Niwelatory

2011-05-25

Pomiary są integralną częścią prac budowlanych. Wszystkie etapy budowy od wstępnej niwelacji terenu do tynkowania ścian w budynkach czy też instalacji oznakowania poziomego i pionowego na drogach wymagają takiej samej dbałości o precyzję pomiarów.


Zadania pomiarowe wykonywane na placu budowy możemy podzielić na cztery podstawowe grupy.

Poziom/wysokość – podstawowa informacja na całej budowie. Poziom można zdefiniować jako stałą wysokość niezmieniającą się wraz z odległością. Wiele elementów budowy, np. fundamenty czy stropy, musi być po prostu idealnie poziome i płaskie.

Nachylenie – pomiar wymagany dla rurociągów grawitacyjnych, dróg, parkingów i innych miejsc, w których konieczny jest naturalny odpływ wody. Nachylenie jest to wysokość zmieniająca się w sposób stały wraz z odległością. Wyrażana jest zwykle jako procent nachylenia.

Pion– pomiar wymagany dla ścian, słupów lub kolumn umieszczanych prostopadle do poziomu.

Linia/kierunek – stanowi podstawę niemal każdego aspektu budowy. Bez właściwej kontroli linii ściany nie spotykałyby się pod kątem prostym, a linie proste nie byłyby proste.

Wysokość może być mierzona lub zapisana w projekcie na dwa sposoby, jako wysokość bezwzględna lub względna.

Wysokość bezwzględna to wysokość nad poziomem morza (n.p.m.). Wykorzystując wysokości n.p.m., geodeci zakładają reper, który staje się punktem wyjściowym do wszystkich innych pomiarów na całej budowie. W nawiązaniu do niego znaczą i tyczą punkty charakterystyczne za pomocą drewnianych palików stanowiących repery tymczasowe. Te repery tymczasowe służą przez okres wykonywania prac jako punkty odniesienia w zakresie wysokości i położenia.

Ekipy budowlane stosują zwykle wysokość względną.Oznacza to, że większość pomiarów odnosi się do punktu charakterystycznego dla danej budowy, np. zera budowy, wysokości masy bitumicznej lub innego dowolnie wybranego punktu.

 

Niwelatory optyczne

Podstawowym instrumentem używanym do realizacji większości zadań pomiarowych jest niwelator optyczny. Jego zalety to niska cena i łatwa obsługa. Pamiętać jednak należy o tym, że w parze z ceną idzie zawsze jakość instrumentu.

Łatwa obsługa również jest pojęciem niekoniecznie mającym uzasadnienie w praktyce. Dokonując pomiarów niwelatorem optycznym, po pierwsze należy pamiętać o spoziomowaniu instrumentu. Do operacji tej służy libelka (poziomica) umieszczona na podstawie instrumentu. Spoziomowanie instrumentu należy okresowo kontrolować podczas wykonywania pomiarów.

Istotnym elementem mającym wpływ na koszt użytkowania niwelatora optycznego jest jego obsługa. Każdy pomiar wykonany takim instrumentem wymaga obsługi przez dwie osoby. Sam pomiar i otrzymanie wyniku też wymaga wielu operacji: pomiar wysokości instrumentu, czyli pomiar wykonany na reper (n.p.m.) lub inny punkt charakterystyczny; kolejny pomiar wykonany w punkcie, którego wysokość musimy określić; ustalenie wyniku pomiaru i obliczenie różnicy wysokości.

Obliczenia, których musimy dokonać w notatniku, wyglądają następująco:

1. Wysokość repera (n.p.m.) + odczyt na łacie = wysokość instrumentu (n.p.m.);

2. Wysokość instrumentu (n.p.m.) – odczyt na łacie (punkt mierzony) = rzędna punktu (n.p.m.);

3. Rzędna punktu – wysokość projektowa = różnica pomiędzy aktualną wysokością punktu a wysokością pożądaną.

Im większe zagęszczenie mierzonych punktów, tym więcej pomiarów i obliczeń musimy wykonać.

 

Niwelatory elektroniczne

Od kilku lat na rynku dostępne są instrumenty pomiarowe nazywane niwelatorami elektronicznymi lub kodowymi. Zasada wykonywania pomiarów nie różni się od pracy wykonywanej przy użyciu niwelatora optycznego. Do obsługi takich instrumentów również wymagana jest obsługa dwuosobowa. Niezaprzeczalną zaletą niwelatorów elektronicznych jest prawie całkowite wyeliminowanie błędu powstającego podczas odczytywania wyniku pomiaru na łacie. Niwelatory elektroniczne współpracują z dedykowanymi łatami kodowymi (na jednej ze stron łaty naniesiony jest kod kreskowy). Wyniki pomiaru są obliczane przez niwelator na podstawie wycinka kodu porównywanego z danymi w pamięci instrumentu.

Podstawowym wynikiem pomiaru wykonanego niwelatorem elektronicznym jest wysokość na łacie (wysokość instrumentu) i odległość do łaty.

W modelach bardziej zaawansowanych możemy wprowadzić wysokość repera (punktu stałego na placu budowy) n.p.m. oraz wysokość projektową – zero budowy. Po wprowadzeniu tych danych przy wykonywaniu kolejnych pomiarów wynik dodatkowo będzie rozbudowany o rzędną mierzonego punktu (wysokość n.p.m.) oraz względną różnicę wysokości pomiędzy mierzonym punktem a wysokością projektową (zerem budowy). Niwelatory elektroniczne umożliwiają również transmisje wszystkich wyników pomiarów do komputera i przeanalizowanie wszystkich pomiarów poza placem budowy.

 

 

Niwelatory elektroniczne

- prawie całkowity brak błędów odczytu i obliczeń

- kontrola pomiarów wykonywana poza placem budowy

 

 

Niwelatory laserowe

Na dużych placach budowy, w miejscach gdzie wykonać należy wiele pomiarów (kontrola spadku lub spoziomowania wylewki betonowej), korzystne staje się użycie niwelatorów laserowych. Zasada wykonywania pomiarów i obliczeń niwelatorem laserowym jest identyczna jak przy użyciu instrumentu optycznego – zawsze mierzymy różnicę wysokości. Natomiast wykonanie takiego pomiaru jest dużo prostsze i szybsze. Niwelatory laserowe wysyłają wiązkę światła, która tworzy linię referencyjną dla całej budowy, a jej wysokość może być odczytywana na bieżąco przez jedną osobę. Przy wyborze niwelatora laserowego należy zwrócić uwagę na kilka elementów specyfikacji takiego instrumentu. Odpowiedni dobór urządzenia pozwoli na bezproblemową pracę w terenie.

Przy wyborze niwelatora laserowego należy uwzględnić:

- zasięg (odległość od instrumentu, na której pomiar będzie zawsze wiarygodny),

- dokładność poziomowania (powtarzalność pomiarów),

- klasę szczelności (różna dla instrumentów przeznaczonych do pracy w pomieszczeniach lub na otwartej przestrzeni),

- możliwość wyznaczania spadku (parametr niezbędny wszędzie tam, gdzie należy zapewnić odpływ wody).

Nieodłącznym elementem niwelatora laserowego jest detektor (urządzenie odnajdujące wiązkę lasera). Przy jego użyciu nawet w słoneczny dzień możemy bez najmniejszego problemu określić różnicę wysokości pomiędzy mierzonym punktem a linią referencyjną.

Detektory, podobnie jak niwelatory, mają kilka parametrów, na które należy zwrócić uwagę przy ich doborze:

- dokładność (wiązka laserowa wraz z odległością rozszerza się, dokładność detektora określa precyzję odnajdywania środka wiązki),

- zasięg (wraz ze wzrostem odległości maleje moc światła wiązki laserowej, praca detektora ograniczona jest „jakością” sygnału lasera),

- informacje na detektorze (detektory mogą mieć jeden lub dwa wyświetlacze z przodu i z tyłu, wskazywać kierunek odchylenia od wiązki w górę/dół, jak również pokazywać cyfrową  wartość odchyłki od środka wiązki).

Detektory dzielą się na ręczne i do pracy z maszynami budowlanymi. Podstawową różnicą jest ich rozmiar.

Niwelatory laserowe w zależności od przeznaczenia podzielone są na: posadzkarsko-drogowe; ogólnobudowlane oraz precyzyjne (do wyznaczania spadku).

Niwelatory posadzkarsko-drogowe –  proste w obsłudze niwelatory laserowe przeznaczone do robót ziemnych, poziomowania wylewek betonowych i fundamentów oraz prac kontrolnych. Najczęściej pracują wyłącznie w poziomie, niektóre modele pozwalają na pochylenie wiązki (wyznaczenie spadku) w jednej osi. Opcja ta jest niestety dosyć kłopotliwa w zastosowaniu, wymaga przeliczenia procentowej wartości spadku na wysokość i pochylenia wiązki przy użyciu odpowiednich klawiszy na panelu sterującym niwelatora. Niestety, wyznaczenie spadku przy użyciu takiego niwelatora jest obarczone dużym błędem.

Niwelatory ogólnobudowlane –  wielozadaniowe niwelatory laserowe. Stosując te urządzenia, można realizować roboty niwelacyjne (wylewki betonowe, niwelacja terenu, prace ziemne), jak również zaawansowane prace instalacyjne i montażowe wewnątrz budynków, np. planowanie ścian działowych, montaż sufitów podwieszanych lub instalacji sanitarnych, wentylacyjnych i elektrycznych. Należy jednak pamiętać o tym, że większość tego typu urządzeń nie jest odpowiednia do ciężkich prac budowlanych oraz pracy w trudnych warunkach atmosferycznych. O uniwersalności laserów ogólnobudowlanych świadczy najczęściej norma szczelności, im wyższa, tym w trudniejszych warunkach instrument może pracować (woda, zapylenie).

Niwelatory precyzyjne (do wyznaczania spadków) –  grupa instrumentów to zaawansowane niwelatory laserowe umożliwiające precyzyjne realizacje pochylonych płaszczyzn w jednym lub dwóch kierunkach.

Charakterystycznym elementem na panelu sterującym jest wyświetlacz ciekłokrystaliczny. Z jego pomocą możemy precyzyjnie zbadać wartość spadku w jednej lub dwóch osiach (w zależności od modelu), skompensować drgania wywoływane przez wiatr (szczególnie przydatne na otwartych przestrzeniach), ograniczyć zakres wyświetlania wiązki na placach, gdzie pracuje kilka laserów. Różnorodne funkcje zapewnią oszczędność zarówno materiałów, jak i pracy, zapewniając jednocześnie wzrost  wydajności. Są to niwelatory obrotowe, zaprojektowane do robót o każdych rozmiarach, małych lub dużych. Mogą zostać wykorzystane w każdej pracy wymagającej precyzyjnej kontroli spadku, np.: budowie dróg, parkingów, dokładnej kontroli głębokości podczas wykopów, pracach w rolnictwie, takich jak równanie terenu pod uprawy, czy kopanie rowów odwadniających, wylewek betonowych, wylewanie fundamentów i ław.

Niwelatory precyzyjne stosowane są także do wspomagania pracy maszyn budowlanych. Przy użyciu odpowiednich detektorów wymaganą dokładność pracy spycharki czy równiarki można uzyskać już po pierwszym przejeździe.

 

Praca z niwelatorami laserowymi

Przystępując do pracy z niwelatorem laserowym, należy zwrócić uwagę jedynie na miejsce, w którym został on ustawiony. Pracujący instrument nie powinien być narażony na przypadkowe uszkodzenie przez ciężki sprzęt poruszający się po placu budowy. Drugim elementem ustawienia niwelatora jest jego widoczność, która powinna gwarantować pomiar każdego miejsca budowy.

Po ustawieniu instrumentu na statywie i włączeniu go możemy zapomnieć o jego istnieniu. Większość niwelatorów laserowych dostępnych na rynku jest urządzeniami samopoziomującymi, dzięki tej funkcji oszczędzamy czas potrzebny do rozpoczęcia pomiarów.

Ustawiając na reperze (punkcie stałym budowy) łatę lub tyczkę z zamontowanym detektorem, określamy położenie wiązki lasera. Poruszając się po całym placu budowy, bardzo szybko określimy różnicę wysokości poszczególnych punktów względem pierwszego punktu. Metoda pracy przy realizacji spadków jest identyczna. Zawsze szukamy wiązki lasera, a realizowany spadek jest płaszczyzną równoległą do płaszczyzny wyznaczanej przez laser.

Jeden niwelator laserowy może obsługiwać kilka elementów jednej budowy, jedynym niezbędnym elementem potrzebnym do wykonywania pomiarów są detektory.

Do użytkowania niwelatora laserowego najłatwiej się przekonać, prowadząc pomiary kontrolne. Sprawdzenie spoziomowania wylewki betonowej czy też precyzji wykonania płaszczyzny pochylonej przestaje być problemem. W krótkim czasie jedna osoba może wykonać olbrzymią liczbę pomiarów. Przeprowadzenie takiej samej operacji przy użyciu niwelatora optycznego zajęłoby kilkakrotnie więcej czasu.

 

Niwelatory laserowe

- jednoosobowa obsługa

- wysoka dokładność wykonywanych pomiarów

- skrócenie czasu wykonywania pomiarów przy jednoczesnym zwiększeniu ich ilości

- wysoki koszt zakupu

 

Marcin Kusztal