Niniejszy artykuł jest pierwszym 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 pierwszym kroku analizy, tj. wstępnej opinii technicznej odpowiadającej na pytanie „Czy projektant ma obowiązek uwzględnić wpływ drgań komunikacyjnych na budynki oraz ludzi?”. Sprecyzowane zostaną informacje, kiedy taka opinia jest konieczna oraz kto ponosi odpowiedzialność za płynące z niej wnioski.
1. Wprowadzenie
W dzisiejszych czasach, w centrum wielkich miast, każdy wolny skrawek ziemi deweloperzy wykorzystują na potrzeby inwestycji budowlanych. Nierzadko graniczy on w bezpośrednim sąsiedztwie torów kolejowych, tramwajowych czy też tunelu metra w Warszawie. Implikuje to konieczność przeprowadzenia dodatkowych obliczeń inżynierskich, które uwzględnią wpływ drgań od tych pojazdów na projektowane budynki i ludzi w nich przebywających. Autorka opracowania posiada 10 letnie doświadczenie przy projektowaniu zagadnień dynamicznych wszelkiego typu oraz jest autorką kilkudziesięciu opinii technicznych badających wpływ drgań na budynki i ludzi od przejazdu pojazdów kolejowych. Niniejszy artykuł skupia się na badaniu wpływu drgań na ludzi w budynkach będących w fazie projektowej. Badanie wpływu drgań na ludzi w budynkach istniejących jest procesem od strony merytorycznej dużo prostszym i zostało już wielokrotnie opisywane w powszechnie dostępnej literaturze.
Inżynieria, podobnie jak inne nauki, stale się rozwija. Tempo rozwoju inżynierii jest co prawda wolniejsze od szalonego tempa rozwoju samej technologii i informatyki, ale jednak względnie szybkie w porównaniu z innymi poza inżynieryjnymi działalnościami. Przy projektowaniu wymaga się coraz dokładniejszych obliczeń i optymalizacji konstrukcji. Konstrukcje są coraz bardziej wytężone, a projektanci mogą sobie na to pozwolić, gdyż ich obliczenia stają się coraz dokładniejsze dzięki zastosowaniu programów inżynierskich Metody Elementów Skończonych. Modele komputerowe 3D z każdym rokiem lepiej odzwierciedlają rzeczywistość, ale równocześnie wymagają od projektantów bardzo rozważnego modelu fizycznego i modelu komputerowego oraz starannego zestawienia obciążeń. Ze względu na aktualny trend optymalizacji konstrukcji, należy szczegółowo odzwierciedlić rzeczywistość. Pominięcie obciążeń, które przed laty nie miały większego znaczenia, w dzisiejszych czasach mogą stać się decydujące. Tak też jest w przypadku obciążeń dynamicznych jak drgania komunikacyjne od przejazdu pociągów, tramwajów czy metra. Stare budynki (np. kamienice w centrum miast) projektowane były z ogromnym zapasem i z reguły są odporne na takie źródła drgań. Ich konstrukcji zwykle nic nie zagraża.
Oprócz jednak wpływu drgań na samą konstrukcję, istotny jest również wpływ drgań na ludzi. Mogą być one nie tylko uciążliwe, ale również szkodliwe dla organizmu człowieka. Stała ekspozycja może prowadzić do zaburzeń snu, bólów głowy i stanów nerwicowych. W szczególności drgania z przedziału niskich częstotliwości od 5 do 25 Hz są niepożądane, ponieważ w tym zakresie mieszczą się częstotliwości rezonansowe organów wewnętrznych człowieka.
Norma [1] jasno narzuca projektantom obowiązek oceny wpływu drgań na ludzi i sugeruje w tym celu wykonanie pomiarów i symulacji komputerowej w przypadku budynku w fazie projektowej. Implikuje to nietypowe obliczenia dynamiczne, które wymagają szerokiej wiedzy z zakresu dynamiki konstrukcji i gruntów oraz analizy sygnału. Co więcej, wymagane jest posiadanie specjalistycznego oprogramowania do obróbki sygnału oraz modyfikacji wyników programu inżynierskiego Metody Elementów Skończonych na potrzeby oceny wpływu drgań na ludzi. Z tych powodów naturalnym stało się w świecie i w Polsce przekazywanie tej części obliczeń inżynierskich firmom specjalizującym się w analizie dynamicznej.
2. Kiedy należy uwzględnić wpływ drgań na budynki i ludzi?
Odpowiedź na pytanie czy wpływ drgań na inwestycję jest istotny nie jest łatwa. Z pewnością za każdym razem gdy dostrzegamy w okolicy tory kolejowe, tramwajowe, czy też tunel metra, należy szukać odpowiedzi na to pytanie. Jednakże najczęstszym powodem zlecenia przez inwestorów wykonania analizy dynamicznej jest odrzucenie ich wniosku o pozwolenie na budowę przez urząd. Często inwestorzy i projektanci nie dostrzegają potrzeby wykonania operatu wibracyjnego pomimo bliskiego sąsiedztwa metra czy też torów kolei naziemnej, tramwajów.
W przypadku istnienia źródła drgań (czyli torów, po których jeżdżą pojazdy) w okolicy inwestycji, należy niezwłocznie skonsultować się z ekspertem od zagadnień dynamicznych, który oceni ewentualny wpływ wibracji na projektowaną inwestycję. Jego wiedza i doświadczenie pozwolą mu zadecydować czy efekty drgań powinny być uwzględnione w projekcie budowlanym. Im wcześniej inwestor będzie posiadał taką wiedzę, tym mniej kosztowne okażą się ewentualne zmiany w projekcie będące wynikiem wpływów dynamicznych.
Nierzadko zdarza się, iż inwestycja kolejowa jest dopiero w fazie projektowej, a mimo to analiza dynamiczna dla obiektów w jej okolicy jest konieczna do przeprowadzenia. Przykładowo, np. tunel metra jest w fazie koncepcyjnej projektu, a deweloper planuje zaprojektować osiedle mieszkaniowe w jego okolicy. Zgodnie z przepisami, jak np. przepis Instytutu Techniki Budowlanej „Wymagania techniczne dla inwestycji projektowanych i realizowanych, mogących oddziaływać na obiekty metra”, budowa wszystkich obiektów przy istniejących i planowanych obiektach metra wymaga sprawdzenia czy projektowany obiekt będzie narażony na wpływ dynamiczny od ruchu pociągów metra. Analogiczne zalecenia można znaleźć dla inwestycji kolei naziemnej.
Sama informacja co do konieczności przeprowadzenia dodatkowych obliczeń dynamicznych nie jest wystarczająca. Ważna jest również informacja o zasięgu strefy oddziaływania wpływów dynamicznych. Oczywistym jest, że nie dla wszystkich budynków na działce w okolicy torów konieczna jest analiza dynamiczna. Zasięg strefy wpływu powinien być wyraźnie zaznaczony w Miejscowym Planie Zagospodarowania Przestrzennego jak na poniższym rysunku w rejonie wówczas jeszcze nieistniejącego fragmentu II linii metra.
Niestety powyższa strefa nie zawsze w MPZP jest określona. Wówczas taką informację możemy próbować uzyskać bezpośrednio w spółkach, takich jak Metro Warszawskie Sp. Z o.o., Tramwaje Warszawskie Sp. Z o.o., Tramwaje Śląskie S.A. Trzeba jednak mieć świadomość, że uzyskanie informacji w powyższych spółkach wiąże się z dużą ilością formalności i długim czasem oczekiwania. Co więcej, często oczekiwanie to kończy się zaleceniem skierowania swoich wątpliwości do prywatnych firm, gdyż spółki te nie posiadają w swoim zespole specjalistów od analiz dynamicznych.
Alternatywnym wyjściem jest skierowanie zapytania odnośnie zasięgu strefy wpływów dynamicznych do firm specjalizujących się w tym i często też współpracujących ze spółkami wymienionymi w powyższym akapicie. Uzyskamy wówczas (zdecydowanie najszybciej) od ekspertów informację czy obciążenia dynamiczne komunikacyjne zagrażają planowanej inwestycji. Koszt takiej opinii technicznej jest trudny do określenia, waha się w granicach od kilku do kilkunastu tysięcy złotych i zależy od wielu czynników. Na pewno decydującym czynnikiem kształtującym cenę jest konieczność przeprowadzenia kilkunastogodzinnych pomiarów drgań in situ, analiza warunków geotechnicznych i konstrukcja planowanej inwestycji. Jeśli we wnioskach zleconej opinii technicznej stwierdzono, że wpływy dynamiczne są istotne dla konstrukcji i ludzi, to należy dopilnować aby było też jasno sprecyzowane w jak szerokim paśmie mieści się strefa wpływów. W ten sposób uzyskamy wiedzę dla których budynków naszej inwestycji konieczne jest przeprowadzenie dokładnej, pełnej analizy dynamicznej.
3. Kto ponosi odpowiedzialność za wnioski płynące z opinii technicznej?
Ważną kwestią jest również odpowiedzialność za wnioski płynące z opinii technicznej. Warto zaznaczyć, iż odpowiedzialność spoczywa na firmie eksperckiej specjalizującej się w zagadnieniach dynamicznych w szczególności wtedy, gdy w składzie zespołu znajdziemy inżyniera budownictwa z uprawnieniami budowlanymi. Wówczas osoba ta podlega odpowiedzialności zawodowej za swój udział projektowy. Gdy w składzie zespołu firmy eksperckiej nie ma osób z uprawnieniami, odpowiedzialność spoczywa na głównym projektancie (konstruktorze).
Załóżmy przypadek, iż w opinii technicznej wykonanej przez specjalistów bez uprawnień budowlanych, projektant znajduje informację na temat braku wpływów dynamicznych. Wówczas (w dużym uproszczeniu) główny konstruktor nie definiuje dodatkowego przypadku obciążenia dynamicznego w swoich obliczeniach. Może się jednak zdarzyć, że opinia techniczna zostanie błędnie wykonana przez specjalistów, np. źle zostanie wykonany pomiar lub błędna będzie jego interpretacja. Wpływy dynamiczne zatem mogły być istotne, ale nie zostało to ujęte w opinii technicznej. Wówczas odpowiedzialność zawodową za pominięcie obciążeń dynamicznych w projekcie, ponosi główny konstruktor, mimo iż nie posiadał on stosownej wiedzy w celu weryfikacji opinii.
Zgodnie z przekonaniami autorki artykułu, ważne jest zatem, aby opinię techniczną wykonywał zespół na czele z inżynierem budownictwa posiadającym uprawnienia budowlane, a więc podlegającym odpowiedzialności zawodowej za wydaną opinię techniczną. Wówczas główny konstruktor zostaje zwolniony z odpowiedzialności zawodowej za część związaną z przekazanymi mu danymi w opinii technicznej.
Literatura:
[1] PN-88/B-02171, Ocena wpływu drgań na ludzi w budynkach, 2017, norma polska.
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
