Wieże triangulacyjne

Przez ponad stulecie aż do lat 90. XX w. wieże triangulacyjne były jednym z elementów zamiejskiego krajobrazu prawie tak często spotykanym, jak dzisiaj maszty stacji bazowych telefonii komórkowej. Zwykle usytuowane na wzniesieniach, stojące pośród pól lub wychylające swój wierzchołek ponad masywy leśne, widoczne były z daleka. Te wyniosłe z pozoru skomplikowane konstrukcje z dziwnym “krzyżem” na szczycie zawsze wzbudzały zrozumiałe zainteresowanie z racji swojego tajemniczego przeznaczenia. Niestety ich czas minął. Postęp techniczny i uruchomienie systemu geolokalizacyjnego GPS spowodowały, że wieże triangulacyjne stały się zbędne i siłą rzeczy musiały zniknąć z krajobrazu. Pozostały tylko uwiecznione na nielicznych starych zdjęciach.

Triangulacja w geodezji wykorzystuje szczególne cechy geometryczne trójkąta (triangulum - po łacinie trójkąt). Jeśli dysponuje się dwoma punktami o znanych współrzędnych, to do określenia współrzędnych dowolnego trzeciego punktu w terenie traktowanego jako wierzchołek trójkąta wyznaczonego przez te trzy punkty wystarczy pomiar kątów tego trójkata w pierwszych dwóch punktach, które stanowią wraz z odcinkiem je łączącym o znanej długości tzw. bazę. Szukane współrzędne oraz pozostałe elementy trójkąta, w tym jego pole, oblicza się korzystając z zasad geometrii analitycznej. Przy większych odległościach pomiędzy wierzchołkami takiego trójkąta w obliczeniach trzeba uwzględniać też zakrzywienie powierzchni kuli ziemskiej. Do dokonania pomiaru powierzchni dużych obszarów i sporządzenia map konieczne było wyznaczenie bardzo wielu punktów o znanych współrzędnych. Sieci triangulacyjne tworzono poczynając od założenia głównej bazy wyjściowej poprzez dokładanie kolejnych trójkatów przyległych do wcześniej wyznaczonych tak, by pokryć nimi cały obszar. W przypadku sieci obejmujących teren całago państwa dla uzyskania większej dokładności zakładano najpierw przebiegające południkowo i równoleżnikowo w odległości 150-200 km od siebie łańcuchy trójkątów o bokach długości 20-50 km i o wierzchołkach, których współrzędne wyliczone zostały ze szczególną precyzją. Następnie na pozostałych terenach w oparciu o punkty triangulacyjne z łańcuchów zakładano punkty tworzące trójkąty o bokach 10-20 km. Zależnie od potrzeb wewnątrz tych trójkątów zagęszczano punkty w oddaleniu 3-10 km. Punkty sieci triangulacyjnej stanowią podstawę tzw. poziomej osnowy geodezyjnej. Wszystkie punkty osnowy muszą być stabilizowane za pomocą trwałych znaków geodezyjnych. 

Po lewej przykładowy schemat sieci triangulacyjnej, literami ABCD oznaczona jest sieć bazowa, odcinek CD to baza. Dawniej ze względu na duże trudności techniczne w pomiarach odległości w terenie mierzono tylko długość bazy i rozwijano sieć dokonując jedynie pomiaru kątów. Linią przerywaną zaznaczono sieć drugiego rzędu.

Po prawej wycinek mapy z pokazanym sposobem oznaczania punktów triangulacyjnych - kropka w trójkąciku. Sama kropka z liczbą oznaczała tylko punkt wysokosciowy.

Pomiary kątów, a w nowszych czasach również pomiary odległości, przy triangulacji dokonywane były za pomoca przyrządów optycznych. Dlatego też dla uzyskania widzialności niezakłóconej przez przeszkody terenowe pomiędzy miejscem pomiaru i celem konieczne było budowanie wież triangulacyjnych. Przy dużych odległościach trzeba było uwzględniać również ograniczenie wynikające z zakrzywienia powierzchni kuli ziemskiej. Wieża ustawiona nad punktem triangulacyjnym w pierwszym rzędzie spełniała rolę sygnału triangulacyjnego z przymocowanym na szczycie tzw. przedmiotem celu, czyli pionową żerdzią z krzyżakiem, na który z innego miejsca celowana była luneta instrumentu pomiarowego. Wieże głównej sieci triangulacyjnej służyły też do obserwacji i dokonywania pomiarów, dlatego wyposażone były również w pomost i stolik obserwacyjny, na którym ustawiano przyrządy. Przy znacznym oddaleniu punktów pomiarowych dla ułatwienia namierzenia celu używany był instrument zwany heliotropem. Umieszczony w celu heliotrop kierował promienie słoneczne odbite w specjalnym zwierciadle na stanowisko, z którego prowadzono pomiar. Heliotrop ustawiany był na dodatkowym pomoście wieży zamontowanym blisko wierzchołołka.

W celu obniżenia kosztów wieże triangulacyjne poza nielicznymi wyjątkami budowane były z drewna. Używano do tego głównie drewna sosnowego w postaci okorowanych okrąglaków. Zasadnicze rusztowanie wieży było typową konstrukcją kratową w formie wysmukłego ostrosłupa, często ze ściętym wierzchołkiem w przypadku wyższych wież wyposażonych w pomost obserwacyjny. Podstawowym i jednocześnie najgrubszym elementem konstrukcji były nogi wieży. Mogły być trzy rozstawione na planie trójkąta równobocznego lub cztery na planie kawadratu (układ częściej stosowany przy wyższych wieżach). Przy projektowaniu konstrukcji przyjmowano pewne parametry jako stałe: rozstaw sąsiednich nóg na szczycie wynosił ok. 1,5 m ze względu na konieczność zapewnienia wystarczającego miejsca na usytuowanym niżej pomoście obserwacyjnym, nachylenie nóg w stosunku do pionu 1:10, i stąd wynikał rozstaw nóg u podstawy w zależności od wysokości obiektu wynoszący od 5 do 10 m. Niższe kilkunastometrowe wieże z pomostem obserwacyjnym lokowane najczęściej na wierzchołkach gór mogły mieć nogi o większym nachyleniu.

Budowę rozpoczynano od wkopania na głębokość 1,5-2,5 m zaopatrzonych w poprzeczki (kotwy) i zabezpieczonych przed gniciem końców nóg. W miarę wznoszenia konstrukcji sąsiednie nogi łączone były po stronie zewnętrznej poziomymi żerdziami tworzącymi wieniec. Wieńce dzieliły konstrukcję na kondygnacje zwykle o wysokości 5-6 m. Na wyższych piętrach wież czteronożnych dla usztywnienia dodawano w poziomie wieńca po przekątnych drągi zwane krzyżulcami. Takie same krzyżulce (ukośne tężniki usztywniające) montowane były w każdym polu powierzchni bocznej wieży ograniczonym wieńcami. Czasem przy dużym rozstawie nóg u podstawy dla zmiejszenia rozpiętości krzyżulców dodawane były cieńsze nogi pośrednie doprowadzane do wysokości drugiegi-trzeciego piętra, które dzieliły pola boczne na dwa mniejsze. Piętro z pomostem pomiarowym było niższe (ok. 2 m). Na piętrze tym nie było krzyżulców bocznych mogących zasłaniać widok, montowane były za to balustrady. Piętra występujące powyżej miały coraz mniejszą wysokość (4-2 m). Często na przedostatnim piętrze instalowany był dodatkowo pomost do ustawienia heliotropu. Łączenia odcinków, z których montowano nogi, musiały wypadać pomiędzy wieńcami. Na szczycie wieży mocowana była pionowa żerdź zwana świecą. Świeca ustawiona dokładnie nad punktem geodezyjnym wyznaczonym na ziemi wysunięta była ponad końcówki nóg na wysokość 5-6 m i stabilizowana była na poziomie dwóch ostatnich wieńców parami drągów zwanych kleszczami połączonymi z konstrukcją wieży. Na końcu świecy zamocowany był krzyżak. Powyżej ostatniego wieńca wykonywano też tzw. daszek z poziomo przybitych desek w odstępach równych ich szerokości. Daszek malowany był na biało, świeca naprzemian na biało i czerwono, a krzyżak na czarno lub biało i czerwono. Wszystkie elementy konstrukcji wieży łączone były ze soba gwoździami.

Rysunki stanowiące wyjątek z geodezyjno-kartograficznej normy branżowej BN-73/8770-01 Budowle triangulacyjne - nazwy, określenia, klasyfikacja i oznaczenia

Rysunki przedstawiają: rys. 1 i 2 - uproszczone schematy konstrukcji wież, rys. 4 i 5 - rozwiązania konstrukcji statywu, rys. 6 - elementy wieży, rys. 7 - krzyżak.

W przypadku wież z piętrem obserwacyjnym w celu uniknięcia przenoszenia na instrumenty niepożądanych drgań konieczne było odseparowanie konstrukcji tzw. statywu, na szczycie którego montowany był stolik obserwacyjny, od konstrukcji głównej i połączonego z nią pomostu. Stosowane były dwa rozwiązania. Albo żerdzie stanowiące nogi statywu połączone były z wieżą, ale wyprowadzane były z poziomu wieńca usytuowanego przynajmniej dwa piętra niżej niż piętro obserwacyjne, albo statyw był niezależną konstrukcją osadzoną na gruncie. W tym drugim przypadku nogi statywu mogły być osadzone wewnątrz wieży, co było rzadsze, lub na zewnątrz. Wieża statywu konstruowana była podobnie jak wieża główna z tą różnicą, że wieńce mocowane były po stronie wewnętrznej nóg dla zapewnienia rozporu, ponieważ górne końce tych nóg musiały być zagięte i wprowadzone do wnętrza wieży głównej dla połączenia że scentrowanym nad punktem geodezyjnym słupem stolikowym stabilizowanym poniżej podobnie jak świeca. Na słupie tym wystającym ponad platformę obserwacyjną osadzony był stolik do ustawiania instrumentów. W większości przypadków stosowano statywy trójnożne lub czteronożne zależnie od ilości nóg konstrukcji głównej, ale występowały też sześcionożne i ośmionożne o nogach cieńszych, ale łatwiejszych do wygięcia. Konstrukcja statywu o nogach osadzonych na zewnątrz przenikała się z konstrukcją wieży głównej. Na koniec po ustawieniu statywu między kondygnacjami wieży głównej montowano drabiny. Czas trwania budowy całości w wersji “full wypas” przy braku mechanizacji prac wynosił do trzydziestu dni roboczych. Najwyższe wieże triangulacyjne osiągały wysokość do 50 m, co umożliwiało na terenach równinnych obserwowanie z nich celu umieszczonego na wieży o podobnej wysokości oddalonej nawet o 50 km.

Nad drugorzędnymi punktami sieci triangulacyjnej często nie było potrzeby wznoszenia wież wyposażonych w pomosty obserwacyjne. Wieże takie o wysokości od kilkunastu do dwudziestu kilku metrów mierzonej do końca świecy miały formę pełnego ostrosłupa, a ich konstrukcja była nieco uproszczona np. w polach bocznych montowano po jednym krzyżulcu, nie zakładano drabin. W latach 60. i 70. ubiegłego wieku konstrukcje te zastępowano pseudowieżami w postaci trójnogów wykonanych z prefabrykatów żelbetowych. Doraźnie podczas pomiarów na małych obszarach np. podczas scalania gruntów stosowane były tzw. piramidki - kilkunastometrowe proste i lekkie konstrukcje, które po zakończeniu prac można było przenieść w nowe miejsce. Wieże były nabardziej rozpowszechnionym typem sygnału triangulacyjnego. Oprócz nich stosowane były też inne rozwiązania. Sygnały montowano na pozbawionych części konarów wysokich drzewach lub kilkunastometrowych słupach stabilizowanych dodatkowo odciągami linowymi. W miejscach o skalistym podłożu ustawiano słupy murowane lub betonowe. Jednak w każdym przypadku niezależnie od rodzaju konstrukcji na szczycie musiał być zainstalowany przedmiot celu, czyli świeca z krzyżakiem lub metalowym pionowym walcem zakończonym stożkiem.

Gwarantowana trwałość drewnianych wież triangulacyjnych obliczona była na 15-20 lat. Jednak przy ich solidnym wykonaniu i poddawaniu okresowym przeglądom połączonym z naprawą uszkodzeń mogły być użytkowane nawet do czterdziestu lat. Teoterycznie były potrzebne głównie podczas zakładania sieci triangulacyjnej, ale jak wykazało doświadczenie przydawały się także potem. Pierwsze prace nad stworzeniem sieci triangulacyjnej na ziemiach polskich rozpoczęły się jeszcze na początku XIX w., a od lat 60.-70. do końca XIX w. systematycznie tworzono takie sieci we wszystkich trzech zaborach. Jednak odziedziczone przez odrodzone państwo polskie fragmenty tych sieci, ujmując to bardzo ogólnie, nie były ze sobą zgodne. Wobec tego przystąpiono do tworzenia nowej sieci wykorzystując w niej również stare punkty po pomiarach i dokonaniu przeliczeń. Konieczne było też zagęszczanie sieci w rejonie miast. Po II wojnie światowej trzeba było odtworzyć zniszczone w przeważającej części sygnały triangulacyjne, powiązać sieć na tzw. ziemiach odzyskanych z resztą, i prowadzić dalsze zagęszczanie punktów niższego rzędu. Coraz doskonalsza technika pomiarowa pozwalała też na ponowne pomiary i weryfikację wcześniejszych danych. Wszystko to nie byłoby możliwe bez zaistnienia w niektórych punktach przynajmniej trzech “pokoleń” wież triangulacyjnych. Te wznoszone jeszcze w latach 50. przetrwały najdłużej. Już w latach 80. zaprzestano ich odtwarzania. Część istniejących była stopniowo likwidowana ze względu na zły stan techniczny, a niektóre same sczezły w zapomnieniu pozostawione gdzieś w ostępach leśnych. W pierwszej połowie lat 90. rozpoczęto tworzenie nowej sieci triangulacyjnej rzędu zerowego z wykorzystaniem technik satelitarnych, z którą stopniowo powiązano po przeliczeniu większość punktów wcześniej istniejącej sieci. Wtedy ostatecznie wieże triangulacyjne stały się niepotrzebne. I nie wiadomo, czy dziś gdziekolwiek jeszcze na terenie kraju ostała się chociaż jedna drewniana wieża, którą można by zachować dla potomności.

Autor: Błażej Dziurzyński /blaggio./, 2019 r.

Wszelkie prawa zastrzeżone