Większość konstrukcji budowlanych w ciągu swojego cyklu życia podlega oddziaływaniom dynamicznym. Z reguły są to drgania mechaniczne, które wpływają na obiekty budowlane i które na ogół doprowadzają do ich przyspieszonego zużycia oraz nawet uszkodzenia. W poniższym artykule postaramy się przedstawić na jakie drgania narażone są budynki, jak oddziałują one na ich konstrukcję oraz jak można im przeciwdziałać, czyli przedstawimy fakty i mity na ten temat.
Na jakie drgania narażone są budynki?
Drgania przenoszone przez grunt i oddziaływujące na budynki mogą mieć wiele źródeł. Z reguły są one związane z ruchem samochodowym. Wyróżniamy tu przede wszystkim odziaływanie od jazdy pojazdów ciężarowych i autobusów, oddziaływanie od przejeżdżających tramwajów oraz sąsiadującego transportu kolejowego, ruchu metra, jak również oddziaływanie od pracy maszyn, którymi np. wykonuje się palowanie i wbijanie ścianek szczelnych na budowie sąsiadującej z naszą nieruchomością.
Osobną grupę stanowią drgania przenoszone przez maszyny znajdujące się w budynku, takie jak układy klimatyzacji, systemy sprężarek oraz urządzenia w zakładach produkcyjnych, takie jak prasy, kowadła, agregaty, przenośniki wibracyjne i inne.
Niemniej jednak każde z tych oddziaływań wpływa na konstrukcję budynku doprowadzając do jej przyspieszonego zużycia i możliwego uszkodzenia, nie wspominając o obniżeniu komfortu użytkowania budynku.
Drgania przenoszone są z reguły w zakresie niskich częstotliwości. Najczęściej częstotliwości drgań przenoszą się w zakresie do około 0.5–60 Hz w zależności od źródła wymuszenia. Wpływ drgań na budynki od 2016 roku sankcjonuje Polska norma PN-B-02170:2016-12. Ocena szkodliwości drgań przekazywanych przez podłoże na budynki. Uzupełnieniem jej jest norma PN-B-02171:2017-06 Ocena wpływu drgań na ludzi w budynkach.
Dzisiejsza technologia i rozwój systemów pomiarowych pozwala na szybką i prawie samodzielną weryfikację wartość drgań jakie oddziaływują na naszą nieruchomość. Natomiast przystępując do pomiarów należy wiedzieć, jaki zakres zastosowania ma ww. norma, jak mierzyć drgania, jak oceniać wpływ drgań.
Rys. 1. Źródła drgań z jakimi musimy się mierzyć
Pomiary i ocena drgań w budynku – jaką normę zastosować?
W polskim prawie istnieją regulacje, które precyzyjnie określają dopuszczalny poziom wibracji, które mogą wpływać na nasze otoczenie. W odniesieniu do drgań przekazywanych przez podłoże na budynki obowiązuje norma PN-B-02170:2016-12, która reguluje ocenę szkodliwości. Jest ona również wskazana do stosowania, co potwierdzają informacje zawarte w rozporządzeniu ministra infrastruktury1.
Jakie jest zastosowanie normy?
Norma PN-B-02170:2016-12 jest istotna zarówno w diagnostyce istniejących budynków, jak i w procesie projektowania nowych. Norma ta określa procedury oceny wpływu drgań na budynki oraz urządzenia w nich umieszczone, pochodzące zarówno z aktualnie używanych, jak i projektowanych źródeł drgań. Jej zakres obejmuje również projektowanie budynków w obszarze potencjalnego oddziaływania drgań. W praktyce norma ta jest wykorzystywana do przeprowadzania badań drgań, mających na celu ocenę ich wpływu na budynki oraz podejmowanie odpowiednich działań projektowych lub diagnostycznych w celu redukcji negatywnych skutków drgań na budynki oraz urządzenia w nich umieszczone.
Rys. 2. Z jakiego źródła drgania możemy mierzyć
Jakie drgania uwzględnia norma?
Norma bierze pod uwagę drgania, które mogą wywodzić się zarówno z wnętrza budynku (np. od urządzeń na osobnych fundamentach), jak i spoza niego, w odległości stałej lub zmiennej w czasie. Jej celem jest ustalenie parametrów charakteryzujących te drgania, niezależnie od sposobu ich propagacji w podłożu od źródła drgań do budynku.
Jakie są sposoby oceny szkodliwości drgań?
W standardzie PN-B 02170:2016-12 określono dwa sposoby oceny zarejestrowanych drgań oddziałujących na budynek: pełną ocenę oraz przybliżoną ocenę z wykorzystaniem skal wpływów dynamicznych SWD. W praktyce najczęściej stosowany jest przybliżony sposób oceny drgań oparty na skalach wpływów dynamicznych SWD-I oraz SWD-II.
Na czym polega przybliżona ocena drgań i gdzie się ją stosuje?
Stosowanie oceny przybliżonej jest mniej skomplikowane i zazwyczaj tańsze niż pełna ocena. Jednakże metoda ta ma ograniczenia i dotyczy głównie budynków z elementów murowych lub prefabrykowanych (wielka płyta). Każda zastosowana skala ma szczegółowe wymagania co do wymiarów i kształtu budynku, klasyfikując go adekwatnie. Skale wpływów dynamicznych (SWD) pozwalają na przypisanie zarejestrowanych drgań do jednej z pięciu stref wpływu na budynek, co precyzyjnie określa ich potencjalną szkodliwość, począwszy od pomijalnych aż po te, które mogą stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa życia ludzkiego. Tego rodzaju ocena stosowana jest głównie w celach diagnostycznych dla istniejących budynków.
Na czym polega pełna ocena drgań i gdzie się ją stosuje?
Ocena pełna, w przeciwieństwie do przybliżonej, nie jest ograniczona żadnymi specyficznymi warunkami dotyczącymi typu budynku. Pozwala także na określenie szkodliwości drgań w procesie projektowania budowli, które znajdą się w obszarze potencjalnego oddziaływania drgań. Jednakże jej zastosowanie wymaga od specjalisty przeprowadzenia pomiarów w celu określenia wymuszeń kinematycznych potrzebnych do obliczeń sił bezwładności, które wraz z siłami statycznymi obciążają strukturę budynku. Dodatkowo, konieczne jest opracowanie trójwymiarowego modelu budynku, zgodnego z zasadami metody elementów skończonych (MES), zgodnie z dokumentacją projektową. W ramach oceny pełnej sprawdzana jest zgodność nośności poszczególnych elementów konstrukcyjnych z normami budowlanymi. Zapewnienie odpowiednich parametrów wytrzymałościowych jest kluczowe dla zapewnienia bezpieczeństwa budynku w kontekście wpływu drgań. Dlatego właściwe uwzględnienie tych kryteriów jest niezwykle istotne.
Jakie są warunki pominięcia wpływu drgań przy projektowaniu budynku?
Norma przewiduje, że można pominąć wpływ drgań przekazywanych przez podłoże w obliczeniach dotyczących projektowanego budynku, pod warunkiem spełnienia określonego kryterium maksymalnego ruchu poziomego podłoża w miejscu, gdzie budynek ma być usytuowany. Ta możliwość odnosi się do typowych warunków geotechnicznych występujących na drodze propagacji drgań od ich źródła do budynku oraz do płaskiego terenu. Niemniej jednak, konieczne jest także spełnienie warunku dotyczącego lokalizacji budynku względem źródła drgań, zachowując minimalną odległość określoną w normie dla wszystkich opisanych przypadków, na przykład odległość 25 metrów od osi toru kolejowego lub 15 metrów od osi toru tramwajowego. Należy jednak zauważyć, że warunek ten, pozwalający pominąć wpływ drgań przekazywanych przez podłoże na konstrukcję budynku, nie może być stosowany w kontekście opracowań diagnostycznych.
Jak norma uwzględnia ocenę szkodliwości drgań na urządzenia umieszczone w budynku?
Norma umożliwia także ocenę wpływu drgań na urządzenia w budynku. Istotne jest jednak, aby przede wszystkim kierować się kryteriami dopuszczalnych wartości drgań, ustalonymi przez producenta lub użytkownika urządzenia. Jeśli te parametry nie są zdefiniowane, norma określa ogólne zasady oceny. Urządzenia są podzielone na dwie grupy: maszyny i urządzenia mechaniczne oraz urządzenia precyzyjne. Maszyny mechaniczne są dalej klasyfikowane według pięciu klas wrażliwości, z różnymi poziomami dopuszczalnych wartości. Pomiar drgań odbywa się z urządzeniem unieruchomionym w poziomie podstawy. Przekroczenie dopuszczalnych wartości drgań w danej klasie wrażliwości dla jednego kierunku pomiarowego podstawy jest uznawane za szkodliwe.
Jakie są wymogi i kryteria dla stosowania normy?
Odpowiednie umieszczenie punktów pomiarowych stanowi istotny aspekt w zastosowaniu normy PN-B 02170:2016-12. Na przykład, w przypadku diagnostyki opartej na skalach SWD, konieczne jest umieszczenie punktu pomiarowego po stronie źródła drgań, w stabilnym węźle konstrukcyjnym (np. na przecięciu dwóch nośnych ścian) na fundamencie budynku lub w stabilnym węźle na kondygnacji podziemnej w poziomie otaczającego terenu. Umieszczenie czujników w miejscach niewłaściwych do zbierania danych o wymuszeniach oddziałujących na budynek jest jednym z częstych błędów popełnianych podczas pomiarów drgań. Dlatego też istotne jest, aby w zespole badawczym znajdował się inżynier budownictwa, który właściwie wskaże miejsce montażu czujnika.
Rys. 3. Czujników możemy mocować do ściany i do podłoża
Wykonanie pomiarów zgodnie z normą PN-B 02170:2016-12 wymaga użycia aparatury pomiarowej o określonych parametrach użytkowych. Dlatego spełnienie minimalnych wymagań dotyczących czułości przetworników lub niepewności całego toru pomiarowego jest kluczowe dla uzyskania wiarygodnych danych do analizy.
Sprawdź: Pomiary drgań i wibracji >>>
Czy można wykonać samodzielnie pomiary drgań budynku?
Istnieje taka możliwość by wstępną ocenę wpływów drgań na budynek wykonać samodzielnie. Pozwalają na to algorytmy umożliwiające wykonanie automatycznych raportów z pomiarów dla zarejestrowanych zdarzeń. Niemniej jednak sugeruje się, by w takim przypadku nadzór nad wyborem miejsca montażu oraz weryfikacją zdarzeń będących przedmiotem weryfikacji miał inżynier budownictwa lub osoba posiadająca doświadczenie w prowadzeniu pomiarów drgań i diagnostyki wibracji budynków. Systemy pomiarowe takie MR3003C lub ROCK firmy Syscom pozwalają na niemal autonomiczne prowadzenie monitoringu drgań.
Rys. 4. Analiza pomiarów drgań w chmurze
Zobacz: Czujniki drgań i wibracji SYSCOM >>>
Można je wynająć na okres 30 dni. Odbywa się to po konsultacji z ekspertem. Uruchomienie systemu jest związane zamontowaniem czujnika do gruntu lub ściany na dwa kołki mechaniczne lub kotwy i naciśnięciem jednego guzika na obudowie. Następnie czujnik połączy się automatycznie z chmurą, gdzie wcześniej ekspert utworzy nam projekt pomiarowy i wygeneruje dostępy. System automatycznie będzie notował przekroczenia wartości dopuszczalnych drgań i przygotuje z tego raport. Nie musimy nic instalować, wyniki pomiarów sprawdzamy za pomocą przeglądarki na stronie www.
Polecamy: Wynajem czujników drgań >>>
Dlaczego warto wybrać Komes?
Działamy szybko i cenimy Twój czas. Dotrzymujemy terminów realizacji, a wysokiej jakości praca zostanie dostarczona w odpowiednim czasie. Prace realizowane są przez doświadczony zespół inżynierów, a osoby realizujące pomiary posiadają niezbędną wiedzę, przeszkolenie oraz certyfikaty. KOMES posiada certyfikat ISO wydany przez DNVGL w zakresie realizacji obliczeń wytrzymałościowych MES, pomiarów tensometrycznych oraz pomiarów drgań oraz wibracji.
Zapraszamy na stronę www.komes.pl
Laboratorium Komes Sp. z o.o. posiada akredytację Polskiego Centrum Akredytacji o numerze AB1873, o zakresie pozwalającym na badania przyśpieszeń i prędkości drgań zgodnie z normą PN-B 02170:2016-12. Jest to dowodem na nasze zaangażowanie w utrzymanie najwyższych standardów jakości i nieustanną chęć doskonalenia.
>>> Laboratorium Badawcze Komes – informacje na temat akredytacji >>>
Rys. 5. KOMES – Laboratorium akredytowanych pomiarów drgań na budynki
1 Załącznik nr 1 do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U, z 2002r. Nr 75 poz.690 ze zmianami) pozycja 61 i 62.
