W pierwszej części serii artykułów dot. wpływu drgań LINK dowiedzieliśmy się kiedy inwestor powinien zadbać o wykonanie wstępnej opinii technicznej oraz poruszyliśmy kwestię odpowiedzialności za wnioski płynące z tejże opinii.
Niniejszy artykuł jest drugim z serii artykułów opisujących złożone zagadnienie inżynierskie, jakim jest uwzględnienie wpływu drgań komunikacyjnych na obiekty budowlane będące w fazie projektowej. Artykuł skupia swoją uwagę na merytorycznym zakresie wstępnej opinii technicznej odpowiadającej na pytanie „Czy projektant ma obowiązek uwzględnić wpływ drgań komunikacyjnych na budynki oraz ludzi?”. Sprecyzowane zostaną informacje, co powinna taka opinia zawierać.
Zakres merytoryczny wstępnej opinii technicznej nt. wpływu drgań komunikacyjnych na projektowane obiekty konstrukcyjne i ludzi
Inwestorzy, architekci i projektanci z reguły oczekują od specjalisty analiz dynamicznych odpowiedzi na pytanie czy odległość projektowanego budynku od źródła drgań można uważać za bezpieczną czy też nie. Tymczasem dokładny zasięg wpływu drgań na budynki i ludzi przebywających w budynkach jest trudny do sprecyzowania, o czym świadczy chociażby brak takich informacji w normie PN-88/B-02171. Na propagację drgań ze źródła (np. przejeżdzający pociąg, tramwaj) do odbiornika (np. budynek zamieszkały przez ludzi) zależy od wielu czynników takich jak:
- charakterystyki źródła (prędkości, stanu technicznego, obciążenia, jakości torów itd.),
- warunków geotechnicznych okolicy,
- przeszkód na drodze tory-budynek,
- charakterystyki geometrycznej, materiałowej oraz stanu technicznego budynku.
Opinia techniczna wpływu drgań powinna zawierać informacje odnośnie szkodliwości wibracji na budynki i ludzi. Powinna zawierać przejrzyste wnioski, które będą wskazywać na konieczność przeprowadzenia dokładnej analizy dynamicznej (symulacji Metody Elementów Skończonych) lub brak takiej konieczności. Czym jest „dokładna analiza dynamiczna”, autorka przedstawi w kolejnym artykule.
W przypadku wpływu drgań na konstrukcje projektowanych budynków, norma PN-88/B-02170 wskazuje na zalecenie nieprzekroczenia amplitudy przyspieszenia drgań gruntu pomierzonych w miejscu posadowienia równej 0,05m/s2. Jednocześnie definiuje odległości, dla których powyższy warunek powinien być spełniony. Autorka chce jednak podkreślić, iż ogólnoświatowym trendem w budownictwie jest podchodzenie do zagadnień inżynierskich w sposób indywidualny i unikanie sztywnego czytania tablic , co było domeną inżynierii XX wieku. XXI wiek natomiast, złoty wiek numeryki i modelowania komputerowego, oczekuje od inżynierów znacznie więcej. Profesjonalna opinia techniczna powinna uwzględniać wszystkie aspekty propagacji fali dynamicznej wymienione w pierwszym akapicie i na ich podstawie wnioskować ewentualny wpływ wibracji na konstrukcję.
Innym problemem, który również powinien być poruszony w opinii technicznej jest zasięg wpływu drgań dynamicznych na ludzi. Z doświadczenia Autorki wynika, że w większości przypadków, drgania mają istotny wpływ na komfort mieszkańców w odległości do kilkudziesięciu metrów od osi bliższego toru kolejowego czy tramwajowego. W skrajnych przypadkach jednak, przy wyjątkowo niekorzystnych pod względem dynamicznym warunków geotechnicznych i wymuszenia, sięgają nawet do ponad 100m. W przypadku budynków będących w fazie projektowej, najlepszą metodą radzenia sobie z wstępnym oszacowaniem wpływu drgań na komfort mieszkańców jest również wykonanie pomiarów drgań w miejscu inwestycji istniejącej lub będącej w fazie projektowej. Norma PN-88/B-02171 nie definiuje granicznej wartości amplitudy, czy też odległości od źródła drgań dla której niezbędne jest uwzględnienie wpływu drgań na ludzi. Z uwagi jednak na dużo większą wrażliwość ludzi, aniżeli konstrukcji na wibracje, zasadnym i powszechnie przyjętym jest konieczność przeprowadzenia analizy wpływu drgań na ludzi dla każdego przypadku, dla którego analiza dynamiczna wpływu na konstrukcję jest wymagana.
Podsumowując podstawą opinii technicznej dotyczącej wpływów dynamicznych na projektowane budynki jest wykonanie pomiarów drgań w terenie. Specjaliści z zakresu analizy dynamicznej posiadają dostęp do specjalistycznej aparatury. Warto zwrócić uwagę, aby w skład zespołu pomiarowego wchodził inżynier budownictwa (najlepiej z uprawnieniami budowlanymi, co zostało wytłumaczone w I części serii artykułów -> LINK), gdyż niezbędna podczas pomiarów będzie wiedza z zakresu dynamiki budowli. Należy też upewnić się, że aparatura jest poprawnie dobrana, skalibrowana i posiada niezbędne atesty. Zanim przystąpimy do pomiarów konieczna jest wiedza na temat źródła drgań oraz przewidywanych częstotliwości drgań szkodliwych dla budynku.
Niedostateczne zrozumienie problemu procesu pomiarowego generuje błędy już na samym początku analizy, co z kolei może generować niedopuszczalne błędy w końcowych wynikach i może prowadzić do błędnej oceny wpływu drgań na ludzi. Powierzając jednak temat opinii technicznej ekspertom, inżynierom budownictwa z projektowymi uprawnieniami budowlanymi, mamy pewność że wykonana opinia spełni nasze oczekiwania.
Wstępna analiza wyników pomiarów wykonana przez specjalistę od zagadnień dynamicznych da nam odpowiedź na pytanie czy poziom drgań projektowanej inwestycji może okazać się szkodliwy dla budynku i jego mieszkańców. Jeśli poziom drgań okaże się nieistotny, inwestor oraz projektant mogą spać spokojnie bez wprowadzania zmian w konstrukcji projektowanych budynków. W przeciwnym wypadku wymagane są dalsze kroki analizy dynamicznej (kompleksowa analiza dynamiczna), które wymagają szczegółowej diagnozy problemu opisanej w kolejnym artykule.
Literatura:
[1] PN-88/B-02171, Ocena wpływu drgań na ludzi w budynkach, 2017, norma polska,
[2] PN-88/B-02170, Ocena szkodliwości drgań przekazywanych przez podłoże na budynki 2016, norma polska,
[3] BS 6472-1:2008, Guide to evaluation of human exposure to vibration in buildings, Part 1: Vibration sources other than blasting, 2008, British Standard,
[4] DIN 4150-2, Structural vibration, Part 2: Human exposure vibration in buildings, 1999, German Standard,
[5] ISO 2631-1, Guide to the evaluation of human exposure to whole body vibration. Part 1- General requirements, 1997, International Organization for Standardization,
[6] ISO 2631-2, Guide to the evaluation of human exposure to whole body vibration. Part 2- Vibration in buildings, 2003, International Organization for Standardization,
[7] ISO 10137 Bases for design of structures – Serviceability of buildings and walkways against vibration, 2007, International Organization for Standardization,
[8] N. Pietrzak, Wpływ uwzględnienia interakcji konstrukcji z podłożem na odpowiedź dynamiczną konstrukcji, 2021, Prace Naukowe, Monografie – Aktualne problemy budownictwa na terenach górniczych i pogórniczych,
[9] Influence of inertia forces on soil settlement under harmonic loading, 2013, Studia Geotechnica et mechanica, Vol. XXXV, No. 1.
Dynafea Solutions jest firmą zajmującą się rozwiązywaniem nietypowych problemów inżynierskich, w szczególności związanych z analizą dynamiczną (drganiami). Rozwiążemy zagadnienia związane z obciążeniami zmiennymi w czasie, np. od wpływów komunikacji miejskiej lub maszyn i urządzeń. Sprawdzimy konstrukcję już na etapie projektu – wprowadzimy ewentualne zmiany konstrukcyjne w razie nadmiernych drgań. W przypadku obiektów istniejących – zabezpieczymy konstrukcję oraz przebywających w niej ludzi przed nadmiernymi drganiami. Dzięki uprawnionym inżynierom i naukowcom cechuje nas praktyczne podejście poparte wiedzą naukową. Zapraszamy do kontaktu DynaFEA Solutions
Dr inż. Natalia Pietrzak
