Wpływ zmian klimatu na infrastrukturę budowlaną

Ocena wpływu zmian klimatycznych wykorzystuje jako poziom odniesienia dla prognozowanych wartości klimatycznych wartości tych elementów, które obecnie stanowią podstawę obowiązujących przepisów technicznych. Klimat oddziałuje w sposób bardzo podobny na wszystkie rodzaje budownictwa, w tym także na sektor transportowy.

Analiza przewidywanych zmian klimatu ważnych w aspekcie funkcjonowania budownictwa wskazuje na to, że:

• nastąpi ocieplenie wyrażone wzrostem średniej temperatury dobowej oraz zmniejszeniem liczby dni chłodnych;
• zmniejszy się okres zalegania pokrywy śnieżnej na gruncie;
• zwiększą się opady – wyrażone wzrostem maksymalnego opadu dobowego oraz liczbą dni z opadami ekstremalnymi;
• wskazane w tym opracowaniu parametry klimatu będą się charakteryzowały dużą zmiennością w odniesieniu do wartości ekstremalnych.

Analizę wpływu zmian klimatu przeprowadzono na podstawie kilku podstawowych elementów klimatycznych, które zagregowano w Umowne Kategorie Klimatu (UKK), opisujące te zjawiska (tab. 1), a mające znaczenie dla badanego sektora. Ponadto, dla oceny znaczenia poszczególnych kategorii, zaproponowano skalę wrażliwości sektora na oddziaływania klimatu (tab. 2).

Tab. 1. Umowne Kategorie Klimatu (UKK) o istotnym wpływie na sektory

Wpływ warunków klimatycznych na obiekt budowlany zależy od:

• lokalizacji obiektu budowlanego,
• posadowienia i fundamentowania,
• konstrukcji nośnej obiektu,
• obudowy zewnętrznej obiektu i jej termoizolacyjności,
• instalacji wewnętrznych,
• wykonawstwa budowlanego.

Wrażliwość sektora budownictwa należy rozważać w odniesieniu do wszystkich etapów „życia” budowli, tj. od projektowania, wykonawstwa robót budowlanych i technologii wykonawczych, wyrobów i materiałów budowlanych, do utrzymania obiektów budowlanych.

Tab. 2. Skala wrażliwości sektorów na oddziaływania klimatu

Za najbardziej narażone na zmiany klimatu uznano budownictwo mieszkaniowe na terenach zurbanizowanych (miejskie) oraz na terenach wiejskich (zagrodowe budownictwo kubaturowe). Budownictwo przemysłowe i użyteczności publicznej wykazują większą odporność na zmiany klimatu.

Czytaj też: Jak zmiany klimatu wpływają na budynki i ich otoczenie?

Jakościową ocenę relacji między warunkami klimatycznymi a etapami życia obiektów budowlanych przedstawiono w tab. 4 i 5.

Tab.4. Oddziaływanie Umownych Kategorii Klimatu na sektor budownictwa

Tab. 5. Zakres oddziaływania aktualnych warunków klimatycznych w wybranych kategoriach UKK na różnych etapach życia obiektów budowlanych

Wpływ oczekiwanych zmian klimatu na infrastrukturę budowlaną

Przedstawiona w tab. 6 wrażliwość sektora budownictwa wskazuje na konieczność uwzględnienia zmian klimatu w załącznikach krajowych do Eurokodów, w zakresie oddziaływania przede wszystkim opadów oraz wiatru, i to na etapie: projektowania, wykonawstwa robót budowlanych, w tym posadowienia i fundamentowania, oraz utrzymania obiektów.

Tab. 6. Negatywne oddziaływanie prognozowanych zmian klimatu na sektor budownictwa

Zmiana oddziaływania elementów klimatycznych powinna znaleźć swoje odbicie w zakresie projektowania zarówno posadowienia, jak i konstrukcji nośnej budowli. Krytycznym elementem wymagającym zmian w całym procesie budowy są sieci kanalizacyjne, które muszą być przygotowane na odbiór większej ilości wód opadowych. Oddziaływanie opadów ulewnych trzeba uwzględnić w odniesieniu do sprawności sieci kanalizacyjnych, lokowania budowli na terenach zalewowych, występowania osuwisk skarp i rozmywania podpór mostowych. Gwałtowne wzrosty temperatury w okresach zalegania pokrywy śnieżnej mogą być także przyczyną powstawania znacznych odpływów wód roztopowych, które mogą powodować przeciążenia sieci deszczowych.

Przy dalszym wzroście temperatury powietrza, a tym samym gruntu, może zajść potrzeba zmiany zasad projektowania sieci przy ustalaniu minimalnych zagłębień kanałów, ze względu na zmniejszenie grubości zamarzającej warstwy gruntu. Zmiany temperatury muszą być także brane pod uwagę przy projektowaniu oczyszczalni ścieków ze względu na jej wpływ na przebieg procesów biologicznego usuwania zanieczyszczeń.

Porównanie zapisów norm budowlanych i prognoz dotyczących zmiany klimatu wskazuje na konieczność uwzględnienia wzrostu częstości występowania przewidywanych ekstremalnych wartości prędkości wiatru. Ze względu na obserwowane pojawianie się silnych wiatrów, powodujących zniszczenia szczególnie na obszarach wiejskich, istnieje konieczność opracowania zasad „bezpieczniejszego” budowania na terenach na nie narażonych.

Fot. stock.adobe.com / sdecoret

Jednak prognozy wiatru budzą największe zastrzeżenia ze względu na ich dużą niepewność. Obserwowane obecnie losowe występowanie silnych wiatrów i ich lokalny charakter nie dają możliwości określenia stref szczególnie zagrożonych tym zjawiskiem. Wydaje się, że jedynym możliwym działaniem, szczególnie w wypadku budownictwa wiejskiego, jest przygotowanie pomieszczeń umożliwiających mieszkańcom bezpieczne schronienie na wypadek huraganu lub trąby powietrznej. Wymaga to bardzo sprawnego funkcjonowania służby ostrzegawczej i dostarczania ostrzeżeń z wyprzedzeniem umożliwiającym schronienie się. Elementem, który powinien być także uwzględniany na każdym etapie życia obiektu, jest wysoka temperatura oddziałująca przede wszystkim na czynnik ludzki. Jeśli tendencja wzrostu temperatury, wyrażona kilkustopniowym podwyższeniem średniej temperatury dobowej oraz skróceniem okresu grzewczego, utrzyma się w drugiej połowie stulecia, będzie konieczna analiza adekwatności obecnie stosowanych norm w zakresie termoizolacji, zasad ogrzewania i klimatyzacji budynków lub odśnieżania dachów. Z tych samych powodów może wystąpić potrzeba projektowania rozwiązań uwzględniających występowanie upałów (np. problem klimatyzacji i wentylacji obiektów). W najbliższej perspektywie (lata 2030-2050) jednak nie przewiduje się konieczności zmian przepisów odnośnie do obudowy zewnętrznej.

W przypadku ujemnych temperatur i śniegu należy się spodziewać złagodzenia intensywności oddziaływania tych elementów na sektor budownictwa, ale wymagania techniczne zawarte w normach trzeba pozostawić na niezmienionym poziomie. Należy bowiem zakładać, że zapisy normowe wynikające z wieloletniego doświadczenia gwarantują bezpieczne projektowanie obiektów budowlanych w wypadku wystąpienia zjawisk ekstremalnych, obserwowanych w latach ubiegłych. Zmiana ta może mieć także istotny wpływ na technologie i warunki wykonawstwa robót budowlanych oraz utrzymanie obiektu budowlanego. Nowego znaczenia mogą nabrać zagadnienia związane z warunkami pracy, szczególnie w odniesieniu do okresów z wysokimi temperaturami.

Pozostałe kategorie klimatu w odniesieniu do etapu projektowania, jak i do robót budowlanych, stosowanych materiałów i wyrobów budowlanych mogą oddziaływać w zakresie zbliżonym do obecnie obserwowanego. Zwrócić należy jednak uwagę na dużą dynamikę zmian warunków klimatycznych (np. duże wahania dobowe temperatury), które mogą negatywnie wpływać zarówno na prace budowlane, jak i wymagania nałożone na właściwości wyrobów budowlanych. Działania adaptacyjne, mające na celu ograniczenie negatywnych skutków oddziaływania zmian klimatu na sektor budownictwa, powinny dotyczyć w szczególności:

• dostosowania do zmian klimatu norm stosowanych do projektowania obiektów budowlanych,
• monitorowania kosztów prewencji i likwidacji szkód spowodowanych oddziaływaniem czynników klimatycznych,
• monitorowania rzeczywistych zmian klimatu.

Wpływ zwiększenia oddziaływania wiatru na infrastrukturę budowlaną

Część zjawisk wynikających ze zmian klimatu może wpływać bezpośrednio na obniżenie bezpieczeństwa konstrukcji. Należy do nich przede wszystkim zwiększenie gwałtowności porywów wiatru, częstości występowania trąb powietrznych oraz szkwałów burzowych. Polska norma dotycząca obciążenia wiatrem nakazuje ustalenie, czy konstrukcja obiektu budowlanego jest podatna na dynamiczne działanie wiatru, czy też nie. Ocenę podatności uzależnia od okresu drgań własnych konstrukcji oraz od zdolności ich tłumienia. Wzrost gwałtowności działania porywów wiatru jest szczególnie niebezpieczny dla obiektów wysokich i wysokościowych. Zgodnie z obowiązującymi w Polsce przepisami, za budynek wysokościowy uznaje się budynek o wysokości powyżej 55 m. Ze względu na złożony charakter oddziaływań wiatrowych, nie można w sposób prosty określić bezpośredniego wpływu wiatru na budynek. Uzależnione jest to nie tylko od samego wiatru, ale przede wszystkim od sztywności przestrzennej całej konstrukcji, szczegółów połączeń wszystkich elementów, rodzaju elewacji, a także rozwiązań architektonicznych tworzących wystrój wewnętrzny, zastosowania dodatkowych tłumików (w budynkach bardzo wysokich). Wszystko to wpływa na częstość drgań własnych konstrukcji (inną dla każdego rozwiązania) i sztywność giętną całego układu konstrukcyjnego. O skomplikowanym i bardzo zindywidualizowanym charakterze zjawiska świadczy fakt, że częstość porywów wiatru oddziałującego na jeden budynek wysokościowy może być zbliżona do częstości drgań własnych konstrukcji tego budynku, stwarzając niebezpieczeństwo rezonansu, podczas gdy dla innego budynku takie niebezpieczeństwo nie pojawi się. Na oddziaływanie wiatru szczególnie narażone są także konstrukcje halowe, wieże, mosty, w tym mosty podwieszone i wiszące, wiadukty, estakady.

Grupą podatną na wzrost dynamicznego oddziaływania wiatru są obiekty zabytkowe, na które w sposób destrukcyjny mogą wpływać również: częstość występowania i gwałtowność opadów, z dużą ich zmiennością w czasie, wzrost poziomu wód gruntowych, zwiększenie liczby powodzi będących następstwem ulewnych, gwałtownych deszczy. Wydaje się, że w obliczu prognozowanych zmian klimatycznych budowle zabytkowe wymagają specjalnej uwagi. Uwzględniając ich aktualny stan techniczny, powinny być podjęte niezwłocznie działania dotyczące ich rewitalizacji, a przynajmniej zabezpieczenia pod względem bezpieczeństwa konstrukcji i użytkowania. Elementami szczególnie narażonymi na dynamiczne działanie porywów wiatru, jego nasilenie, występowanie trąb powietrznych są konstrukcje dachów obiektów zabytkowych.

Wpływ zwiększenia oddziaływania wody na infrastrukturę budowlaną

Zwiększenie częstości występowania i sum ulewnych opadów deszczu, gwałtowność tych opadów, podniesienie poziomu wód gruntowych oraz poziomu morza, z możliwością zalewania terenów przybrzeżnych, podnoszenie się poziomu rzek ze zwiększeniem ilości powodzi stwarzają nowe zagrożenia dla budynków istniejących oraz wymuszają przeanalizowanie nowego podejścia przy projektowaniu inwestycji.

Zobacz: Kanalizacja deszczowa – projektowanie z uwzględnieniem intensywności opadów

Należy opracować i stopniowo wprowadzać przepisy regulujące zasady odbudowy, remontów i rozbiórek obiektów budowlanych zniszczonych lub uszkodzonych w wyniku działania żywiołu. Dyrektorzy regionalnych zarządów gospodarki wodnej powinni mieć prawo wyznaczania terenów objętych całkowitym lub częściowym zakazem budowy nowych obiektów, a także stawiania wymagań przy renowacji już zniszczonych. Wysoki poziom wód gruntowych jest szczególnie niebezpieczny dla budynków istniejących, w tym przede wszystkim starych, niemających izolacji przeciwwod- nej zarówno poziomej, jak i pionowej lub mających ją uszkodzoną. Obecnie obowiązuje podział na trzy typy izolacji przeciwwodnych: ciężką, gdy poziom wód gruntowych znajduje się wyraźnie ponad poziomem posadowienia i ponad poziomem podłogi w piwnicy (powyżej ok. 40-50 cm), średnią (poniżej ok. 40-50 cm) i lekką – przeciwwilgociową, gdy poziom wody gruntowej znajduje się poniżej poziomu posadowienia. Praktyka inżynierska wskazuje na to, iż stosowanie izolacji przeciwwilgociowej typu lekkiego może być niewystarczające przy podnoszeniu się poziomu wód gruntowych oraz zwiększeniu ilości opadów deszczu. Doświadczenia innych państw (np. Wietnamu) pokazują, że można dostosować technologię budowlaną do warunków istniejących na terenach zalewowych, np. poprzez wznoszenie budynków na fundamentach pośrednich (palach) z podniesionymi poziomami użytkowymi. W warunkach polskich rozwiązania takie wymagają uzasadnienia ekonomicznego.

Wśród grupy budynków najbardziej podatnych na zagrożenia związane z wodą, podobnie jak w wypadku oddziaływania wiatru, są obiekty zabytkowe. Ulewne deszcze i woda powodziowa mogą sprzyjać powstawaniu osuwisk gruntu. Działania profilaktyczne powinny zakładać wzmocnienie gruntów przede wszystkim pod budynkami istniejącymi lub projektowanymi oraz nasypami drogowymi, w rejonach szczególnie narażonych na wystąpienie osuwisk.

Bezpieczeństwo pożarowe infrastruktury budowlanej

Wydłużenie okresów z wysoką temperaturą i nasłonecznieniem, przy jednoczesnym zwiększonym parowaniu, może doprowadzać do pojawiania się częstych susz, zwiększających niebezpieczeństwo występowania pożarów.

Spodziewając się narastania liczby pożarów w okresie lata, należy zwiększać bezpieczeństwo pożarowe budynków przez działania profilaktyczne uniemożliwiające lub utrudniające rozprzestrzenianie się pożarów szczególnie na obszary zurbanizowane.

Opracowanie na podstawie ekspertyz projektu KLIMADA: klimada.mos.gov.pl

Reklama

Zmiany klimatyczne a geotechnika

Urszula Tomczak, główny projektant oraz ekspert Soletanche Polska

Zmiany klimatyczne są faktem, z którym musimy się pogodzić. Możemy w różny sposób próbować je ograniczyć, ale ze względu na nieodwracalność części procesów musimy się do nich po prostu jak najlepiej przygotować i ograniczyć ich negatywny wpływ na nasze otoczenie. Z pewnością dużym zagrożeniem jest podnoszący się poziom wód, co wymaga wzmocnienia istniejących zabezpieczeń typu wały przeciwpowodziowe, nabrzeża, tamy, zapory, a także budowy nowych. Tutaj z pomocą przychodzą technologie wykonywania barier przeciwfiltracyjnych, takich jak TRENCHMIX^®, jet-grouting czy ściany szczelinowe.

Kolejnym zagrożeniem są gwałtowne nawałnice ze znacznie przekraczającymi typowe ilości opadami deszczu. Przykładem mogą być lipcowe opady w Katowicach, gdzie w ciągu 30 min. spadło 80 mm deszczu. W porównaniu do poprzednich lat taka liczba była sumą opadów z całego miesiąca.

Obecna infrastruktura budowlana nie jest przygotowana na odbiór tak dużej ilości wód opadowych i rezultatem nawałnic jest zamknięcie głównych dróg przejazdowych przez miasta. Tutaj z pomocą mogą przyjść nowe zbiorniki retencyjne, do których budowy z powodzeniem można wykorzystywać znane nam technologie ścian szczelinowych czy TRENCHMIX^®.

Soletanche Sp. z o.o.
ul. Powązkowska 44c, 01-797 Warszawa
warszawa@soletanche.pl
gdansk@soletanche.pl
krakow@soletanche.pl
wroclaw@soletanche.pl