Pomiary drgań i wibracji budynków – jak i w jakim celu przeprowadzać monitoring i diagnostykę drgań obiektów budowlanych?

Normatywne pomiary drgań budynków - monitoring i diagnostyka wg norm PN-B-02171 i PN-B-02170

Normy, powołane w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dn. 12 kwietnia 2002r, wraz z późniejszymi zmianami, obejmują dwie zasadnicze kwestie: pomiary drgań oddziałujących na ludzi oraz ocenę wpływu drgań przekazywanych na konstrukcje budynków. Pierwszy rodzaj pomiarów opisuje norma PN-B-02171:2017 pt. „Ocena wpływu drgań na ludzi w budynkach”, zaś drugi typ pomiarów określa norma PN-B-02170:2016 „Ocena szkodliwości drgań przekazywanych przez podłoże na budynki”. Oba te dokumenty, poza obiektem podlegającym ocenie wpływu wibracji i celem wykonywania badań, różnią się nieco sposobem przeprowadzania pomiaru oraz analizy otrzymanych wyników.

Kiedy i w jakim celu przeprowadzamy pomiary drgań?

PN-B-02171

Pierwszy typ pomiarów, zgodny z normą PN-B-02171:2017, wykonywany jest w przypadku obawy, że drgania odbierane biernie przez ludzi w budynkach, wpływają na nich niekorzystnie. Sytuacja taka zachodzi w przypadku, gdy np. budynek znajduje się blisko źródła drgań komunikacyjnych, takich, jak linia kolejowa, czy metro lub generowane są drgania przez urządzenia techniczne, np. maszyny przemysłowe w obrębie budynku. W obu tych przypadkach należy wykonać badania oddziaływania drgań na ludzi. Tego typu pomiary przeprowadzamy w istniejących już obiektach, narażonych na wpływ drgań pochodzących z istniejących źródeł, ale także na etapie planowania nowej inwestycji budowlanej lub nowego źródła drgań, wykorzystując do tego analizę MES budynku.

PN-B-02170

Drugi typ pomiarów drgań i wibracji budynków przeprowadzany jest zgodnie z normą PN-B-02170:2016. Takie badania wykonujemy w celu zweryfikowania, czy źródło drgań, na które narażony jest obiekt, nie wpływa negatywnie na jego konstrukcję lub urządzenia znajdujące się w jego wnętrzu. Źródło wibracji może znajdować się w obrębie obiektu lub poza nim. W przypadku istniejącego budynku i źródła drgań, do oceny wpływu wibracji na konstrukcję, o ile spełnione są konkretne warunki, można wykorzystywać skale SWD I oraz SWD II. Pierwsza z nich odnosi się do budynków o zwartym kształcie, niewielkich wymiarach i wysokości, druga natomiast do budynków nie wyższych niż pięć kondygnacji nadziemnych lub niższych, które nie spełniają warunków dla skali SWD I. Przeprowadzenie badań możliwe jest także na etapie projektowania nowego źródła drgań, które może oddziaływać na istniejącą zabudowę lub przy planowaniu nieistniejącej jeszcze inwestycji, umiejscowionym w obszarze narażonym na oddziaływanie wibracji z planowanych lub eksploatowanych już źródeł drgań. W przypadku budynków nieistniejących oraz niemieszczących się w wymaganiach dla skal SWD, konieczne jest przeprowadzenie analizy dynamicznej MES.

Wymagania sprzętowe do pomiaru drgań i wibracji

Nasza firma posiada wysokiej jakości przyrządy do pomiaru drgań budynków. Sprzęt ten spełnia wymagania norm PN-B-2171:2017 oraz PN-B-02170:2016 oraz posiada aktualne świadectwo wzorcowania miernika i czujnika przyspieszeń. Na wyposażeniu firmy posiadamy:

• miernik drgań i poziomu dźwięku SVANTEK SVAN 958 oraz SVAN 958A
• trójosiowe akcelerometry Dytran 3323A,
• talerz pomiarowy do pomiaru oddziaływania drgań na ludzi,
• podstawę krzyżakową do pomiaru drgań w gruncie.

Procedury pomiaru drgań i wibracji

Zależnie od wybranego sposobu analizy i oceny oddziaływania wibracji, mierzoną wartością może być zmiana w czasie takich parametrów jak prędkości, przyspieszenia lub przemieszczenia drgań. W przypadku oceny oddziaływania drgań na ludzi, wg normy PN-B 02171:2017, pomiar wykonuje się w pomieszczeniu przeznaczonym do przebywania ludzi, w punktach, gdzie drgania przenoszą się z konstrukcji na człowieka. Na stropie, w miejscu najbardziej niekorzystnego oddziaływania wibracji na człowieka, ustawiany jest specjalny dysk pomiarowy, którego średnica wynosi około 30 cm, a waga 30 kg. Akcelerometr jest przytwierdzany bezpośrednio do dysku i rejestruje przebieg drgań w dziedzinie czasu.

Rys. 1 Czujnik drgań przytwierdzony do talerza pomiarowego podczas pomiarów oddziaływania drgań na ludzi

Ustalenie punktu pomiarowego i rozmieszczenie czujników do pomiaru drgań oddziałujących na konstrukcję budynku, wg norm PN-B-02170:2016, jest nieco inne i zależy od stosowanej metody oceny. W przypadku wyznaczania poziomych sił bezwładności działających na budynek, osie x i y akcelerometru należy umieścić w poziomach stropów, w sztywnych węzłach konstrukcji, od strony źródła drgań. Do oceny przy wykorzystaniu skal SWD, akcelerometr umiejscowić trzeba również od strony źródła, w sztywnym węźle konstrukcji na fundamencie lub na ścianie kondygnacji podziemnej, w poziomie otaczającego terenu. Dla tych dwóch metod czujnik rejestrujący drgania należy przytwierdzić bezpośrednio do konstrukcji budynku. Inaczej jest w przypadku oceny wymuszenia kinematycznego na obiekt budowlany, który jest na etapie projektu. Wówczas do wykonania pomiaru należy wykorzystać specjalny krzyżak, który wbijany jest na około 30 cm w grunt, gdzie znajdować się będzie w przyszłości inwestycja, a następnie do krzyżaka przykręcany jest akcelerometr.

Rys. 2 Czujnik drgań przytwierdzony do talerza pomiarowego podczas pomiarów oddziaływania drgań na ludzi

Analiza MES na podstawie wyników pomiarów drgań obiektów budowlanych

W naszej ofercie można znaleźć również analizę dynamiczną budynku, bazującą na analizie modalnej modelu planowanej inwestycji przy wykorzystaniu metody elementów skończonych (MES). Współpracujemy ze specjalistami z dziedziny inżynierii budownictwa, którzy wykonują dokładne obliczenia sił i momentów na planowanej konstrukcji oraz przyspieszenia drgań oddziałujących na osoby przebywające wewnątrz budynku. Wykorzystują oni do tego wyniki przeprowadzonych przez nas pomiarów drgań w postaci wyselekcjonowanych, najbardziej niekorzystnych zdarzeń. W zależności od rodzaju źródła, mogą to być m.in. najbardziej intensywne przejazdy pociągu, tramwaju, metra czy pojazdu ciężarowego po nawierzchni o bardzo złym stanie.

Na podstawie analizy modalnej oraz wyników wykonanych przez nas pomiarów drgań wybierane są najbardziej niekorzystne warianty obciążeń dynamicznych budynku, na których podstawie których konstruktor odpowiadający za dany obiekt budowlany powinien sprawdzić, czy mają one istotny wpływ na konstrukcję. W zależności od tego jaki jest wynik obliczeń, analiza dynamiczna może zostać zakończona lub konieczne będzie wprowadzenie zmian w konstrukcji budynku, aby zapobiec negatywnemu wpływowi wibracji na konstrukcję lub ludzi przebywających wewnątrz.

Rys. 2 Model jednej z inwestycji, w ramach której została wykonana analiza dynamiczna budynku

Kiedy należy wykonać analizę dynamiczną budynku?

Analizę dynamiczną budynku należy przeprowadzić w następujących przypadkach:

• gdy budynek istnieje, ale nie istnieje jeszcze istotne źródło drgań, którego powstanie jest planowane w jego pobliżu,
• gdy budynek ten nie istnieje, ale istnieje istotne źródło drgań w pobliżu planowanej inwestycji,
• gdy zarówno budynek jak i istotne źródło drgań istnieją, lecz nie spełnia on warunków wymaganych do wykorzystania skali SWD do oceny oddziaływania drgań na konstrukcję.

Nienormatywne pomiary drgań i wibracji dla ścian i stropów

Poza pomiarami zgodnymi z normami wyżej wymienionymi, w naszej ofercie znajdują się również badania nienormatywne, czyli wg nieobowiązujących prawnie procedur, które określają poziom przenoszenia się dźwięku w obrębie budynku, z wykorzystaniem pomiarów drgań. W tym celu stosujemy specjalne pomiary prędkości drgań przegród, na podstawie których możemy obliczyć poziom ciśnienia akustycznego promieniowanego przez daną przegrodę. Daje nam to możliwość dokładnego obliczenia wpływu zastosowanej izolacji na każdej z przegród, na wypadkową izolacyjność akustyczną i poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu przylegającym do źródła hałasu. Pomiary takie wykonuje się zazwyczaj jako pomiar dodatkowy przy pomiarach izolacyjności na dźwięki powietrzne i uderzeniowe.

Badania drgań obiektów budowlanych - podsumowanie

W naszej firmie zajmujemy się pomiarami drgań budynków od różnych źródeł. Wykonujemy pomiary i analizę drgań m. in. w następujących przypadkach:

•  silne oddziaływanie drgań komunikacyjnych (tramwaje, ciężkie pojazdy, pociągi) na budynek,
• pomiar drgań pochodzący od maszyn przemysłowych znajdujących się w tym samym lub sąsiednim budynku,
• wstępna faza projektowa budynku, wykonanie badań drgań gruntu w ramach operatu wibroakustycznego,
• określenie wpływu drgań placu budowy na konstrukcję budynku, np. przy wbijaniu ścian szczelnych.

W przypadku zainteresowania badaniami drgań, skontaktuj się z nami, a nasz specjalista udzieli Ci bezpłatnej konsultacji i pomoże ustalić, jakie usługi spełnią Twoje potrzeby.