odchylenia, które zagrażały bezpieczeństwu osób i mienia. Taki pomiar często jest wymogiem okresowych badań obiektu, np.: tuneli, wiaduktów, mostów, ścian oporowych czy innych budowli, gdzie jest duże natężenie ruchu ulicznego, a bezpieczeństwo odgrywa znaczącą rolę. Badanie pionowości wykonuje się jednorazowo, np. do celów rozbudowy, przebudowy obiektu w celu kontroli pionowości ściany, do której „doklejany” będzie inny budynek lub będzie dostawiana winda. Badanie wykonuje się w ustalonych okresach czasowych, aby porównać wpływ budowy na kontrolowany obiekt (np. prowadzenia głębokich wykopów, prac odwodnieniowych, obciążenia gruntu ciężarem własnym budynku). W wyniku przeprowadzanych pomiarów w różnych interwałach czasowych można dostrzec ewentualne różnice odchyleń w odniesieniu do poprzednich sesji kontrolnych. Kontrola dotycząca pionowości ścian oraz analiza wyników z przeprowadzonych pomiarów wykazuje wartość i kierunek wychylenia ścian budynku oraz pozwala określić zagrożenie dla konstrukcji budowli.
Pomiar pionowości szybu windowego
Jeden z inwestorów po wybudowaniu biurowca nie mógł umieścić dźwigu windowego w szybie, bo otwory w poszczególnych kondygnacjach nie trafiały w siebie. Koszty i czas przewidziane na kucie stropów i ścian oraz ponowna ich budowa są nieporównywalne do kosztów i czasu kontroli tych prac na etapie budowy. Dlatego obiektami poddawanymi kontroli są między innymi szyby windowe. Pomiaru pionowości szybu windowego dokonuje się najczęściej w ostatnim etapie budowy w celu sprawdzenia możliwości umiejscowienia elementów dźwigu windowego w zrealizowanym szybie. Często przyjmuje się, że dopuszczalna odchyłka od linii pionu wynosi 2cm. Przekroczenie tej wartości niestety przeważnie skutkuje kuciem ścian żelbetowych. Odpowiednio dokonany i zilustrowany pomiar pokazujący geometrię szybu na określonych wysokościach, obrazujący płaskość ścian względem teoretycznego modelu pozwala dosyć dokładnie wskazać miejsca odchyłek, co oznacza skrócenie czasu kucia ścian co wiąże się z oszczędnościami finansowymi. Pomiar pionowości szybów windowych jest czynnością stałą dla budynków posiadających dźwigi. Szczególnie istotne jest to w świetle regulacji prawnych i resursu dźwigów – więcej w artykule „Resurs dźwigów. Nowe regulacje prawne”.
Pomiar pionowości wysokich masztów i wież
Dokumenty z pomiaru w zależności od urzędu podpisuje geodeta uprawniony lub osoba z uprawnieniami budowlanymi. Nie ma w tym temacie pełnej zgodności w organach administracji. Różnice są nawet w poszczególnych dzielnicach Warszawy nie mówiąc o innych miastach w Polsce. Po skompletowaniu rzutów i formatek składamy wniosek do wydziału architektury w urzędzie gminy o wydanie zaświadczeń o samodzielności lokali. Ważne, żeby poprawnie zaznaczyć czy nasz lokal będzie miał przeznaczenie mieszkalne, czy niemieszkalne. Ma to wpływ na koszty uzyskania zaświadczeń oraz późniejsze podatki od nieruchomości. Po uzyskaniu zaświadczeń o samodzielność lokalu należy założyć kartoteki lokalu w wydziale geodezji w urzędzie gminy. Procedura pomimo, że jest stosunkowo prosta wymaga skoordynowania działań dwóch urzędów i wnioskodawcy. Po wprowadzeniu wszystkich zmian możemy przystąpić do czynności notarialnych, w przypadku obrotu nieruchomością.
Metody pomiaru pionowości
W zależności od charakteru obiektu pomiar wykonuje się różnymi metodami, np.:
– poprzez rzutowanie krawędzi badanego obiektu na łatę poziomą ustawiona przy kominie lub maszcie;
– poprzez pomiary wykorzystujące ustawienie dwóch teodolitów na prostych prostopadłych do siebie, gdzie badany obiekt znajduje się w miejscu przecięcia linii;
– wykorzystując pionownik optyczny wraz z przymiarem składanym;
– tachimetry bezlustrowe umożliwiające założenie bazy pomiarowej na dole badanego obiektu, następnie względem której określa się wychylenie badanej płaszczyzny.
Obecnie wraz z rozwojem technik pomiarowych do pomiaru pionowości, a zarazem i płaskości ścian można wykorzystać skaning laserowy 3D. Nałożenie na model np. szachtu lub zbiornika pomierzonej chmury punktów, pozwala dosyć dokładnie wskazać miejsca deformacji, wykorzystując do tego mapy hipsometryczne. Oczywiście rodzaj instrumentu oraz metodę pomiaru należy dobrać odpowiednio do wymaganych dokładności, parametrów mierzonego obiektu czy samego zamówienia, ponieważ sama kontrola pionowości może być tylko składową większego zlecenia, w którym oprócz kontroli wychylenia będzie potrzebne wyznaczenie skręcenia, osiowości czy wspomnianą płaskość obiektu. Nie bez znaczenia jest również cena i czas realizacji takich prac, co również wpływa na wybór metody pomiaru pionowości. Najczęściej na budynku przyjmuje się siatkę pomiarową lub linie pionowe pomiaru i markuje się punkty, które podlegają pomiarowi. Mogą to być charakterystyczne elementy elewacji budynku albo elementy, które ulegają zniszczeniu i zależy nam na ich obserwacji. Te drugie jednak w przypadku zniszczenia można łatwo stracić. Dlatego warto markować punkty własne, np. poprzez tarcze celownicze. Jest to zasadne, gdy brakuje stałych, pewnych punktów na budynku. Duży wpływ na dokładność pomiaru ma ilość kontrolowanych punktów – im bardziej gęsta siatka tym bardziej dokładny pomiar. Czasami ze względu na chęć zaoszczędzenia pieniędzy zamawiający zmniejszają ilość punktów pomiarowych. W zależności od metody dany punkt może być mierzony z jednego lub kilku stanowisk. Z jednej strony wpływa to korzystnie na dokładność pomiaru ale z drugiej strony wydłuża czas prac i przekłada się na cenę. W trudno dostępnych miejscach można stosować konstrukcje tymczasowe, na które nanosi się zamarkowane punkty, do których odnosi się pomiar. Jednak na takie zabiegi wymagana jest zgoda właściciela budynku, a w przypadku wieloletnich i obszernych konstrukcji, gdzie ingerujemy w elewację nawet zgoda odpowiedniego urzędu.
Dokładność pomiaru pionowości
Na dokładność wyników pomiarowych ma wpływ kilka czynników. Należy do nich zaliczyć dobór instrumentu oraz metody pomiarowej, ale także w przypadku tachimetrów bezlustrowych, kąt padania wiązki lasera na badany przedmiot. Wraz ze wzrastającym kątem celowania istotne stają się także kolor i faktura mierzonej powierzchni. Ważne znaczenie ma także ustalenie okresu prowadzenia prac pomiarowych i w przypadku kontroli budowli w późniejszym czasie odpowiednie zabezpieczenie punktów pomiarowych przed zniszczeniem lub dokonanie czynności umożliwiających bardzo dokładne odtworzenie lokalizacji punktów pomiarowych. Oprócz samego pomiaru, gdzie liczy się umiejętność osób pomiarowych oraz dokładność zastosowanych urządzeń i narzędzi towarzyszących pomiarowi, istotne też jest właściwa prezentacja i interpretacja danych.
Interpretacja wyników pomiaru
Podczas wykonywania opracowania kameralnego oblicza się wysokości względne każdego pomierzonego punktu oraz wartość odchyłek pomierzonych punktów względem najniżej pomierzonego punktu na danej linii. Bardzo istotny jest sposób obliczania odchyłek, co robi się na kilka sposobów. Najłatwiejszym sposobem jest odnoszenie pomiaru do wybranych punktów bazowych u dołu mierzonego obiektu. Odchyłki odnoszą się wtedy do płaszczyzny pionowej i można je wskazać bezpośrednio w trakcie pomiaru. Każda z linii pomiarowych jest zaznaczana na szkicu dołączanym do dokumentacji. Bardziej szczegółowe kontrole mają miejsce w przypadku badania pionowości obiektów wysmukłych, gdzie jak pisałem znaczenie ma również skręcanie obiektów wokół własnej osi. Obliczone odchyłki z pomiaru pionowości nanosi się na wykresy, rzuty i przekroje. Opracowanie wykonuje w programach typu CAD, Winkalk, Microsoft Excel, a w przypadku skaningu laserowego również przy użyciu Revit.
Forma opracowania
W GEODETIC standardowo w ramach opracowania przekazujemy rysunki, szkice, wykresy i obliczenia odchyłek mierzonych punktów. Dołączane jest również sprawozdanie, które oprócz spostrzeżeń z pomiaru zawiera opis przyjętej technologii pomiaru, zastosowane instrumenty pomiarowe i ich dokładności, warunki atmosferyczne w trakcie pomiaru i inne istotne informacje. Rysunki zapisujemy w formacie .dwg (programy typu CAD). Nadmienię, że nie trzeba posiadać programu by odczytać pliki. Dostępne są darmowe programy do przeglądania, wymiarowania i druku rysunków opracowanych w programach typu CAD.
