Microsoft Word - 01_STU_Obal_ZP.rtf

Prepis

1 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE STAVEBNÁ FAKULTA MERANIE POSUNOV A PRETVORENÍ MOSTA APOLLO CEZ DUNAJ V BRATISLAVE DIPLOMOVÁ PRÁCA SVF Bc. Imrich Lipták

2 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE STAVEBNÁ FAKULTA MERANIE POSUNOV A PRETVORENÍ MOSTA APOLLO CEZ DUNAJ V BRATISLAVE DIPLOMOVÁ PRÁCA SVF Študijný program: geodézia a kartografia Číslo a názov študijného odboru: geodézia a kartografia Školiace pracovisko: Katedra geodézie, SvF STU v Bratislave Vedúci záverečnej práce/školiteľ: prof. Ing. Alojz Kopáčik, PhD. Konzultant: Ing. Peter Kyrinovič, PhD. Bratislava 2010 Bc. Imrich Lipták

3 Touto cestou by som sa chcel poďakovať svojmu vedúcemu diplomovej práce prof. Ing. Alojzovi Kopáčikovi, PhD. a konzultantovi Ing. Petrovi Kyrinovičovi, PhD. za odborné vedenie počas riešenia problematiky diplomovej práce a za ich podnetné rady. Zároveňďakujem svojim najbližším, ktorí ma podporovali počas celého štúdia.

4 Abstrakt Diplomová práca rieši na základe realizovaného experimentálneho merania posunov a pretvorení hlavnej oceľovej konštrukcie objektu č. 201 mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave problematiku automatizovaného merania zmien priestorovej polohy a tvaru stavebných objektov a ich konštrukčných prvkov použitím kombinácie viacerých typov meracích systémov využívaných v geodézii, geotechnickom a geologickom prieskume. Na základe charakteristík monitorovaného objektu a stanovených požiadaviek na presnosť meraní boli navrhnuté metódy a metodiky merania posunov. Základnou metódou merania bola priestorová polárna metóda. Ďalšie použité geodetické metódy boli technológia GNSS a geometrická nivelácia zo stredu. Z fyzikálnych metód boli použité metódy merania naklonenia a zrýchlenia. Návrh siete vzťažných a pozorovaných bodov vychádza z predpokladaného priebehu posunov objektu. Od zvolených metód merania posunov sa odvíja aj návrh komponentov meracieho systému a logistika ich zapojenia na monitorovanom objekte a vzťažných bodoch. Automatizácia procesu merania bola realizovaná pomocou vzájomne časovo synchronizovaných záznamových zariadení s inštalovaným softvérom na automatizovaný geodetický monitoring. Vzhľadom na rozsah problematiky experimentu sa práca venuje spracovaniu a interpretácii posunov len z meraní univerzálnou meracou stanicou. Spracovanie meraných údajov bolo vykonané vo viacerých etapách pre každú epochu merania. Overenie stability bodov vzťažnej siete bolo realizované kombináciou metódy geometrickej nivelácie zo stredu, merania naklonenia piliera a priestorovej polárnej metódy. Na základe určených posunov možno konštatovať, že zmena priestorovej polohy bodov vzťažnej siete je závislá od priebehu teploty vzduchu, intenzity slnečného žiarenia. Určené priestorové posuny pozorovaných bodov naznačujú, že najväčší vplyv na dynamiku zmien priestorovej polohy a tvaru konštrukcie objektu má zmena teploty vzduchu, intenzita slnečného žiarenia, smer a rýchlosť vetra a v neposlednom rade aj intenzita dopravného zaťaženia mosta, čo však nemožno relevantne potvrdiť, keďže počas realizácie meraní nebola monitorovaná dopravná premávka na moste. Práca poskytuje zdroj informácii, ktoré môžu byť použité pri realizácii podobných riešení monitoringu posunov a pretvorení stavebných objektov. Kľúčové slová: meranie posunov, priestorová polárna metóda, priestorový posun.

5 Abstract The thesis deals base on realised experimental measurements with determination of displacement and deformation of the main steel structure No. 201 of Apollo Bridge over the Danube in Bratislava. The main issue of automated measurement of changes in spatial position and shape of bridge structure and elements is to use a combination of several types of measurement systems general used in land surveying, geotechnical and geological research. Based on the characteristics of the monitored object and set the requirements for measurement accuracy have been proposed methods for deformation measurement. The basic measuring method is the spatial polar method. Other geodetic methods which have been used were GNSS technology and geometric levelling. The physical methods used were tilt and acceleration measurement. The design of the reference points and observed points is based on predicated object displacements. The proposed measuring methods are chosen on base of existing measurement system components and the logistics involved for monitoring the object and the reference points. Automating measurement process was performed by time synchronized recording devices together with instaled software for automated geodetic monitoring. The thesis is devoted to the post-processing and analysis of displacements from measurements made by universal measuring station only and not the all experiment. Post-processing of measured data was carried out in several stages for each measurement epoch. Verification of the stability of the reference points was carried out combining the method of geometrical levelling, measurement pillar inclination and the polar method. Base on the intended displacements shows that the change in spatial position of the reference points of the network depends on the course of air temperature and solar radiation intensity. Determined spatial shifts of observed points suggest that the greatest influence on the dynamics of changes in spatial position and shape of structure has a change of air temperature, intensity of solar radiation, wind speed and direction and intensity of road traffic on the bridge, which is not relevantly to confirm because the traffic on the bridge was not monitored during the experiment. Thesis gives source of information which may be used for realisation of similar solutions of displacements and deformations measurement of bridge structures. Keywords: displacement measurement, spatial polar method, spatial displacement.

6 Obsah Úvod Problematika merania posunov stavebných objektov Význam a účel merania posunov stavebných objektov Základné pojmy Projekt merania posunov Požiadavky na presnosť merania posunov Účel a druh experimentálneho merania posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave Charakteristika mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave Základné informácie o stavebnom objekte Inžiniersko-geologické pomery lokality Konštrukčné časti objektu Hlavný mostný objekt Použité metódy merania posunov a pretvorení Priestorová polárna metóda Metóda geometrickej nivelácie zo stredu Metóda GNSS Meranie naklonenia Meranie zrýchlenia Konfigurácia a stabilizácia siete vzťažných a pozorovaných bodov Konfigurácia siete vzťažných bodov Stabilizácia, signalizácia a ochrana vzťažných bodov Rozmiestnenie a označenie pozorovaných bodov Stabilizácia, signalizácia a ochrana pozorovaných bodov Komponenty automatizovaného meracieho systému Robotizovaná univerzálna meracia stanica Leica TS Meranie vodorovných a výškových uhlov Princíp motorizácie Princíp automatizovaného cielenia na stred odrazového hranola Nivelačný prístroj Trimble DiNi GNSS aparatúra Leica VIVA GS Snímač naklonenia Leica Nivel Snímač naklonenia Libela Snímač zrýchlenia HBM B12/ Meteorologická stanica TFA Nexus...32

7 7 Realizácia experimentálnych meraní posunov Inštalácia meracích a záznamových zariadení Inštalácia meracích a záznamových zariadení v telese mosta Inštalácia meracích a záznamových zariadení na vzťažnom bode VB Časová synchronizácia meracích a záznamových zariadení Automatizácia procesu merania posunov Monitoring atmosférických podmienok v priebehu merania Matematicko štatistická analýza a interpretácia meraných posunov Realizácia súradnicového systému S-APOLLO Overenie stability vzťažného bodu VB Overenie výškovej stability bodu Overenie polohovej stability vzťažného bodu VB Overenie stability vzťažných bodov VB15, VB20 a VB Určenie priestorových posunov pozorovaných bodov...54 Záver...58 Zoznam bibliografických odkazov...59 Zoznam príloh...62

8 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 9 Úvod Súčasný dynamický rozvoj v oblasti stavebníctva prináša neustále nové technológie, metodiky výstavby a architektonické riešenia stavebných objektov. Veľmi často sú realizované atypické návrhy stavebných konštrukcií, ktoré si zo statického hľadiska vyžadujú nové prístupy k zabezpečeniu funkčnosti a bezpečnosti stavebného objektu. Každá stavba bez ohľadu na jej tvar, rozmery a konštrukčné riešenie predstavuje dynamický v čase sa meniaci objekt, čo sa prejavuje v starnutí použitých stavebných materiálov a v interakcii s bezprostredným okolím. To sa prejavuje zmenou priestorovej polohy a tvaru jednotlivých konštrukčných prvkov. Veľkosť, prípadne rýchlosť týchto zmien má vplyv na statickú funkciu a bezpečnosť objektu. Z tohto dôvodu je potrebné tieto zmeny sledovať a dôležitosť rastie s rozmermi, druhom a spoločenským významom stavebnej konštrukcie. Vhodnými metodikami je možné ich zisťovať s vysokou spoľahlivosťou. Geodetické metódy merania sú najčastejšie využívané metódy detekcie posunov a pretvorení stavebných objektov. Na rozdiel od fyzikálnych metód detekcie zmien polohy a tvaru, ktoré umožňujú zistiť iba relatívne zmeny, geodetické metódy umožňujú zisťovať aj absolútne zmeny vo zvolenom referenčnom systéme. Súčasný technologický rozvoj umožňuje zdokonaľovať geodetické a fyzikálne metodiky merania priestorových zmien a pretvorení stavebných objektov. Použitie automatizovaných meracích systémov poskytuje možnosti detekcie správania sa stavebných konštrukcií v reálnom čase. Umožňujú v relatívne krátkych časových intervaloch zaznamenávať a vyhodnocovať zmeny priestorovej polohy sledovaných konštrukčných prvkov na základe definovaných požiadaviek, čím sa zjednodušujú možnosti následnej interpretácie správania sa stavebnej konštrukcie projektantom, resp. statikom. Ich nasadenie je mimoriadne výhodné pri zaťažovacích skúškach mostov, výstavbe a prevádzke výškových budov, mostov, tunelov, v povrchových lomoch apod. Diplomová práca rieši problematiku automatizácie merania posunov a pretvorení stavebných objektov hlavnej oceľovej konštrukcie objektu č. 201 mosta Apollo a spôsob vyhodnotenia a interpretácie priestorových zmien objektu v relatívne krátkych časových intervaloch. Jadro práce je venované návrhu a inštalácii jednotlivých komponentov meracieho systému na objekte, použitým metodikám merania a spracovania meraní priestorovou polárnou metódou a interpretácii posunov predmetného objektu.

9 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 10 1 Problematika merania posunov stavebných objektov Stavebné objekty vykazujú nielen počas výstavby, ale aj počas prevádzky zmeny priestorovej polohy a tvaru konštrukcie, príp. ich technologických zariadení, ktoré ovplyvňujú ich statickú a dynamickú funkciu a spoľahlivosť. Veľkosť a smer posunov a pretvorení je závislý od geologického zloženia podložia stavebného objektu, pôsobenia okolitého prostredia, spôsobu založenia a v neposlednom rade od tvaru, použitých materiálov a technológie výstavby stavebnej konštrukcie. Najčastejšie dochádza k sadaniu základových konštrukcií a pretvoreniu nosných konštrukcií objektu. Nerovnomerný a z hľadiska veľkosti nadmerný priebeh posunov a pretvorení spravidla spôsobuje statické poruchy v konštrukcií, prípadne môže viesť k havárii stavebného objektu, prípadne jeho časti. 1.1 Význam a účel merania posunov stavebných objektov Pre overenie bezpečnosti a správnosti použitých technologických postupov pri výstavbe a v priebehu prevádzky stavebného objektu sú potrebné merania, ktorými sa overuje geometrický tvar a funkcia konštrukcie. Tieto merania tvoria podklady na posúdenie vzájomných interakcií medzi stavebným objektom a okolitým prostredím, umožňujú porovnať skutočné hodnoty posunov s teoretickými hodnotami definovanými projektantom, ako aj posúdiť bezpečnosť a správnu funkciu konštrukčných častí stavebného objektu. Meranie posunov nových stavebných objektov sa vykonáva na základe dohody zodpovedného projektanta a investora stavebného objektu v zmysle platnej legislatívy a technických predpisov (STN , STN , STN , Zákon NRSR č. 215/1995 Z.z., Vyhláška ÚGKK SR č. 300/2009 Z.z.) na základe vykonaného geologického prieskumu, resp. v prípade atypickej alebo rozmerovo veľkej stavebnej konštrukcie. V prípade existujúcich stavebných objektov sa meranie posunov a pretvorení vykonáva, ak dôjde k defektom konštrukčných častí, ktoré ohrozujú stabilitu a bezpečnosť objektu, prípadne ak je predpoklad vzniku posunov z dôvodu zmien v podloží stavby alebo činností v okolí objektu.

10 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave Základné pojmy Posunom, resp. pretvorením sa rozumejú pozvoľné zmeny v priestorovej polohe objektov alebo ich konštrukcií vplyvom ich hmotnosti, dynamických prevádzkových účinkov a ďalších fyzikálnych faktorov v danom prostredí a čase (STN , 1986). Posun je definovaný ako priestorová zmena polohy stavebného objektu alebo jeho časti oproti polohe v základnej, resp. predchádzajúcej epoche merania. Pretvorenie vyjadruje zmenu tvaru konštrukcie objektu alebo jeho časti oproti tvaru pri základnej, resp. predchádzajúcej epoche merania. Absolútny posun je posun vyjadrený vzhľadom na sieť vzťažných bodov v absolútnej sústave nezávislej od sledovaného objektu. Relatívny posun je posun vyjadrený vzhľadom na relatívnu vzťažnú sústavu alebo vzťažný bod, udáva vzájomné zmeny v polohe jednotlivých konštrukčných častí objektu. Vzťažný bod je polohovo alebo výškovo určený bod, ku ktorému sa vyjadrujú projektované parametre alebo merané posuny, resp. pretvorenia konštrukcií stavebného objektu. Pozorovaný bod je bod na objekte alebo jeho časti, ktorým sa určujú posuny alebo pretvorenia konštrukcií objektu. Základné meranie je meranie východiskového stavu v základnej etape, ku ktorému sa vzťahujú posuny alebo pretvorenia, zistené pri etapových meraniach. Epochové meranie je opakované meranie posunov a pretvorení stavebného objektu v intervaloch, stanovených v projekte merania posunov. Vodorovný posun znamená vodorovnú zložku posunu pozorovaného bodu. V pravouhlej vzťažnej sústave sa udáva zložkami q X a q Y, udáva sa obvykle v mm. Zvislý posun vyjadruje zvislú zložku posunu pozorovaného bodu a zvyčajne sa označuje ako Dh alebo Dz, udáva sa obvykle v mm. Sadanie je zvislý posun smerom dole, vyvolaný stlačením základovej pôdy, udáva sa obvykle v mm. Zdvíhanie je zvislý posun smerom hore, udáva sa obvykle v milimetroch.

11 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave Projekt merania posunov Pre efektívne sledovanie správania sa stavebného objektu sa vyhotovuje projekt komplexného monitoringu predmetného stavebného objektu. Ten obsahuje metodiku, harmonogram a technické vybavenie pre sledovanie objektu počas jeho prevádzky. Najdôležitejšou časťou je projekt geodetického merania posunov stavebného objektu. Jeho vyhotovenie zabezpečuje geodet projektanta v spolupráci s investorom stavebného objektu v zmysle platných technických predpisov (STN , 1986). Obsahom projektu merania posunov je v zmysle STN : - účel a druh merania (epochové, periodické, kontinuálne), - potrebné údaje o geologických, geotechnických a hydrologických pomeroch a vlastnostiach základovej pôdy (prevezmú sa z projektovej dokumentácie stavby, ak je dostatočná), - údaje o spôsobe založenia stavby, popis, funkcia a zaťažovací postup stavebnej konštrukcie, - hodnoty očakávaných posunov a pretvorení, - vyžadovaná presnosť meraní s apriórnym rozborom, - metódy merania so stručným rozborom metodiky a presnosti, - poloha, druh a označenie meracích značiek, spôsob a časový plán ich zabudovania, meracie prístroje a zariadenia a spôsob stabilizácie a ochrany meracích značiek pred poškodením, - časový plán meraní u epochových meraní alebo intervaly záznamov u kontinuálnych meraní, - spôsob číselného a grafického spracovania, vyjadrenie výsledkov meraní a ich interpretácia z hľadiska preukázateľnosti posunov, - lehoty odovzdávania čiastkových (priebežných) správ a záverečnej správy, - rozpočet nákladov na vybudovanie meracích zariadení alebo na získanie meracích prístrojov, na vykonanie a vyhodnocovanie výsledkov merania. 1.4 Požiadavky na presnosť merania posunov Požadovaná presnosť plánovaných geodetických meraní vyplýva z požiadaviek definovaných platnými technickými normami a projektantom stavebného objektu.

12 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 13 V zmysle (STN , 1986) je presnosť merania posunov stavebných objektov charakterizovaná krajnou odchýlkou d 1, ktorú určíme zo vzťahu p, (1.1) kde p je očakávaná hodnota celkového posunu, resp. jeho zložka v milimetroch. Pre novo navrhované stavby, v závislosti od charakteru základovej pôdy, nesmie hodnota krajnej dovolenej odchýlky merania zvislého posunu prekročiť hodnoty: 2 1, 0 mm, pre skalné a poloskalné horniny, 3 2,0 mm, pre piesčité, hlinité a iné stlačiteľné zeminy a zhutnené násypy, 4 5 mm, pre nezhutnené násypy a silne stlačiteľné zeminy. Pre stavebné objekty v prevádzke, ovplyvnené stavebnou činnosťou v okolí nesmie hodnota základnej strednej chyby merania posunu v mm prekročiť hodnotu 1 p, (1.2) 5 5 k kde p k je kritická hodnota posunu v mm, pri ktorej prekročení môže dôjsť k ohrozeniu bezpečnosti stavebného objektu. V prípade, že presnosť definovanú hodnotami d 1, d 2, d 3 je náročné dosiahnuť, alebo nie je potrebné merať s takou presnosťou, prípadne pri kontinuálnych meraniach je možné stanoviť požadovanú presnosť merania posunov aj inou hodnotou. 2 Účel a druh experimentálneho merania posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave Dlhodobý geodetický monitoring mostných objektov na území Slovenskej republiky je významnou súčasťou činností na zabezpečenie bezpečnosti a funkčnosti objektov, ktorých potreba realizácie je ukotvená v príslušných legislatívnych dokumentoch. Most Apollo je významným dopravným koridorom hlavného mesta Slovenskej republiky Bratislava. Intenzita dopravy, kolísanie hladiny vody v koryte rieky Dunaj a iné faktory, majú významný vplyv na jeho statickú funkciu a bezpečnosť. Z tohto dôvodu, ako aj zo spomenutých legislatívnych dôvodov je potrebné realizovať

13 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 14 pravidelné merania posunov a pretvorení mosta podľa schváleného projektu geodetického monitoringu. Účelom experimentálnych meraní bola detekcia správania sa nosnej konštrukcie pri zmenách vyvolaných zaťažením mosta vplyvom intenzity dopravy a poveternostných podmienok v reálnom čase. Matematicko - štatistickou analýzou nameraných údajov boli následne zistené posuny a pretvorenia konštrukcie mosta. Predmetom realizovaného geodetického monitoringu hlavnej oceľovej konštrukcie mostného objektu boli: - priestorové (3D) posuny pozorovaných bodov, situovaných v úrovni spodných trámov nosnej konštrukcie a vrcholu oblúka určené priestorovou polárnou metódou, - vodorovné posuny pozorovaného bodu, situovaného v úrovni vrcholu oblúka nosnej konštrukcie určené technológiou GNSS, - priečne a pozdĺžne naklonenie nosnej konštrukcie v úrovni spodných trámov a vrcholu oblúka určené snímačmi naklonenia, - dynamické pretvorenia nosnej konštrukcie v úrovni spodných trámov určené snímačmi zrýchlenia. Vzhľadom na požiadavky limitujúce rozsah práce je práca venovaná spracovaniu a interpretácii meraných posunov pozorovaných bodov, situovaných v úrovni spodných trámov nosnej konštrukcie a vrcholu oblúka určené priestorovou polárnou metódou. 3 Charakteristika mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave Aktualizáciou generálneho dopravného plánu hlavného mesta Slovenskej republiky Bratislavy z roku 1995 boli prijaté základné rozvojové zámery zlepšenia dopravnej situácie mesta. Medzi jeho základné časti patrí vybudovanie piateho mosta cez Dunaj mosta Apollo (obr. 3.1).

14 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 15 Obr. 3.1 Most Apollo cez Dunaj v Bratislave 3.1 Základné informácie o stavebnom objekte Most Apollo cez Dunaj v Bratislave je situovaný v katastrálnych územiach Staré mesto a Petržalka na riečnom kilometri 1867,300 km medzi Starým mostom a Prístavným mostom s celkovou dĺžkou 854,0 m. Z bratislavskej strany je pripojený na Košickú ulicu, na petržalskej strane je napojený na mimoúrovňovú križovatku diaľnice D1 a Dolnozemskej cesty. Výstavba mosta začala vo februári roku 2003 pod pracovným názvom Košická. Most bol uvedený do prevádzky v septembri Inžiniersko-geologické pomery lokality Predmetné územie patrí z geomorfologického hľadiska do juhozápadnej časti Podunajskej nížiny. Geologické podložie v danej lokalite je tvorené sedimentmi z obdobia neogénu a kvartéru. Nadložie kvartérnych sedimentov, zastúpených štrkmi a pieskami, tvoria štrkopieskové nánosy, prikryté hlinitými, prachovitými a ílovitými pieskami, resp. ílovito-piesčitými hlinami. Piesčité štrky dosahujú na brehoch Dunaja hrúbku 12 m až 26 m, v koryte Dunaja len 5 m až 8 m. Hladina podzemnej vody z hľadiska hydrogeologickej charakteristiky územia je v kvartérnych sedimentoch

15 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 16 v priamej hydraulickej závislosti od úrovne hladiny v povrchovom toku (Šifra et al., 2000). 3.3 Konštrukčné časti objektu Z hľadiska konštrukcie ide o kombinované premostenie s monolitickými nájazdovými estakádami na oboch brehoch rieky Dunaj a oceľovej konštrukcie hlavného mostného objektu. Mostný objekt pozostáva z troch základných mostných objektov, ktorými sú hlavný mostný objekt (obj. č. 201) s dĺžkou 517,5 m, estakáda Petržalka (obj. č. 202) s dĺžkou 236,0 m a estakáda Bratislava (obj. č. 203), ktorej dĺžka je 195,0 m. Mostný objekt obsahuje ešte ďalších päť vedľajších objektov, ktorými sú schody k zastávke MHD ľavé (obj. č. 204), schody k zastávke MHD pravé (obj. č. 205), cyklistická lávka Petržalka (obj. č. 206), cyklistická lávka Bratislava (obj. č. 207) a lávka pre chodcov Petržalka (obj. č. 208). Grafické znázornenie objektov mosta je zobrazené v prílohe č Hlavný mostný objekt Hlavný mostný objekt je z konštrukčného pohľadu spojitá dvojtrámová oceľová konštrukcia s ortotropnou mostovkou. V hlavnom poli sú trámy zavesené na dvoch k sebe naklonených oceľových oblúkoch (Beňo, Szabó, 2006). Objekt je zložený zo šiestich dilatačných polí, s rozpätiami 52,5 m, 2 x 61,0 m, 63,0 m, 231,0 m a 49,0 m. Prvé štyri polia sa označujú ako oceľová konštrukcia Petržalka (OKP). Hlavná oceľová konštrukcia (OKH) bola vybudovaná montážou na ľavom brehu Dunaja a následne bola otočená okolo piliera č. 11, naplavená a uložená na pilier č. 10 v koryte rieky. Výška vrcholu oblúka nad mostovkou hlavnej oceľovej konštrukcie je 36,0 m. Základy pilierov č. 10, 11 a 12 podopierajúce mostovku hlavného mostného objektu boli vybudované ako plošné so spevnením podložia tryskovou injektážou, príp. mikropilótami. Pilier č. 10 je jediný vybudovaný v koryte rieky. Posledné pole je projektom mosta označené ako oceľová konštrukcia Bratislava (OKB). 4 Použité metódy merania posunov a pretvorení Z hľadiska druhu, konštrukcie a zabezpečenia bezpečnosti mosta Apollo boli kontinuálne merania posunov a pretvorení realizované s presnosťou definovanou vzťahom (1.1). Týmto požiadavkám bol prispôsobený návrh konfigurácie siete

16 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 17 vzťažných a pozorovaných bodov, metodika meraní a jednotlivé komponenty meracieho systému. Voľba metódy merania bola závislá aj od charakteru sledovaných konštrukčných častí objektu a druhu merania posunov. Na automatizované merania posunov a pretvorení mostnej konštrukcie boli použité geodetické a fyzikálne metódy. Z geodetických metód išlo o meranie priestorovou polárnou metódou, metódou geometrickej nivelácie zo stredu a technológiou GNSS. Boli použité na porovnanie posunov určených pomocou fyzikálnych metód merania. Z fyzikálnych metód merania bola použitá metóda merania zrýchlenia a meranie naklonenia oblúkovej konštrukcie snímačom naklonenia, ktorými je možné získať informácie o dynamickej zmene polohy konštrukcie v krátkych časových intervaloch. 4.1 Priestorová polárna metóda Na určenie priestorových súradníc pozorovaných bodov s presnosťou definovanou v zmysle požiadaviek uvedených v kapitole 1.4, boli v jednotlivých okamihoch merania vykonané uhlové a dĺžkové merania univerzálnou meracou stanicou. Z dôvodu krátkeho časového intervalu medzi dvoma meraniami bola použitá robotizovaná univerzálna meracia stanica Leica TS30 so systémom automatizovaného cielenia na stred odrazového hranola (kap. 6.1). Postup určenia priestorových súradníc je uvedený v kapitole Metóda geometrickej nivelácie zo stredu Na overenie stability výšok vzťažných bodov č. VB13, VB15, VB16 bola použitá metóda geometrickej nivelácie zo stredu s dodržaním podmienok pre presnú niveláciu. Meranie prevýšení medzi vzťažnými bodmi bolo vykonané obojsmerne v obojstranne pripojenom nivelačnom ťahu. Použitý bol digitálny kompenzátorový nivelačný prístroj Trimble DiNi03, ktorého presnosť zodpovedá požiadavkám presnej nivelácie (kap. 6.2). 4.3 Metóda GNSS Určenie vodorovných posunov oblúkovej konštrukcie bolo realizované aj technológiou Globálnych navigačných satelitných systémov (GNSS). Na určenie geocentrických súradníc bodu v referenčnom systéme ETRS-89 bola použitá statická metóda merania

17 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 18 multifrekvenčnou GNSS aparatúrou Leica Viva GS15, s príjmom signálov z navigačných systémov GPS aj GLONASS (kap. 6.3). 4.4 Meranie naklonenia Meranie uhlov naklonenia konštrukcie mosta v priečnom a pozdĺžnom smere vo zvolených pozorovaných bodoch (kap. 5.3) bolo realizované jednoosími (Libela 2800) a dvojosími (Leica Nivel220) snímačmi naklonenia s presnosťou určenia naklonenia minimálne 0,005 mrad/m (Leica Geosystems AG, 2006). Stabilita vzťažného bodu, ktorý bol zvolený ako stanovisko univerzálnej meracej stanice, bola monitorovaná jedným dvojosím snímačom naklonenia Leica Nivel210, ktorý bol umiestnený pod hlavou piliera. 4.5 Meranie zrýchlenia Vibrácie mostnej konštrukcie spôsobujú posuny a pretvorenia, ktorých frekvencia zmien je nižšia ako 1 Hz (Melcer, 2002). Tieto javy boli monitorované snímačmi zrýchlenia HBM B12/200. Snímače zrýchlenia umožňujú registrovať vibrácie objektu s frekvenciou až 500 Hz. 5 Konfigurácia a stabilizácia siete vzťažných a pozorovaných bodov Základom pre geodetický monitoring posunov a pretvorení každého stavebného objektu je vhodne rozmiestnená a stabilizovaná sieť vzťažných a pozorovaných bodov. Pri návrhu siete vzťažných a pozorovaných bodov bolo potrebné zohľadniť celý rad aspektov, ktoré majú vplyv na presnosť, efektívnosť a iné kvalitatívne parametre určovania posunov stavebného objektu. 5.1 Konfigurácia siete vzťažných bodov Na meranie posunov a pretvorení hlavnej oceľovej konštrukcie mostného objektu č. 201 boli body vzťažnej siete totožné s bodmi pôvodnej vytyčovacej siete predmetného stavebného objektu (Nagy et al., 2005). Dôvodom je predpoklad optimálnej priestorovej stability navrhovaných bodov vzhľadom na spôsob stabilizácie

18 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 19 (kap. 5.2). Vo všetkých prípadoch sa jedná o združené vzťažné body, t.j. body tvoria súčasne polohovú aj výškovú sieť vzťažných bodov (Šifra et al., 2000). Sieť vzťažných bodov tvorí päť pilierov v tvare trojuholníkového reťazca. Body sú značené štvormiestnym alfanumerickým kódom v tvare VByy, kde písmená VB označujú, že ide o vzťažné body a dvojica znakov yy predstavuje poradové číslo bodu. Body na pravom brehu rieky Dunaj (petržalská strana) sú označené ako VB13, VB15 a VB16 a na ľavom brehu rieky (bratislavská strana) VB20 a VB21. Grafické znázornenie konfigurácie bodov a ich vzájomná viditeľnosť je zobrazená v prílohe č. 2. Medzi bodmi je zabezpečená priama viditeľnosť za predpokladu optimálnych poveternostných podmienok. To neplatí len pre pilier č. VB13, kde podmienka viditeľnosti na ostatné body vzťažnej siete nebola potrebná z dôvodu jeho použitia len pre účely overenia stability výšky vzťažného bodu VB16 metódou geometrickej nivelácie zo stredu. Pravouhlé súradnice bodov boli určené v každej epoche merania v miestnom ľavotočivom karteziánskom súradnicovom systéme S APOLLO. Výšky vzťažných bodov boli určené v základnej epoche meraní metódou geometrickej nivelácie zo stredu s dodržaním podmienok pre presnú niveláciu a v každej nasledujúcej epoche merania trigonometrickou metódou vo výškovom systéme Balt po vyrovnaní (Bpv). 5.2 Stabilizácia, signalizácia a ochrana vzťažných bodov Body vzťažnej siete sú stabilizované oceľovou pažnicou vyplnenou betónovou zmesou s hĺbkovou stabilizáciou 7 m až 9 m na zabezpečenie vyššej priestorovej stability podľa obrázka 5.1. Výška nadzemnej časti pilierov bodov č. VB13, VB21 je cca 1,35 m a body č. VB15, VB16 a VB20 majú výšku cca 3,00 m nad terénom, pre ktoré boli vybudované zvýšené observačné plošiny oceľovej konštrukcie (obr. 5.2). Hlavy pilierov sú opatrené oceľovými platňami s antikoróznou úpravou, s otvorom v strede na centrické upevnenie podložky meracieho prístroja. Na všetkých pilieroch sú cca 0,5 m nad terénom osadené čapové nivelačné značky. Ochrana bodov je zabezpečená ochrannými tyčami a značkou s nápisom Geodetický bod. Poškodenie sa trestá (Šifra et al., 2000).

19 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 20 Obr. 5.1 Hĺbková stabilizácia bodov vzťažnej siete (Staněk, 2007) Obr. 5.2 Stabilizácia bodu vzťažnej siete č. VB Rozmiestnenie a označenie pozorovaných bodov Pozorované body boli rozmiestnené na miestach, ktoré majú z hľadiska statickej a dynamickej funkcie najväčší význam, alebo sa na nich očakávali najväčšie hodnoty posunov hlavnej oceľovej konštrukcie mostného objektu č Boli situované v úrovni spodných trámov nosnej konštrukcie a vo vrchole oblúka.

20 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 21 Odrazové hranoly boli umiestnené v piatich priečnych profiloch objektu. Z dôvodu podmienky viditeľnosti všetkých pozorovaných bodov zo vzťažného bodu VB16 boli rozmiestnené v nepravidelných staničeniach v úrovni spodných trámov nosnej konštrukcie a vo vrchole oblúkovej konštrukcie (prílohy 3, 4, 5-1, 5-2, 5-3, 5-4, 5-5). Body sú značené päťmiestnym alfanumerickým kódom PBHyy, kde dvojica písmen PB označuje, že ide o pozorovaný bod, H ako odrazový hranol a dvojica znakov yy predstavuje poradové číslo bodu. Vodorovné posuny pozorovaného bodu situovaného v úrovni vrcholu oblúka boli určované technológiou GNSS. Bod je označený päťmiestnym alfanumerickým kódom PBGyy, kde dvojica písmen PB označuje, že ide o pozorovaný bod, G ako GNSS aparatúra a dvojica znakov yy predstavuje poradové číslo bodu. Snímače naklonenia boli umiestnené v telese nosnej konštrukcie mostného objektu v priečnom profile č. 3 a vo vrchole oblúkovej konštrukcie (prílohy 3, 4, 5-3). Body sú značené päťmiestnym alfanumerickým kódom PBNyy, kde dvojica písmen PB označuje, že ide o pozorovaný bod, N ako snímač naklonenia a dvojica znakov yy predstavuje poradové číslo bodu. Snímače zrýchlenia boli umiestnené v telese nosnej konštrukcie mostného objektu v priečnych profiloch č. 2, 3 a 4 (prílohy č. 3, 4, 5-2, 5-3 a 5.4). Body sú značené päťmiestnym alfanumerickým kódom PBZyy, kde dvojica písmen PB označuje, že ide o pozorovaný bod, Z ako snímač zrýchlenia a dvojica znakov yy predstavuje poradové číslo bodu. 5.4 Stabilizácia, signalizácia a ochrana pozorovaných bodov Spôsob stabilizácie pozorovaných bodov bol závislý od materiálu a tvaru konštrukčných prvkov, na ktorých boli umiestnené meracie zariadenia. Vzhľadom na zákaz vŕtania, prípadne zvárania do oceľovej konštrukcie, bolo zariadenia možné stabilizovať len lepením alebo pripevnením pomocou špeciálnych upevňovacích konštrukcií. Odrazové hranoly, situované približne 0,15 m pod úrovňou spodných trámov, boli pripevnené ku konštrukcii priskrutkovaním pomocou kovovej svorky s tŕňom na ich osadenie (obr. 5.3 vľavo). Na vrchole oblúkovej konštrukcie v priečnom profile č. 3 bol umiestnený jeden odrazový hranol, ktorý bol stabilizovaný pomocou oceľovej konzoly

21 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 22 s tŕňom, ktorá bola priskrutkovaná ku konštrukcii oblúka z bočnej strany približne 0,20 m pod úrovňou vrcholu oblúka nosnej konštrukcii (obr. 5.3 vpravo). Obr. 5.3 Umiestnenie odrazových hranolov na objekte Poloha GNSS aparatúry bola stabilizovaná pomocou oceľovej konštrukcie s okrúhlou platňou a upevňovacou skrutkou v hornej časti. Konštrukcia bola umiestnená vo zvislej polohe na vrchnú stranu oblúkového trámu a pripevnená o ochranné zábradlie (obr. 5.4). Na konštrukciu bola umiestnená GNSS aparatúra Leica Viva GS15 (kap. 6.3). Obr. 5.4 Spôsob umiestnenia GNSS aparatúry Leica Viva GS15

22 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 23 Snímače naklonenia boli umiestnené na podložkách trojuholníkového tvaru s možnosťou urovnania do vodorovnej polohy na začiatku merania pomocou urovnávacích skrutiek (obr. 5.5). Aby sa zabránilo posunu podložky vplyvom kmitania konštrukcie mosta, boli v miestach styku urovnávacích skrutiek a konštrukcie nalepené pomocou špeciálneho lepidla malé kovové podložky, do ktorých boli zasunuté hroty urovnávacích skrutiek. Obr. 5.5 Spôsob umiestnenia snímačov naklonenia Snímače zrýchlenia boli upevnené priskrutkovaním pomocou kovovej matice so závitom M6. Matica bola prilepená na podložku na urovnanie teodolitu. Urovnanie snímača do zvislej polohy bolo zabezpečené pomocou urovnávacích skrutiek a vodováhy v dvoch na seba kolmých smeroch. Podložky boli v miestach styku troch urovnávacích skrutiek nalepené pomocou špeciálneho lepidla na vodorovnú konštrukciu objektu (obr. 5.6). Obr. 5.6 Spôsob umiestnenia snímačov zrýchlenia

23 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 24 Ochrana pozorovaných bodov nebola potrebná. Všetky zariadenia boli umiestnené priamo v telese mosta a na miestach, ktoré sú prístupné len v sprievode poverených pracovníkov správcu mosta. 6 Komponenty automatizovaného meracieho systému Efektivita automatizovaného monitoringu posunov a pretvorení závisí okrem vhodnej voľby siete vzťažných a pozorovaných bodov aj od zvolenej kombinácie meracích zariadení, ktorá zabezpečí dobré podmienky pre správnu analýzu a interpretáciu posunov. Merací systém použitý pri realizácii predmetného experimentálneho merania posunov bol zvolený na základe zvolených metód určovania posunov. Použité meracie zariadenia možno rozdeliť do troch základných kategórií - geodetické prístroje, - fyzikálne meracie prístroje, - prístroje na meteorologický monitoring. Z geodetických prístrojov boli použité pri meraní robotizovaná univerzálna meracia stanica Leica TS30 a multifrekvenčná GNSS aparatúra Leica Viva GS15. Z fyzikálnych meracích prístrojov boli použité snímače naklonenia Leica Nivel210, Nivel220 a Libela 2800 so vstupno výstupným zariadením AE 2 DN, ako aj snímače zrýchlenia HBM B12/200 so zosilňovačom a analógovo digitálnym prevodníkom HBM Spider 8. Na meranie meteorologických veličín bola použitá meteorologická stanica TFA Nexus. Na zabezpečenie simultánneho priebehu meracieho a registračného procesu bol použitý časový server (kap.7.1.3) a aktívne sieťové prvky. Na registráciu meraných údajov boli použité prenosné počítače s príslušným softvérovým vybavením. V nasledujúcej časti je uvedená špecifikácia týchto zariadení. 6.1 Robotizovaná univerzálna meracia stanica Leica TS30 Robotizovaná univerzálna meracia stanica Leica TS30 je najnovším modelom geodetických prístrojov spoločnosti Leica Geosystems AG navrhnutým na presné geodetické merania. Je vhodným riešením pre presné merania v oblasti inžinierskej geodézie, geodetických sietí, geodetického monitoringu posunov a v neposlednom rade aj pre priemyselné aplikácie.

24 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 25 Obr. 6.1 Univerzálna meracia stanica Leica TS30 Presnosťou merania uhlov 1,5 cc je Leica TS30 zaradená do prvej triedy presnosti. Výrobcom deklarovaná presnosť merania dĺžok je pri meraní na odrazový hranol 0,6 mm + 1 ppm a pre bezhranolový mód merania dosahuje presnosť 2 mm + 2 ppm (Leica Geosystems AG, 2009). Presnosť diaľkomera je závislá od druhu povrchu cieľa. Automatizované cielenie prístroja je realizované pomocou funkcie ATR (angl. Automatic Target Recognition), ktorá identifikuje odrazový hranol pomocou obrazového snímača, ktorý určuje presný smer na vyhľadávaný hranol Meranie vodorovných a výškových uhlov Meranie vodorovných smerov a zvislých uhlov je realizované pomocou sklenených kódových kruhov a štvorice snímačov na odčítanie hodnoty uhla. Snímač pozostáva zo zdroja svetla, ktorým je LED dióda, sústavy zrkadiel na usmernenie svetelných lúčov a čiarového snímača svetelného signálu. Kód umiestnený na sklenených kruhoch je založený na systéme sústredných kružníc. LED diódou vyžarované svetelné lúče prechádzajú kódovým kruhom a dopadajú na čiarový snímač svetelného signálu. Informácia o intenzite dopadnutého svetelného signálu na čiarový snímač je transformovaná na príslušnú uhlovú hodnotu. Uhol je možné odmerať s frekvenciou až 5000 Hz, čo zvyšuje spoľahlivosť v určení uhlovej hodnoty (Zogg et al., 2009).

25 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave Princíp motorizácie Motorizácia prístroja je založená na princípe piezoelektrického javu, ktorým sa elektrická energia priamo transformuje na pohybovú energiu. Pohonné jednotky horizontálnych a vertikálnych pohyblivých častí sú zložené z dvoch diametrálnych, pevne umiestnených piezoelektrických keramických prvkov a rotujúceho keramického kruhu. Diametrálne umiestnené keramické prvky sú striedavo polarizované, čím otáčajú keramický kruh v požadovanom smere. Pohonné jednotky fungujúce na princípe piezoelektrického javu umožňujú dosahovať vysokú rýchlosť otáčania a zrýchlenia otáčavých prvkov prístroja pri nízkej spotrebe elektrickej energie (Zogg et al., 2009) Princíp automatizovaného cielenia na stred odrazového hranola Automatizované cielenie univerzálnej meracej stanice Leica TS30 je realizované pomocou funkcie ATR (Automatic Target Recognition), ktorá identifikuje odrazový hranol pomocou obrazového snímača, ktorý určuje presný smer na vyhľadávaný hranol. Identifikácia je realizovaná pomocou technológie CMOS snímača. Obraz stredu odrazového hranola sa zobrazí premietnutím svetelného lúča na CMOS snímač. Tento obraz je reprezentovaný pravouhlými súradnicami súradnicového systému CMOS snímača. Obr. 6.2 Geometria zobrazovaného lúča Princíp cielenia vychádza z obrázka 6.2. Uhol medzi osou optickej sústavy ďalekohľadu a spojnicou stredu odrazového hranola so stredom CMOS snímača je rovný uhlu, ktorý zviera os optickej sústavy s obrazovým lúčom hranola. Poloha obrazu stredu hranola na CMOS snímači je funkciou uhla, ktorý zviera os optickej sústavy

26 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 27 ďalekohľadu s obrazovým lúčom hranola, ohniskovej vzdialenosti objektívu a veľkosti obrazového elementu CMOS snímača. Obr. 6.3 Uhlové odchýlky od stredu odrazového hranola (prevzaté z (Zogg et al., 2010)) Na základe polohy obrazu stredu cieľa na CMOS snímači sa určí vodorovná a zvislá uhlová odchýlka cieľa od optickej osi optickej sústavy ďalekohľadu (obr. 6.3). Na základe týchto odchýlok je prístroj automaticky navigovaný na stred cieľa po maximálnu zvyškovú odchýlku 50 od stredu odrazového hranola. Následne si softvér vypočíta zvyškovú odchýlku na základe odchýlky zobrazenej na CMOS snímači a pripočíta k meranej uhlovej hodnote. Identifikácia odrazového hranola pri slabých svetelných podmienkach, napríklad v noci je zabezpečená pomocou funkcie Power Search, pracujúcej na princípe vyhľadávania hranola laserovým lúčom. Apriórna presnosť automatizovaného cielenia dosahuje hodnotu Nivelačný prístroj Trimble DiNi03 Overenie vertikálnej stability vzťažného bodu VB15 a VB16 bolo vykonané digitálnym kompenzátorovým nivelačným prístrojom Trimble DiNi03 a dvojicou nivelačných lát s kódovou invarovou stupnicou (obr. 6.4). Presnosť prístroja je definovaná strednou kilometrovou chybou s hodnotou 0,3 mm pri elektronickom meraní dĺžky latového úseku na kódovej invarovej stupnici nivelačnej laty. Dĺžka zámer, pri ktorých prístroj je schopný odčítať dĺžku latového úseku sa pohybuje v intervale 1,5 m 100 m. Ďalekohľad prístroja má 32 násobné zväčšenie a rozsah urovnania kompenzátora je ± 15 (Trimble, 2007).

27 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 28 Obr. 6.4 Nivelačný prístroj Trimble DiNi03 Prístroj je vybavený programovým vybavením na meranie technológiou geometrickej nivelácie zo stredu a výškové vytyčovanie s možnosťou uloženia meraných údajov na integrované pamäťové médium. 6.3 GNSS aparatúra Leica Viva GS15 Na meranie GNSS metódou bol použitý multifrekvenčný prijímač Leica Viva GS15 (obr. 6.5). Prístroj umožňuje prijímať signály amerického navigačného systému GPS, ruského GLONASS ako aj európskeho Galileo a čínskeho Compass. Obr. 6.5 GNSS aparatúra Leica Viva GS15 Výrobcom deklarovaná presnosť je stanovená jednotkovou strednou chybou pre statické merania 5 mm + 0,5 ppm v horizontálnej polohe (v rovine rovnobežnej s dotykovou rovinou k referenčnému elipsoidu) a 10 mm + 0,5 ppm vo vertikálnom smere (v smere normály k referenčnému elipsoidu), avšak môže byť ovplyvnená

28 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 29 viaccestným šírením signálu (angl. multipath), zákrytmi ako aj konfiguráciou družíc nad horizontom (Leica Geosystems AG, 2010). Minimálna frekvencia realizovaných meraní je 1 sekunda. Merané údaje sú registrované do pamäťovej jednotky prijímača a následne môžu byť odoslané do ovládacieho počítača, prípadne pomocou rádiového spojenia do spracovateľského centra. 6.4 Snímač naklonenia Leica Nivel200 Snímače naklonenia Leica Nivel200 majú využitie v geodetickom monitoringu stavebných objektov, na ktorých sa predpokladajú zmeny posunov a pretvorení konštrukčných prvkov v relatívne krátkych časových intervaloch (rádovo v sekundách). Ide najmä o posuny a pretvorenia výškových budov, mostov, účelových konštrukcií v priemyselnom prostredí apod. Séria snímačov naklonenia Leica Nivel200 obsahuje dva typy meracích zariadení, ktoré sa od seba odlišujú iba možnosťou sériového zapojenia. Leica Nivel210 na rozdiel od typu Leica Nivel220 neumožňuje sériové zapojenie snímačov. Leica Nivel220 umožňuje sériové zapojenie až 32 snímačov. Snímač umožňuje realizovať merania uhla naklonenia sledovaného objektu v rozsahu ±3 mrad/m. Výrobcom uvádzaná presnosť merania uhla naklonenia je ± 0,0047 mrad/m, čo predstavuje hodnotu 3 cc /m. Presnosť určenia základnej polohy (vodorovnej roviny) je 15 cc /m (Leica Geosystems AG, 2006). Obr. 6.6 Snímač naklonenia Leica Nivel220 Z konštrukčného hľadiska ide o dvojosí snímač naklonenia pracujúci na optoelektronickom princípe. Obrázok 6.7 zobrazuje jednotlivé funkčné komponenty snímača.

29 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 30 Obr. 6.7 Komponenty snímača naklonenia (prevzaté z Leica Geosystems AG, 2006) Princíp určenia uhla naklonenia vychádza z obrázka 6.7. LED diódou (g) je vyžarovaný svetelný lúč, ktorý je na uvedenom obrázku reprezentovaný červenou lomenou čiarou. Lúč prechádzajúci sústavou šošoviek a hranolov (c, d, e) sa odráža o povrch kvapaliny (f) a následne dopadá na CCD snímač. Povrch kvapaliny (f) zostáva v horizontálnej polohe bez ohľadu na naklonenie snímača, a teda obrazec umiestnený na hranole (c) sa zobrazí na CCD snímači (b), ktorého poloha sa porovná s referenčnou polohou reprezentovanou zvislicou. Uhol naklonenia teda predstavuje uhol medzi povrchom kvapaliny (f) a referenčnou polohou snímača. Minimálnu frekvenciu záznamu realizovaných meraní je možné stanoviť na 1 Hz. Registrácia údajov (čas merania, uhly naklonenia v smere jednotlivých osí a teplota vzduchu) prebieha prenosom dát do počítača pomocou obslužného softvéru. 6.5 Snímač naklonenia Libela 2800 Jednoosí snímač naklonenia Libela 2800 (obr. 6.8 vľavo) je určený na meranie uhla naklonenia, odchýlok od rovinnosti a na určenie priamky alebo roviny s požadovaným sklonom (Kubanka, Staněk, 1996). Snímač je tvorený závesným kyvadlom, ktorého poloha je snímaná prostredníctvom diferenciálneho transformátora. Maximálna veľkosť výchylky kyvadla je ± 2,5 mm/m. Snímač je ovládaný prostredníctvom vstupno - výstupnej jednotky AE 2 DN (obr. 6.8 vpravo) s možnosťou nastavenia rozlišovacej schopnosti analógového signálu v intervale od 0,001 mm/m do 0,01 mm/m, ktorý je následne digitalizovaný. Registrácia meraných údajov sa realizuje prostredníctvom prídavných registračných zariadení.

30 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 31 Obr. 6.8 Snímače naklonenia Libela 2800 a vstupno výstupné zariadenie AE 2 DN 6.6 Snímač zrýchlenia HBM B12/200 Na meranie vertikálnych vibrácií oceľovej nosnej konštrukcie boli použité snímače zrýchlenia HBM B12/200 nemeckého výrobcu meracej techniky HBM (obr. 6.9 vľavo). Z konštrukčného hľadiska sa jedná o snímač s vertikálnym jednoosím kyvadlom s indukčnostným meracím systémom. Meranie zrýchlenia objektu je realizované prostredníctvom diferenciálneho transformátora, ktorý umožňuje relatívne veľký rozsah merania (Kopáčik, 1998). Maximálny rozsah merania zrýchlenia objektu je 200 m.s -2. Frekvenčný rozsah záznamu meraní je v intervale od 10 Hz do 100 Hz. Presnosť snímača je definovaná relatívnou odchýlkou v rozsahu ± 2 % (HBM, 2010). Obr. 6.9 Snímač zrýchlenia HBM B12/200 a merací zosilňovač HBM Spider 8 Merané údaje snímačov zrýchlenia sú vo forme analógového signálu. Meracím zosilňovačom HBM Spider 8 (obr. 6.9 vpravo) je meraný signál zosilňovaný, filtrovaný a transformuje sa na digitálny signál, ktorý je nevyhnutný pre ďalšie spracovanie pomocou výpočtovej techniky (HBM, 2000). Zariadenie má integrované štyri meracie kanály pre vstup analógového signálu, šestnásťkanálový modul pre digitálny signál, výstupný paralelný konektor na pripojenie k tlačiarni, sériový a paralelný konektor na prepojenie s počítačom, resp. pripojenie ďalšieho meracieho zosilňovača.

31 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave Meteorologická stanica TFA Nexus Poloprofesionálna meteorologická stanica TFA Nexus umožňuje registrovať meteorologické veličiny z meraní piatimi rôznymi snímačmi (obr. 6.10). Štandardne sú dodávané externé snímače teploty, relatívnej vlhkosti a atmosférického tlaku vzduchu, zrážkomer a anemometer. Teplotu a atmosférický tlak vzduchu je možné merať aj snímačmi integrovanými v riadiacej jednotke zariadenia. Rozsah merania teploty externým snímačom je -40 C až +80 C a snímačom integrovaným v riadiacej jednotke -9.9 C až C s rozlíšením 0,1 C a presnosťou 1 C. Rozsah merania atmosférického tlaku vzduchu je v intervale od 500 hpa do 1100 hpa s minimálnym rozlíšením stupnice 0,1 hpa a presnosťou merania 5 hpa. Relatívnu vlhkosť vzduchu je možné merať v celom rozsahu percentuálnych bodov s relatívnou presnosťou 5 % (TFA Dostmann Ltd, 2010). Obr Meteorologická stanica TFA Nexus 7 Realizácia experimentálnych meraní posunov Realizácia experimentálnych meraní pozostávala z inštalácie jednotlivých komponentov meracieho systému na objektoch mosta a vzťažných bodoch a následného kontinuálneho merania posunov a pretvorení v časovom rozsahu 24 hodín v dňoch od časového okamihu 12:40 do nasledujúceho dňa 12:50. V ďalšej časti je uvedená problematika inštalácie meracích a záznamových komponentov meracieho systému a ich časovej synchronizácie. Posledná časť kapitoly sa venuje automatizácii procesu kontinuálnych meraní posunov použitím softvérového nástroja na geodetický monitoring Leica GeoMoS 5.0.

32 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave Inštalácia meracích a záznamových zariadení Umiestnenie jednotlivých meracích a záznamových zariadení na moste a vzťažných bodoch bolo vykonané v súlade s prevádzkovými predpismi mosta. Príprava pozostávala z inštalácie zariadení na sledovanom objekte (spojovacia chodba pri vrchole oblúka a pravý dolný trám nosnej konštrukcie mosta v priečnom profile č. 3) a na vzťažnom bode VB16. Tabuľka 7.1 uvádza umiestnenie registračných počítačov a počty a druhy pripojených snímačov. Tab. 7.1 Umiestnenie počítačov a pripojenie jednotlivých snímačov Označenie počítača Umiestnenie Počet a druh snímačov PC_1 Spojovacia chodba pri vrchole oblúka 2x Libela 2800, 1x TFA 35,1075 Nexus PC_2 Pravý dolný trám nosnej 4x snímač HBM B12/200, konštrukcie mosta, 2x Leica Nivel220 profil č. 3 PC_3 Vzťažný bod č. VB16 1x UMS Leica TS30, 1x Leica Nivel Inštalácia meracích a záznamových zariadení v telese mosta Vo vrchole oblúka bol inštalovaný štandardný kruhový odrazový hranol Leica Standard GPR1 s adičnou konštantou elektrooptického diaľkomera +0,0 mm (obr. 5.3 vpravo). V spojovacej chodbe medzi oblúkmi mosta boli inštalované dva jednoosé snímače naklonenia Libela 2800 (obr. 6.8) v dvoch navzájom kolmých smeroch, ktoré boli pripojené k dvom samostatným vstupno - výstupným zariadeniam AE 2 DN. Pripojenie zariadenia AE 2 DN k meraciemu zosilňovaču HBM Spider 8 bolo realizované pomocou LPT kábla. Merané údaje boli registrované s frekvenciou 1 Hz na pamäťové médium prenosného počítača prepojeným s meracím zosilňovačom HBM Spider 8 prostredníctvom dátového kábla s redukciou USB - RS-232 nakoľko prenosný počítač neobsahoval 9-pinový RS-232 konektor. Na vrchole oblúka hlavnej oceľovej konštrukcie hlavného mostného objektu bola inštalovaná GNSS aparatúra (kap. 6.3) s pripojením na externú 12 V autobatériu prostredníctvom kábla Leica GEV71. Interval merania a registrácie meraných údajov bol nastavený na 1 sekundu.

33 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 34 Na bleskozvode boli inštalované pre potreby spracovania meraní externé snímače meteorologickej stanice TFA Nexus na meranie meteorologických veličín (teplota vzduchu, atmosférický tlak vzduchu, relatívna vlhkosť vzduchu, smer a rýchlosť vetra). Spôsob umiestnenia snímačov na bleskozvode je demonštrovaný na obrázku 7.1. Merané údaje boli synchrónne registrované na pamäťové médium riadiacej jednotky a prenosného počítača (PC_1) umiestnených v prepájacej chodbe medzi oblúkmi v časovom intervale 300 sekúnd. Prepojenie externých snímačov a riadiacej jednotky bolo realizované dátovým káblom štandardu USB 2.0. Obr. 7.1 Meteorologická stanica umiestnená na bleskozvode Na vrchole oblúka bola inštalovaná 2,4 GHz Wi-Fi (štandard IEEE ) anténa na príjem údajov o časovej synchronizácii vysielaných časovým serverom inštalovaným na vzťažnom bode VB16. Prepojenie Wi-Fi antény a registračného počítača bolo realizované pomocou UTP kábla kategórie 5. Schematické znázornenie zapojenia jednotlivých meracích a záznamových zariadení vo vrchole oblúka je zobrazené na obrázku 7.2.

34 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 35 Obr. 7.2 Schematické znázornenie pripojenia meracích a záznamových zariadení pri vrchole oblúka V úrovni nosnej konštrukcie mostného objektu boli umiestnené dva snímače naklonenia a tri snímače zrýchlenia (kap. 5.3). V priečnom profile v blízkosti pozorovaného bodu PBN01 bol inštalovaný prenosný počítač (PC_2) na registráciu meraných údajov zo spomenutých meracích zariadení. Snímače zrýchlenia HBM B12/200 boli prostredníctvom LPT kábla s redukciou LPT FTP pripojené k meraciemu zosilňovaču HBM Spider 8. Prepojenie meracieho zosilňovača a registračného počítača bolo realizované prostredníctvom 9-pinového RS-232 kábla. Registrácia meraných údajov prebiehala pomocou softvéru Conmes Spider 12.1 s frekvenciou 25 Hz. Snímače naklonenia boli sériovo zapojené prostredníctvom RS-485 kábla s redukciou RS-485 FTP. K registračnému počítaču boli pripojené pomocou RS-232 kábla s redukciami RS-485 RS-232 a následne USB RS-232 nakoľko registračný počítač obsahoval len jeden 9-pinový RS-232 konektor. Registrácia meraných údajov prebiehala pomocou softvéru Leica GNSS QC s frekvenciou 1 Hz. V úrovni spodných trámov v priečnom profile č. 3 bola inštalovaná 2,4 GHz Wi-Fi anténa na príjem údajov o časovej synchronizácii vysielaných časovým serverom inštalovaným na vzťažnom bode VB16. Prepojenie Wi-Fi antény a registračného počítača bolo realizované pomocou UTP kábla kategórie 5. Schematické znázornenie zapojenia jednotlivých meracích a záznamových zariadení vo vrchole oblúka je zobrazené na obrázku 7.3.

35 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 36 Obr. 7.3 Schematické znázornenie pripojenia meracích a záznamových zariadení v telese nosnej konštrukcie mosta Inštalácia meracích a záznamových zariadení na vzťažnom bode VB16 Kontinuálne geodetické merania boli vykonané na vzťažnom bode VB16. Prepojenie UMS Leica TS30 a registračného počítača s inštalovaným softvérom na automatizovaný geodetický monitoring posunov Leica GeoMos 5.0 bolo realizované pomocou dátového kábla Leica GEV220 s pripojením na 9-pinový RS-232 konektor. Snímač naklonenia Leica Nivel210 bol umiestnený v priestore pod hlavou piliera VB16 a pripojený k registračnému počítaču (PC_3) pomocou dátového kábla s redukciou USB - RS-232, nakoľko registračný počítač obsahoval len jeden 9-pinový RS-232 konektor. Os y snímača naklonenia bola pomocou buzoly orientovaná rovnobežne s osou OKH mosta. Zapojenie do elektrickej siete bolo uskutočnené pomocou 220 V zdroja elektrického napätia umiestneného v telese mostného objektu. Schematické znázornenie zapojenia jednotlivých meracích a záznamových zariadení na vzťažnom bode VB16 je uvedené na obrázku 7.4.

36 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 37 Obr. 7.4 Schematické znázornenie pripojenia meracích a záznamových zariadení na vzťažnom bode VB16 Na vzťažných bodoch VB15, VB20 a VB21 boli umiestnené odrazové hranoly značky Topcon s adičnou konštantou + 33,0 mm. Na pozorovaných bodoch na sledovanom objekte mosta boli umiestnené odrazové hranoly Leica Standard Prism (GPR1) s adičnou konštantou + 0,0 mm (kap. 5.4) Časová synchronizácia meracích a záznamových zariadení Z dôvodu nutnosti časovej synchronizácie meraných údajov zo všetkých použitých meracích zariadení bol na observačnej plošine vzťažného bodu VB16 inštalovaný GPS prijímač časového signálu (LTS Local Time Server), ktorého prijaté údaje boli prostredníctvom 2,4 GHz Wi-Fi antény odosielané na jednotlivé záznamové zariadenia umiestnené v telese mosta. Časová synchronizácia meraných údajov bola zabezpečená prepojením GPS prijímača časového signálu a registračného zariadenia (PC_3) pomocou UTP kábla kategórie 5. Proces časovej synchronizácie údajov bol realizovaný pomocou softvéru NetTime 2.0. Schematické znázornenie časovej synchronizácie záznamových zariadení je uvedené na obrázku 7.5.

37 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 38 Obr. 7.5 Schematické znázornenie časovej synchronizácie záznamových zariadení 7.2 Automatizácia procesu merania posunov Stavebné objekty väčších rozmerov, resp. náročnej technickej realizácie, vyžadujúce nepretržitý monitoring posunov viacerými metodikami je vhodné sledovať automatizovane pomocou softvéru na geodetický monitoring posunov a pretvorení. Na predmetné experimentálne meranie posunov mosta bol použitý softvérový balík Leica GeoMoS vo verzii 5.0. Softvér Leica GeoMoS 5.0 umožňuje automatizovaný zber údajov získaných z pripojených meracích zariadení, spracovanie a analýzu meraných posunov v reálnom čase a uchovávanie údajov na pamäťové média prostredníctvom databázovej technológie Microsoft Database Engine (MSDE). Softvérový balík je zložený z dvoch samostatných modulov - Leica GeoMoS Monitor, - Leica GeoMoS Analyzer. Modul GeoMoS Monitor (obr. 7.6) umožňuje v závislosti od počtu zakúpených licencií pripojenie ľubovoľného množstva vybraných typov meracích zariadení (na jednu zakúpenú licenciu je platná jedna merateľná veličina pripojeného meracieho zariadenia) a naprogramovanie objektov a algoritmu meracieho procesu automatizovaného monitoringu objektu pre každé pripojené zariadenie.

38 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 39 Obr. 7.6 Pracovné prostredie softvéru Leica GeoMos 5.0 (modul Monitor) Modul GeoMoS Analyzer umožňuje vykonávať vybrané numerické a grafické analýzy meraných posunov a prostredníctvom funkcie Messenger varovať administrátora v prípade prekročenia stanovených kritických hodnôt posunov prostredníctvom elektronickej pošty, resp. textovej správy v sieti mobilného operátora. Pri experimente bol použitý modul Monitor, prostredníctvom ktorého bolo realizované automatizované meranie posunov pozorovaných bodov priestorovou polárnou metódou použitím univerzálnej meracej stanice Leica TS30 a kontrola stability vzťažného bodu VB16 snímačom naklonenia Leica Nivel210. Pripojenie, konfigurácia a testovanie funkčnosti uvedených meracích zariadení bolo realizované prostredníctvom nástroja Sensor manager (sl. Správca snímačov). Pracovné prostredie nástroja je zobrazené na obrázku 7.7. Podrobnosti technickej realizácie pripojenia jednotlivých meracích zariadení sú uvedené v kapitole 7.1.

39 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 40 Obr. 7.7 Pracovné prostredie nástroja Sensor Manager Zoznam vzťažných a pozorovaných bodov, na ktorých boli realizované merania bol vytvorený prostredníctvom nástroja Point Group Editor (sl. Editor Skupiny Bodov). Body boli rozdelené do dvoch skupín, t.j. vzťažné body a pozorované body na odlíšenie pri programovaní meracieho cyklu epochy merania, ktorý bol vytvorený pomocou nástroja Measurment Cycle Editor (sl. Editor meracieho cyklu). Umiestnenie meracích zariadení na vzťažnom bode VB16 bolo definované nástrojom Sensor Location (sl. Poloha snímača). Pre meranie UMS bola okrem umiestnenia prístroja definovaná aj počiatočná orientácia na vzťažný bod VB21. Nástrojom Virtual Sensor Editor (sl. Editor virtuálnych snímačov) bol naprogramovaný algoritmus dynamickej aktualizácie priestorových súradníc vzťažného bodu VB16 (stanoviska UMS) z meraní realizovaných snímačom naklonenia a vzťažných bodov VB15, VB20 a VB21 z meraní vykonaných univerzálnou meracou stanicou Leica TS30 na základe výsledkov štatistického testovania posunov (kap ). Pracovné prostredie nástroja je zobrazené na obrázku 7.8. Matematický model aktualizácie priestorových súradníc vzťažných bodov je uvedený v kapitole 8.3. Cyklus merania v jednej epoche bol naprogramovaný pomocou nástroja Measurment Cycle Editor (obr. 7.9). Interval merania a registrácie uhlov naklonenia a teploty vzduchu snímačom naklonenia Leica Nivel210 na vzťažnom bode VB16 bola stanovená na 10 sekúnd. Pre merací cyklus UMS bolo nastavené meranie skupiny vzťažných bodov (ozn. VB ) v poradí VB21, VB20, VB15 a následne v tej istej epoche meranie skupiny pozorovaných bodov (ozn. PB ) v poradí PBH01, PBH03, PBH02, PBH05, PBH04, PBH06, PBH08, PBH07, PBH09, PBH10, PBH11. Pre

40 Lipták, I.: Meranie posunov a pretvorení mosta Apollo cez Dunaj v Bratislave 41 obidve skupiny bola nastavená realizácia merania vodorovných a zenitových uhlov a šikmých dĺžok v dvoch polohách ďalekohľadu, ktoré boli automatizovane opravené o atmosférické korekcie uvedené v kapitole 8.4. Interval merania a záznamu univerzálnej meracej stanice Leica TS30 bol pre obidve skupiny bodov stanovený na 600 sekúnd. Celkovo bolo realizovaných 146 epoch merania od dňa v čase 12:40 do dňa v čase 12:50. Obr. 7.8 Pracovné prostredie nástroja Virtual Sensor Editor Obr. 7.9 Pracovné okno nástroja Measurment Cycle Editor