D
RGANIA I WIBRACJE
–
POJ
Ę
CIA PODSTAWOWE
Drgania s
ą
to zmiany stanu układu fizycznego za
nowagi. Zaliczane s
ą
do zjawisk falowych.
w o
ś
rodku materialnym (lub polu) zaburzenia pewnej wielko
(lub pola), np. fale elektromagnetyczne (
przestrzeniania si
ę
fal w o
ś
rodku materialnym nazywane jest
W in
ż
ynierii
ś
rodowiska pod poj
szych rozwa
ż
aniach) rozumie si
ę
czasie, mechaniczne zaburzenia (odkształce
wokół pewnego poło
ż
enia równowagi. Rozprzestrzeniaj
fale spr
ęż
yste. Ciała zewn
ę
trzne powoduj
dłami drga
ń
. Rozchodzenie si
ę
fal spr
dziej odległych od
ź
ródła drga
ń
. Do opisu wspomnianych
przemieszczenie, pr
ę
dko
ść
, przyspieszenie.
K
LASYFIKACJA DRGA
Ń
.
1) Klasyfikacja drga
ń
ze wzgl
a) drgania okresowe (warto
stały okres T)i quasi-okresowe,
b) drgania nieokresowe.
2) Klasyfikacja drga
ń
wg pochodzenia sil wywołuj
a) drgania własne (swobodne)
drga
ń
własnych nale
żą
zycznego; ka
ż
dej cz
ę
sta
ć
drga
ń
,
b) drgania wymuszone
nych generowanych w
3) Klasyfikacja drga
ń
wg udziału tłumienia
a) drgania nietłumione
b) drgania tłumione – o
Ę
CIA PODSTAWOWE
.
to zmiany stanu układu fizycznego zachodz
ą
ce dookoła pewnego stanu ró
do zjawisk falowych. W uj
ę
ciu fizycznym fale s
ą
to rozprzestrzeniaj
(lub polu) zaburzenia pewnej wielko
ś
ci charakteryzuj
ą
(lub pola), np. fale elektromagnetyczne (
ś
wiatło, fale radiowe) czy fale grawitacyjne.
rodku materialnym nazywane jest propagacj
ą
fali
rodowiska pod poj
ę
ciem drga
ń
(ta nazwa b
ę
dzie stosowana
aniach) rozumie si
ę
drgania mechaniczne zwane wibracjami
czasie, mechaniczne zaburzenia (odkształcenia, zmiany poło
ż
enia cz
ą
stek o
równowagi. Rozprzestrzeniaj
ą
si
ę
one w o
ś
rodku spr
trzne powoduj
ą
ce owe zaburzenia nazywa si
ę
ę
fal spr
ęż
ystych polega na wzbudzaniu drga
ń
. Do opisu wspomnianych zaburze
ń
mechanicznych stosuje si
, przyspieszenie.
ń
ze wzgl
ę
du na ich powtarzalno
ść
:
(warto
ść
funkcji charakteryzuj
ą
cej drgania powtarza si
okresowe,
.
ń
wg pochodzenia sil wywołuj
ą
cych drgania
(swobodne) - wywołane jednorazowym impulsem;
własnych nale
żą
do podstawowych charakterystyk dynamicz
dej cz
ę
stotliwo
ś
ci drga
ń
własnych układu odpowiada
drgania wymuszone - powstaj
ą
pod wpływem powtarzalnych obci
generowanych w
ź
ródle drga
ń
.
ń
wg udziału tłumienia:
- o stałej amplitudzie,
o malej
ą
cej amplitudzie,
1
ce dookoła pewnego stanu rów-
ą
to rozprzestrzeniaj
ą
ce si
ę
ci charakteryzuj
ą
cej stan tego o
ś
rodka
wiatło, fale radiowe) czy fale grawitacyjne. Zjawisko roz-
ą
fali.
dzie stosowana w skrócie w dal-
wibracjami S
ą
to, zachodz
ą
ce w
ą
stek o
ś
rodka) oscyluj
ą
ce
rodku spr
ęż
ystym jako tzw.
ce owe zaburzenia nazywa si
ę
ź
ródłami fal lub
ź
ró-
drga
ń
cz
ą
stek coraz bar-
mechanicznych stosuje si
ę
cej drgania powtarza si
ę
co pewien
cych drgania:
wywołane jednorazowym impulsem; cz
ę
stotliwo
ś
ci
do podstawowych charakterystyk dynamicznych układu fi-
odpowiada odmienna po-
pod wpływem powtarzalnych obci
ąż
e
ń
dynamicz-
2
4) Klasyfikacja drga
ń
ze wzgl
ę
du na czas ich trwania:
Dla potrzeb analiz diagnostycznych przyjmuje si
ę
,
ż
e czas trwania drga
ń
to czas, w któ-
rym warto
ś
ci amplitud ocenianego parametru ruchu (funkcji F(t)) s
ą
wi
ę
ksze ni
ż
0,2 warto
ś
ci ampli-
tudy maksymalnej. Podział drga
ń
pod wzgl
ę
dem czasu ich trwania przedstawia si
ę
(wg norm dia-
gnostycznych) nast
ę
puj
ą
co:
a) drgania sporadyczne - drgania o ł
ą
cznym czasie trwania nieprzekraczaj
ą
cym 30 min w
ci
ą
gu doby; dziel
ą
si
ę
na:
•
drgania krótkotrwale - drgania o ł
ą
cznym czasie trwania nie przekraczaj
ą
cym 3 minut
w ci
ą
gu doby (np. wywołane pojedynczym odstrzałem w kamieniołomie),
•
drgania długotrwale - drgania, których ł
ą
czny czas trwania w ci
ą
gu doby jest dłu
ż
szy
ni
ż
3 minuty i nie przekracza 30 minut (np. wywołane przejazdami kilku poci
ą
gów na
dob
ę
),
b) drgania wyst
ę
puj
ą
ce stale (ustalone) - drgania ci
ą
głe lub przerywane, o ł
ą
cz-
nym czasie trwania w ci
ą
gu doby dłu
ż
szym ni
ż
30 min (np. drgania drogo-
we przy ruchliwej arterii komunikacyjnej czy drgania wywołane przejazdami
tramwajów lub metra).
Ź
RÓDŁA DRGA
Ń
Ź
ródła drga
ń
(działania generuj
ą
ce drgania) podzieli
ć
mo
ż
na wg ró
ż
nych kryteriów, np.:
a) umiejscowienia wzgl
ę
dem budowli:
•
ź
ródła wewn
ę
trzne - znajduj
ą
ce si
ę
na konstrukcji budynku, np. maszyna na stropie,
•
ź
ródła zewn
ę
trzne - drgania z tych
ź
ródeł przekazuj
ą
si
ę
na budowl
ę
poprzez podło
ż
e
(grunt); dziel
ą
si
ę
'one z kolei na:
-
sejsmiczne - drgania wywołane trz
ę
sieniami ziemi,
-
parasejsmiczne - drgania spowodowane działalno
ś
ci
ą
człowieka.
b) poło
ż
enia w przestrzeni:
•
ź
ródła umiejscowione (stacjonarne) ~ np. maszyna ustawiona na stropie,
•
ź
ródła ruchome (poruszaj
ą
ce si
ę
) - np. pojazdy,
c) sposobu wzbudzenia drga
ń
:
•
ź
ródła zale
ż
ne i kontrolowane przez człowieka (np. wbijanie pali fundamentowych i
elementów
ś
cianek szczelnych w grunt, przejazdy pojazdów b
ę
d
ą
ce
ź
ródłami drga
ń
komunikacyjnych, praca drogowych walców wibracyjnych),
•
ź
ródła zale
ż
ne i niekontrolowane przez człowieka (np. odstrzały w kamieniołomach,
wybuchy),
•
ź
ródła niezale
ż
ne i niekontrolowane przez człowieka (sejsmiczne).
3
D
IAGNOSTYKA WPŁYWÓW DRGA
Ń
NA
Ś
RODOWISKO
.
Najcz
ęś
ciej w ocenach wpływu drga
ń
na
ś
rodowisko chodzi o ocen
ę
wpływu na otoczenie
drga
ń
pochodz
ą
cych ze
ź
ródeł parasejsmicznych (a wi
ę
c zewn
ę
trznych, zale
ż
nych od człowie-
ka), rzadziej ocena ta dotyczy drga
ń
ze
ź
ródeł wewn
ę
trznych. Diagnostyka wpływów dynamicz-
nych na
ś
rodowisko obejmuje:
a) ocen
ę
wpływu drga
ń
na konstrukcj
ę
budynków oraz innych konstrukcji in
ż
ynierskich, ta-
kich jak: mosty, maszty, zapory, gazoci
ą
gi tlp.,
b) ocen
ę
wpływu drga
ń
na ludzi przebywaj
ą
cych w budynku, a tak
ż
e, o ile to potrzebne,
ocen
ę
wpływu drga
ń
na urz
ą
dzenia wra
ż
liwe na drgania, je
ż
eli takie urz
ą
dzenia znaj-
duj
ą
si
ę
lub b
ę
d
ą
si
ę
znajdowa
ć
w budynku.
Podstaw
ą
wykonania powy
ż
szych ocen jest przeprowadzenie pomiarów drga
ń
. Dotycz
ą
one
trzech składowych drga
ń
: dwu wzajemnie prostopadłych kierunków poziomych oznaczonych x i y
oraz składowej pionowej z.
Szczegółowe uregulowania w zakresie wykonywania ocen wpływów dynamicznych zawarte
s
ą
w dwóch polskich normach:
•
PN-85/B-02170 Ocena szkodliwo
ś
ci drga
ń
przekazywanych przez podło
ż
e na bu-
dynki,
•
PN-88/B-02171 Ocena wpływu drga
ń
na ludzi w budynkach.
O
CENA WPŁYWU DRGA
Ń
NA KONSTRUKCJ
Ę
BUDYNKU
.
Pełna ocena wpływu drga
ń
(zarówno w przypadku drga
ń
parasejsmicznych, jak i
ź
ródeł
wewn
ę
trznych) na konstrukcj
ę
budynku powinna by
ć
wykonana zgodnie z zasadami dynamiki
budowli. Ocena ta polega na:
•
wyznaczeniu charakterystyk dynamicznych konstrukcji budynku i sprawdzeniu, czy nie
wyst
ą
pi zjawisko rezonansu (stan graniczny u
ż
ytkowania), a nast
ę
pnie na
•
wyznaczeniu sił bezwładno
ś
ci działaj
ą
cych dodatkowo na konstrukcj
ę
w wyniku wpły-
wów dynamicznych, obci
ąż
eniu modelu obliczeniowego konstrukcji wszystkimi obci
ą
-
ż
eniami statycznymi i dynamicznymi (siła wymuszaj
ą
ca i siły bezwładno
ś
ci) i sprawdze-
niu tak obci
ąż
onej konstrukcji pod wzgl
ę
dem wytrzymało
ś
ciowym zgodnie z wymaga-
niami obowi
ą
zuj
ą
cych norm na obliczenia statyczne i projektowanie konstrukcji.
Charakterystyki dynamiczne konstrukcji (budynku) to:
•
wyznaczone analitycznie (z modelu) lub do
ś
wiadczalnie (z pomiaru) cz
ę
stotliwo
ś
ci (lub
okresy) drga
ń
własnych i odpowiadaj
ą
ce im postacie drga
ń
własnych,
•
tłumienie.
Zjawisko rezonansu polega na znacznym wzro
przypadku zgodno
ś
ci warto
ś
ci cz
muszenia p. Zamieszczony na rys. 1! wykres rezonan
czynnika dynamicznego p od stosunku
D. Współczynnik dynamiczny {3 jest to stosunek warto
warto
ś
ci przemieszczenia uzyskanej podczas statycznego obci
warto
ś
ci co amplituda siły wymuszaj
braku tłumienia (D = 0) amplitudy drga
prowadzi do zniszczenia konstrukcji. Im
amplitud w strefie rezonansu. W praktyce przyjmuje si
to
ś
ci stosunkup/f od 0,85 do 1,15. Przyj
nansu p = f podyktowane jest nieuniknionymi rozbie
rzeczywist
ą
konstrukcj
ą
, wynikaj
ą
cymi
lecz tak
ż
e np. ze zmian obci
ąż
e
ń
(mas) podczas u
Siły bezwładno
ś
ci mo
ż
na wyznaczy
•
analitycznie - w efekcie wykonania oblicze
nego wymuszenia; wymuszeniem w przypadku
muszaj
ą
ca przyło
ż
ona do konstrukcji budynku, natomiast
charakteryzuje tzw. wymuszenie kinematyczne, czyli
miejscu posadowienia konstrukcji,
•
do
ś
wiadczalnie - przez pomno
przez pomierzone warto
Wymuszenie kinematyczne wyznacza si
•
podanie amplitudy drga
•
spektrum odpowiedzi (okre
chem podło
ż
a),
•
czasowy przebieg drga
Nale
ż
y podkre
ś
li
ć
,
ż
e poniewa
przypadku wi
ę
kszo
ś
ci wpływów parasejsmicznych składowe piono
nego wpływu na konstrukcj
ę
budynku, natomiast
polega na znacznym wzro
ś
cie amplitud przemieszcze
ś
ci cz
ę
stotliwo
ś
ci drga
ń
własnych konstrukcji/z cz
Zamieszczony na rys. 1! wykres rezonansowy przedstawia zale
czynnika dynamicznego p od stosunku p/f przy ró
ż
nych warto
ś
ciach ułamka tłumienia krytycznego
{3 jest to stosunek warto
ś
ci amplitudy przemieszcze
ci przemieszczenia uzyskanej podczas statycznego obci
ąż
enia konstrukcji
ci co amplituda siły wymuszaj
ą
cej. Z przedstawionego wykresu wynika,
0) amplitudy drga
ń
mog
ą
teoretycznie wzrasta
ć
do niesko
prowadzi do zniszczenia konstrukcji. Im wi
ę
ksza warto
ść
tłumienia, tym mniejszy wzrost warto
zonansu. W praktyce przyjmuje si
ę
,
ż
e strefa rezonansu obejmuje przedział war
0,85 do 1,15. Przyj
ę
cie strefy o szeroko
ś
ci ±15% od punktu
podyktowane jest nieuniknionymi rozbie
ż
no
ś
ciami pomi
ę
dzy mode
, wynikaj
ą
cymi nie tylko z przybli
ż
e
ń
modelowych i niedokładno
ąż ń
(mas) podczas u
ż
ytkowania budynku.
na wyznaczy
ć
dwoma sposobami:
w efekcie wykonania oblicze
ń
dynamicznych modelu konstruk
nego wymuszenia; wymuszeniem w przypadku
ź
ródeł wewn
ę
ż
ona do konstrukcji budynku, natomiast drgania parasejsmiczne
charakteryzuje tzw. wymuszenie kinematyczne, czyli ruch podło
miejscu posadowienia konstrukcji,
przez pomno
ż
enie warto
ś
ci mas znajduj
ą
cych si
przez pomierzone warto
ś
ci przyspieszenia tych mas.
Wymuszenie kinematyczne wyznacza si
ę
do
ś
wiadczalnie i mo
ż
e by
ć
opisane
podanie amplitudy drga
ń
i odpowiadaj
ą
cej jej cz
ę
stotliwo
ś
ci,
spektrum odpowiedzi (okre
ś
la odpowied
ź
budynku na pomierzone wymusze
czasowy przebieg drga
ń
budynku w poziomie jego posadowienia.
e poniewa
ż
budynki projektowane sana obci
ąż
ci wpływów parasejsmicznych składowe pionowe drga
ń
z
budynku, natomiast decyduj
ą
cy jest wpływ drga
ń
4
cie amplitud przemieszcze
ń
drga
ń
w
cji/z cz
ę
stotliwo
ś
ci
ą
wy-
sowy przedstawia zale
ż
no
ść
tzw. współ-
ciach ułamka tłumienia krytycznego
ci amplitudy przemieszcze
ń
drga
ń
do
a konstrukcji sił
ą
o tej samej
su wynika,
ż
e w przypadku
ć
do niesko
ń
czono
ś
ci, co
tłumienia, tym mniejszy wzrost warto
ś
ci
e strefa rezonansu obejmuje przedział war-
od punktu idealnego rezo-
dzy modelem obliczeniowym a
modelowych i niedokładno
ś
ci danych,
dynamicznych modelu konstrukcji dla zna-
ródeł wewn
ę
trznych jest sil
ą
wy-
drgania parasejsmiczne
ruch podło
ż
a (fundamentu) w
ą
cych si
ę
na konstrukcji
ć
opisane przez:
pomierzone wymuszenie ru-
budynku w poziomie jego posadowienia.
budynki projektowane sana obci
ąż
enia pionowe, to w
we drga
ń
z reguły nie maj
ą
istot-
cy jest wpływ drga
ń
poziomych.
5
Bior
ą
c pod uwag
ę
pracochłonno
ść
omawianych powy
ż
ej oblicze
ń
podano w normie PN-
85/B-02170 przybli
ż
ony sposób oceny wpływów parasejsmicznych (
ś
ci
ś
lej wpływu poziomych
składowych drga
ń
) na budynek za pomoc
ą
tzw. skal wpływów dynamicznych SWD-I i SWD-II.
Skale te dotycz
ą
najcz
ęś
ciej spotykanych typów budynków niskich i
ś
rednio wysokich (do 5 kondy-
gnacji nadziemnych wł
ą
cznie) wykonanych z elementów murowych (przeznaczonych do r
ę
cznego
układania jak cegła, pustaki itp.), wiełkoblokowych oraz wielkopłytowych.
•
Skala SWD-I odnosi si
ę
do budynków o kształcie zwartym o małych wymiarach ze-
wn
ę
trznych rzutu poziomego (nie przekraczaj
ą
cych 15 m), jedno - lub dwukondy-
gnacyjnych i o wysoko
ś
ci nie przekraczaj
ą
cej
ż
adnego z wymiarów rzutu poziome-
go.
•
Skala SWD-II odnosi si
ę
do budynków nie wy
ż
szych ni
ż
pi
ęć
kondygnacji, których
wysoko
ść
jest mniejsza od podwójnej najmniejszej szeroko
ś
ci budynku w rzucie po-
ziomym oraz do budynków niskich (do dwóch kondygnacji), lecz nie spełniaj
ą
cych wa-
runków podanych dla skali SWD-1.
O
CENA WPŁYWU DRGA
Ń
NA LUDZI PRZEBYWAJ
Ą
CYCH W BUDYNKACH
.
Drgania mog
ą
by
ć
odbierane przez ludzi w sposób czynny lub w sposób bierny. Czynny od-
biór drga
ń
dotyczy ludzi maj
ą
cych bezpo
ś
redni wpływ na prac
ę
ź
ródeł drga
ń
, nadzoruj
ą
cych
lub obsługuj
ą
cych urz
ą
dzenia wytwarzaj
ą
ce drgania: robotnik drogowy pracuj
ą
cy młotem pneuma-
tycznym lub obsługuj
ą
cy walec wibracyjny, kierowca lub konduktor w poje
ź
dzie, pilarz
ś
cinaj
ą
cy
drzewa itp. Osoby decyduj
ą
ce si
ę
na wykonywanie takiej pracy podlegaj
ą
prawu pracy i zwi
ą
za-
nym z nim normom sanitarnym, chroni
ą
cym ich przed drganiami szkodliwymi dla ich zdrowia, nato-
miast nie mog
ą
wymaga
ć
zapewnienia im komfortu w tym zakresie.
W ochronie
ś
rodowiska rozwa
ż
a si
ę
tzw. bierny odbiór drga
ń
, czyli wpływ drga
ń
na czło-
wieka, który nie obsługuje
ź
ródeł drga
ń
ani nie ma bezpo
ś
redniego wpływu na ich prac
ę
, np.
mieszka
ń
cy budynku, do którego docieraj
ą
drgania komunikacyjne, pracownicy biurowca znajduj
ą
-
cego si
ę
obok hal produkcyjnych itp. W tych przypadkach diagnostyka wpływu drga
ń
na ludzi wyko-
nywana jest w Polsce na podstawie normy PN-88/B-02173, zgodnej ze standardami ISO. Norma
ta okre
ś
la dopuszczalne warto
ś
ci parametrów drga
ń
mechanicznych w celu zapewnienia wyma-
ganego komfortu przebywania ludzi w pomieszczeniach, w zale
ż
no
ś
ci od:
•
przeznaczenia pomieszczenia w budynku (mieszkalne, biura, warsztaty pracy,
szpitale, precyzyjne laboratoria itp.),
•
pory wyst
ę
powania drga
ń
(dzie
ń
, tj. od godz. 6 do 22 lub noc, tj. od godz. 22 i do 6),
•
charakteru i powtarzalno
ś
ci drga
ń
,
•
kierunku działania drga
ń
(drgania poziome lub pionowe) i pozycji człowieka
podczas odbioru drga
ń
(stoj
ą
ca lub le
żą
ca).
Warto
ść
współczynnika szczytu analizowanych drga
ń
nie powinna przekracza
ć
5.
Podstaw
ą
oceny s
ą
wyniki analizy cz
ę
stotliwo
ś
ciowej drga
ń
zarejestrowanych w miejscu od-
bioru ich przez człowieka. Oceny tej dokonuje si
ę
odr
ę
bnie dla kierunków poziomych x i y i pio-
nowego z, przy zało
ż
eniu,
ż
e:
6
•
drgania w kierunku x i y oraz z traktowane s
ą
odpowiednio jako poziome i pionowe
dla ciała ludzkiego w ci
ą
gu dnia (w godzinach od 6 do 22),
•
drgania w kierunku x i y traktowane s
ą
jako pionowe, a drgania pionowe z jako po-
ziome dla człowieka b
ę
d
ą
cego w pozycji le
żą
cej, w ci
ą
gu nocy (w godzinach od 22 do
6).
Wspomniana norma dopuszcza dwie mo
ż
liwo
ś
ci przeprowadzenia oceny wpływu drga
ń
na
ludzi:
•
na podstawie skorygowanej w dziedzinie cz
ę
stotliwo
ś
ci warto
ś
ci skutecznej (RMS) przy-
spieszenia lub pr
ę
dko
ś
ci drga
ń
albo
•
na podstawie warto
ś
ci skutecznej (RMS) przyspieszenia lub pr
ę
dko
ś
ci drga
ń
w pasmach
1/3 oktawowych (tercjowych).
Poni
ż
ej omówiono, jako cz
ęś
ciej stosowany, drugi sposób oceny, w którym ocena polega na
porównaniu wg warunku;
a<a lub v<v
dop
zmierzonych warto
ś
ci skutecznych (RMS) przyspieszenia drga
ń
a lub pr
ę
dko
ś
ci drga
ń
v w
pasmach 1 /3 oktawowych dla analizowanego kierunku drga
ń
z odpowiednimi warto
ś
ciami do-
puszczalnymi a lub v
ć
o
, Warto
ś
ci dopuszczalne przy spieszenia lub pr
ę
dko
ś
ci drga
ń
w pasmach 1/3
oktawowych (tercjowych) wyznacza si
ę
wg wzoru:
a
dop
= a
i
- n lub v
dop
= v
i
* n
gdzie:
a
dop
(v
dop
) - dopuszczalna warto
ść
przyspieszenia (pr
ę
dko
ś
ci) w kierunku odbioru drga
ń
dla
pasma tercjowego o cz
ę
stotliwo
ś
ci
ś
rodkowej f
i
a
i
(v
i
) -warto
ść
przyspieszenia (pr
ę
dko
ś
ci) odpowiadaj
ą
ca progowi odczuwalno
ś
ci drga
ń
przez człowieka dla pasma tercjowego o cz
ę
stotliwo
ś
ci
ś
rodkowej f
i
n - współczynnik przyjmowany w zale
ż
no
ś
ci od przeznaczenia pomieszczenia, pory wyst
ę
po-
wania oraz charakteru drga
ń
i ich powtarzalno
ś
ci
7
O
CENA WPŁYWU DRGA
Ń
NA URZ
Ą
DZENIA ZNAJDUJ
Ą
CE SI
Ę
W BUDYNKACH
.
Podstaw
ą
dokonania oceny wpływu drga
ń
na poszczególne urz
ą
dzenia jest porównanie
wyników pomiaru drga
ń
z warto
ś
ciami dopuszczalnymi amplitud drga
ń
podanymi przez producenta
lub u
ż
ytkownika urz
ą
dzenia. Ograniczenia wpływu drga
ń
wynikaj
ą
z wymaga
ń
technologicznych w
zakresie prawidłowego funkcjonowania urz
ą
dzenia, np. utrzymanie idealnie płaskiej powierzchni
płynnego metalu w procesie produkcji szkła płaskiego lub elementów optycznych, prawidłowe
funkcjonowanie dysków w urz
ą
dzeniach komputerowych du
ż
ej mocy, stabilno
ść
obrazu mikro-
skopów elektronowych itd. Warto
ś
ci dopuszczalne mog
ą
by
ć
podane przez producenta (lub u
ż
yt-
kownika) w postaci warto
ś
ci szczytowej lub skutecznej (RMS): przemieszczenia – d
u
- pr
ę
dko
ś
ci - v
u
lub przyspieszenia - a
u
drga
ń
, okre
ś
lonej ogólnie lub dla pewnego pasma cz
ę
stotliwo
ś
ci.
Je
ż
eli nie s
ą
znane wymagania producenta urz
ą
dzenia, to mo
ż
na posłu
ż
y
ć
si
ę
dopusz-
czalnymi warto
ś
ciami skutecznymi pr
ę
dko
ś
ci drga
ń
v
a
podanymi normie dla urz
ą
dze
ń
zakwalifi-
kowanych do poszczególnych klas wra
ż
liwo
ś
ci na drgania. Klasa I – bardzo wra
ż
liwe, klasa II –
ś
rednio wra
ż
liwe, klasa III – mało wra
ż
liwe, klasa IV – prawie niewra
ż
liwe, klasa V – zupełnie
niewra
ż
liwe.
Ze wzgl
ę
du na kryteria oceny wyró
ż
niono dwie grupy urz
ą
dze
ń
:
•
maszyny i przyrz
ą
dy mechaniczne,
•
urz
ą
dzenia precyzyjne.
W odniesieniu do pierwszej grupy (maszyny i przyrz
ą
dy mechaniczne) - do oceny przez po-
równanie z warto
ś
ciami dopuszczalnymi v
u
nale
ż
y przyjmowa
ć
najwi
ę
ksze warto
ś
ci skuteczne pr
ę
d-
ko
ś
ci drga
ń
, zmierzone w jednym kierunku (jedna składowa) na poziomie podstawy przy unierucho-
mionej maszynie.
W przypadku drga
ń
harmonicznych o cz
ę
stotliwo
ś
ci f
u
dopuszczalne warto
ś
ci skuteczne
przemieszcze
ń
d
u
lub przyspiesze
ń
a
U
mo
ż
na oblicza
ć
wg wzorów:
2
2
W stosunku do grupy drugiej, tj. w laboratoriach, w których umieszczone s
ą
mikroskopy,
wagi precyzyjne, optyczne przyrz
ą
dy pomiarowe oraz w laboratoriach hydraulicznych nale
ż
y
przyjmowa
ć
dopuszczaln
ą
warto
ść
skuteczn
ą
amplitudy pr
ę
dko
ś
ci drga
ń
v
t
dla klasy I, przy czym
wypadkowa pomierzonych warto
ś
ci skutecznych pr
ę
dko
ś
ci v
x
, v
y
i v
z
z trzech wzajemnie prostopa-
dłych kierunków x, y i z powinna spełnia
ć
warunek:
0,0001
8
M
ETODYKA POMIARÓW DRGA
Ń
DLA CELÓW DIAGNOSTYCZNYCH
.
Pomiar wibracji wymaga zastosowania aparatury specjalistycznej, przeznaczonej do tego
celu.
Elementy układu pomiarowego musz
ą
by
ć
dobrane pod wzgl
ę
dem:
•
rodzaju wielko
ś
ci mierzonej, charakteryzuj
ą
cej drgania (przemieszczenie - czujnik drogi,
pr
ę
dko
ść
- geofon, przyspieszenie - akcelerometr),
•
zakresu pomiarowego, tj. maksymalnej warto
ś
ci amplitudy (wielko
ś
ci mierzonej), jak
ą
mog
ą
pomierzy
ć
z zało
ż
on
ą
dokładno
ś
ci
ą
; wg definicji zakres pomiarowy jest to zbiór warto-
ś
ci wielko
ś
ci mierzonej, dla których przyjmuje si
ę
,
ż
e bł
ą
d przyrz
ą
du pomiarowego jest za-
warty w okre
ś
lonych granicach(nic przekracza warto
ś
ci bł
ę
du granicznego),
•
zakresu cz
ę
stotliwo
ś
ci, w którym mog
ą
pracowa
ć
- w diagnostyce wpływu drga
ń
na bu-
dynki i ludzi w budynkach musi by
ć
to przedział od 1 do 100 Hz,
•
czuło
ś
ci, wyra
ż
onej ilorazem przyrostu odpowiedzi przyrz
ą
du pomiarowego (zmiennej ob-
serwowanej, np. przesuni
ę
cia wskazówki na podziałce) przez odpowiadaj
ą
cy mu przyrost
sygnału wej
ś
ciowego (przyrost wielko
ś
ci mierzonej),
•
dokładno
ś
ci układu pomiarowego, charakteryzowanej przez bł
ą
d pomiaru jego elementów
składowych.
Do przybli
ż
onej oceny wpływu drga
ń
na budynki lub oceny wpływu drga
ń
na ludzi mo
ż
liwe jest
wykorzystanie miernika (dozymetru) z wbudowanymi skalami wpływu. Miernik laki nie rejestruje
przebiegów czasowych drga
ń
, a jedynie wskazuje warto
ś
ci przekroczenia poszczególnych progów
wpływu drga
ń
na budynki lub na ludzi w budynkach. Nale
ż
y jednak pami
ę
ta
ć
,
ż
e wskazania miernika
maj
ą
charakter czysto dozymetryczny, nie stanowi
ą
pełnej informacji o drganiach i nie mog
ą
by
ć
wykorzystane np. do pełnej (modelowej) analizy wpływu drga
ń
na konstrukcj
ę
budynku, sporz
ą
dza-
nia charakterystyk wymuszenia (np. w postaci spektrum odpowiedzi) czy do prognozowania wpływu
drga
ń
w sytuacjach podobnych do aktualnie mierzonej.
Warunki pomiaru nale
ż
y okre
ś
li
ć
w programie bada
ń
, który w nawi
ą
zaniu do celu
bada
ń
powinien zawiera
ć
m.in.:
•
inwentaryzacj
ę
ź
ródeł drga
ń
, maj
ą
cych wpływ na badane obiekty,
•
wybór obiektów (budynków) do bada
ń
, je
ż
eli maj
ą
one reprezentowa
ć
wi
ę
ksz
ą
liczb
ę
bu-
dynków,
•
dobór aparatury pomiarowej,
•
przewidywane rozmieszczenie punktów pomiarowych,
•
harmonogram bada
ń
.
Przy wyborze obiektów bada
ń
bierze si
ę
pod uwag
ę
:
•
usytuowanie budynków wzgl
ę
dem
ź
ródeł drga
ń
(np. odległo
ść
od jezdni),
•
typy konstrukcji budynków, ich stan techniczny i cechy dynamiczne oraz ich reprezentatyw-
no
ść
dla całych grup s
ą
siednich obiektów,
•
warunki propagacji drga
ń
,
9
•
archiwalne materiały pomiarowe,
•
mo
ż
liwo
ść
dost
ę
pu do budynków i poszczególnych pomieszcze
ń
.
Pomiary mo
ż
na podzieli
ć
na:
•
pomiary dora
ź
ne (wyrywkowe), wykonywane sporadycznie w krótkim czasie,
•
monitoring, tj. pomiary wykonywane w sposób ci
ą
gły; stosowanie monitoringu zalecane w za-
rz
ą
dzaniu
ś
rodowiskowym powinno odbywa
ć
si
ę
w przypadku istotnych i powtarzalnych w
czasie wpływów dynamicznych na
ś
rodowisko.
W trakcie pomiaru wyrywkowego nale
ż
y sporz
ą
dzi
ć
protokół pomiarowy, odnotowuj
ą
c
dane dotycz
ą
ce:
•
celu pomiaru,
•
podstawy pomiaru (normy),
•
ź
ródeł drga
ń
,
•
u
ż
ytej aparatury i jej ustawie
ń
(zakresów pomiarowych),
•
opisu budynku i jego stanu technicznego,
•
rozmieszczenia punktów pomiarowych (najlepiej ze szkicem),
•
przebiegu pomiarów oraz jego warunków (atmosferycznych, przypadkowych zakłóce
ń
itp.),
•
składu osobowego zespołu pomiarowego.
Protokół powinien tak
ż
e zawiera
ć
zestawienie warto
ś
ci odczytanych w trakcie pomiaru (w
szczególno
ś
ci dotyczy to odczytów z miernika dozymetrycznego).
W przypadku systemu monitoringu powinien zosta
ć
sporz
ą
dzony opis systemu zawieraj
ą
cy
schemat systemu, dane wymienione powy
ż
ej w punktach od a) do 0 waz instrukcj
ę
obsługi sys-
temu.
10
B
Ł
Ę
DY WYKONAWSTWA W DIAGNOSTYCE WPŁYWU WIBRACJI NA
Ś
RODOWISKO
.
Wadliwe oceny wpływu wibracji na
ś
rodowisko nie s
ą
niestety rzadko
ś
ci
ą
. W
ś
ród najcz
ę
-
ś
ciej popełnianych bł
ę
dów wymieni
ć
mo
ż
na:
•
zastosowanie niewła
ś
ciwej aparatury pomiarowej, tj. nieprzystosowanej do pomiaru drga
ń
o
niskich cz
ę
stotliwo
ś
ciach (od 1 Hz do 100 Hz) albo o nieodpowiednim zakresie pomiaro-
wym; zdarzaj
ą
si
ę
np. przypadki stosowania aparatury wyspecjalizowanej do pomiaru ha-
łasu,
•
niewyeliminowanie wpływu hałasu na czujniki do pomiaru drga
ń
,
•
wykonywanie pomiaru w niewła
ś
ciwych dla zastosowanej aparatury warunkach temperatury
i wilgotno
ś
ci,
•
wynikaj
ą
cy z nieznajomo
ś
ci pracy dynamicznej konstrukcji - pomiar drga
ń
w niewła
ś
ci-
wych punktach budynku, np. pomiar lokalnych drga
ń
elementów konstrukcji lub pomiar w
miejscach, gdzie nie wyst
ą
pi
ą
maksymalne warto
ś
ci wpływu drga
ń
na ludzi czy urz
ą
dzenia
w budynku,
•
mocowanie czujników pomiarowych w miejscach niezwi
ą
zanych z konstrukcj
ą
(odparzone
tynki, niezwi
ą
zane z podło
ż
em posadzki, np. lu
ź
ne klepki parkietu itp.),
•
niewła
ś
ciwe przyj
ę
cie wymuszenia kinematycznego w obliczeniach dynamicznych konstruk-
cji, np. w postaci przebiegu czasowego drga
ń
gruntu bez uwzgl
ę
dnienia redukcji drga
ń
wyni-
kaj
ą
cej z interakcji dynamicznej grunt-budynek,
•
analiza przesterowanych przebiegów drga
ń
(przekroczony zakres pomiarowy) lub przebiegów
o zbyt wysokim poziomie szumów w stosunku do analizowanego sygnału pomiarowego,
•
analiza przebiegów drga
ń
wraz z zarejestrowanymi lokalnymi zakłóceniami (np. chodzenie
ludzi w pobli
ż
u czujnika pomiarowego, trzaskanie drzwiami) lub zakłóceniami aparaturowymi
(w przypadku sprz
ę
tu pomiarowego słabej jako
ś
ci),
•
nieodfiltrowanie drga
ń
o wysokich cz
ę
stotliwo
ś
ciach przed wykonaniem analizy sygnału,
•
zastosowanie do analiz (do podziału na pasma cz
ę
stotliwo
ś
ci) filtrów o niewła
ś
ciwych cha-
rakterystykach.
11
C
ZYNNIKI WPŁYWAJ
Ą
CE NA POZIOM DRGA
Ń
PARASEJSMICZNYCH
.
A. rodzaj i typ mechaniczny oraz stan zachowania pojazdu wywołuj
ą
cego drgania. W
szczególno
ś
ci mog
ą
odgrywa
ć
rol
ę
:
•
kształt pojazdu (przy du
ż
ych pr
ę
dko
ś
ciach) i jego ci
ęż
ar własny,
•
wywa
ż
enie elementów pojazdu,
•
stopie
ń
obci
ąż
enia (załadowania) pojazdu,
•
rodzaj układu resorowania,
•
stan zachowania pojazdu, szczególnie układu resorowania i kół (niewywa-
ż
enia kół, owa-
iizacja, lokalne spłaszczenia na obwodzie koła),
•
sposób przekazywania drga
ń
na szyn
ę
,
•
rozstaw osi zestawów kołowych (poruszaj
ą
cych si
ę
po torze stykowym).
B. rodzaj i stan nawierzchni (np. tor, podtorze), po której porusza si
ę
po
jazd. W szczególno
ś
ci:
•
rodzaj szyny (styki szyn, styk z kołem, przekazanie obci
ąż
e
ń
),
•
sposób podparcia szyny, rodzaj i wielko
ść
podpór (podkłady drewniane, betonowe, po-
przeczne, podłu
ż
ne, płyty itp.),
•
elementy przenosz
ą
ce drgania z szyny na otoczenie (podtorze, wibroizolacja itp.),
•
sztywno
ść
pionowa i pozioma całej nawierzchni,
•
rozwi
ą
zania w miejscach osobliwych (skrzy
ż
owania, rozjazdy, zwrotnice, łuki itp.),
•
stan nawierzchni (nierówno
ś
ci nawierzchni drogowej, falisto
ść
szyn itp.)
C. sposób poruszania si
ę
pojazdu (tzw. stany jazdy), w tym:
•
pr
ę
dko
ść
pojazdu,
•
tor ruchu (prosta, łuk),
•
zatrzymywanie si
ę
i ruszanie pojazdu,
•
nakładanie
si
ę
drga
ń
wywołanych
ruchem
wi
ę
kszej
liczby
pojazdów
(np.
równoczesne mijanie si
ę
pojazdów).
D. rodzaj i stan podło
ż
a, przez które propaguj
ą
sie drgania:
•
budowa geotechniczna podło
ż
a,
•
warunki wodne w podło
ż
u,
•
wyst
ę
powanie przegród w gruncie, szczelin, infrastruktury podziemnej itp.
E. odległo
ść
i usytuowanie obiektu odbieraj
ą
cego drgania w stosunku do
ź
ródła drga
ń
.
F. rodzaj i stan obiektu odbieraj
ą
cego drgania:
•
typ budynku, jego konstrukcja i geometria,
•
sposób posadowienia,
•
stan zachowania obiektu,
•
obci
ąż
enia i inne wpływy dodatkowe,
•
cechy dynamiczne konstrukcji (cz
ę
stotliwo
ś
ci drga
ń
własnych, tłumienie).
G. w odniesieniu do metra dochodz
ą
dodatkowo dwa czynniki:
•
zagł
ę
bienie tunelu metra,
•
rodzaj obudowy tunelu, przez któr
ą
propagowane s
ą
drgania na zewn
ą
trz.
12
W przypadku innych
ź
ródeł drga
ń
czynniki wymienione w grupach D, E i F (czyli zwi
ą
zane
z propagacj
ą
i odbiorem drga
ń
przez budynki) zachowaj
ą
swoj
ą
wa
ż
no
ść
, natomiast zmianie
ulegn
ą
czynniki zwi
ą
zane z generowaniem drga
ń
. I tak poziom drga
ń
wywołanych wbijaniem
pali fundamentowych lub
ś
cianek szczelnych b
ę
dzie zale
ż
ał m.in. od:
•
rodzaju i konstrukcji pala lub elementu
ś
cianki szczelnej (wbijanie rury obsa-dowej lub
bezpo
ś
rednio pala, przekrój poprzeczny wbijanego elementu oraz kształt stopy wbijane-
go elementu itp.),
•
technologii wbijania (udarowe, wibracyjne),
•
parametrów pracy urz
ą
dzenia wbijaj
ą
cego (cz
ę
stotliwo
ść
pracy wibratora i warto
ść
wzbu-
dzanej siły dynamicznej, wysoko
ść
spadania młota kafara itp.),
•
budowy podło
ż
a w miejscu wbijania pala (opory wbijania).
Poziom drga
ń
wywołanych prac
ą
wibracyjnych walców drogowych b
ę
dzie zale
ż
ał m.in. od:
•
typu walca wibracyjnego b
ę
d
ą
cego
ź
ródłem drga
ń
,
•
parametrów pracy walca, takich jak amplituda i cz
ę
stotliwo
ść
wibracji oraz warto
ś
ci wzbu-
dzanej siły dynamicznej,
•
typu zag
ę
szczanego podło
ż
a, jego naturalnej sztywno
ś
ci i stanu zag
ę
szczenia.
W przypadku drga
ń
wywołanych wybuchami i odstrzałami (np. w kamieniołomach lub kopal-
niach odkrywkowych) charakteryzuj
ą
cymi to
ź
ródło drga
ń
, czynnikami, które trzeba bra
ć
pod uwa-
g
ę
s
ą
m.in.:
•
rodzaj zapalników i materiału wybuchowego oraz wielko
ść
zastosowanego ładunku,
•
technologia strzelania: ładunki całe lub dzielone, długo
ść
otworów strzelniczych i ich układ w
stosunku do górotworu i miejsca odbioru drga
ń
, rozmieszczenie poziome j pionowe otworów
strzelniczych,
•
budowa geologiczna eksploatowanego zło
ż
a, morfologia terenu, poziom wody gruntowej.
P
RZYKŁADY WPŁYWU WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA POZIOM DRGA
Ń
PARASEJSMICZNYCH
.
•
wpływ stanu kół pojazdu
•
wpływ sztywno
ś
ci podło
ż
a
•
wpływ pr
ę
dko
ś
ci pojazdu i obci
ąż
enia u
ż
ytkowego
•
wpływ odległo
ś
ci od
ź
ródia drga
ń
(propagacja drga
ń
)
•
interakcja dynamiczna - przenoszenie si
ę
drga
ń
z gruntu na budynek
13
P
ROCEDURY OCHRONY
Ś
RODOWISKA PRZED DRGANIAMI
.
Stref
ę
, w której zabudowa wymaga uwzgl
ę
dnienia (zarówno w projektowaniu, jak i eksplo-
atacji) wpływów dynamicznych (parasejsmicznych) wywołanych przez dane
ź
ródło drga
ń
nazy-
wa si
ę
stref
ą
oddziaływa
ń
dynamicznych (lub stref
ą
wpływów dynamicznych) tego
ź
ródła.
Rozmiar tej strefy okre
ś
la si
ę
poprzez podanie zasi
ę
gu strefy oddziaływa
ń
dynamicznych,
czyli odległo
ś
ci od
ź
ródła drga
ń
do granicy strefy. Zasi
ę
g strefy powinien zosta
ć
ustalony dla
danego; go
ź
ródła drga
ń
i w nawi
ą
zaniu do istniej
ą
cych warunków gruntowo-wodnych na pod-
stawie pomiarów dynamicznych.
W praktyce, w odniesieniu do zabudowy w strefie oddziaływa
ń
dynamicznych, mog
ą
wy-
st
ą
pi
ć
nast
ę
puj
ą
ce sytuacje diagnostyczne:
•
istniej
ą
cy budynek podlega wpływom dynamicznym z istniej
ą
cego
ź
ródła drga
ń
,
•
projektowany budynek b
ę
dzie podlegał wpływom dynamicznym z istniej
ą
cego
ź
ródła
drga
ń
,
•
istniej
ą
cy budynek b
ę
dzie podlegał wpływom dynamicznym z projektowanego
ź
ródła
drga
ń
(np. inwestycji komunikacyjnej),
•
projektowany budynek b
ę
dzie podlegał wpływom dynamicznym z projektowanego
ź
ródła
drga
ń
.
1) Istniej
ą
cy budynek podlega wpływom dynamicznym z istniej
ą
cego
ź
ródła drga
ń
Jest to sytuacja stosunkowo prosta: nale
ż
y wykona
ć
pomiary dynamiczne w budynku i do-
kona
ć
ocen diagnostycznych oraz, je
ś
li to konieczne, poda
ć
sposoby ochrony budynku przed nad-
miernym poziomem drga
ń
.
2) Projektowany budynek b
ę
dzie podlegał wpływom dynamicznym z istniej
ą
cego
ź
ródła
drga
ń
W tej sytuacji konieczne jest wykonanie prognozy wpływu drga
ń
na projektowany budynek na
podstawie pomiarów drga
ń
wywołanych przez istniej
ą
ce
ź
ródło drga
ń
w istniej
ą
cych budynkach
podobnych do projektowanego (pod wzgl
ę
dem konstrukcji, usytuowania wzgl
ę
dem
ź
ródła drga
ń
,
warunków posadowienia itp.). Je
ż
eli nie ma mo
ż
liwo
ś
ci skorzystania z wyników takich pomiarów
(np. nie istnieje porównywalny budynek), to nale
ż
y wykona
ć
pomiary drga
ń
gruntu w miejscu
przyszłego posadowienia projektowanego budynku, a nast
ę
pnie sporz
ą
dzi
ć
prognoz
ę
, uwzgl
ę
d-
niaj
ą
c redukcj
ę
drga
ń
na styku grunt-budynek. Nie uwzgl
ę
dnienie zjawiska redukcji drga
ń
przeka-
zuj
ą
cych si
ę
z gruntu na budynek grozi znacznym przewymiarowaniem konstrukcji budynku oraz
ewentualnym wykonaniem zb
ę
dnych, a kosztownych, zabezpiecze
ń
wibroizolacyjnych.
Prognoza powinna zawiera
ć
ocen
ę
wpływu przewidywanych drga
ń
na konstrukcj
ę
budynku,
a tak
ż
e na ludzi (i ewentualnie urz
ą
dzenia) w budynku, obliczenia dynamiczne w celu okre
ś
lenia sił
bezwładno
ś
ci obci
ąż
aj
ą
cych konstrukcj
ę
(je
ś
li to konieczne do uwzgl
ę
dnienia w projekcie budyn-
ku), zalecenia konstrukcyjne wraz z proponowanymi w uzasadnionych przypadkach
ś
rodkami
technicznymi maj
ą
cymi na celu obni
ż
enie poziomu drga
ń
budynku.
14
3) Istniej
ą
cy budynek b
ę
dzie podlegał wpływom dynamicznym z projektowanego
ź
ródła
drga
ń
(nowej inwestycji)
Ze wzgl
ę
du na wpływy dynamiczne, przed rozpocz
ę
ciem prac zwi
ą
zanych z budow
ą
lub
modernizacj
ą
ź
ródła drga
ń
(np. drogi, linii tramwajowej, metra itp.), powinny zosta
ć
wykonane
nast
ę
puj
ą
ce prace:
•
inwentaryzacja stanu technicznego (uszkodze
ń
) zabudowy istniej
ą
cej w strefie oddziaływa
ń
dynamicznych
ź
ródła drga
ń
,
•
badania tła dynamicznego, tj. wpływów dynamicznych na istniej
ą
c
ą
zabudowy pochodz
ą
cych
z dotychczasowych
ź
ródeł drga
ń
działaj
ą
cych przed rozpocz
ę
ciem budowy nowej inwesty-
cji,
•
prognoza wpływu na istniej
ą
c
ą
zabudow
ę
drga
ń
wywołanych budow
ą
i eksploatacj
ą
nowej
inwestycji.
Inwentaryzacja stanu technicznego poszczególnych obiektów istniej
ą
cej zabudowy powinna
zawiera
ć
obok danych ogólnych (adres, wła
ś
ciciel, rok budowy, przeznaczenie itd.) podstawowe
dane materiałowo-konstrukcyjne budynku .(w tym tak
ż
e sposób i gł
ę
boko
ść
posadowienia), dane o
budowie geotechnicznej podło
ż
a, dane o usytuowaniu poziomym i pionowym projektowanego
ź
ródła
drga
ń
wzgl
ę
dem obiektu, a tak
ż
e o technologii budowy w s
ą
siedztwie inwentaryzowanego obiektu
oraz szczegółowy opis uszkodze
ń
wyst
ę
puj
ą
cych w inwentaryzowanym obiekcie.
W celu okre
ś
lenia tła dynamicznego powinny zosta
ć
przeprowadzone pomiary drga
ń
pocho-
dz
ą
cych ze
ź
ródeł działaj
ą
cych przed rozpocz
ę
ciem budowy nowej inwestycji. Pomiary powinny zo-
sta
ć
wykonane w wybranych budynkach, reprezentatywnych (pod wzgl
ę
dem konstrukcji, lokalizacji,
warunków posadowienia i propagacji drga
ń
itd.) dla zabudowy znajduj
ą
cej si
ę
w strefie oddziaływa
ń
dynamicznych nowej inwestycji. Pomiary powinny uwzgl
ę
dnia
ć
ocen
ę
wpływu drga
ń
na konstrukcj
ę
budynków, jak i na ludzi w tych budynkach przebywaj
ą
cych.
Prognoza wpływu drga
ń
wywołanych budow
ą
i eksploatacj
ą
nowej inwestycji na istniej
ą
c
ą
za-
budow
ę
powinna zawiera
ć
:
a) inwentaryzacj
ę
ź
ródeł drga
ń
, jakie wyst
ą
pi
ą
w czasie budowy nowej inwestycji, wytypowanie
obiektów budowlanych, które mog
ą
si
ę
znale
źć
w zasi
ę
gu wpływów dynamicznych pocho-
dz
ą
cych z tych
ź
ródeł oraz okre
ś
lenie sposobów zabezpieczenia zabudowy przed nadmier-
nym wpływem tych drga
ń
,
b) wst
ę
pne okre
ś
lenie obiektów najbardziej nara
ż
onych na wpływy dynamiczne wywołane
przyszł
ą
eksploatacj
ą
nowej inwestycji, przewidywany poziom tych wpływów oraz propono-
wane w uzasadnionych przypadkach
ś
rodki techniczne maj
ą
ce na celu lokalne obni
ż
enie
tego poziomu,
c) wskazanie obiektów, w których drgania powinny by
ć
monitorowane przez pomiary dynamicz-
ne prowadzone w sposób ci
ą
gły lub przez okresowe pomiary kontrolne.
Niezale
ż
nie od lego, czy nowa inwestycja b
ę
dzie stanowi
ć
w przyszło
ś
ci
ź
ródło drga
ń
, czy
te
ż
nie, bardzo wa
ż
ne (a niestety czasem pomijane) s
ą
wpływy dynamiczne wyst
ę
puj
ą
ce w czasie
budowy. Niektóre urz
ą
dzenia i technologie budowlane mog
ą
by
ć
ź
ródłem znacznych szkodliwych
oddziaływa
ń
na s
ą
siednie budynki, wymieni
ć
tu nale
ż
y m.in. drogowe walce wibracyjne, wbijanie pali
15
fundamentowych w grunt, wibracyjne lub udarowe wbijanie w grunt
ś
cianek szczelnych, wybuchowe
lub udarowe prace wyburzeniowe itd. W razie konieczno
ś
ci ograniczenia poziomu drga
ń
powinny
zosta
ć
okre
ś
lone parametry pracy urz
ą
dze
ń
wywołuj
ą
cych drgania (np. dopuszczalne wysoko
ś
ci
spadania młota kafara, dopuszczalne cz
ę
sto
ś
ci i amplitudy pracy urz
ą
dze
ń
wibracyjnych) oraz od-
legło
ś
ci od zabudowy, w jakich te urz
ą
dzenia mog
ą
pracowa
ć
przy zachowaniu zaleconych pa-
rametrów pracy. Bior
ą
c pod uwag
ę
tymczasowy charakter
ź
ródeł drga
ń
wyst
ę
puj
ą
cych w trakcie bu-
dowy mo
ż
na najcz
ęś
ciej pomin
ąć
wpływ tych drga
ń
na ludzi przebywaj
ą
cych w budynkach, o ile nie
s
ą
to prace prowadzone w godzinach nocnych, tj. od godziny 22 do godziny 6.
4) Projektowany budynek b
ę
dzie podlegał wpływom dynamicznym z projektowanego
ź
ródła drga
ń
W tym przypadku nale
ż
y wykona
ć
prognoz
ę
drga
ń
, przy czym podstaw
ą
prognozy powinny
by
ć
pomiary wykonane w istniej
ą
cym, podobnym (pod wzgl
ę
dem konstrukcji, usytuowania wzgl
ę
dem
ź
ródła drga
ń
, warunków posadowienia itp.) do projektowanego budynku, który jest poddany wpły-
wom dynamicznym z podobnego do projektowanego
ź
ródła drga
ń
.
16
S
PEKTRUM ODPOWIEDZI
.
Spektrum odpowiedzi zawiera informacje o wymuszeniu kinematycznym. Jest to funkcja
podaj
ą
ca maksymalne warto
ś
ci bezwzgl
ę
dne odpowiedzi oscylatorów na wymuszenie kinema-
tyczne w zale
ż
no
ś
ci od okresów drga
ń
własnych oscylatorów przy zało
ż
onej warto
ś
ci tłumienia.
Rozró
ż
nia si
ę
spektrum przemieszczeniowe /S
d
/, pr
ę
dko
ś
ciowe /S
v
/ i przyspieszeniowe
/S
a
/. Wyra
ż
aj
ą
one odpowied
ź
oscylatora odpowiednio w przemieszczeniach i pr
ę
dko
ś
ciach
wzgl
ę
dnych oraz w przyspieszeniach bezwzgl
ę
dnych.
Zale
ż
no
ś
ci mi
ę
dzy spektrami:
!
"
#
!
"
$%
%
&'( )
*
- zapis EC8
Punktem wyj
ś
cia dla idei spektrum odpowiedzi jest przyj
ę
cie modelu obiektu w postaci
oscylatora, którego drgania s
ą
wymuszone ruchami podło
ż
a. Dla konkretnej warto
ś
ci
w
/przy
ustalonym D/ oblicza si
ę
przemieszczenie wzgl
ę
dne oscylatora y/t/, wyznaczaj
ą
c jego ekstre-
mum. Absolutna warto
ść
tego ekstremum nazywana jest przemieszczeniem spektralnym. Przy
wykorzystaniu rachunku ró
ż
niczkowego mo
ż
na obliczy
ć
warto
ść
wzgl
ę
dnej pr
ę
dko
ś
ci oraz
bezwzgl
ę
dnego przyspieszenia oscylatora. Wyznaczane w ten sposób warto
ś
ci pr
ę
dko
ś
ci spek-
tralnej oraz przyspieszenia spektralnego daj
ą
w efekcie odpowiednio pr
ę
dko
ś
ciowe oraz bez-
wzgl
ę
dne przyspieszeniowe spektrum odpowiedzi.
17
S
POSOBY OGRANICZENIA WPŁYWÓW DYNAMICZNYCH
.
Je
ż
eli rozwa
ż
any budynek znajduje si
ę
w zasi
ę
gu znacznych oddziaływa
ń
dynamicznych, to
nale
ż
y d
ąż
y
ć
do ograniczenia tych oddziaływa
ń
. Podstawowym i najbardziej skutecznym sposo-
bem jest ograniczenie emisji w
ź
ródle drga
ń
:
•
regulacja parametrów pracy
ź
ródła drga
ń
, np. cz
ę
stotliwo
ś
ci pracy walca wibracyjnego czy
młota wibracyjnego, wysoko
ś
ci spadania młota kafara, wielko
ś
ci ładunku wybuchowego,
pr
ę
dko
ś
ci pojazdów itp.,
•
utrzymywanie wła
ś
ciwego stanu technicznego
ź
ródła drga
ń
(zlikwidowanie nierówno
ś
ci
jezdni, reprofilacja kół itd.),
•
wprowadzenie wibroizolacji w
ź
ródle drga
ń
(w konstrukcji pojazdów, w poł
ą
czeniu szyny z
podtorzem, pomi
ę
dzy podtorzem a podbudow
ą
torowiska) -rys. 36 i 37.
Drug
ą
mo
ż
liwo
ś
ci
ą
jest ograniczenie propagacji drga
ń
poprzez wprowadzenie przegrody wi-
broizolacyjnej pomi
ę
dzy
ź
ródłem drga
ń
a budynkiem . Przegroda taka musi by
ć
dobrana do charak-
teru izolowanych drga
ń
pod wzgl
ę
dem jej konstrukcji (cech materiału), wymiarów i usytuowania
wzgl
ę
dem
ź
ródła drga
ń
i chronionego obiektu.
Trzecia grupa zabezpiecze
ń
dotyczy budynku, szczególnie takiego, który ma by
ć
dopiero bu-
dowany. Mo
ż
liwe jest wprowadzenie wibroizolacji pomi
ę
dzy pod ło
ż
em lub fundamentami a
konstrukcj
ą
budynku. Je
ż
eli przewiduje si
ę
niewielkie przekroczenia progów komfortu w zakre-
sie wpływu drga
ń
na ludzi, to mo
ż
liwe jest zmniejszenie tego wpływu poprzez wprowadzenie war-
stwy wibroizolacyjnej w konstrukcji tzw. podłogi pływaj
ą
cej, a tak
ż
e poprzez zastosowanie wykładzin
podłogowych o odpowiednio dobranych wła
ś
ciwo
ś
ciach.
We wszystkich omawianych tu sytuacjach uprowadzenie wibroizolacji powinno by
ć
poprze-
dzone obliczeniami dynamicznymi (symulacj
ą
numeryczn
ą
) potwierdzaj
ą
cymi skuteczno
ść
wy-
branego wariantu wibroizolacji. Podstaw
ą
oblicze
ń
symulacyjnych s
ą
dane materiałowe dostar-
czone przez producenta materiału wibroizolacyjnego, a obejmuj
ą
ce m.in. warto
ś
ci modułu od-
kształcenia podłu
ż
nego (moduł Younga) i tłumienia drga
ń
w poszczególnych pasmach cz
ę
-
stotliwo
ś
ci. Dobieraj
ą
c wibroizolacj
ę
nale
ż
y zwróci
ć
uwag
ę
na jej skuteczno
ść
w niskich pasmach
cz
ę
stotliwo
ś
ci od 1 do ok. 30 Hz. Jest to szczególnie istotne ze wzgl
ę
du na wpływ drga
ń
nisko-
cz
ę
stotliwo
ś
ciowych na budynki oraz wyst
ę
puj
ą
ce na ogół trudno
ś
ci z wytłumieniem tych drga
ń
.
Z reguły w wy
ż
szych pasmach cz
ę
stotliwo
ś
ci wytłumienie drga
ń
jest łatwiejsze i bardziej sku-
teczne, st
ą
d informacje handlowe cz
ę
sto dotycz
ą
głównie tego zakresu cz
ę
stotliwo
ś
ci. Istotna
jest tak
ż
e informacja na temat starzenia si
ę
materiału wibroizolacyjnego, tj. w jakim stopniu
zmieniaj
ą
si
ę
jego wła
ś
ciwo
ś
ci w czasie.
Konieczno
ść
wykonania oblicze
ń
(lub bada
ń
do
ś
wiadczalnych) potwierdzaj
ą
cych skutecz-
no
ść
wibroizolacji w przypadku konkretnego jej zastosowania wynika m.in. z faktu,
ż
e przewidywa-
nia co do tej skuteczno
ś
ci przekraczaj
ą
mo
ż
liwo
ś
ci intuicyjnej oceny. Na podstawie odczu
ć
aku-
stycznych panuje np. przekonanie,
ż
e im mniej sztywna (bardziej „mi
ę
kka") wibroizolacja, tym wi
ę
k-
sza jej skuteczno
ść
, tymczasem w okre
ś
lonych rozwi
ą
zaniach mo
ż
e ona gorzej spełnia
ć
swoj
ą
rol
ę
od materiału o wi
ę
kszej sztywno
ś
ci. W skrajnych przypadkach
ź
le zaprojektowana wibroizolacja
mo
ż
e by
ć
nieskuteczna lub nawet powodowa
ć
wzrost poziomu wpływów dynamicznych w sto-
18
sunku do sytuacji sprzed wprowadzenia wibroizolacji. Niekiedy istotne jest tak
ż
e sprawdzenie,
jakie zmiany mog
ą
zaj
ść
w samym
ź
ródle drga
ń
po wprowadzeniu wibroizolacji (np. czy nie wzrosn
ą
nadmiernie wychylenia wagonów poruszaj
ą
cych si
ę
po torze z wibroizolacj
ą
).