Geodetické monitorování staveb

Současná geodetická přístrojová technika a nové metody inženýrské geodézie umožňují ve větší míře přispívat k poznávání geometrických a fyzikálních vlastností staveb. V této souvislosti se uvádí pojem geodetického monitorování staveb, který je v praxi spojován především s měřením posunů. Účelem příspěvku je geodetické monitorování staveb definovat, roztřídit a upozornit na další aspekty.

Monitorování staveb

Monitorováním staveb se obecně rozumí činnost, která na základě systematického pozorování, měření a analýz současného stavu objektu předpovídá jeho budoucí vývoj.

Při geodetickém monitorování staveb se ve stanovených místech určují geometrické parametry, které popisují stav a chování objektu, a to za přirozených nebo uměle navozených podmínek. Při tom se geodetické monitorování staveb uskutečňuje jednorázově nebo v předepsaných časových intervalech. Přesnost měření je předem naplánována a její dodržování se ověřuje.

Geodetické monitorování se uplatňuje při realizaci staveb, po jejich dokončení, při provozu a odstávkách a to na celých objektech, jejich částech nebo na stavebních konstrukcích.

V každém z těchto případů se proměřuje zcela nebo z části dohotovený hmotný objekt, který má v daném okamžiku a za konkrétních podmínek určité geometrické a fyzikální vlastnosti. Proto se při geodetickém monitorování staveb sledují v časové ose i fyzikální veličiny, jevy a procesy, jejichž účinky se na objektu mohou projevit, např. teplota atmosféry, teplota konstrukce aj.

Geodetické monitorování staveb lze považovat za část inženýrské geodézie, ve které se používají náročné měřické a výpočetní technologie ve spojení s moderními přístroji, jako jsou např. elektronické univerzální teodolity (totální stanice), přijímače GPS, laserové skenery, digitální nivelační přístroje aj. [1], což klade vysoké požadavky na kvalifikaci personálu i na následné počítačové zpracování.

Stanovená místa

Podle projektu geodetického monitorování stavby - viz např. ČSN 73 0405 [2] se na objektu určí body, ve kterých se mají geodetickým měřením zjiš.ovat geometrické parametry. Tyto body lze obecně nazývat stanovenými místy. Při kontrole geometrické přesnosti se užívá název měřená místa – ČSN 73 0212-1 [3], při měření posunů pak pozorované body – ČSN 73 0405 [2].

Stanovená místa se volí v různé konfiguraci a s různou hustotou, např. v profilech, ve čtvercové síti nebo jako diskrétní, účelně volené body bez specifické konfigurace. Na poloze a hustotě stanovených míst závisí rozsah informací o stavu a chování objektu a i detekční schopnost (ČSN ISO 11 843-1 [4]), kterou může geodetické monitorování staveb poskytnout. Při volbě stanovených míst je nutná spolupráce geodetů se stavebními odborníky.

Příliš malá hustota a nevhodná volba stanovených míst může vést k nízké detekční schopnosti monitorování, k nutnosti interpolace atp., při vysoké hustotě vzniká problém nadměrného množství informací, které rozmělňují podstatné jevy charakterizující objekt, vyžadují generalizaci při zpracování, kladou větší nároky na analýzu, interpretaci atd. Kromě toho velká hustota stanovených míst může být i nehospodárná. Právem lze považovat geodetické monitorování za informační systém (i proces), který z různých hledisek poskytuje požadované výstupy. Typickým informačním procesem je měření geometrických parametrů staveb laserovými skenery [5].

Některé metody monitorování staveb pro účely kontroly geometrické přesnosti mohou probíhat nikoli v diskrétních místech (i když uspořádaných do profilů nebo čtvercových sítí), ale i ve spojitých čarách, ležících na povrchu konstrukce – např. ČSN 73 6175 [6].

Časové a provozní uspořádání geodetického monitorování

Časové rozložení geodetického monitorování lze rozdělit na jednorázové (používané při kontrole geometrické přesnosti staveb), periodické a kontinuální. Poslední dva způsoby se volí při měření posunů staveb a při zatěžovacích zkouškách. Při periodickém monitorování má velikost časového intervalu mezi měřeními (tj. mezi etapami) vliv na vydatnost informací o chování objektu i na detekční schopnost geodetických metod (např. se rozhoduje, zda k posunu stavby došlo či nikoli).

Dalším hlediskem klasifikace geodetického monitorování je, zda sledovaný objekt je ve statickém stavu (např. při zatěžovacích zkouškách) nebo v dynamickém stavu (přichází v úvahu při geodetickém měření zařízení za provozu, např. v průmyslu, v energetice, na rotujících soustrojích, jejich základech apod.).

Geometrické parametry

Při geodetickém monitorování staveb se určují vybrané veličiny, které mají geometrický ráz – úhly, délky a převýšení. Tyto veličiny, které charakterizují z technického hlediska daný stavební objekt, jeho stav nebo typické vlastnosti se podle ČSN 73 0212-1 [3] nazývají geometrické parametry. Jejich třídění je následující.

a) Podle geometrického určení:

• geometrické parametry prostorové polohy (určují polohu objektu v geodetickém referenčním systému, např. podle [7],
• geometrické parametry rozměru a tvaru (např. délka a šířka budovy).

b)Podle vztahu ke stavebnímu procesu a jeho výstupům:

• funkční geometrické parametry (zajiš.ují splnění funkčních požadavků kladených na objekt, např. správný příčný sklon vozovky dálnice ve směrovém oblouku zajiš.uje bezpečný průjezd automobilu),
• technologické geometrické parametry (jsou typické pro určitý technologický postuperaci, např. geometrické parametry osazení dílců).

c) Podle významu:

• kritické geometrické parametry - jsou takové, které, musí být dodrženy, aby se předešlo riskantním nebo nebezpečným podmínkám při provozu stavebního objektu (zpravidla jsou i parametry funkčními), podstatné geometrické parametry jsou jiné než kritické, avšak musí být splněny, aby se předešlo poruše nebo snížení použitelnosti stavebního objektu (např. dodržení předepsaného sklonu ploch pro dokonalé odvodnění),
• nepodstatné geometrické parametry – jsou jiné než kritické nebo podstatné a jejich případná odchylka od specifikace nevyvolá snížení použitelnosti stavebního objektu (např. podélná vytyčovací odchylka liniové stavby).

Definice ad c) byly vytvořeny podle ČSN ISO 11 462-1 [8], která stanoví zásady statistického procesu kontroly (SPC). Právě v oblasti geodetického monitorování staveb mají statistické metody bohaté uplatnění.

Oblasti geodetického monitorování staveb

Rozlišují se tři oblasti geodetického monitorování staveb:
a) kontrola geometrické přesnosti podle ČSN 73 0212-1 [3], při které se zjiš.uje dodržení předepsaných mezních odchylek a tolerancí;
b) měření posunů a přetvoření staveb – ČSN 73 0405 [2], kdy se monitorují změny stavby v důsledku změn v základové půdě pod objektem nebo stavební činností v okolí objektu, účinkem statického, dynamickéhoa seismického zatížení, popř. jinými vlivy na stavební objekt;
c) zatěžovací zkoušky stavebních konstrukcí ve smyslu ČSN 73 2030 [9] a ČSN 73 6209 [10].

Na rozhraní oblastí a) a b) stojí určování inherentních odchylek geometrických parametrů staveb [11], které jsou časově i fyzikálně závislé a mají původ především v materiálech a uvnitř stavebních konstrukcí. Jedná se o vratné či nevratné změny v důsledku smrš.ování, bobtnání, dotvarování, teploty a popř. okamžitého zatížení.

U inherentních odchylek je jedním z obtížných úkolů analýzy výsledků geodetického monitorování jejich separace od těch, které jsou produktem vnějších atmosferických činitelů.

Při působení inherentních odchylek se proto udávají pro geometrické parametry výchozí podmínky pro montáž (např. teplota v rozmezí +7°C až +35°C) a pro provoz objektu (např. –15°C až +70°C u obvodových pláš.ů budov) [11]. To se bere v úvahu při geodetickém monitorování staveb – řeší se úkol, zda naměřené skutečné odchylky či posuny odpovídají předpokladům.

Geodetické monitorování staveb je součástí inženýrské geodézie a v tomto smyslu by bylo správné upravit vymezení této vědecké discipliny v závazné ČSN 73 0401 [12].
Podstatné je, že na základě měření geometrických parametrů se popisuje stav a chování stavebního objektu a přispívá se k poznávání fyzikálních vlastností staveb. Geodetické monitorování staveb přímo souvisí s dalšími oblastmi vědy a techniky, jako je např. spolehlivost, technická diagnostika a se stanovením dalšího pravděpodobného průběhu následků působících procesů (predikce). Přínos geodetického monitorování staveb je i pro navrhování staveb (např. pro volbu materiálů a dimenzování prvků, obecněji pro optimalizaci). Z výsledků geodetického monitorování lze posuzovat i parametry životnosti staveb, u stávajících objektů pak omezení funkční způsobilosti nebo i ohrožení bezpečnosti objektu. Celkově lze předpokládat, že přes svoji náročnost se geodetické monitorování staveb stane důležitou a perspektivní náplní práce geodetických firem.

Literatura:
[1] SCHWARZ, W.: Moderní měřické metody inženýrské geodézie a jejich praktické použití. Geod. Kartograf. Obr., 48, č. 3, s. 53 – 58.
[2] ČSN 73 0405. Měření posunů stavebních objektů. 1997.
[3] ČSN 73 0212-1. Geometrická přesnost ve výstavbě. Kontrola přesnosti – Část 1: Základní ustanovení. 1996.
[4] ČSN ISO 11 843-1 (01 0240). Detekční schopnost – Část 1: Termíny a definice. 1998.
[5] MAREŠOVÁ, J.: Moderní přístroje pro měření geometrického tvaru tunelu. In: Aktuálne otázky banského meračstva a inžinierskej geodézie. Herlany 2000. s. 73.
[6] ČSN 73 6175. Měření nerovnosti povrchů vozovek. 1995.
[7] Vyhláška č. 116/1995 Sb. Nařízení vlády, kterým se stanoví geodetické referenční sytémy, státní mapová díla závazná na celém území státu a zásady jejich používání.
[8] ČSN ISO 11 462-1 (01 0275). Směrnice pro uplatňování statistické regulace procesu (SPC) – Část 1: Prvky SPC. 2002.
[9] ČSN 73 2030. Zatěžovací zkoušky stavebních konstrukcí. Společná ustanovení. 1994.
[10] ČSN 73 6209. Zatěžovací zkoušky mostů. 1996.
[11] MATĚJKA, Z. et al.: Geometrická přesnost staveb. 1. vyd. Montanex, Ostrava 1999. 119 s.
[12] ČSN 73 0401. Názvosloví v geodézii a kartografii. 1989