Systemy monitoringu konstrukcji powinny pozwalać nie tylko na identyfikację pojawiających się zjawisk i zagrożeń, ale także określać ich realne wartości. Takie rozwiązanie musi być dostępne wszystkim stronom biorącym udział w inwestycji.

Monitoring konstrukcji – dlaczego stosujemy?

Coraz gęstsza zabudowa oraz coraz bardziej złożone warunki gruntowe są jednymi z głównych wyzwań i problemów realizacji inwestycji prowadzonych w ciasnej zabudowie miejskiej. Ograniczenie hałasu oraz wpływu drgań stało się już normą, natomiast monitorowanie przemieszczeń i odkształceń obiektów lub ich części, które przylegają do budowy, w dzisiejszych czasach zyskuje na znaczeniu Planowanie takiego systemu jest bardzo ważnym elementem przygotowania całej inwestycji i powinno być brane pod uwagę podczas opracowywania budżetu i harmonogramu prac budowlanych.

Monitoring budowli jest również ważnym narzędziem z projektowego punktu widzenia i pozwala na weryfikację założeń projektowych. Przykładem takich działań wykonywanych przez GEO-Instruments Polska z Grupy Keller jest projekt rozbudowy Nowego Teatru w Rydze (łot. Jaunais Rīgas teātris), obsługiwany przez spółkę.

Opis stanu istniejącego oraz wykonywanych prac fundamentowych

Rozbudowa Teatru Nowego w Rydze wpływa m.in. na konstrukcję posadowienia istniejącej zabudowy. Z uwagi na ingerencję w teren poniżej istniejącego poziomu posadowienia obiektów, niezbędne jest wykonanie specjalistycznych robót fundamentowych zabezpieczających obiekty, pomiędzy którymi nowowybudowany teatr jest zlokalizowany. W ramach realizacji tych prac wykonywane są zabezpieczenia wykopu w postaci palisady w technologii mieszanej tj. z pali wierconych w rurze osłonowej VDW oraz kolumn DSM (ang. deep soil mixing) realizowane przez Keller Polska. Jednym z elementów kompleksowego projektu robót specjalistycznych jest również przygotowanie i utrzymanie systemu monitoringu obiektu pozwalającego na sprawne określenie wartości zachodzących przemieszczeń i deformacji, rejestrację zmian, a co za tym idzie, identyfikację i zminimalizowanie zagrożeń w trakcie prowadzonych robót.

Zastosowany systemu monitoringu

Kontrolę osiadania zabezpieczanych budynków umożliwia automatyczny monitoring przemieszczeń pionowych oparty o hydrostatyczną niwelację precyzyjną (ang. Hydrostatic Leveling cells, HLC).

Ze względu na brak możliwości montażu systemu w sposób ciągły (brama wjazdowa przecina potencjalną lokalizację systemu), na monitorowanej budowie zastosowano dwa niezależne obwody pomiarowe: pierwszy składa się z trzynastu punktów pomiarowych rozmieszczonych na fasadzie oraz czujnika referencyjnego, a drugi z trzech także na fasadzie budynku oraz z czujnika referencyjnego. Punkty odniesienia dla systemu HLC są kontrolowane metodami geodezyjnymi. Każdy z nich mierzy także temperaturę.

Schemat 1. Rozmieszczenie systemu HLC na budowie Nowego Teatru w Rydze-wydruk z platformy Quick View

Dodatkowo na każdym z monitorowanych obiektów zainstalowano sześć pochyłomierzy automatycznych, które zamontowano na belkach z włókna szklanego. Zastosowanie tego materiału minimalizuje wpływ odkształceń termicznych belki na wskazania pochyłomierzy. Podczas drugiego etapu prac (po wykonaniu palisady) zaplanowano umieszczenie 10 pochyłomierzy bezpośrednio na palach.

Schemat 2. Rozmieszczenie pochyłomierzy na budowie Nowego Teatru w Rydze wydruk z platformy Quick View

System monitoringu uzupełniają dwa dodatkowe czujniki drgań, których lokalizacja jest ściśle związana z aktualnym miejscem wykonywanych prac fundamentowych.

Całość jest obsługiwana za pomocą platformy informatycznej QuickView z dostępem do rejestrowanych wartości w trybie online z poziomu przeglądarki internetowej.

Czujniki w systemie monitoringu

System HLC to po prostu zestaw czujników hydrostatycznych połączonych ze sobą rurkami wypełnionymi cieczą zasilanymi ze specjalnego zbiornika oraz gumowymi rurkami wypełnionymi powietrzem. Cały obwód systemu HLC poprzez kable połączony jest z komputerem rejestrującym, z którego dane transmitowane są na serwery, a dalej mogą być analizowane i oglądane na platformie informatycznej QuickView. Czujniki rejestrują zmiany wartości ciśnienia hydrostatycznego, a te zostają przeliczone na zmianę położenia danego punktu (osiadanie lub podniesienie). Przemieszczenia poszczególnych punktów odnosi się do referencyjnego punktu odniesienia, który podlega kontroli metodami geodezyjnymi.

Wśród zalet wdrożonego systemu można wymienić cechy takie, jak: niezawodność (system rozwijany od ponad 20 lat), bardzo duża częstotliwość odczytów (sek.), łatwość obsługi, stabilność pomiarów w długich okresach. System charakteryzuje również zakres pomiarowy do 500 mm, dokładność na poziomie 0,2 mm oraz rozdzielczość odczytu wynosząca 0,02 mm.

Schemat 3: Schemat przedstawiający metodę działania systemu HLS

Zdjęcia 4,5,6 przedstawiające Czujniki oraz komputer systemu HLS

Monitoring przechyleń realizowany jest pomocą bezprzewodowych, automatycznych dwuosiowych czujników przechylenia o następujących parametrach:

• Zakres pomiarowy: -30° ÷ +30°
• Dokładność: 0,01° (tj. 36” lub 0,1745mm/m) – dla odczytów w zakresie -10° ÷ +10°
• 0,04° (tj. 144” lub 0,700mm/m) – dla odczytów w zakresie -30° ÷ +30°
• Rozdzielczość 0,0025° (tj. 9” lub 0,0436mm/m)

Fot. 8. Pochyłomierze

Z kolei kontrola drgań w Rydze prowadzona jest zgodnie ze standardem normy DIN 4150-3 (czujnik drgań pozwala na wybór wielu norm włącznie zpolskimi). Do pomiarów wykorzystuje się bezprzewodowe, automatyczne czujniki o zakresie pomiarowym 1 Hz ÷ 500 Hz do 250 mm/s oraz czułości ± 2 %.

Fot. 9. Czujniki drgań

Quickview – platforma informatyczna obsługi danych

Największymi zaletami platformy Quick View jest intuicyjność obsługi (jeżeli nie masz problemów ze smartfonem, bez problemu możesz ją obsłużyć), bardzo przyjazny interfejs oraz to, że do analizy danych nie jest potrzebne specjalistyczne oprogramowanie, w zupełności wystarczą przeglądarka internetowa, login oraz hasło.

Platforma Quick View pozwala na generowanie wykresów, zarówno bieżących wartości, jak i zapisów archiwalnych oraz tworzenie raportów z kilku rodzajów czujników jednocześnie, np. pochyłomierzy i czujników osiadania czy temperatury. Takie rozwiązanie ułatwia interpretację otrzymanych wyników, pozwala też na ocenę wpływu czynników zewnętrznych na wskazania detektorów. Platforma umożliwia stałą weryfikację mierzonych wartości pod kątem oceny rezultatów i ich zgodności z założonymi przez użytkownika wartościami granicznymi lub ustalonymi wartościami progów bezpieczeństwa. Jej funkcjonalność pozwala na definiowanie poziomów alarmowych, po przekroczeniu których wcześniej wskazana grupa użytkowników zostaje automatycznie poinformowana o zaistnieniu danej sytuacji, np. przez wysłanie wiadomości e-mail lub sms.

Quick View obsługuje czujniki zapylenia, czujniki drgań, system HLC, tensometry, inklinometry automatyczne, piezometry, automatyczne tachimetry czy stacje pogodowe i siłowniki hydrauliczne. To narzędzie, które ułatwia codzienną pracę kierownictwa budowy, projektantów oraz inspektorów nadzoru. Kontrola wszystkich mierzonych parametrów jest przyjazna i pozwala skrócić czas przeznaczony na interpretację wyników oraz zjawisk.

Fot. 10. Przykładowy wydruk z systemu Quick View

Zastosowanie kompletnego systemu monitorowania GEO-Instruments wraz z systemem informatycznym QuickView pozwala naszemu klientowi na bezpieczną realizację głównych zadań oraz sprawne i szybkie reagowanie w przypadku wystąpienia sytuacji awaryjnych.

Przeczytaj także: Monitoring przemieszczeń słupów jednego z kościołów w Poznaniu