Wybór sposobu i technologii wyburzania uzależniony jest zwykle od konstrukcji likwidowanego obiektu oraz od zagrożeń, jakie może spowodować wyburzanie. Umiejętność przewidywania niekorzystnych zdarzeń jest tu niezwykle ważna.
Rewitalizacja terenów poprzemysłowych niejednokrotnie wymaga likwidacji starych obiektów budowlanych o różnych konstrukcjach. Wyburzanie to może być realizowane z zastosowaniem specjalistycznych maszyn (wyburzanie mechaniczne) lub przy użyciu materiałów wybuchowych (metoda wybuchowa).
Zarówno w jednym, jak i drugim przypadku w czasie robót wyburzeniowych mogą wystąpić zagrożenia dla obiektów zlokalizowanych w bezpośrednim sąsiedztwie oraz dla ludzi.
Klasycznym przykładem oddziaływania robót z użyciem materiałów wybuchowych (MW) na otoczenie jest wyburzanie kominów żelbetowych [5], co przedstawiono na rys. 1 w postaci sejsmogramu wzbudzanych drgań oraz zapisu ciśnienia powietrznej fali uderzeniowej (PFU).
Rys. 1 Sejsmogram drgań i zapis ciśnienia PFU wzbudzanych w czasie wyburzenia komina żelbetowego z użyciem MW
Wyburzanie metodą mechaniczną
Wyburzanie mechaniczne, szczególnie obiektów wysokich, niesie ze sobą zagrożenia dla obiektów w otoczeniu, ze szczególnym uwzględnieniem maszyn i urządzeń zainstalowanych w sąsiadujących obiektach. Zagrożenia te związane są zarówno z samą pracą maszyn rozbiórkowych, jak i upadkiem z wysokości większych kruszonych elementów konstrukcji.
Bardzo często nie bierze się pod uwagę zagrożeń związanych z pracą młotów hydraulicznych przy likwidacji fundamentów żelbetowych zagłębionych w podłożu. Ponieważ prace prowadzone są często w niewielkiej odległości od istniejącej zabudowy mieszkalnej lub biurowej, z założenia eliminuje się użycie MW, decydując się na rozbiórkę mechaniczną (fot. 1). Przedstawiony na rys. 2 fragment sejsmogramu drgań wzbudzonych w czasie pracy młota hydraulicznego wskazuje na bardzo ważny element oddziaływania na obiekty w otoczeniu – czas trwania oddziaływania. W przypadku użycia MW jest to krótki (kilkaset milisekund) impuls, natomiast w przypadku młota mamy do czynienia z oddziaływaniem kilkugodzinnym, a nawet kilkudniowym. Analizując drgania i ich oddziaływanie na obiekty w otoczeniu, należy brać pod uwagę nie tylko intensywność i czas oddziaływania, ale również częstotliwość wzbudzanych drgań, gdyż może dochodzić do rezonansu elementów konstrukcyjnych (np. stropów). W widocznym na fot. 1 typowym budynku biurowym praca młota hydraulicznego wzbudzała drgania, które przenosiły się na stropy w budynku, co powodowało silny dyskomfort ludzi w nim pracujących. Drgania nie były szkodliwe dla budynku, a jednak należało ograniczyć oddziaływanie robót ze względu na ludzi i zainstalowane w budynku urządzenia (serwerownia).
Fot. 1 Wyburzanie fundamentów betonowych w sąsiedztwie budynku biurowego
Rys. 2 Sejsmogram drgań wzbudzanych w czasie wyburzania fundamentów z użyciem młotów hydraulicznych
Przy mechanicznej rozbiórce, szczególnie obiektów wysokich, istotnym zagrożeniem dla obiektów zlokalizowanych w otoczeniu jest upadek dużych elementów kruszonej konstrukcji na podłoże. Upadek większej masy powoduje wystąpienie drgań, które mogą przenosić się do sąsiadującego obiektu budowlanego i oddziaływać na zainstalowane w nim maszyny i urządzenia.
Również w takich przypadkach istotną rolę odgrywa czas trwania robót. W warunkach gdy urządzenia zainstalowane w sąsiadującym obiekcie nie mogą być wyłączone na czas trwania robót wyburzeniowych, zachodzi konieczność przeprowadzenia badań rozpoznawczych – pomiary tła pracy urządzenia i ewentualnego poziomu oddziaływania drgań na urządzenie. Wbrew pozorom są to prace trudne, gdyż ograniczenia dotyczące dopuszczalnego poziomu oddziaływania drgań, wzbudzonych czynnikami zewnętrznymi, dla maszyn wysokoobrotowych są podawane przez producentów i należy je uwzględnić. W efekcie takich prac bardzo często proponuje się zastosowanie warstw tłumiących w postaci zwijanych taśm gumowych, pryzm słomy i piasku.
Przykładem takich działań może być wyburzenie wież granulacyjnych mocznika w sąsiedztwie budynku, w którym w sposób ciągły pracuje wysokoobrotowy kompresor C02 (fot. 2).
Fot. 2 Wyburzanie wież granulacyjnych mocznika w sąsiedztwie budynku kompresora CO2
W fazie przygotowawczej wykonano badania tła pracy kompresora oraz przeprowadzono pomiary drgań wzbudzanych przez upadek z wysokości ciężarków o różnej masie na podłoże bez osłony oraz z osłoną tłumiącą (rys. 3). W tej fazie badań wykonano pomiary jednocześnie w podłożu przed obiektem chronionym, na fundamencie obiektu i na fundamencie maszyny. Jak wynika z wykresów (rys. 3d), oddziaływanie upadku ciężarka z wysokości widać wyraźnie tylko na składowej pionowej zarówno w górnej, jak i dolnej części fundamentu kompresora. Natomiast na składowej poziomej pojawia się tylko niewielkie zaburzenie tła. Dobrze jest w takich przypadkach przeprowadzić analizę struktury drgań metodą MP (Matching Pursuit) [9], gdyż pozwala ona na dokładne zlokalizowanie zaistniałych zakłóceń tła w dziedzinie czasu i częstotliwości. Wynik takiej analizy, dla sejsmogramu z rys. 3d, przedstawiono na rys. 4 w postaci map Wignera-Ville'a. Na składowej pionowej wyraźnie widać atom Gabora 0 o częstotliwości 16 Hz, który zdecydowanie góruje nad tłem (atom 1 – 100 Hz, atom 2 – 75 Hz). Natomiast na składowej poziomej brak jest wyraźnego śladu oddziaływania drgań – atom 2 o częstotliwości 12 Hz nie wskazuje na wyraźne zakłócenie tła wynikającego z pracy kompresora.
W przypadku gdy planowane roboty wyburzeniowe będą prowadzone przez dłuższy czas, dobrze jest zastosować monitoring drgań w newralgicznych punktach obiektu chronionego i dobrać próg wyzwolenia aparatury, tak by nie zbierać nadmiaru informacji, tylko dokumentować zdarzenia istotne dla oceny oddziaływania.
Rys. 3 Faza badań przygotowawczych: a) ciężarki zrzucane z wysokości; b) podłoże osłonięte warstwą tłumiącą; c) ciężarek zamocowany na wysięgniku dźwigu; d) przykładowy sejsmogram drgań zarejestrowanych w czasie badań
Rys. 4 Mapa Wignera-Ville'a drgań z rys. 3d: a) składowa pionowa z; b) składowa pozioma x
Wyburzanie metodą wybuchową
W przypadku robót wyburzeniowych prowadzonych z użyciem MW mogą wystąpić zagrożenia w postaci rozrzutu odłamków kruszonego materiału konstrukcyjnego obiektu budowlanego, oddziaływania powietrznej fali uderzeniowej (PFU) oraz oddziaływania drgań wzbudzanych zarówno detonacją materiału wybuchowego, jak i upadkiem dużej masy na podłoże.
Są to te same zagrożenia, które wymieniane są w przypadku robót strzałowych prowadzonych w górnictwie odkrywkowym. Jednak postawienie między nimi znaku równości jest zasadniczym błędem bardzo często popełnianym w prognozowaniu stref zagrożenia i dokumentowaniu oraz ocenach oddziaływania robót wyburzeniowych na otoczenie. Przykładowo prognozowanie intensywności wzbudzanych drgań według zależności uwzględniających tylko takie parametry, jak masa MW i odległość miejsca wykonywania robót od obiektów chronionych, są często przyczyną nieodpowiedzialnych działań wykonawców robót, a już stosowanie wzoru z rozporządzenia [7] jest całkowicie pozbawione sensu.
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury [8] w § 9 pkt 2 zobowiązuje wykonawcę, w przypadku gdy przewidywana energia wybuchu ładunków wybuchowych detonowanych w jednej serii lub przewidywana energia upadku mas przekracza 100 MJ, a odległość otaczających obiektów
budowlanych do najbliżej położonego miejsca odpalania ładunków wybuchowych lub przewidywanego upadku mas jest mniejsza niż 100 m, na obiektach tych dokonuje się pomiarów drgań generowanych detonacją materiału wybuchowego lub upadkiem mas oraz filmuje się kamerą wideo moment powalenia rozbieranego obiektu budowlanego, jego części lub elementu.Oznacza to, że w takich przypadkach należy podjąć działania dokumentujące intensywność ewentualnych oddziaływań na obiekty w otoczeniu.
Fot. 3 Osłona miejsc założenia ładunków MW
Można zaryzykować stwierdzenie, że zagadnienie oddziaływania robót wyburzeniowych z użyciem MW jest bardziej skomplikowane niż w górnictwie odkrywkowym, gdzie w konkretnej kopalni wykonuje się dziesiątki, a czasem nawet setki odstrzałów rocznie, można prowadzić badania, wyznaczyć warunki dla bezpiecznego prowadzenia robót, kontrolować oddziaływanie i korygować ograniczenia. W robotach wyburzeniowych, w większości przypadków, jest to zdarzenie jednorazowe (incydentalne), a oddziaływania mogą być czasem nieprzewidywalne. Bardzo ważną rolę w takich przypadkach odgrywa wiedza, doświadczenie i rozwaga wykonawcy. W tej profesji umiejętność przewidywania zdarzeń jest darem nieocenionym.
Zagrożenie rozrzutem odłamków materiału konstrukcyjnego obiektu budowlanego może zostać ograniczone przez wykonanie odpowiednich osłon miejsc, w których założone zostały ładunki MW (fot. 3). Koniecznym zabezpieczeniem dla ludzi jest wyznaczenie strefy zagrożenia i usunięcie osób poza jej obręb. Zasięg oddziaływania rozrzutu odłamków jest trudny do określenia, dlatego też zwłaszcza na czynnych terenach przemysłowych należy zwrócić szczególną uwagę na informowanie załogi o prowadzonych robotach i zagrożeniach. Oddziaływanie PFU może być wzbudzone z jednej strony detonacją MW, a z drugiej może być spowodowane gwałtownie rosnącym ciśnieniem zagęszczanych warstw powietrza w czasie upadku obiektu budowlanego. Oddziaływanie PFU jest silnie uzależnione od technologii wykonywania robót strzałowych i zastosowanych środków strzałowych.
Fot. 4 Złamanie komina ceglanego w czasie obalania
Jak silny opór stawia powietrze w czasie ruchu obalanego obiektu budowlanego, może świadczyć fakt kilkakrotnego złamania komina ceglanego, co przedstawiono na fot. 4 i rys. 5.
Strefa zagrożenia od PFU nie wykracza poza bezpośrednie otoczenie robót, dlatego też dla osób, które zostały odsunięte poza strefę rozrzutu, nie stanowi ona większego zagrożenia. Oddziaływaniem o znacznym zasięgu są drgania parasejsmiczne, które mogą być wzbudzone detonacją MW lub upadkiem bryły obiektu (dużej masy) na podłoże. Drgania te propagowane są przez podłoże, dlatego trudno ograniczyć ich zasięg. Jedynym rozwiązaniem jest zredukowanie wpływu źródła drgań, czyli masy detonowanego MW albo energii uderzenia upadającego obiektu, przez budowę wałów lub poduszek amortyzujących upadek, rowów przecinających ciągłość ośrodka, w którym propagowane są drgania. Typowe zapisy oddziaływania wyburzanych obiektów budowlanych z zastosowaniem MW przedstawiono na rys. 6. Wybór sposobu i technologii wyburzania w większości przypadków jest uzależniony od konstrukcji likwidowanego obiektu budowlanego oraz od zagrożeń, jakie może spowodować proces wyburzania.
Z wyborem technologii wiąże się rodzaj oddziaływania procesu wyburzania na otoczenie, co jest uzależnione przede wszystkim od lokalizacji ładunków MW, ich rodzaju oraz energii, jaką wzbudza w podłożu upadający obiekt budowlany.
Znajomość zagrożeń powodowanych oddziaływaniem robót wyburzeniowych pozwala z jednej strony na wybór i zastosowanie odpowiednich zabezpieczeń, a z drugiej na wybór metod pomiarowych, których celem jest udokumentowanie tego oddziaływania.
Rys. 5 Zapis ciśnienia PFU wzbudzonej ruchem upadającego komina
Rys. 6 Typowe zapisy oddziaływania wyburzanych obiektów budowlanych z zastosowaniem MW (wyburzenie zbiorników żelbetowych)
W wyburzeniach stosuje się MW do [3]:
– Obiektów prostych:
– fundamenty: budowli, maszyn i urządzeń, elektrowni, słupów, kominów itp.,
– mosty (płyty, filary i przyczółki),
– elementy płaskie (posadzki, stropy, ściany zbiorników itp.).
– Obiektów o znacznej kubaturze (wielkoprzestrzenne, wielkokubaturowe):
– budowle górnicze – żelbetowe zwarte lub żelbetowo-stalowe (płuczki, zbiorniki węgla surowego, zbiorniki produktów gotowych, budynki flotacji, suszarnie, łaźnie, lampiarnie, cechownie, sprężarkownie itp.),
– budowle energetyki (hale maszyn, kotłownie),
– budowle metalurgii (hale, wieże węglowe, hale pieców), żelbetowe i stalowe,
– inne.
– Obiektów wysokich:
– kominy żelbetowe,
– kominy ceramiczne,
– wieże różnego typu (kątowe, przesypowe, ciśnień itp.),
– wieże szybowe żelbetowe,
– zbiorniki i wysokie silosy o budowie mieszanej.
– Obiektów stalowych:
– obiekty niefundamentowane (koparki, zwałowarki, mosty ruchome itp.),
– obiekty fundamentowane (wieże szybowe, kozłowe, płuczki, zbiorniki, załadownie, piece, kotły).
– Obiektów okrągłych żelbetowych o niekorzystnym stosunku wysokości do szerokości:
– obiekty związane z górnictwem (np. zbiorniki węgla surowego),
– obiekty pozagórnicze (silosy wapna, zboża, cementu),
– chłodnie kominowe.
– Obiektów nietypowych:
– silosy i zbiorniki w budynkach,
– inne obiekty nietypowe,
– obiekty trudne ze względu na położenie, funkcję lub powiązania z innymi chronionymi obiektami.
– Innych prac strzałowych na potrzeby budownictwa.
Różnorodność konstrukcji i typów obiektów przeznaczonych do wyburzenia stanowi nie tylko o trudności projektowania i wykonywania robót, ale również o konieczności dokumentowania oddziaływania na otoczenie. Ważnym elementem działań profilaktycznych mających na celu ochronę otoczenia przed skutkami wyburzania obiektów budowlanych jest identyfikacja zagrożeń oraz ich źródeł [4]. Każda technologia stwarza inne zagrożenia o różnej intensywności. Dodatkowym utrudnieniem w procesie identyfikacji i dokumentowania zagrożeń jest szybkość zachodzących zjawisk i fakt, że mogą się one nakładać w czasie, co niejednokrotnie istotnie komplikuje analizy i przeprowadzanie ocen (11).
Wymienione wyżej czynniki w istotny sposób wpływają na wybór metody prowadzenia pomiarów intensywności oddziaływania i jego dokumentowania (zagadnienia te będą przedstawione w kolejnym artykule).
Rys. 7 Aparatura do pomiaru intensywności drgań – KSMD APN
Aparatura stosowana do pomiarów intensywności drgań i ciśnienia PFU
W Polsce najczęściej do prac pomiarowych przy wyburzeniach z użyciem MW stosuje się aparatury cyfrowe do badania intensywności drgań i ciśnienia powietrznej fali uderzeniowej: produkcji szwedzkiej UVS 1608, UVS 1504 oraz Vibraloc (fot. 5). Przy pracach długotrwałych (wyburzenia mechaniczne) stosuje się również aparaturę KSMD APN z łącznością bezprzewodową (rys. 7).
Ocena oddziaływania robót wyburzeniowych na zabudowania w otoczeniu
Jak wspomniano, podstawowym zagrożeniem przy robotach wyburzeniowych są drgania wzbudzane detonacją MW lub upadkiem dużej masy na podłoże. Najprostszym sposobem oceny jest porównywanie zmierzonych drgań z odpowiednimi skalami, w których usystematyzowane są skutki działania fal sejsmicznych. Skale takie dzielą się na stopnie, z których każdy ma charakterystykę opisową oraz odpowiadającą tej skali wartość liczbową amplitudy (przemieszczenia, prędkości lub przyspieszenia), skorelowaną z częstotliwością [8], [9].
Do oceny szkodliwości stosuje się wiele skal i norm. Tak duża ich liczba spowodowana jest trudnościami w normatywnym ujęciu wszystkich czynników, jakie mogą mieć wpływ na szkodliwość drgań. Z konieczności więc normy dotyczą określonych typów budynków i uwzględniają tylko część czynników, jakie w danym przypadku należałoby brać pod uwagę. Ponadto same nawet drgania określane terminem parasejsmiczne różnią się między sobą charakterystyką swojego źródła, np. drgania spowodowane detonacją MW czy upadkiem dużej masy na podłoże różnią się znacznie od tych, które powstają na skutek ruchu komunikacyjnego. Pierwsze nawet o większych amplitudach trwają krótko i są mniej szkodliwe dla budynków aniżeli drgania spowodowane np. przejazdem drogą ciężkich samochodów czy długotrwałą pracą młota hydraulicznego. Te ostatnie są z reguły mało doceniane przy uwzględnianiu szkód powstałych w budynkach.
Z punktu widzenia ochrony budowli przed szkodliwym wpływem oddziaływań parasejsmicznych kluczowe znaczenie ma ustalenie takich parametrów, które można by uznać za najlepiej powiązane z uszkodzeniami budowli. Wielu autorów za taki parametr uznaje maksymalną prędkość drgań. Fakt ten znajduje również odzwierciedlenie w prawie wszystkich normach dotyczących oddziaływania wstrząsów na obiekty budowlane.
W większości przypadków ocena oddziaływania polega na analizie wyników pomiarów w celu stwierdzenia, czy zostały przekroczone wartości dopuszczalne wskazanego parametru – przykładowo dopuszczalnej prędkości drgań. W Polsce do oceny oddziaływania drgań została opracowana norma PN-B-02170:1985 [6]. Do przybliżonej oceny oddziaływania drgań na konstrukcje budynków norma ta dopuszcza stosowanie skal wpływów dynamicznych SWD (rys. 8).
Rys. 8 Skala SWD-II – wersja dla prędkości drgań
Norma zaleca, aby dla istniejącego budynku pomiary wykonywać na fundamencie lub ścianach nośnych w poziomie terenu, oddzielnie dla podłużnej i poprzecznej osi budynku.
Strefy wpływu (rys. 8) mają następującą interpretację: I – drgania nieodczuwalne przez budynki; II – drgania odczuwalne, ale nieszkodliwe, następuje tylko szybsze zużycie budynku; III – drgania szkodliwe dla budynku, które powodują lokalne zarysowania i spękania, przez co osłabiają konstrukcję budynku i zmniejszają jego nośność oraz odporność na dalsze wpływy dynamiczne; może nastąpić odpadanie wypraw i tynków; IV – drgania o dużej szkodliwości dla budynku, powstają liczne spękania, lokalne zniszczenia murów i innych pojedynczych elementów budynku; V – drgania powodujące walenie się murów, spadanie stropów itp., występuje pełne zagrożenie bezpieczeństwa ludzi.
Skale SWD zostały opracowane przy założeniu, że drgania oddziałujące na obiekty, o określonych w normie wymiarach, są długotrwałe (np. kilka godzin dziennie) i uwzględniają efekt zmęczenia.
W tym miejscu pojawia się zasadniczy problem ze stosowaniem skal SWD do oceny oddziaływania robót wyburzeniowych na budynki w otoczeniu, nawet gdy wymiarami i konstrukcją odpowiadają one warunkom opisanym w normie. Należy jeszcze raz przypomnieć, że drgania wzbudzone w czasie robót wyburzeniowych z użyciem MW to zdarzenia krótkotrwałe i incydentalne (jednorazowe). Dlatego też zastosowanie skal SWD do oceny oddziaływania ma bardzo ograniczony zasięg do budynków mieszkalnych, a oceny należy prowadzić zgodnie z określonymi procedurami.
Diagnozę o wpływie drgań na obiekty, z zastosowaniem skal SWD, opiera się na nanoszeniu, na skale, pomierzonych maksymalnych wartości prędkości w korelacji z przynależnymi częstotliwościami. Są dwie metody prowadzenia analizy – metoda bezpośrednia i metoda pośrednia. Metoda bezpośrednia – stosowana jest dla drgań ciągłych o charakterystyce bliskiej harmonicznej, gdzie dwa parametry, mające istotny wpływ na szkodliwość drgań, prędkość i częstotliwość, mogą być określane przez naniesienie wyników pomiarów w postaci maksymalnych wartości prędkości i odpowiadającej jej w czasie częstotliwości na skalę szkodliwości SWD i lokalizację tych wyników w poszczególnych strefach oddziaływania dynamicznego. Jest to analiza na podstawie wartości szczytowych (maksymalnych).
Rys. 9 Ocena oddziaływania drgań na budynek – wyburzenie komina
Metoda pośrednia – używana jest do oceny drgań złożonych o charakterze impulsowym, do których zaliczane są drgania wzbudzane w czasie robót wyburzeniowych. W takim przypadku do oceny ich wpływu, według skal SWD, wymagane są rejestracje pełnych przebiegów składowych poziomych drgań. Analizę pełnych przebiegów składowych x, y przeprowadza się przez filtrowanie sygnału filtrem tercjowym. Tak otrzymane wyniki jako histogram wartości maksymalnych prędkości, odpowiadającej częstotliwości środkowej pasma tercjowego, nanoszone są na skale SWD z przypisaniem im skutków odpowiadających danej strefie. Dodatkowo w przypadku robót wyburzeniowych prowadzonych z użyciem MW do oceny intensywności drgań należy przyjąć założenie, że są to zdarzenia zarówno krótkotrwałe, jak i jednorazowe i w związku z tym drganiom zakwalifikowanym do odpowiedniej strefy skali SWD można przypisać skutki strefy niższej. Przykładową ocenę oddziaływania robót wyburzeniowych na budynek mieszkalny z zastosowaniem metody pośredniej przedstawiono na rys. 9, ocena kwalifikuje drgania do III strefy skali SWD-II, ale przypisać im należy skutki strefy II, czyli są to drgania odczuwalne, jednak nieszkodliwe dla obiektu.
Roboty wyburzeniowe z użyciem MW najczęściej są prowadzone na terenach przemysłowych, gdzie ochronie podlegają przede wszystkim budynki przemysłowe. W większości dla takich budynków nie można stosować skal SWD, dlatego też często do oceny oddziaływania stosuje się normę niemiecką DIN 4150 [9], która wyróżnia taki rodzaj budynku. Wartości dopuszczalne według tej normy przedstawiono w tab. 1. Częstotliwości drgań na terenach przemysłowych, w większości przypadków, nie przekraczają 10 Hz, czyli za bezpieczną prędkość drgań dla zabudowy przemysłowej można przyjąć prędkości nawet do 20 mm/s.
Tab. 1 Niemiecka skala szkodliwości (DIN 4150)
Rodzaj budynku |
Maksymalna prędkość [mm/s] |
||
< 10 Hz |
10-50 Hz |
50-100 Hz |
|
Przemysłowe, handlowe |
20 |
20-40 |
40-50 |
Mieszkalne |
5 |
5-15 |
15-20 |
Wrażliwe na drgania (np. zabytkowe) |
3 |
3-8 |
8-10 |
Od kilku lat do oceny oddziaływania wstrząsów pochodzenia górniczego, a więc zdarzeń sporadycznych, stosuje się górnicze skale intensywności (GSI) [2]. Ważną zaletą tych skal jest ich nowoczesność i nowe podejście do oceny – na podstawie pomiaru drgań i przewidywanych skutków. Skutki dla drgań o określonej intensywności zostały wskazane na podstawie licznych obserwacji zdarzeń. Najnowsza skala (rok 2012) [1] zawiera również ocenę odporności dynamicznej budynków, co pozwala określić, jaki poziom drgań podłoża jest dla obiektów bezpieczny, czyli gwarantuje brak wystąpienia uszkodzeń. Skalę GSI-2012 z uwzględnieniem odporności budynków przedstawiono na rys. 10.
Rys. 10 Skala GSI-2012 [1]
Dodać należy, że ewentualny pomiar drgań należy wykonywać na gruncie (w podłożu obiektów budowlanych). Parametry stosowane w skali GSI, to:
– maksymalna amplituda prędkości drgań poziomych PGVHmax, wyznaczona jako wypadkowa poziomego maksimum długości wektora;
– czas trwania składowej poziomej prędkości drgań tHv, który oznacza przedział czasu zawarty między tymi momentami czasowymi, kiedy intensywność Ariasa osiąga 5% i 95% swojej wartości.
Skala posiada cztery stopnie, dla których opisano skutki oddziaływania drgań w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej (z obszaru Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego; budynki o konstrukcji tradycyjnej, murowej, szkieletowo-murowej, szkieletowe, z wielkich bloków, wielkopłytowe), oraz uciążliwości dla ich użytkowników.
W pracy [10] zdefiniowano pojęcie odporności dynamicznej, dla której jako kryterium oceny przyjęto maksymalne wartości PGAH10 i PGVHmax , charakteryzujące przebiegi drgań gruntu, w trakcie których nie wystąpią uszkodzenia elementów konstrukcyjnych budynków objawiające się w postaci zarysowania elementów konstrukcyjnych.W pracy tej przeprowadzono również analizy obliczeniowe, w wyniku których podano wartości PGAH10 (przyspieszenia drgań poziomych gruntu) i PGVHmax określające pełną odporność dynamiczną budynków murowych, tj. taką, przy której nie pojawią się zarysowania w elementach konstrukcyjnych i wykończeniowych. Wyniki obliczeń przedstawiono w tab. 2 [10].
Tab. 2 Obliczeniowa odporność dynamiczna budynków murowych na podstawie analizy [10]
|
Odporność dynamiczna |
|||||
Budynki murowe |
pełna |
przy której następuje intensyfikacja istniejących uszkodzeń itd. |
przy której następują uszkodzenia elementów wykończeniowych itd. |
|||
|
PGAH10 mm/s2 |
PGVHmax mm/s |
PGAH10 mm/s2 |
PGVHmax mm/s |
PGAH10 mm/s2 |
PGVHmax mm/s |
Wolno stojące ze ścianami z cegły, wzmocnione |
350 |
do 15 |
700 |
do 40 |
do 1000 |
do 60 |
Wolno stojące ze ścianami z cegły, bez wzmocnień |
300 |
10 |
500 |
do 30 |
do 850 |
do 50 |
Wolno stojące ze ścianami warstwowymi bez wzmocnień |
300 |
do 10 |
600 |
do 40 |
do 900 |
do 50 |
Nowe w zabudowie szeregowej (na ogół ze ścianami warstwowymi) |
330 |
do 12 |
500 |
do 30 |
do 850 |
do 50 |
Stare (lata 20. XX w.) |
250 |
10 |
350 |
15 |
450 |
do 20 |
Gospodarcze |
225 |
10 |
350 |
15 |
400 |
do 20 |
5-kondygnacyjne |
350 |
15 |
700 |
40 |
1000 |
do 60 |
Wyjaśnienia wymagają pojęcia odporności dynamicznej pojawiające się w kolejnych kolumnach tab. 2:
– odporność dynamiczna, przy której następuje intensyfikacja istniejących uszkodzeńitd. – odporność, przy której dopuszcza się wystąpienie uszkodzeń elementów architektonicznych;
– odporność dynamiczna, przy której następują uszkodzenia elementów wykończeniowychitd. – odporność, przy której mogą następować uszkodzenia elementów wykończeniowych w budynkach w postaci odpadania i zarysowania płytek ściennych, rys wokół ościeżnic drzwi i wokół okien, pęknięć szyb, zarysowań i spękań ścian działowych oraz zarysowań i spękań tynku. Nie następują natomiast uszkodzenia elementów konstrukcyjnych [10].
Wartości graniczne PGAH10 i PGVHmax zawarte w tab. 2 dają zupełnie nowe spojrzenie na ocenę oddziaływania robót wyburzeniowych na otoczenie. Stosowanie do oceny normy [6], przewidzianej dla zdarzeń o charakterze ciągłym, wydaje się nie znajdować już uzasadnienia.
Podsumowanie
Wyburzanie obiektów budowlanych jest związane w większości przypadków z użyciem niewielkich ładunków MW, a podstawowe zagrożenie dla otoczenia to drgania wzbudzane upadkiem dużej masy na podłoże. Ponieważ ładunki MW odpalane są przeważnie nad powierzchnią terenu, wpływ ich masy jest śladowy. Ewentualnym zagrożeniem może być rozrzut odłamków tworzywa wyburzanego obiektu, fala akustyczna i powietrzna fala uderzeniowa. Wyeliminowanie tych zagrożeń wymaga odpowiedniego starannego przykrycia miejsca założenia ładunków i wyznaczenia stref zagrożenia.
Osobnym zagadnieniem są drgania wzbudzane upadkiem dużej masy na podłoże. Zmniejszenie oddziaływania upadku masy na podłoże można uzyskać przez budowę w miejscu spodziewanego uderzenia wałów ziemnych lub usypanie gruzu. Szczególną uwagę należy zwrócić na ten problem przy wyburzaniu kominów żelbetowych i innych konstrukcji, których upadek następuje z dużej wysokości. Analiza możliwości zastosowania, do oceny oddziaływania robót wyburzeniowych na otoczenie, skal GSI czy wartości przedstawionych w tab. 2 pozwala na bardziej realne spojrzenie na to zagadnienie. Należy wziąć pod uwagę fakt, że wyburzenia obiektów budowlanych to zdarzenia jednorazowe, incydentalne.
Praca zrealizowana w ramach badań statutowych nr 11.11.100.597.
dr inż. Józef Pyra
dr inż. Anna Sołtys
dr inż. Jan Winzer
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza
Literatura
1. A. Barański, L. Kloc, T. Kowal, G. Mutke, Górnicza skala intensywności drgań GSIGZWKW-2012 w odniesieniu do odporności dynamicznej budynków, „Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie” nr 6 (238)/2014.
2. J. Dubiński, G. Mutke, K. Jaśkiewicz, A. Lurka, Górnicza Skala Intensywności GSI-2004 do oceny skutków drgań wywołanych wstrząsami górniczymi w obszarze LGOM – geneza, skala i weryfikacja, Seminarium „Doświadczenia ze stosowania skal GSI-2004″, Kraków 2008.
3. J. Lewicki, Zasady i metody bezpiecznego wykonywania robót strzałowych w budowie, „Górnictwo i Geoinżynieria”, r. 28, z. 3/1, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Kraków 2004.
4. J. Lewicki, Prognozowanie wielkości zagrożeń powstałych przy prowadzeniu robót strzałowych w budownictwie, „Górnictwo i Geoinżynieria”, r. 28, z. 3/1, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Kraków 2004.
5. E. Maciąg, J. Lewicki, J. Winzer, Wyburzanie żelbetowych kominów elektrowni „Konin” i oddziaływanie upadku ich masy na sąsiednie obiekty,„Czasopismo Techniczne, Budownictwo”, z. 3-B/2010, zeszyt 11, str. 119-134.
6. PN-B-02170:1985 Ocena szkodliwości drgań przekazywanych przez podłoże na budynki.
7. Rozporządzenie Ministra Gospodarki Pracy i Polityki Społecznej z dnia 1 kwietnia 2003 r w sprawie przechowywania i używania środków strzałowych i sprzętu strzałowego w zakładach górniczych (Dz.U. Nr 72, poz. 655), zał. nr 4.
8. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 3 lipca 2003 r. w sprawie rozbiórek obiektów budowlanych wykonywanych metodą wybuchową (Dz.U. Nr 120, poz. 1135).
9. A. Sołtys, Analiza oddziaływania na otoczenie drgań wzbudzanych przez roboty strzałowe z zastosowaniem metody Matching Pursuit,Wydawnictwa AGH, Kraków 2015.
10. T. Tatara, Odporność dynamiczna obiektów budowlanych w warunkach wstrząsów górniczych, Wydawnictwa Politechniki Krakowskiej, Kraków 2012.
11. J. Winzer, Dokumentowanie oddziaływania robót wyburzeniowych na otoczenie,Konferencja „Technika strzelnicza w górnictwie i budownictwie”, Ustroń 2013.