Instrumente topografice

INSTRUMENTE ŞI APARATE PENTRU MĂSURAREA UNGHIURILOR

Instrumentele cu ajutorul cărora se măsoară unghiurile orizontale si verticale poartă denumirea generală de „goniometre”, iar cele folosite în geodezie şi topografie se numesc teodolite şi tahimetre. Teodolitul este un aparat care se foloseşte numai la măsurarea valorilor unghiulare ale direcţiilor orizontale între două sau mai multe puncte din teren, precum şi a înclinării unghiulare a acestor direcţii cu precizie mare (2cc…10cc) şi foarte mare (0, 2cc…2cc). Teodolitele sunt utilizate în lucrările de determinare a reţelelor geodezice de triangulaţie, de îndesire a acestor reţele, în trasarea pe teren a proiectelor şi la urmărirea comportării construcţiilor, adică în cadrul ridicărilor geodezice şi ale topografiei inginereşti. Există numeroşi producători de Teodolite-Tahimetre (Germania, Austria, Elveţia, Ungaria, Cehia, Suedia, Italia,Rusia, Japonia, China, Africa de Sud) care produc diferite tipuri de aparate, de formă şi precizie diferită. Cu toate acestea, toate aceste aparate au aceleaşi axe şi piese principale; Până în anul 1990 furnizorul principal de aparatură topo-geodezică pentru România a fost firma Carl Zeiss Jena (ex.RDG) şi în prezent majoritatea aparatelor existente la structurile de execuţie sunt din această categorie. Principalele tipuri de teodolite folosite în mod curent în ţara noastră sunt: Zeiss Theo 010 şi 010A; Wild T2,T3 şi T4; Kern DKM 3; Elta-Zeiss seria E.

Zeiss Theo 010 Wild T4 Kern DKM 3

Teodolitele pot fi grupate în: -teodolite clasice: caracterizate prin construcţia descentralizată cu cercuri metalice gradate, primele apărute , în prezent obiecte de muzeu – deşi au fostfabricate până prin anii’50; -teodolite moderne: caracterizate prin construcţia centralizată, robustă, cu cercuri de sticlă gradate, fabricate şi în prezent de peste 40 de ani;

-teodolite electronice: construcţie monobloc, citire electronică cu posibilitate de înregistrare a mărimilor măsurate, fabricate de peste 15 ani; In funcţie de precizia asigurată la măsurarea unghiurilor,teodolitele pot fi: -teodolite de precizie scăzută: prevăzute cu dispozitiv de citire cu fir, cea mai mică gradaţie 10c, cea mai mică mărime citită 1c, precizia obţinută±2c, de exempluTHEO 120, THEO 080 – produse până în anul 1990 de Carl Zeiss Jena; -teodolite de precizie medie: prevăzute cu dispozitiv de citire cu scarita, cea mai mică gradaţie 1c, cea mai mică mărime citită 10cc, precizia obţinută±20cc– 30cc,de exemplu THEO 020, THEO 030 – produse până în anul1990 de Carl Zeiss Jena, TT50 MEOPTA – Cehia, TE-D2MOM – Ungaria, Wild T1A, Wild T16 – Elveţia etc; -teodolite de precizie:prevăzute cu dispozitive de citire cu micrometru optic, la care cea mai mică gradaţie este de 10cc, cu posibilităţi de a citi mărimi de 1cc, precizia obţinută de ± 2cc, de exemplu THEO 010- produse până în anul 1990 de Carl Zeiss Jena, Wild T2,T3, T4 – Elveţia, TH2,3 – Germania. Tahimetrul este un aparat care se foloseşte atât la măsurarea unghiurilor orizontale şi verticale, dar cu o precizie mai mică (20cc…1c), cât şi la măsurarea indirectă a distanţelor, pe cale optică. Tahimetrele fiind de o precizie mai mică sunt utilizate în cadrul lucrărilor topografice curente, în care, precizia pe care o asigură este suficientă. Principalele tipuri de tahimetre, denumite uneori şi teodolite-tahimetre, folosite în ţara noastră sunt: Dahlta seria 010, 020; Zeiss Theo 030,020; 020A; 020B; 080; 080A; Wild T 1A; Wild T16; MOM T-D2; Freiberger, Meopta, Salmoyraghi; Zeiss Elta seria E; Rec Elta cu calculator şi înregistrare internă a datelor măsurate pe teren.

Zeiss Theo 020 Wild T16 Zeiss Theo 080A

Tahimetria se aplică cu rezultate foarte bune la ridicarea suprafeţelor de teren din zonele cu relief accidentat; peste cursuri de apă; pe şantierele de construcţii şi în localităţi, unde măsurarea directă a distanţelor cu panglica de oţel de 50 m este dificilă, iar măsurarea indirectă a distanţelor este mult mai rapidă şi asigură aceleaşi precizii, iar uneori precizii superioare.

Schema generala a teodolitului

Partile componente:

1 - luneta teodolitului; 2 - cercul vertical; 3 - axa de rotatie a lunetei; 4 - furcile lunetei; 5 - cercul alidad; 6 - cercul gradat orizontal (limbul); 7 - axul teodolitului; 8 - coloana tubulara a axului teodolitului; 9 - ambaza teodolitului; 10 - suruburi de calare; 11 - placa de tensiune a ambazei; 12 - placa ambazei; 13 - surub de prindere (surub pompa); 14 - dispozitiv de prindere a firului cu plumb; 15 - nivela torica a cercului orizontal; 16 - nivela sferica a cercului orizontal; 17 - dispozitiv de citire a cercului orizontal; 18 - surub de blocare a cercului alidad; 19 - surub de blocare a limbului; 20 - surub de blocare a miscarii lunetei; 21 - ambaza trepiedului; VV - axa principala a teodolitului (verticala); OO - axa secundara a lunetei; NN - directricea nivelei torice; VsVs - axa nivelei sferice; Cv - centrul de vizare al teodolitului. AXELE TEODLITULUI

Din punct de vedere constructiv teodolitul are trei axe şi anume:1. axa V-V, numita şi principala, care este axa de rotatie a suprastructurii aparatului. În timpul

masuratorilor, aceasta trebuie sa fie verticala;2. axa O-O, numita şi secundara, care este axa în jurul careia se roteste luneta împreuna cu cercul

vertical;3. axa r-O (reticul-obiectiv) numita şi de vizare, care este linia materializând directia spre care seefectueaza masuratoarea.

Toate cele trei axe trebuie sa se întâlneasca în acelaşi punct, Cv, numit centrul de vizare al teodolitului.

PĂRŢILE COMPONENTE ALE TEODOLITULUI

LUNETA TOPOGRAFICĂ

-dispozitiv optic ce serveşte la vizarea punctelor (semnalelor) clar şi mărit;-are focusarea (clarificarea imaginei) interioară – reticululeste fix, iar imaginea se deplasează în plan;-se compune din două tuburi coaxiale: tubul obiectiv şitubul ocular;-obiectivul lunetei are rolul de a forma imaginea obiectuluivizat, micşorată, reală, inversă (dacă nu există un alt sistem auxiliar careaduce imaginea – din nou dreaptă), situată între ocular şi focarul lentilelor ocular;-ocularul lunetei are rolul de a mări imaginea obiectivului;-reticulul lunetei este format dintr-o placă de sticlă pe caresunt gravate foarte fin (1µ) trăsături denumite fire reticulare, verticale şi orizontale (dublate într-o parte) şi fire stadimetrice simetric dispuse faţă de cele precedente

Fire reticulare si stadimetrice

Caracteristicile tehnice ale lunetei sunt:

-puterea de mărire care reprezintă numărul care arată decâte ori imaginea unui obiect privit prin lunetă apare mai mare decât imaginea sa privită cu ochiul liber, mărimea se notează cu M şi este dată de raportul dintre distanţa focală a obiectivului şi cea a ocularului, valori practice ale lui M: 15X÷60X;-câmpul de vizare al lunetei reprezintă spaţiul conic limitatde generatoarea ce trece prin centrul pupileide intrare şi margineainterioară a monturii plăcii reticulare, valori cuprinse între 1÷1,5°, este invers proporţional cu mărimea ei, teodolitele de precizie au M mare şi câmp de vizare mic.

CERCUL ORIZONTAL GRADAT

Cercul orizontal gradat (limbul) este concentric cu cercul alidad,acesta purtând cei doi indici, de citire a valorilor unghiulare orizontale i1 şi i2;-este fix în timpul măsurătorilor;-diametrul cercului este între 70 şi 250 mm;-cea mai mică gradaţie care poate fi : 1g , (1/2)g , (1/4)g , (1/5)g , (1/10)g.

Cercul orizontal si alidada

Cercul orizontal trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:-cercul gradat să fie orizontal şi stabil în timpul măsurătorilor;-cercul alidad să fie orizontal şi concentric cu cercul gradat.

CERCUL VERTICAL GRADAT

Cercul vertical gradat (eclimetrul) are funcţia de a măsura unghiuri verticale- zenitale; -este astfel montat încât linia gradaţiilor 0g………200g-se găseşte în acelaşi plan cu axa de vizare a lunetei -este mobil în timpul măsurătorilor, odată cu luneta;-indexul de citire J se găseşte pe furca de susţinere a ansamblului cerc vertical – lunetă;

Cercul vertical si portindicele vertical

NIVELELE TEODOLITULUI

Sunt dispozitivele care servesc la orizontalizarea sau verticalizarea unor drepte, precum şi la masurarea unor unghiuri mici de panta. Se disting urmatoarele tipuri de nivele:

sferica, formata dintr-o fiola de forma cilindrica, având la partea superioara forma unei calote sferice. Interiorul este umplut cu eter sau alcool, lasându-se un mic spatiu ce formeaza o bula de vapori saturati de lichid. Partea centrala a calotei reprezinta punctul central al nivelei prin care trece axa verticala Vs -Vs a acesteia. Pe calota fiolei se graveaza cercuri concentrice cu diametrul marit cu 2 mm. Întregul ansamblu se fixeaza într-o montura protectoare din material plastic dur sau metal.

Nivela sferica.torica, formata dintr-o fiola în forma de tor (cilindru curbat dupa un arc de cerc), umpluta cu aceleaşi lichide ca şi nivela sferica. La partea superioara a fiolei se graveaza trasaturi simetrice fata de mijlocul ei, la interval de 2 mm una de cealalta. Atunci cand centrul bulei coincide cu centrul fiolei, tangenta la centrul fiolei devine orizontala. Tangenta poarta denumirea de directrice a nivelei.

Nivela torica.

Marimea ce caracterizeaza o nivela se numeste sensibilitate şi reprezinta unghiul la centru de inclinare a fiolei pentru o deplasare a bulei de 2 mm. Cu cat unghiul este mai mic cu atat sensibilitatea este mai mare şi invers. Acest lucru se obtine la nivelele cu raza de curbura cat mai mare.

Un caz particular al acestui tip de nivelaâ este nivela cu coincidenta,la care semiimaginile capetelor bulei nivelei sunt aduse, printr-un sistem de prisme, într-un ocular sectionat în doua jumatati pe verticala. Când capetele sunt în prelungire, centrul bulei coincide cu centrul nivelei. Procedeul prin coincidenta este de pâna la 10 ori mai precis decat cel cu repere gravate.

Nivela cu coincidenta

Daca vom realiza o nivela compusa din doua toruri dispuse cu curburile opuse una fata de cealalta, deci ambele fete vor fi convexe, realizam o nivela butoias, care atasata unui dispozitiv ce-i va permite rotirea convenabila, va putea sa lucreze prin rasucire fie pe o fata fie pe cealalta.

UTILIZAREA TEODOLITULUI

AŞEZAREA ÎN STAŢIE

Este operaţia prin care aparatul se aşează într-o poziţie corectă,pregătit pentru măsurători.Condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească sunt:1) să fie aşezat foarte stabil în teren (saboţii trepiedului înfipţi până la refuz, fără a forţa, în pământ);2) platanul trepiedului să fie în poziţie orizontală;3) înălţimea trepiedului să permită operatorului o efectuare comodă a măsurătorilor;4) centrul trepiedului , dat de centrul platanului să se găsească deasupra punctului de staţie (punct A în acest caz), pe verticala acestuia (VA,VA), fapt verificabil şi realizabil prin intermediul firului cu plumb ataşat la trepied;5)teodolitul să fie aşezat stabil pe platanul trepiedului, într-o poziţie centrală;6)axul principal al teodolitului să fie în poziţie verticală şi să coincidă cu verticala punctului de staţie (VV≡VA VA), automat HH se va situa într-o poziţie orizontală, la fel cercul orizontal şi alidada. Atât corectitudinea măsurătorilor cât şi precizia acestora depind în primul rând de îndeplinirea INTEGRALĂ a condiţiilor de mai sus.Ordinea operaţiilor din teren, pentru îndeplinirea acestor condiţii va fi:-se verifică punctul de staţie (dacă nu a fost deteriorat, mişcat);-se desfac picioarele trepiedului, se înalţă (conform condiţiei 3);-se aduce trepiedul deasupra punctului de staţie, i se ataşează firul cu plumb şi se îndepinesc simultan condiţiile 1,2,4;-se scoate aparatul din cutie, se verifică; -se fixează teodolitul pe trepied provizoriu, îndeplinindu-se preliminar condiţia 6;-se calează teodolitul cu libela sferică (aproximativ);-succesiv, calare cu libela thorică – centrare cu firul cu plumb optic sedefinitivează condiţia 6;-se îndeplineşte fără a perturba poziţia aparatului, condiţia 5.Calarea definitivă se face după direcţii perpendiculare ( ne putemghida după axele şuruburilor de calare), urmărindu-se ca în orice poziţierotim în jurul axului vertical VV aparatul, bula libelei thorice să rămână în poziţie centrală.

Teodolit in statie

INSTRUMENTE DE NIVELMENT

Aparatele folosite în nivelmentul geometric poarta denumirea de nivele, iar principala lor caracteristica este aceea ca realizeaza orizontalizarea precisa a axei de vizare. Acest lucru este de o importanta deosebita deoarece la nivelul axei de vizare se fac citirile pe mira.

Dupa modul de orizontalizare a axei de vizare, instrumentele de nivelment se clasifica în :1. nivel rigid simplu;2. nivel rigid cu surub de basculare;3. nivel cu orizontalizare automata a axei de vizare.

1. Nivelul rigid.

Schema unui astfel de instrument este prezentata în figura 1.1 El se compune din luneta topografica, nivela torica si sferica, ambaza, suruburi de calare si placa de tensiune. Poate fi dotat obtional cu cerc orizontal gradat. Pentru a se efectua masuratori cu un astfel de aparat trebuieca dupa efectuarea unei calari aproxomative cu nivela sferica, înainte de efectuarea unei citiri pe mira trebuie sa se procedeze la orizontalizarea axei de vizare cu ajutorul suruburilor de calare convenabil amplasate, orizontalizare ce se constata cu ajutorul nivelei torice a aparatului. Aceasta operatiune se repeta înainte de fiecare citire efctuata pe mira.

2. Nivelul rigid cu surub de basculare.

Din punct de vedere al partilor componente are aceleasi componente la care se adauga surubul de basculare cu rolul de a înclina fin luneta astfel ca aceasta sa capete o pozitie orizontala. Acest dispozitiv este situat între luneta si pivotul instrumentului. La fel ca si la nivela rigida, calarea se face aproximativ, cu suruburile de calare si dupa vizarea mirei dar înainte de efectuarea citirilor se procedeaza la aducerea bulei nivelei torice între repere. Pentru o cât mai buna orizontalizare, nivela torica folosita este una cu coincidenta.

Exemple de astfel de nivele sunt Ni 030 si Ni 004 fabricate de Karl Zeiss Jena. Acestor nivele li se poate atasa un dispozitiv cu placi plan paralele care permite sporirea considerabila a preciziei masuratorilor pâna la sutime de milimetru. Pentru aceasta însa este nevoie sa se foloseasca mire de invar.

3.Nivele cu orizontalizare automata a axei de vizare.

Acest tip de instrument foloseste pentru orizontalizarea axei de vizare fenomene fizice cum ar fi pozitia verticala a unui pendul. Dar se pot folosi si alte fenomene ca de exemplu nivelul orizontal al unui lichid într-un vas indiferent de pozitia vasului. Spre exemplificare se prezinta în figura 7.3 schema de constructie a nivelului automat Ni 025. Aparatul poate asigura o precizie de 2,5 mm pe kilometrul de dublu nivelment. La acest tip de aparat o raza orizontala ce vine de la mira, trece prin obiectiv, este clarificata de lentila de focusare si ajunge la compensator. Acesta se compune dintr-o prisma fixata pe corpul aparatului si doua prisme fixate pe pendul. La înclinari mici ale axei de vizare, tija pendulului are tendinta sa se aseze pe directia verticalei sub actiunea fortei gravitationale. Pentru a amortiza rapid oscilatiile tijei, aceasta este introdusa într-un piston în care se formeaza vid ce duce la amortizarea oscilatiilor. O raza înclinata cu unghiul ???ce intra prin obiectiv, este deviata de prima prisma pendul cu un unghi 2? catre prisma fixa (pentaprisma), care la rândul ei deviaza raza cu înca 2? spre a doua prisma pendul. Compensatorul intra în functiune numai dupa ce s-a procedat la calarea apriximativa dupa nivela sferica. Aceste tipuri de aparate conduc la un randament sporit în lucrarile de teren, dar trebuie avut în vedere faptul ca un compensator nu poate lucra în medii cu vibratii (hale industriale, cai de comunicatie cu trafic intens greu, etc.), situatie în care se vor folosi numai aparate rigide.