Pomiar objętości mas ziemnych

Prace budowlane, jak również inne prace inżynieryjne związane np. z budownictwem drogowym, wymagają przygotowania terenu, co wiąże się z przemieszczaniem dużych mas ziemnych. Są to zazwyczaj prace, które w znacznym stopniu obciążają kosztowo całą inwestycję. Dlatego też, aby zminimalizować koszty robót ziemnych, należy przeprowadzić pomiar objętości wykopów i nasypów pozwalający na zbilansowanie mas ziemnych i wyeliminowanie zbędnego transportu.

Zobacz naszą nowoczesną Mapę Geoportal360

Czynności pomiaru objętości mas ziemnych pozwalają na sporządzenie kosztorysu umożliwiającego zaplanowanie kosztów inwestycji, a następnie jej prawidłowe rozliczenie w taki sposób, aby żadna ze stron prowadzonej inwestycji nie czuła się „oszukana”, a inwestycja nie przynosiła strat.

Dobranie właściwej metody pomiarowej objętości mas ziemnych, fachowe wykonanie tych pomiarów oraz prawidłowe rozliczenie inwestycji budowlanej przez wyspecjalizowaną firmę, pozwala niejednokrotnie na redukcje zbędnych kosztów, co w konsekwencji przekłada się na znaczne oszczędności w realizacji inwestycji.

Jakiego rodzaju masy ziemne się mierzy?

Pomiar mas ziemnych obejmuje przede wszystkim:

• wykopy pod fundamenty budynków i budowli,
• podłoża pod drogi, zbiorniki wodne, tory saneczkowe,
• składowanie i magazynowanie w hałdach piasku, żwiru czy innego kruszcu w betoniarniach, kopalniach czy też na składzie węgla,
• kosztorysowanie inwestycji budowlanych,
• składowanie i monitorowanie odpadów górniczych i hutniczych,
• składowanie odpadów komunalnych.

Profesjonalne pomiary mas ziemnych są niezbędne przy robotach budowlanych, inwestycjach drogowych czy kolejowych. W przypadku wykopów pod fundamenty budynków czy drogi, pomiary mas ziemnych pozwalają na racjonalne gospodarowanie uzyskaną ziemią. Bywa, że na wyznaczonym przebiegu drogi w jednym miejscu wymagane są wykopy, natomiast w innym, istnieje potrzeba nawiezienia ziemi. Po wykonaniu pomiaru mas ziemi oraz pomiaru planowanych wykopów staje się możliwe zbilansowanie tych mas ziemnych bez konieczności dowozu ziemi z poza obszaru inwestycji. Takie działania mają istotny wpływ na planowanie kosztów inwestycji, a przy tym pozwalają na zaoszczędzenie znacznych środków finansowych.

W przypadku składowania materiałów sypkich, takich jak piasek czy żwir w hałdach, pomiar objętości mas tego kruszywa pozwala na uzyskanie informacji o stanie magazynowym tych zasobów. Z praktyki wiadomo, że im dokładniejszy jest pomiar objętości masy kruszywa na hałdzie, tym możliwość planowania i raportowania stanu magazynowego jest lepsza. Znajomość objętości masy materiału zgromadzonego na hałdzie pozwala na racjonalne gospodarowanie tym materiałem.

Metody pomiaru mas ziemnych wykorzystuje się również do pomiarów odpadów górniczych i hutniczych składowanych w hałdach. Pomiar odpadów górniczych i hutniczych pozwala na określenie stanu magazynowego tego kruszywa oraz zaplanowania zbytu odpadów w celu ich wykorzystania np. przy budowie dróg czy w budownictwie kubaturowym.

Przeczytaj: Geodezyjny pomiar pionowości obiektów wysmukłych

Jakimi metodami wykonuje się pomiary mas ziemnych?

O wyborze konkretnej metody pomiaru mas ziemnych decyduje rzeźba terenu oraz powierzchnia przeznaczona pod inwestycję budowlaną. Wybór metody pomiaru mas ziemnych jest również uzależniony od dostępności sprzętu pomiarowego.

W praktyce geodezyjnej rozróżnia się następujące metody pomiaru mas ziemnych:

• metoda niwelacji siatkowej – jest to metoda polegająca na określeniu wysokości punktów terenowych siatki, które są wierzchołkami regularnych figur geometrycznych (najczęściej kwadratów) oraz punktów charakterystycznych znajdujących się wewnątrz siatki obrazujących rzeźbę terenu (wzniesienia, zagłębienia, skarpy itp.). Metoda ta jest skuteczna na terenach otwartych i poziomych takich jak: łąki, torfowiska, tereny rzeczne czy tereny sztucznie wyprofilowane. Metoda niwelacji siatkowej jest szczególnie zalecana dla przygotowania podkładów mapowych pod tereny osiedlowe, lotniska, boiska sportowe czy obszary zieleni miejskiej;
• metoda punktów rozproszonych – polega na określeniu rzędnych wysokości charakterystycznych punktów terenu i punktów sytuacyjnych niwelacją geometryczną „w przód” przy równoczesnym wyznaczeniu ich położenia sytuacyjnego metodą biegunową;
• metoda niwelacji przekrojów podłużnych i poprzecznych – stosowana jest najczęściej przy wykonywaniu pomiarów odcinków terenu charakteryzujących się kształtem podłużnym i wąskim. Niwelacje te wykonuje się za pomocą niwelacji w przód i niwelacji ze środka;
• tachimetria – metoda stosowana jest najczęściej przy pomiarze rzeźby terenu;
• metoda RTK-GPS (Real Time Kinematic) – jest metodą pozwalającą na szybkie uzyskanie wyników pomiaru. W wyniku pomiaru metodą RTK-GPS otrzymujemy gotowe współrzędne, które umożliwiają obliczenie objętości mas ziemnych w dowolnym programie geodezyjnym;
• Global Position System – system nawigacji satelitarnej;
• metoda fotogrametryczna – jest to metoda stosowana w przypadku obiektów – hałd trudno dostępnych. Zasada pomiaru opiera się na wykonywaniu bardzo dużej ilości zdjęć terenu specjalną kamerą. Uzyskane obrazy zawierają szczegółowe informacje o terenie, co w konsekwencji prowadzi do uzyskania wiernego odtworzenia modelu terenu. Powstałe modele terenu stanowią bazę do obliczenia objętości mas ziemi. Metoda ta jest bardzo obiektywna, co oznacza, że osoba dokonująca pomiaru nie ma wpływu na wynik tego badania. Dodatkową zaletą tej metody jest to, że pozwala ona na rzeczywiste odtworzenie modelu badanego terenu.
• metoda skaningu laserowego – polega na laserowym pomiarze odległości z punktu o określonych współrzędnych przestrzennych do badanych punktów i wyznaczeniu ich położenia w przyjętym układzie przestrzennych współrzędnych biegunowych. Metoda ta jest wykorzystywana do pomiaru obszarów rozległych, niedostępnych. Pomiaru takich terenów można dokonywać skanerem umieszczonym nieruchomo pod kadłubem samolotu.

Metoda skaningu laserowego umożliwia dokonanie pomiarów miejsc niedostępnych oraz terenów zagrożonych. Atutem skaningu laserowego jest uzyskanie bardzo dokładnych informacji o geometrii terenu, co umożliwia jego wierniejsze odwzorowanie.

Obecnie do najbardziej popularnych i skutecznych metod obliczania mas powierzchni ziemi należą metody: Global Position System, fotogrametryczna oraz metoda skaningu laserowego. Z praktyki wiadomo, że wyniki pomiarów przeprowadzone tymi metodami należą do najdokładniejszych i co istotne, osoba wykonująca ten pomiar nie posiada wpływu na wynik prowadzonego badania.

W celach orientacyjnych możemy sami obliczyć masę ziemi, np. na działce, którą zamierzamy nabyć korzystając z serwisu www.geoportal.pl. W serwisie tym dodana została funkcjonalność dotycząca obliczania objętości mas ziemnych. Dostęp do funkcjonalności znajduje się w menu „Numeryczny Model Terenu”. Wchodząc na stronę Geoportalu należy w menu „Numeryczny Model Terenu” wybrać przycisk „Rysuj” i rozpocząć kreślenie poligonu, w obrębie którego będą odbywać się obliczenia. Rysowanie poligonu należy zakończyć klikając dwukrotnie lewym przyciskiem myszy. Od tego momentu rozpoczynają się obliczenia i system pokazuje wyniki w minimalnej i maksymalnej wysokości oraz objętości mas ziemnych poniżej i powyżej domyślnego poziomu. Domyślny poziom odniesienia jest wyznaczany, jako średnia z minimalnej i maksymalnej wysokości w zaznaczonym obszarze. W przypadku, gdy chcemy dokonać zmiany poziomu odniesienia, należy wpisać nową wartość i kliknąć.

Obecnie pomiar objętości mas ziemnych wykonuje się przy użyciu instrumentów elektronicznych, tachimetrów skanujących, skanerów laserowych, sprzężonych z programami komputerowymi pozwalającymi na wizualizację przestrzenną.

Do pomiarów na dużych obszarach, często niedostępnych, wykorzystuje się skanery laserowe, umieszczone pod kadłubem samolotu. W innych przypadkach (duże powierzchnie – np. piaskownie) stosuje się pomiar z wielu stanowisk.

Dotychczasowe tradycyjne metody obliczania mas ziemnych zostały wyparte przez nowsze, a co najważniejsze metody bardziej precyzyjne, dokładne i szybsze.

Przeczytaj: Badanie geometrii torów

Źródła:

1. Projekt badawczy Ministerstwa Nauki nr 4T12E04329 „Zastosowanie metod interferometrii radarowej, INSAR do badania naturalnych ruchów powierzchni terenu w Polsce”. Projekt Geo-In-Sar
2. Łukasz Czerwonka. Aleksandra Gontarska „Określenie objętości wybranego zwałowiska materiałów sypkich”.

Zdjęcie: Pexels.com