Aparatura utilizată la
executarea nivelmentului geometric este denumită în mod curent nivelă.
Nivelmentul geometric este
o metodă mult mai precisă de determinare a cotelor şi diferenţelor de nivel
decât nivelmentul trigonometric sau celelalte procedee. Nivelele sunt
instrumente mai simple d.p.d.v. constructive decât teodolitele şi oferă
posibilităţi de manevrare uşoare şi rapide.Evolutiv şi aparatele de nivelment s-au dezvoltat în vederea obţinerii
de rezultate rapide cu o precizie sporită. Principiul constructive al nivelelor
este acela al vizei orizontale.Clasificarea acestora se poate face după mai multe criterii:
a)după modul de orizontalizare a axei de vizare:
- nivele de tip rigid;
- nivele cu compensator sau nivele automate.
b)după precizia de citire pe miră:
- nivele de precizie;
- nivele de mare precizie.
c)după modul de modernizare
- nivele clasice;
- nivele moderne.
Nivelele rigide
Componentele
principale ale unei nivele de tip rigid pot fi observate în figura 8.9. Asemeni
teodolitelor, nivelele sunt formate din două componente mari:
- partea
inferioară ce este fixă şi conţine şuruburi de calare, nivela sferică de calare
şi suportul acesteia;
- partea superioară ce este mobilă, formată din lunetă,
nivelă torică de calare, şurub de mişcare fină în plan orizontal şi system
optic de focusare. Spre deosebire de teodolit, luneta nivelei se poate roti
numai în plan orizontal, fapt ce conduce la principiul nivelmentului geometric,
cel al vizei orizontale.
Semnificaţia
notaţiilor este următoarea:
1. şuruburi de Calare;
2. suportul nivelei sferice;
3. nivela sferică de Calare;
4. nivela torică;
5. moleta ocularului;
6. şurub de blocare a
mişcării orizontale;
7. şurub de mişcare fină pe orizontală;
8. luneta;
9. partea anterioară a obiectivului;
10. ocularul;
11. sistemul de focusare al imaginii;
12. şurub de basculare;
13. şurub de acţionare a micrometrului;
14. lupă pentru citiri pe tamburul micrometrului.
Axele
principale ale instrumentului sunt următoarele:
- axa principală VV;
- axa
de vizare OO care este orizontală care uneşte punctual focal anterior al
obiectivului şi centrul firelor reticulare;
- axa
nivelei torice LL care este tangenta dusă din punctual normal al nivelei în
partea interioară a torului de sticlă;
- axa nivelei sferice L'L' care
este dată de erpendicular ape planul tangent la bula nivelei sferice.
Modul de lucru pe teren
►Se
instalează nivela pe trepied;
►Se calează nivela sferică din şuruburile de calare;
►Se
vizează mira instalată pe punctual vizat şi se vizează astfel încât firul
reticular vertical să coincidă cu axa verticală a mirei;
►Se
calează nivela torică prin coincidenţa capetelor bulei;
►Se
fac citirile pe miră la toate cele trei fire reticulare orizontale: la firul
stadimetric superior, la firul de mijloc şi la firul stadimetric inferior;
►Se
verifică citirile pe miră cu relaţia:
Nivele cu orizontalizare automată
Această
categorie de nivele este prevăzută cu un compensator care orizontalizează, în
mod automat axa de vizare a lunetei, fără ajutorul nivelei torice. După ce axa VV devine
aproximativ verticală prin calarea instrumentului cu nivela sferică, axa de
vizare devine orizontală.Schema
generală a unei nivele automate este prezentată în figura de mai jos:
Schema generală a
nivelei automate
|
Părţile componente sunt următoarele:
1 – luneta;
2 – ocular;
3 – obiectiv;
4 – şurub de focusare a imaginii;
5 – şurub de mişcare fină a lunetei în plan orizontal;
6 – nivela sferică de
Calare;
7 – ambaza;
8 – şuruburi de Calare;
9 – placa de tensiune;
10 – trepied;
11 – şurub de prindere a
nivelei de trepied.
|
Modul
de lucru pe teren
►Se
instalează nivela pe trepied;
►Se
calează nivela sferică din şuruburile de calare;
►Se
vizează mira instalată pe punctual vizat şi se vizează astfel încât firul
reticular vertical să coincidă cu axa verticală a mirei;
►Se fac citirile pe miră la toate cele trei fire
reticulare orizontale: la firul stadimetric superior, la firul de mijloc şi la
firul stadimetric inferior;
►Se
verifică citirile pe miră cu relaţia:
Din această categorie de instrumente fac parte
următoarele tipuri de nivele: Ni 025, Ni 050, Kern
GKD – A, GK1 – A, Wild NAK0, NAK2, Sokkisha –
C32, C40, Leica NA 720, NA724, NA 728, Runner 20, Runner 24, Pentax AP – 128,
AP – 124, AP – 120, etc.
Nivele digitale
Progresul tehnic în nivelmentul geometric a fost marcat de apariţia
nivelelor electronice şi digitale. Instrumentele din această categorie sunt
prevăzute cu tastatură şi display, unitate de memorie şi un card PC prin
intermediul căruia se pot transfera date din teren într-un PC pentru
prelucrare. Avantajele
oferite de aceste aparate sunt:
- eliminarea erorilor de citire;
- repetarea măsurătorilor până la obţinerea valorilor
ce se încadrează în intervalul de toleranţă acceptat;
- calcul
automat al diferenţelor de nivel, cotelor punctelor măsurate, pante, etc.
- prevăzute cu compensator electronic se elimină din
start efectuarea măsurătorilor cu instrumental decalat;
- verificarea şi rectificarea
nivelei se face de către operator cu programul inclus în softul aparatului;
În
prezent se pot distinge două procedee de nivelare electronică fundamental diferite:
- procedee active, -
la care se foloseşte ca sursă de lumină o diodă laser şi un detector
sensibil în punctul vizat, care oferă o informaţie de înălţime;
- procedee pasive, - la care un model desenat pe o
miră (coduri) şi iluminat natural este înregistrat în planul imagine ale unui
instrument de nivelment geometric cu senzori electronici CCD.
Procedeele active se găsesc de regulă la nivelele cu laser
rotativ. La aceste nivele, folosite preponderent în sfera construcţiilor, o rază laser orizontală
este detectată de un senzor sau de
o miră pe care se găseşte
un şir de diode fotosensibile. Orizontalizarea razei laser este realizată de un
compensator bi-axial.
Nivelele digitale pot fi considerate ca făcând parte
din cea de a doua categorie, întrucât lucrează cu partea vizibilă sau de infraroşu a luminii naturale
şi făcând abstacţie de la măsurătorile efectuate pe întuneric, nu necesită o iluminare
suplimentară a mirelor. O
caracteristică comună a tuturor instrumentelor de nivelment geometric digitale
este aceea, că principiul constructiv corespunde cu cel de la nivelele automate
cu compensator. Din acest motiv ele pot fi privite ca o combinaţie dintre o nivelă
automată cu compenstor şi o cameră digitală. La toate nivelele
digitale de astăzi există posibiliatea unei
citiri optice directe, fără micrometre, raza de vizare parcurgând pe de o parte
drumul optic obişnuit, iar pe de altă parte este deviată de un cub separator într-un alt plan imagine, unde se află un sensor CCD. Codificarea
mirelor şi procesul de prelucrare a imaginii este diferit de la firmă la firmă. Pe lângă procedeele
de corelaţie, se găsesc procedee care
seamănă mult cu o măsurătoare de fază cunoscută de la măsurarea electronică a distanţelor.
Problematica conceperii unui cod adecvat, a apărut în
momentul când o porţiune din suprafaţa unei mire cu coduri a fost reprezentată
pe o matrice CCD. Chiar dacă adaptarea scării se realiza tot printr-o optică
zoom, nu s-au putut depăşi distanţe de 20-30 m. Firmele s-au văzut puse în
situaţia de a elabora coduri speciale, care pe lângă unele proprietati
pseudo-stohastice trebuia să permită o reprezentare univocă pe distanţe
cuprinse între 1,5 – 100 m fără utilizarea unei
optici speciale de zoom.
La
toţi realizatorii de coduri, acestea sunt astfel concepute, încât să permită
transformarea într-o informaţie digitală printr-un simplu sensor liniar CCD. La
nivelele digitale aflate astăzi în uz, se pot diferenţia următoarele procedee
de prelucrare a imaginilor digitale: procedeul corelaţiei, procedeul măsurării
poziţiei, procedeul măsurării fazei.
Din
gama largă de nivele electronice ce sunt utilizate în practica curentă, sunt
prezentate cele mai uzuale cu caracteristicile lor:
|
Denumirea instrumentului
|
Precizia
pe dublu km de nivelment
|
Domeniul de lucru
|
Durata unei măsurători
|
Mărirea lunetei
|
Precizia
compensatorului
|
|
Nivela digitală DiNi
11-Zeiss
|
± 0,3 mm
|
1,5 –100m
|
3 secude
|
32X
|
± 0,2``
|
|
Nivelă automată NA 2000 -
Leica
|
± 1,5 mm
|
1,8-100m
|
4 secunde
|
24X
|
± 0,8``
|
|
Nivelă digitală TOPCON
DL-101DL-102
|
± 1 mm
|
2-100m
|
4 secunde
|
32X
|
± 0,5``
|
|
AS 2-Nikon
|
± 0,8 mm
|
1-100m
|
4 secunde
|
34X
|
± 0,5``
|
Mire de nivelment
Pentru determinarea cotelor şi a diferenţelor de
nivel, în lucrările de nivelment se utilizează mirele de nivelment. Acestea pot fi
clasificate în trei categorii:
- mire
centimetrice;
- mire
cu bandă de invar;
- mire cu coduri;
Mire centimetrice
Mirele
centimetrice prezintă următoarele caracteristici:
- sunt de lungime 3m sau 4m;
- capetele
sunt protejate prin saboţi metalici;
- verticalitatea se asigură cu
ajutorul unei nivele sferice;
- sunt vopsite alternative pe
fond alb cu negru şi roşu, alternanţa fiind la fiecare metru;
- cifrele
înscrise pe miră reprezintă metri şi decimetri;
- centimetri sunt marcaţi prin
intervale vopsite;
- milimetrii
se aproximează;
Citirile pe miră se fac
la toate cele trei fire stadimetrice pentru a avea permanent verificarea
citirii
de mijloc.
Mire cu bandă de invar
Caracteristicile acestora sunt următoarele:
- banda de invar este fixată la
talpa mirei, iar la vârf are unresort de întindere a benzii astfel încât
tensiunea din bandă să rămână constantă;
- coeficientul de dilataţie
este Cl =±
0,0008mm/10/m;
- lungimea
mirei poate fi de 3 m sau 1,75 m;
- diviziunile
au grosimea de 1 mm pentru mirele cu două scale şi de 3 mm pentru mirele cu o
singură scală;
- distanţa
dintre diviziuni este de 5 mm;
- eroarea de divizare a
benzii de invar este ±0,01
mm/1m;
- pe
banda de invar se fac două rânduri de diviziuni separate decalate la 2,5 mm
între ele;
- originile celor două scale
diferă, de exemplu la mirele Zeiss constanta este k=606 500;
- mirele de invar se vor
instala pe punctele intermediare pe broaşte de nivelment;
- pentru
verticalizarea mirei se va face cu ajutorul nivelei sferice montate pe spatele
mirei;
Verificarea mirelor de
nivelment
Verificarea
generală:
- verificarea stării tălpii mirei şi a gradaţiilor,
ca acestea sâ nu fie deteriorate;
- verificarea planeităţii mirelor de lemn, întrucât la
o curbura S=33 mm pentru o lungime L=3 m a mirei, eroarea de citire este de 1
mm.
- verificarea poziţiei zero a mirei în raport cu
talpa. Pentru aceasta se verifică primul decimetru şi se ţine seama
în calcule de această erore, ea având caracter sistematic.
- verificarea gradaţiilor mirei cu un metru etalon prevazut cu o lupă. La mirele de lemn eroarea maximă admisă este de
±
1 mm/dm. La mirele de invar se foloseşte un comparator, eroarea de gradare
admisă fiind de 0,1 mm/dm.
- verificarea
nivelei sferice .Se verticalizeză mira cu un fir cu plumb şi se rectifică
nivela sferică a acesteia.
