Laboratorium Drgań Budowli

Jak badać drgania i ograniczać ich negatywne skutki

Prace przy tłumikach dynamicznych komina Elektrociepłowni Mielec. Fot.: Archiwum Laboratorium Drgań Budowli

Politechnika Krakowska posiada wiele unikatowych placówek badawczych, których zakres działania, choć specjalistyczny, ma istotny wpływ na życie zwykłych ludzi.
Przykładem jest Laboratorium Drgań Budowli. W nazwie laboratorium są wprawdzie drgania budowli, jednak badania wykraczają poza konstrukcję i dotyczą także źródeł drgań oraz ich wpływu na użytkowników budynków.

Laboratorium Drgań Budowli specjalizuje się w badaniach obiektów budowlanych i konstrukcji, których cechą cha­rakterystyczną są niskie podstawowe częstotliwości drgań własnych — nieprzekraczające 100 Hz. Umowne ograniczenie do 100 Hz wynika z prostej zasady fizycznej: im niższa częstotliwość fali, tym większą energię ze sobą niesie. W związku z tym istotne są sygnały niskoczęstotliwościowe, bo to one są w stanie wzbudzić do drgań budowle, budynki, a przy tym mają daleki zasięg.

Ważną częścią działalności Laboratorium są pomiary, które stanowią bazę dalszych prac. Pomiary mogą być jednorazowe, ale też — wykonywane w sposób ciągły, kiedy istotne jest monitorowanie na bieżąco źródeł drgań. Na podstawie pomiarów można prognozować wpływy dynamiczne na obiekty istniejące, ale i projektowane. Pozwala to przygotować działania ochronne, ważne zwłaszcza dla ludzi przebywających w tych obiektach bądź urządzeń wrażliwych na wibracje.

Laboratorium z historią

Kierownik Laboratorium Drgań Budowli dr inż. Piotr Stecz przypomina:

— W zasadzie nasza jednostka jest najstarszą tego typu w Polsce. Powstała w latach pięćdziesiątych, źródła podają 1956 r., jako jedno z pierwszych takich laboratoriów, na potrzeby świeżo utworzonej Politechniki Krakowskiej. Twórcami laboratorium byli śp. prof. Roman Ciesielski oraz Mieczysław Pieronek, pierwszy kierownik. Laboratorium ma długą historię i jest unikatową placówką w Polsce. Nie wynika to jednak tylko z dokładności pomiarów, gdyż te są zadane przez określone w normach zakresy dokładności.

Laboratorium na Politechnice Krakowskiej jest postrzegane w kraju jako jednostka wiodąca, stale się rozwija, a akredytacja Polskiego Centrum Akredytacji (PCA) jest gwarancją najwyższej jakości badań. Ich wiarygodność potwierdzają liczne powołania do wykonania ekspertyz sądowych oraz badań wymaganych prawem.

Na pytanie o poziom sprzętu wykorzystywanego przez Laboratorium Drgań Budowli jego kierownik odpowiada:

— Posługujemy się takim samym sprzętem jak Boeing czy NASA. Stosujemy czujniki najwyższej światowej klasy. Dysponujemy sprzętem, który jest wykorzystywany w badaniach w najlepszych laboratoriach na świecie czy w branży auto­motive: w firmach takich jak BMW, Mercedes czy w koncernie Stellantis. Bada się tam NVH, czyli Noice, Vibration, Harshness, można to przetłumaczyć jako komfort drganiowy i hałasowy. Posługujemy się podobnym sprzętem, ale ze wskazaniem na czujniki, które są o dużo większej czułości. Są to najczulsze czujniki obecnie produkowane na świecie. Czułość na poziomie 10 V/g sytuuje nasz sprzęt w klasie czujników sejsmicznych. Rejestrują one sygnały niskoczęstotliwościowe w zakresie od umownego zera (w praktyce są to ułamki herca) do 100 Hz.

W badaniach prowadzonych przez Laboratorium wykorzystywane są najwyższej klasy czujniki. Fot.: Jan Zych
W badaniach prowadzonych przez Laboratorium wykorzystywane są najwyższej klasy czujniki. Fot.: Jan Zych

Czym są drgania parasejsmiczne?

Drgania wzbudzone zewnętrznym lub wewnętrznym źródłem mogą mieć niszczący wpływ na konstrukcje, a przeno­sząc się na użytkowników budynków, mogą wpływać negatywnie na ich samopoczucie lub zdrowie. Ze względu na rosnącą liczbę źródeł drgań na terenie gęsto zaludnionych obszarów skala problemu będzie rosła. Kierownik Laboratorium Drgań Budowli Piotr Stecz wyjaśnia:

Zajmujemy się wpływem drgań, ich oddziaływaniem w sposób bierny na ludzi. Nie obejmujemy swoim zakresem działań związanych z pracą maszyn typu koparki, wszelkiego typu młoty wibracyjne itp., urządzenia, które obsługują ludzie. Zajmujemy się oceną wpływu drgań na ludzi lub na konstrukcje — drgań, które pochodzą z różnego typu źródeł. My je nazywamy „parasejsmicznymi” — taki termin ukuł śp. prof. Roman Ciesielski — senator pierwszej kadencji, rektor PK. Te drgania są wprawdzie wytwarzane przez człowieka, ale człowiek, który je odbie­ra, nie ma na nie wpływu — przyjmuje je w sposób bierny. To podstawowa różnica.

Drgania, określone jako „parasejsmiczne”, mogą mieć różne źródła. Przede wszystkim są to drgania pochodzenia komunikacyjnego, wywołane transportem szynowym lub drogowym. Mogą to też być skutki prac budowlanych lub górniczych. Źródła drgań można więc bardzo ogólnie podzielić na związane z etapem budowy lub wynikające z eksploatacji.

Efekty uboczne etapu budowy

Drgania pochodzące z placu budowy mogą być efektem ubocznym różnych prac. Mogą powstawać w wyniku działa­nia urządzeń zagęszczających grunt metodami wibracyjnymi, zagłębiania ścianek Larssena czy podczas pracy tarczy drążącej przy wielkich inwestycjach infrastrukturalnych. Powstałe w ten sposób drgania mogą wpływać na konstruk­cję pobliskich budynków, które w szczególnych przypadkach mogą wymagać ochrony, by nie uległy zniszczeniu. Oczywiście, ważne jest też zapewnienie okolicznym mieszkańcom oraz pracownikom bezpiecznych warunków. W zakresie terenowych badań Laboratorium jest nadzór nad pracami budowlanymi, aby nie przekroczono norm na żadnym etapie.

Ekspertyza wiaduktu nad ulicą Grzegórzecką w Krakowie. Fot.: Archiwum Laboratorium Drgań Budowli
Ekspertyza wiaduktu nad ulicą Grzegórzecką w Krakowie. Fot.: Archiwum Laboratorium Drgań Budowli

Przykładem działań ochronnych na etapie budowy jest monitorowanie przez Laboratorium budowy tunelu kolejowego w Łodzi. Tunel ten, większy od tunelów metra, powstaje za pomocą maszyny drążącej TBM. Jej ciągła praca powoduje wibracje, których charakter zmienia się m.in. w zależności od napotkanych warunków geologicz­nych. Wymaga to więc stałego monitorowania najbliższego otoczenia tarczy. Specjaliści Laboratorium Drgań Budowli badają drgania w kilku obiektach naraz — może być ich nawet dziewięć. System pomiarów został nieformalnie nazwany „monitoringiem kroczącym”, gdyż stanowiska pomiarowe podążają, wraz postępem prac, za tarczą. Podczas pomiarów oceniane jest ryzyko powstania negatywnych efektów dynamicznych dla budynków. Uruchomiony jest też system powiadomień dla sztabu ludzi, którzy w razie potrzeby otrzymają ostrzegawcze SMS-y lub e-maile. Jest również stały dostęp do całej bazy pomiarów, dzięki czemu można sprawdzić, czy ewentualne alarmy są wywoływane pracą maszyny TBM czy też powstały nie­zależnie od niej, na przykład na skutek przypadkowego uderzenia tuż obok czujnika. Jest to bardzo ważne, gdyż procesu działania tarczy nie da się zatrzymać. Można jedynie modyfikować parametry jej pracy: prędkość, nacisk itd. Służy do tego specjalna procedura, która pozwala na minimalizowanie negatywnych wpływów dynamicznych.

Drgania pochodzące z eksploatacji

Drgania związane z eksploatacją mogą być związane z eksploatacją danego obiektu lub mieć źródło w jego otoczeniu. Przykładem źródła drgań eksploatacyjnych może być linia kolejowa, linia metra czy tramwajowa. Może być to także kopalnia lub kamieniołom, których eksploatacja wiąże się z tąpnięciami czy wstrząsami od detonacji. Nie zawsze można mieć więc wpływ na powstawanie drgań, ale podczas projektowania budowli można ograniczyć ich nega­tywne skutki. W tym celu wykonuje się prognozę dla etapu eksploatacji przez pomiary na gruncie (w miejscu planowanej inwestycji) — w trakcie projektowania metodami MES można sprawdzić, czy drgania będą się przenosić na konstrukcję czy też nie. Na tym etapie biura projektowe często mają jeszcze możliwość modyfikacji konstrukcji, np. zmiany przekroju niektórych elementów. Celem zmian jest odstrojenie się od tych częstotliwości rezonansowych, które w przyszłości mogą być kłopotliwe, powodując np. negatywne odczucia dynamiczne.

Następny etap powinny stanowić badania porealizacyjne. Sprawdza się wtedy, czy to, co zostało zbudowane, spełnia wymagania projektowe. Diagnostyka etapu eksploatacji obejmuje pomiar drgań w odniesieniu do wpływu na konstrukcję i ich ocenę w odniesieniu do ludzi przebywających w budynkach już istniejących. Dr inż. Piotr Stecz podaje przykład diagnostyki:

Mamy zgłoszenie, że gdzieś bardzo drga budynek, bo przejeżdżają tramwaje. My jedziemy na miejsce i realizujemy badania. Potem następuje analiza wyników i ocena, której celem jest określenie, czy ten wpływ jest przekroczony czy nie. Czasem ludzie są bardzo wyczuleni, a norma jest jednak pewnym uśrednieniem. W związku z tym pomiary nie zawsze potwierdzają jej przekroczenie. Niekiedy bywa też tak, że ludzie narażeni na wpływ drgań przez dłuższy czas, przyzwyczajają się do nich, mimo że są przekraczane normy.

Jak powstały normy drgań?

Godne uwagi jest to, że Laboratorium Drgań Budowli ma swój wkład w powstanie pierwszej i kolejnych wersji normy dotyczącej wpływu drgań na ludzi w budynkach oraz wpływu drgań przekazywanych przez grunt na konstrukcje. Normy te są rozwijane i aktualizowane przez Labora­torium od wielu lat. Wyznaczają one maksymalny dopusz­czalny poziom drgań, który nie powinien być przekroczony w budynkach o określonym przeznaczeniu i w pewnych porach dnia. Dodatkowe różnice wynikają także z odczuwania drgań w zależności od pozycji — inne są w pozycji stojącej, siedzącej, a zupełnie inne w leżącej. Normy szczegółowo wyliczają i określają, czy dane drgania przekroczą dopuszczalny poziom w biurach, mieszkaniach, szpitalach, zakładach pracy. Można to obliczyć na podstawie próbek pomiarowych. Warto dodać, że Laboratorium dysponuje największą w Europie Środkowej bazą pomiarów pochodzącą z badań ponad 1000 różnych obiektów.

Zanim postawi się więc budynek gdzieś przy linii metra czy linii kolejowej, aby uniknąć przekroczenia norm, należy przestrzegać harmonogramu postępowania, ustalonego dzięki działaniom Laboratorium. Stało się to niezbędne ze względu na liczne skargi na wysoki poziom drgań; skargi wpływające od mieszkańców nowych budynków, które powstały w pobliżu takich tras. Przed kolejnymi zabezpieczo­no się w sposób prawny — w uchwale Rady Miasta Warszawy i przepisach PKP są zapisy, mówiące, że jeżeli ktoś chce postawić budynek w sąsiedztwie obszaru kolejowego, obligatoryjnie wykonuje badania oceny wpływu drgań i hałasu na projektowaną inwestycję.

Działa to też w drugą stronę. Jeżeli buduje się linię metra, to należy uwzględnić w niej analizę-prognozę wpływu drgań od eksploatacji (co wynika z zapisów ustawy „Prawo ochrony środowiska”). Poprzez takie prognozy można wpływać na to, jak źródło drgań będzie się zachowywać. Jeżeli jest planowana linia tramwajowa, metra czy kolejowa albo droga, można na tym etapie określić parametry, które powinna spełniać. W projekcie można wprowadzić wtedy modyfikacje np. w postaci zastosowania skutecznej wibroizolacji. Należy zwrócić uwagę na to, że nie każda wibroizolacja jest remedium na minimalizowanie drgań.

Badania drgań i ich wpływu są obowiązkowe w wielu dziedzinach, ale inżynierowie, zwłaszcza na budowach, nie zawsze mają tego świadomość.
Ustawa „Prawo o ochronie środowiska” z 2001 r. mówi wyraźnie w art. 147a, że do wielu tego typu badań, które mają istotny wpływ na otoczenie, powinno być wykorzystywane laboratorium z akredytacją w rozumieniu PCA. Z art. 6 wynika, że inwestor lub wykonawca (kierownik budowy), podejmując prace budowlane (w tym roboty drogowe), mogące generować drgania, które wpływają na sąsiednią zabudowę, powinien zapobiegać temu oddziaływaniu. I nawet jeżeli wydaje mu się, że tego wpływu nie ma lub nie będzie, to powinien to sprawdzić.

Dr inż. Piotr Stecz wyjaśnia:

— Można to porównać do doboru opon, które muszą być przecież dostosowane do rozmiarów felg, przeznaczenia pojazdu, uzyskiwanych prędkości, obciążeń, rodzaju nawierzchni czy pory roku. Jeśli opony nie będą zgodne z tymi wymaganiami, nie będą dobrze działać. Podobnie jest z wibroizolacją, nie ma uniwersalnego środka na wszystko. Mamy na to twarde dowody, w postaci kosztownych remontów ulic; remontów, w trakcie których użyto nieodpowiedniej wibroizolacji w odniesieniu do funkcjonującego tam taboru tramwajowego. W rezultacie zastosowana wibroizolacja okazała się nieskuteczna, pomimo swej obiektywnie wysokiej jakości i idącej za tym wysokiej ceny. Przyczyną było to, że wierzono, iż sprawdzone w innej lokalizacji rozwiązania będą również dobre w naszych warunkach. Zabrakło indywidualnego doboru wibroizolacji do danej lokalizacji, gdzie panują inne warunki gruntowe, inne są konstrukcje kamienic. Niepokojące jest, że w Krakowie rzadko korzysta się z naszej wiedzy i używa się wyłącznie katalogów, które nie uwzględniają lokalnej spe­cyfiki. Efektem są przekroczenia progu odczuwalności drgań — i to zaraz po remoncie. Na naprawę takich zaniedbań trzeba czekać kolejne dwadzieścia lat, do następnego remontu.

Prace przy transporcie szynowym

Praktycznie od samego początku Laboratorium brało udział w pracach przy metrze warszawskim. Rozpoczęły się one w 1986 r., jeszcze przed uruchomieniem metra. Specjaliści z Politechniki Krakowskiej jeździli za granicę, by robić tam pomiary i sprawdzali, jak metro powinno być wykonane, uczyli się od kolegów z innych uczelni. W zespole pod kierownictwem prof. Ciesielskiego najpierw dr Blarowski, potem prof. Stypuła (prowadził te prace praktycznie do swojej śmierci w 2020 r.) wykonali bardzo dużo prac: na całym odcinku bielańskim zaprojektowano wibroizolację, zapewniając ludziom komfort drganiowy oraz całą drugą linię metra. Obecnie z ramienia WIL pracami kieruje prof. Tatara, kierownik Katedry Mechaniki Budowli i Materiałów; katedry, z którą Laboratorium Drgań Budowli współpracuje na wielu polach. Dziełem specjalistów z Politechniki Krakowskiej jest też system ciągłego monitorowania drgań.

Innym ważnym działaniem Laboratorium, służącym roz­wojowi transportu w Polsce, jest praca przy Centralnej Magistrali Kolejowej (CMK). Na kilkudziesięciu obiektach na linii od Zawiercia do Grodziska Mazowieckiego wykonane zostały spektakularne pomiary. Miały one na celu określenie wpływu drgań i ewentualnych skutków podniesienia prędkości przejazdowej do 250 km/h. Jest to istotne z punktu widzenia komfortu podróżowania i skrócenia czasu podróży. W 2013 r. Laboratorium uczestniczyło także w badaniach wchodzącego do eksploatacji nowego taboru pasażerskiego dla PKP Intercity. Przy okazji testów prędkości maksymalnej pociągu Pendolino badano towarzyszące szybkim przejazdom drgania eksploatacyjne.

Badania homologacyjne zespołu trakcyjnego Pendolino. Fot.: Archiwum Laboratorium Drgań Budowli
Badania homologacyjne zespołu trakcyjnego Pendolino. Fot.: Archiwum Laboratorium Drgań Budowli

Laboratorium uczestniczyło również w wielu pracach związanych z projektem wibroizolacji Dworca Głównego w Krakowie, linii kolejowej Łódź — Skierniewice, linii tramwajowej od ronda Mogilskiego do placu Centralnego w Krakowie, wiaduktu na linii E30 czy też nieistniejącego zabytkowego wiaduktu nad ulicą Grzegórzecką. Wykonano prace związane z pomiarami i projektem wibroizolacji dla PKP PLK na północy kraju (Kartuzy) oraz wiele pomiarów i analiz dla Tramwajów Warszawskich czy MPK w Poznaniu.

Pomiary drgań komunikacyjnych na trasie CMK Grodzisk Mazowiecki — Zawiercie. Fot.: Archiwum Laboratorium Drgań Budowli
Pomiary drgań komunikacyjnych na trasie CMK Grodzisk Mazowiecki — Zawiercie. Fot.: Archiwum Laboratorium Drgań Budowli

Poważny przypadek metrologiczny

W 2022 r. Laboratorium uczestniczyło w pracach przy powstawaniu nowego laboratorium Głównego Urzędu Miar w Kielcach. Była to ważna inwestycja, w ramach której budowano kompleks laboratoriów wzorcujących. Zadanie utrudniał fakt, że Kielce są otoczone czynnymi kamieniołomami. Aby zbadać wpływ prac strzałowych, należało zsynchronizować z nimi pomiary drgań. Wymagany był więc stały kontakt z poszczególnymi kamieniołomami, aby uprzedzały o terminie odstrzałów, których skutki należało uwzględnić w pomiarach. Projekt był o tyle trudny, że musiały powstać fundamenty pod aparaturę pomiarową; fundamenty, które będą niewrażliwe na wszystkie wpływy dynamiczne, związane również z przejazdami pojazdów po kampusie. Przy mniej wyśrubowanych wymaganiach ludzie pracujący w laboratorium nie odczuwaliby wprawdzie żadnego wpływu drgań, ale mikroskop elektronowy odbierałby jeszcze spore zakłócenia, co uniemożliwiałoby korzystanie z niego. Realizacja pomiarów została podzielona na etapy zgodnie z harmonogramem budowy. Badane były poszczególne etapy konstrukcji pod kątem spełnienia wymagań. Najpierw na wykonanych podstawach fundamentów, a później stopniowo: na wykonywanych fundamentach i na gotowym fundamencie. Udało się spełnić wymagania, chociaż dla niskich częstotliwości reko­mendowane zostały dodatkowe rozwiązania wibroizolacyjne, na które sobie jeszcze nie pozwolono ze względu na koszty.

Badania fundamentów ze względu na wrażliwe urządzenia GUM w Kielcach. Fot.: Archiwum Laboratorium Drgań Budowli
Badania fundamentów ze względu na wrażliwe urządzenia GUM w Kielcach. Fot.: Archiwum Laboratorium Drgań Budowli

Szczególne przypadki badań

Ciekawym przypadkiem była sytuacja na jednej z ulic, wzdłuż której w podziemiu biegło metro. W kamienicy od frontu wykonywano pomiary oceny wpływu drgań na ludzi. Dodatkowym miejscem pomiarów była niska oficyna w podwórku i okazało się, że drgania były tam znacznie większe niż w budynku położonym bliżej źródła drgań. Jak się okazało, za tę anomalię odpowiadały warunki gruntowe w postaci łach piasku po starorzeczu. Są to tzw. grunty wysadzinowe, które jeżeli są uwodnione, to doskonale przenoszą drgania. Zjawisko to można przewidzieć, dysponując dokładnymi mapami geologicznymi, ale w większości przypadków dostępne mapy geologiczne są niedokładne lub nie ma ich w ogóle.

Opisane przypadki drgań związane były z umiejscowie­niem ich źródeł pod powierzchnią ziemi lub na powierzchni. Drgania mogą być jednak wzbudzane znacznie wyżej. Przykładem badań na dużych wysokościach są pomiary kominów wykonane przez Instytut Mechaniki Budowli PK. Konstrukcje kominów są nie tylko wysokie — 60 metrów czy nawet 100 metrów — ale także bardzo smukłe. Przez ową smukłość są łatwo wzbudzane do drgań przez wiatr, a przy silnych porywach może dojść do katastrofy. Taka katastrofa zdarzyła się dwadzieścia lat temu w elektrowni „Pomorzany”, gdzie na skutek źle dobranych naciągów, pod wpływem wiatru runął 80-metrowy stalowy komin. Zapobiec temu można przez instalowanie na kominie tłumików drgań (w tym masowych tłumików dynamicznych). Są to pierścienie, które po odpowiednim dobraniu okresu ich drgań do okresu drgań komina, wygaszają te drgania w przeciwfazie. Pozwala to bardzo szybko tłumić drgania i nie pozwala na ich wzbudzenie, które mogłoby zagrozić stabilności komina. Instytut zajmował się projektowaniem takich tłumików dla kominów na północy Polski. Szczególnym przypadkiem był stalowy komin o wysokości 100 metrów i o średnicy jedynie 2 metrów. Mniej więcej w połowie jego wysokości, na skutek drgań, wyrywały się śruby mocujące konstrukcję. Zastosowano więc tłumik dynamiczny, który obniżył drgania, ale niestety niewystarczająco. Po wielokrotnych, bardzo trudnych pomiarach, ostatecznym rozwiązaniem problemu wady konstrukcyjnej okazało się dołożenie zewnętrznej kratownicy stabilizującej komin.

Wyniki badań budzą emocje

Praca badawcza na dużych wysokościach działa na wyobraźnię. Jeszcze większe emocje może budzić udział w badaniach wysokich obiektów zabytkowych, zapisanych w rejestrze UNESCO, takich jak wieże kościoła Mariackiego. Sprawa zaczęła się od przekazanego przez księdza nie­pokojącego zgłoszenia od strażaków hejnalistów. Skarżyli się oni, że podłoga hejnalicy bardzo się chwieje w momencie uruchamiania dzwonów na dzwonnicy. Należało zbadać drogę propagacji drgań i sprawdzić, czy wywołują jedynie subiektywny niepokój strażaków czy przekraczają normę. Badania polegały na pomiarach drgań w kilku punktach konstrukcji obu wież w trakcie uruchamiania dzwonów w różnych konfiguracjach. Dzwonów jest pięć, mają różne okresy drgań, największy w bazylice Mariackiej jest tzw. Półzygmunt, czyli dzwon masowo równy połowie dzwo­nu Zygmunt. Uruchomione dzwony mogą być w zgodnej fazie, a innym razem — w przeciwfazie. Na skutek zjawiska interferencji fala może się więc wzmacniać, powodując zwiększenie efektu dynamicznego, może się też osłabiać, wygaszając się. Jak wspomina dr inż. Piotr Stecz:

— Ciekawe, że tego efektu nie było, dopóki dzwonnicy wzbudzali dzwony siłą ludzkich mięśni i nie byli w stanie wzbudzić wszystkich dzwonów naraz. Kiedy pojawił się sterowany zdalnie z zakrystii system napędu elektrycznego mocnymi silnikami liniowymi, zjawisko wzmacniania drgań przybra­ło niepokojące rozmiary. Efektem naszych prac było potwierdzenie faktu, że bardzo niska częstotliwość środkowa pasma 1,0 Hz — 1,25 Hz (częstotliwość ta jest odpowiedzialna za zjawisko choroby morskiej) rzeczywiście pojawiła się na podłodze hejnalicy w Krakowie. Strażacy mieli rację. Na skutek naszych działań już nie usłyszymy wszystkich dzwonów bijących jednocześnie — zostały dla nich dobrane odpowied­nie, bezpieczne sekwencje.

Wyzwania przyszłości

Praca Laboratorium Drgań Budowli wiąże się z wieloma wyzwaniami. Niektóre z nich mogą przyczyniać się do rozwiązywania problemów, które dopiero się pojawiają. Przykładem mogą być następstwa badań warszawskiego metra na odcinku Targówek — Zacisze. Znajdująca się na powierzchni bardzo spokojna dzielnica zabudowana jest domkami jednorodzinnymi o mało solidnej i bardzo lekkiej konstrukcji, którą łatwo wzbudzić. O ile pomiar hałasu lub drgań wewnątrz nich nie wykazał przekroczenia wartości norm, o tyle mieszkańcy zgłaszali sporą uciążliwość związaną z tzw. hałasem materiałowym. Powstaje on, gdy drgania przenoszą się na konstrukcję budynków i powodują efekt dudnienia w środku. Dr inż. Piotr Stecz podkreśla: — W Polsce, niestety, nie ma jeszcze normy na to zjawisko, a na świecie są. Nasz zespół podejmuje próby zajęcia się tym problemem, zwłaszcza że opracowywał już inne normy, dlaczego więc nie miałby przygotować kolejnych?

Kierownik Laboratorium pytany o plany na przyszłość mówi:

— Jest kilka pomysłów na patenty, które moglibyśmy zgłosić. Obejmują one rozwiązania, które na pewno pomogłyby naszemu transportowi i ludziom, ochroniłyby w dużej mierze nasz wspólny majątek w postaci np. obiektów mostowych, zagrożonych przeciążonymi samochodami. Chodzi także o progi zwalniające, stawiane w różnych miejscach — jeśli są pokonywane z dużą prędkością, przynoszą więcej szkód niż pożytku.

Atrakcyjne badania drgań

Działalność Laboratorium zazwyczaj nie ma spektakularnej oprawy i nie wiąże się z użyciem efektownych przyrządów lub metod. Podczas przygotowań do kolejnego Festiwalu Nauki na krakowskim rynku powstało więc pytanie, jak przedstawić Laboratorium w atrakcyjnej formie. Dotychczasowe festiwalowe stoisko nie przyciągało uwagi: był tam wzbudnik oraz listwa pobudzana przez niego do drgań, w efekcie można było obserwować zmiany kształtu drgającej listwy w zależności od częstotliwości.

Dr inż. Piotr Stecz wspomina:

— Kiedy przeszedłem się po stoiskach, zauważyłem, że wykonane najmniejszym nakładem sił kolorowe figurki budziły duże zainteresowanie. Jako że odkąd skończyłem trzy lata, jestem modelarzem, wpadłem na pomysł, żebyśmy zrobili makietę małego miasta z odcinkiem torów, którymi przejeżdżałby miniaturowy tramwaj, a pod spodem byłaby uruchomiona miniaturowa linia metra.

Ideą było odwzorowanie prawdziwych metod pomiarowych, stosowanych w trakcie badań drgań eksploatacyjnych. Podczas przejazdu minipojazdów miały być wzbu­dzane drgania, szyny zostały więc odpowiednio nacięte. Dzięki temu przebieg czasowy drgań na makiecie był podobny do rzeczywistych drgań komunikacyjnych. Pod torami zostały zamontowane prawdziwe czujniki podłączone do prawdziwego systemu pomiarowego, który na ekranie za makietą prezentował analizę drgań. Pokazywany był przebieg czasowy i jego analiza tercjowa, wykonywana przez analizator w czasie rzeczywistym.

Makieta ze stanowiskiem pomiarowym prezentowana na Festiwalu Nauki. Fot.: Archiwum Laboratorium Drgań Budowli
Makieta ze stanowiskiem pomiarowym prezentowana na Festiwalu Nauki.
Fot.: Archiwum Laboratorium Drgań Budowli

Dr inż. Piotr Stecz podsumowuje: — Cały zespół pracował nad tą makietą przez trzy miesiące. Dzięki niej osiągnęliśmy tak spektakularny sukces, że w zasadzie na Festiwalu Nauki nie mieliśmy konkurencji. Do naszego stoiska stała kolejka, dzieci się tłoczyły i w ten sposób mogliśmy dotrzeć do szerszego gremium. Poprzez makietę mogliśmy pokazać, co tak naprawdę robimy i czym się zajmujemy.

Zespół Laboratorium Drgań Budowli (od lewej): Piotr Stecz, kierownik; Jarosław Chełmecki, starszy specjalista, zastępca kierownika; Katarzyna Galas, starszy specjalista; Waseem Aldabbik, doktorant; Paweł Jurkiewicz, starszy specjalista naukowo-techniczny. Wszyscy członkowie zespołu są pracownikami Wydziału Inżynierii Lądowej. Fot.: Jan Zych
Zespół Laboratorium Drgań Budowli (od lewej): Piotr Stecz, kierownik; Jarosław Chełmecki, starszy specjalista, zastępca kierownika; Katarzyna Galas, starszy specjalista; Waseem Aldabbik, doktorant; Paweł Jurkiewicz, starszy specjalista naukowo-techniczny. Wszyscy członkowie zespołu są pracownikami Wydziału Inżynierii Lądowej. Fot.: Jan Zych

Przewijanie do góry