NIWELACJA WYKŁAD 5

NIWELACJA Pomiary wysokościowe wykonuje się w celu wyznaczenia wysokości punktów w terenie w stosunku do przyjętych poziomów porównawczych. Najczęściej w tym celu wykonywane są pomiary niwelacyjne.

NIWELACJA Niwelacja polega na wyznaczeniu wysokości wybranych punktów terenowych, przez pomiar ich odległości od ustalonego poziomu odniesienia. Powierzchnią odniesienia dla pomiarów wysokościowych jest geoida zerowa nazywana potocznie „poziomem morza".

NIWELACJA Wyróżniamy dwa poziomy odniesienia: bezwzględny poziom odniesienia; względny (lokalny) poziom odniesienia; W pomiarach geodezyjnych w zależności od poziomu odniesienia określa się: wysokości bezwzględne; wysokości względne.

WYSOKOŚCI BEZWZGLĘDNE Wysokości bezwzględne są to wyniesienia punktów nad powierzchnią geoidy (nad poziomem morza) mierzone wzdłuż linii pionowych przechodzących przez te punkty.

GEOIDA 1. Morze 2. Elipsoida 3. Pion lokalny 4. Kontynent 5. Geoida

ELIPSOIDA I GEOIDA Elipsoida ziemska - spłaszczona elipsoida obrotowa, której powierzchnia jest najbardziej zbliżona do hydrostatycznej powierzchni Ziemi. Geoida – bryła, której powierzchnia w każdym miejscu jest prostopadła do pionu wyznaczonego przez siłę ciężkości.

NIWELACJA W Polsce za „punkt zerowy” przyjmuje się obecnie średni poziom morza na podstawie wieloletnich obserwacji w Kronsztadzie (Zatoka Fińska). Pomiary poziomu morza wykonuje się za pomocą urządzenia samopiszącego, zwanego mareografem.

POMIAR WYSOKOŚCI

POZIOMY PORÓWNAWCZE 0.000 -0.114m +0.450m -0.932m +0.564m -0.818m Morze Bałtyckie Morze Północne Morze Adriatyckie Morze Śródziemne Kronsztad Amsterdam Triest Marsylia 0.000 -0.114m +0.450m -0.932m +0.564m -0.818m -0.450m -0.564m -1.382m +0.932m +0.818m +1.382m

WYSOKOŚĆ WZGLĘDNA Wysokość względna jest to wysokość punktu nad dowolnie wysoko przyjętą powierzchnią poziomą (względnym lub lokalnym poziomem odniesienia), ale obraną tak, aby nie otrzymywać wysokości ujemnych.

LOKALNY POZIOM ODNIESIENIA

OSNOWA WYSOKOŚCIOWA Nawiązanie pomiarów niwelacyjnych do bezwzględnego poziomu odniesienia możliwe jest dzięki istniejącej na terenie całego kraju osnowie wysokościowej.

OSNOWA WYSOKOŚCIOWA Osnowa wysokościowa jest to usystematyzowany zbiór punktów niwelacyjnych, których położenie względem poziomu odniesienia zostało wyznaczone przy zastosowaniu odpowiedniej, precyzyjnej techniki geodezyjnej.

ZNAKI WYSOKOŚCIOWE W punktach, których wysokość ma być określona z wymaganą dokładnością za pomocą niwelacji, osadza się znaki wysokościowe. Znaki te mogą mieć charakter: - stały; - tymczasowy.

ZNAKI WYSOKOŚCIOWE Za pomocą znaków wysokościowych stałych utrwala się punkty wysokościowe: - sieci państwowej; - sieci miejskich; - kolejowe; - drogowe; - rzeczne i inne.

REPERY Elementem zasadniczym każdego znaku wysokościowego jest reper, wykonany najczęściej z metalu i mający jednoznacznie określony charakterystyczny punkt, którego wysokość jest wyznaczona.

REPERY Repery sieci niwelacji państwowej są równomiernie rozmieszczone na obszarze całego kraju i dzielą się na pięć klas. Wysokości reperów w Polsce zostały wyznaczone w nawiązaniu do poziomu morza w Kronsztadzie.

REPER ŚCIENNY

REPERY ŚCIENNE

REPERY ZIEMNE

REPERY Znaki tymczasowe osadza się w pobliżu : prowadzonych robót ziemnych; trasowanych dróg. Noszą one nazwę reperów roboczych, gdyż korzysta się z nich tylko w okresie prowadzenia robót.

REPERY ROBOCZE Do tymczasowych znaków wysokościowych przeznaczonych tylko na okres pomiarów krótkotrwałych zaliczamy: słupy drewniane z poprzeczkami i z wycięciem na głowicy, gdzie właściwy punkt wysokościowy (reper) oznacza główka gwoździa; haki wbite w pnie drzew; paliki wbite w ziemię.

RODZAJE NIWELACJI Rozróżniamy następujące rodzaje niwelacji: geometryczną; trygonometryczną; barometryczną; hydrostatyczną; satelitarną.

NIWELACJA GEOMETRYCZNA Niwelacja geometryczna polega na wyznaczaniu różnic wysokości punktów przy spoziomowanej osi celowej instrumentu na podstawie odczytów na pionowo ustawionych łatach niwelacyjnych.

PODSTAWOWE LINIE W NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ Powierzchnią poziomą nazywamy taką powierzchnię do której linia pionu jest prostopadła w każdym jej punkcie. Powierzchnia horyzontalna jest styczna do powierzchni poziomej w jednym punkcie. Linię celową nazywamy linię optyczną lunety instrumentu. Powierzchnia pozioma jest definiowana przez średni poziom morza.

ZASADA NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ Kierunek poziomy t B t B A st N A

PODZIAŁ NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ Zależnie od stopnia uzyskiwanej dokładności niwelację geometryczną dzieli się na: niwelację precyzyjną – wykonywaną dla wyznaczenia wysokości stałych punktów z bardzo dużą dokładnością, punkty te tworzą precyzyjną sieć niwelacyjną, zwaną podstawową osnową wysokościową, która jest oparciem dla osnowy szczegółowej;

PODZIAŁ NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ niwelację techniczną reperów – wykonywaną dla wyznaczenia wysokości szeregu stałych punktów, które tworzą sieć niwelacyjną, zwaną szczegółową osnową wysokościową, która stanowi zagęszczenie osnowy podstawowej;

PODZIAŁ NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ niwelację techniczną – wykonywaną dla wyznaczenia pomiarowej osnowy wysokościowej, która stanowi zagęszczenie osnowy szczegółowej i służy do takich celów technicznych jak wyznaczanie przekroju terenu lub jego rzeźby;

NIWELACJA Celem niwelacji jest: wyznaczenie wysokości punktów; sporządzenie przebiegu warstwic na mapach; dostarczenie informacji o profilach terenu budowanych dróg i związanych z tym pracach ziemnych; wyznaczenia w terenie poziomych i pochyłych powierzchni w pracach budowlanych.

NIWELACJA GEOMETRYCZNA W niwelacji geometrycznej muszą być spełnione dwa warunki: oś celowa musi być pozioma; łata niwelacyjna musi być równoległa do linii pionu na stanowisku instrumentu.

NIWELACJA GEOMETRYCZNA Ze względu na technikę wykonania pomiaru rozróżniamy dwie metody niwelacji geometrycznej: niwelację w przód; niwelację ze środka.

NIWELACJA W PRZÓD Różnica wysokości między punktem A (o znanej wysokości) a punktem B (którego wysokość mamy określić): ΔHAB =HB – HA = i – p

NIWELACJA GEOMETRYCZNA HA, HB - wysokość punktu A i B; i – tzw. wysokość instrumentu ustawionego nad punktem A, tj. wysokość linii celowania nad punktem A mierzona do 1 cm ruletką lub łatą niwelacyjną; p – odczyt (do 1 mm) na ustawionej pionowo nad punktem B łacie wykonany na poziomej kresce krzyża w lunecie niwelatora; Wysokość punktu B: HB = HA + ΔHAB = HA + (i – p)

NIWELACJA ZE ŚRODKA Różnica wysokości między punktem „wstecz” A a punktem „w przód” B: Wysokość punktu B: HB = HA + ΔHAB = HA + (w – p)

NIWELACJA ZE ŚRODKA gdzie: w, p – odczyty (do 1 mm) na łatach ustawionych pionowo nad punktami A i B, wykonane na poziomej kresce krzyża w lunecie niwelatora ustawionego pośrodku odległości dAB ;

NIWELACJA TECHNICZNA Niwelację techniczną stosuje się do budowy dróg, wodociągów i kanalizacji, urządzeń melioracyjnych, regulacji rzek itp. lub też dla wyznaczenia rzeźby terenu. Możemy ją podzielić na: niwelację podłużną i poprzeczną trasy; niwelację rzek i zbiorników wodnych; niwelację terenową.

NIWELACJA PODŁUŻNA TRASY Ma na celu wyznaczenie przekroju terenu wzdłuż pewnej określonej linii; rozpoczynamy ją od wyznaczenia na gruncie osi niwelacji tzw. osi trasowania, trasa składa się z prostych i łuków; z reguły jest stosowana metoda niwelacji ze środka.

NIWELACJA PODŁUŻNA TRASY optymalna odległość łaty od niwelatora wynosi ok. 50m (przy tej odległości błąd odczytu łaty nie powinien przekraczać 1 mm) na podstawie odczytów wykonanych w terenie i zanotowanych w dzienniku niwelacyjnym przystępuje się do obliczenia rzędnych wszystkich wyniwelowanych punktów terenu.

NIWELACJA PODŁUŻNA TRASY Rzędne punktów terenu możemy obliczyć sposobem: 1. różnic wysokości najpierw na podstawie par odczytów wstecz i w przód zanotowanych w dzienniku niwelacji obliczamy na każdym stanowisku po dwie różnice wysokości: ΔHi’ = wi’ – pi’ ΔHi” = wi” – pi”

NIWELACJA PODŁUŻNA TRASY a z nich średnie różnice wysokości: znając wysokość punktu początkowego, obliczamy wysokości następnych punktów wiążących, dodając kolejno średnie różnice wysokości: H1 = H0 +ΔH1 H2 =H0 +ΔH2

NIWELACJA PODŁUŻNA TRASY 2. Sposobem poziomu instrumentu (osi celowej) rzędne punktów pośrednich na osi trasy i na przekrojach poprzecznych najczęściej obliczamy sposobem poziomu instrumentu najpierw obliczamy dla każdego stanowiska poziom niwelatora i, dodając do rzędnej H wstecznego punktu wiążącego odczyt wstecz w: i = H + w

NIWELACJA POPRZECZNA TRASY Prowadzona jest na charakterystycznych przekrojach poprzecznych, pewnego wąskiego pasa terenu, na którym ma być wykonana budowla.

NIWELACJA POPRZECZNA TRASY Szerokość pasa terenu na którym ma być ona przeprowadzona zależy przede wszystkim od szerokości korony projektowanej drogi. Przekroje poprzeczne tyczymy we wszystkich charakterystycznych punktach załamań terenu w kierunkach prostopadłych do osi trasy.

NIWELACJA TRYGONOMETRYCZNA Niwelacja trygonometryczna polega na określeniu różnic wysokości punktów (zarówno bliskich jak i odległych) na podstawie pomierzonego kąta pionowego i odległości.

NIWELACJA TRYGONOMETRYCZNA Różnice wysokości na stanowisku mogą być większe niż w niwelacji geometrycznej, gdzie różnice wysokości są ograniczone długością łat w zasięgu poziomej osi celowej niwelatora.

NIWELACJA TRYGONOMETRYCZNA Zdejmowane punkty metodą niwelacji trygonometrycznej mogą być niedostępne (punkty na masztach, kominach, wieżach). W niwelacji trygonometrycznej używa się teodolitów.

NIWELACJA TRYGONOMETRYCZNA

NIWELACJA TRYGONOMETRYCZNA Różnica wysokości pomiędzy punktami: P i K HPK = i + D tg  - S

NIWELACJA BAROMETRYCZNA Ciśnienie powietrza, którego średnia wartość wynosi 760 mm słupa rtęci, zmniejsza się wraz ze wzrostem wysokości. Spadek ciśnienia na jednostkę wysokości nie jest stały i jest mniejszy na wyższych wysokościach.

NIWELACJA BAROMETRYCZNA Na poziomie morza zmianie ciśnienia o 1mm Hg odpowiada zmiana wysokości o 10m, natomiast w górach na wysokości 2000m zmianie ciśnienia o 1mm Hg odpowiada zmiana wysokości o 14m.

NIWELACJA BAROMETRYCZNA Niwelacja barometryczna jest bardzo rzadko stosowana w rozwiniętych krajach Europy, Ameryki czy Australii. Natomiast jest bardzo często stosowana w słabo rozwiniętych krajach Azji, Afryki i Ameryki Południowej.

NIWELACJA HYDROSTATYCZNA Wykorzystuje zasadę naczyń połączonych. Jeśli dwa naczynia połączone ze sobą wężem zostaną częściowo napełnione płynem to poziom płynu w obydwu naczyniach będzie wskazywał ten sam poziom.

NIWELACJA HYDROSTATYCZNA

NIWELACJA SATELITARNA Niwelacją satelitarną nazywamy czynności, których rezultatem jest wyznaczenie wysokości ortometrycznych (odległości od powierzchni Ziemi do geoidy mierzone wzdłuż linii pionu w rzeczywistym polu siły ciężkości) na podstawie wysokości geometrycznych wyznaczanych techniką satelitarną GPS.

NIWELACJA SATELITARNA

ZESTAW DO NIWELACJI W skład zestawu do niwelacji wchodzi: niwelator; statyw; komplet łat niwelacyjnych; podstawki pod łaty tzw. żabki.

ŁATY NIWELACYJNE Łaty niwelacyjne służą do mierzenia odległości pionowej od niwelowanego punktu do płaszczyzny poziomej wyznaczonej przez oś celową niwelatora. Tradycyjne łaty są wykonane z drewna jodłowego impregnowane i pomalowane farbą olejną.

ŁATY NIWELACYJNE Obecnie łaty wykonuje się z aluminium lub z włókna szklanego. Na powierzchnię łaty naniesiona jest podziałka centymetrowa lub kodowa.

ODCZYT Z ŁATY Odczytu dokonujemy w tym miejscu na obrazie łaty, widzianym w lunecie, gdzie pozioma kreska siatki celowniczej przecina obserwowany podział.

ODCZYT Z ŁATY Odczyt z łaty jest czterocyfrowy. Pierwsze dwie cyfry - oznaczają metry i decymetry, które odczytujemy według opisu na łacie. Centymetry liczymy od ostatniej opisanej działki decymetrowej do kreski poziomej, a milimetry szacujemy na oko.

ODCZYT Z ŁATY

ŁATY NIWELACYJNE

Sprawdzenie niwelatora 1. Etap I – niwelacja ze środka t’A st I t’B   tA t B B C ∆HAB A CA = CB ∆H’AB = t’B – t’A

Sprawdzenie niwelatora 1. Etap II – niwelacja w przód st II t”B t”A   t tA B B D ∆HAB A  >  DA < DB H”AB.= t”B – t”A ; odchyłka:  = |H’AB - H”AB.| < 3 mm

ZASADY NIWELACJI Zawsze zaczynaj i kończ pomiar na reperze; Staraj się zachować jednakowe odległości do łaty wstecz i w przód; Staraj się nie przekraczać długości linii celowej ponad 50 m; Nigdy nie czytaj łaty poniżej 0,5 m (refrakcja); Na punkty pośrednie wykorzystuj stabilne dobrze określone punkty np. żabki.

BŁĘDY NIWELACJI TECHNICZNEJ Niwelacja, jak każda czynność pomiarowa jest obarczona błędami o charakterze: - systematycznym; - przypadkowym.

BŁĘDY NIWELACJI TECHNICZNEJ Błędy niwelacji wywołane są przez: wpływ środowiska zewnętrznego (zmiana warunków zewnętrznych i trudności terenowe); niedoskonałość instrumentu i łat niwelacyjnych; niedoskonałość zmysłów obserwatora.

BŁĘDY NIWELACJI TECHNICZNEJ I. Wpływ środowiska zewnętrznego powoduje: zakrzywienie powierzchni ziemskiej; refrakcję pionową atmosferyczną; refrakcję pionową przyziemną; osiadanie instrumentu i łat w czasie pomiaru.

BŁĘDY NIWELACJI TECHNICZNEJ 2. Niedoskonałość instrumentu i łat powoduje: nierównoległość osi celowej lunety do osi libelli; niejednakowo umieszczony początek podziału obu łat;

BŁĘDY NIWELACJI TECHNICZNEJ błędny podział łaty wskutek naniesienia niewłaściwej jednostki długości na łatę; błędny podział łaty wskutek niedokładnego położenia dowolnej działki względem zera podziału łaty.

BŁĘDY NIWELACJI TECHNICZNEJ 3. Niedoskonałość zmysłów obserwatora powoduje: błędny odczyt z łaty; odchylenie łaty od pionu.

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ