Drgania i wibracje to czynniki wpływające na kondycję konstrukcji budowlanych oraz komfort osób przebywających w ich wnętrzu. Profesjonalne pomiary drgań są niezbędne, aby precyzyjnie zidentyfikować źródła wibracji i ocenić ich oddziaływanie na budynek i jego otoczenie. Poprzez zastosowanie nowoczesnych technologii możliwe jest skuteczne monitorowanie tych dynamicznych zjawisk. Wyjaśniamy, czym są pomiary drgań, dlaczego warto je przeprowadzać i jak to robić.
Drgania i ich pomiary – co to takiego?
Będące tematem naszych dzisiejszych rozważań drgania i wibracje to zjawiska fizyczne polegające na okresowych zmianach położenia, prędkości lub przyspieszenia obiektów w czasie. W kontekście budownictwa mają szczególne znaczenie, ponieważ oddziałują na konstrukcje budynków oraz komfort ich użytkowników. Wibracje, stanowiące jedną z form drgań mechanicznych, najistotniejsze w kontekście obiektów budowlanych, przenoszą energię poprzez podłoże, elementy konstrukcji lub powietrze, co w niektórych przypadkach prowadzi do uszkodzeń konstrukcji lub przynajmniej dyskomfortu użytkowników.
Pomiary drgań to proces zbierania i analizy danych dotyczących wibracji, mogących potencjalnie oddziaływać na konstrukcje budowlane. Przeprowadza się identyfikację źródeł drgań, określa ich charakterystykę (częstotliwość, amplituda, czas trwania) oraz ocenia wpływ na otoczenie. Profesjonalne pomiary drgań wykonuje się zgodnie z powszechnie obowiązującymi normami – PN-B-02171 i PN-B-02170 – które omawiamy bardziej szczegółowo w dalszej części tekstu.
Dlaczego wykonuje się pomiary drgań?
* Zapewnienie bezpieczeństwa konstrukcji – wibracje niejednokrotnie prowadzą do mikrouszkodzeń, a w skrajnych przypadkach nawet do awarii budynku.
* Ochrona komfortu użytkowników – nadmierne drgania wpływają na zdrowie i samopoczucie ludzi.
* Wymogi formalne – normy PN-B-02171 i PN-B-02170 precyzyjnie określają akceptowalne poziomy drgań.
PN-B-02171 – ochrona budynków przed drganiami
Norma PN-B-02171 reguluje dopuszczalne poziomy wibracji, potencjalnie oddziałujących na konstrukcje budynków, z uwzględnieniem rodzaju i przeznaczenia obiektu. Jej zapisy precyzują, jakie wartości przyspieszenia drgań są bezpieczne dla fundamentów, ścian, stropów czy innych elementów konstrukcyjnych. Szczególną uwagę zwraca się na budynki zabytkowe, których elementy są często bardziej podatne na uszkodzenia. Norma określa również metody pomiarowe oraz sposób interpretacji wyników, co ułatwia podjęcie odpowiednich działań zapobiegawczych, takich jak wzmocnienie konstrukcji lub ograniczenie źródeł wibracji w otoczeniu.
PN-B-02170 – Wpływ drgań na ludzi
Norma PN-B-02170 skupia się na ochronie zdrowia i komfortu osób przebywających w budynkach narażonych na wibracje. Określa akceptowalne wartości przyspieszenia drgań w zależności od częstotliwości i czasu ich trwania, uwzględniając różne typy aktywności osób, takie jak praca, odpoczynek czy sen. Przykładowo wibracje o wysokiej częstotliwości są szczególnie uciążliwe w miejscach pracy wymagających skupienia, podczas gdy niskoczęstotliwościowe drgania zakłócają sen. W normie zawarto wytyczne dotyczące pomiarów wibracji w pomieszczeniach mieszkalnych, biurowych i przemysłowych oraz ich wpływu na samopoczucie i zdrowie, dzięki czemu możliwe jest zapobieganie sytuacjom, w których drgania stanowią źródło stresu, zmęczenia czy innych problemów zdrowotnych.
Jak przebiega procedura pomiaru drgań?
1. Analiza wstępna
Pierwszym etapem jest szczegółowa analiza warunków terenowych, obejmująca badanie otoczenia i identyfikację potencjalnych źródeł wibracji, takich jak ruch pojazdów, maszyny przemysłowe czy prace budowlane. W tym kroku określa się również rodzaj i charakterystyki obiektu poddawanego badaniom, uwzględniając jego konstrukcję, materiały i ewentualne dotychczasowe uszkodzenia. Dzięki temu możliwe jest zaplanowanie optymalnej procedury pomiarowej.
2. Ustawienie czujników
Czujniki mierzące drgania, takie jak akcelerometry, rozmieszcza się w strategicznych miejscach konstrukcji, np. na fundamentach, ścianach nośnych lub stropach. Ważne jest, aby lokalizacja urządzeń odpowiadała najbardziej narażonym na wibracje obszarom budynku. Czujniki muszą być odpowiednio skalibrowane i solidnie zamocowane, aby dostarczyć precyzyjne wyniki, które będą reprezentatywne dla rzeczywistych warunków.
3. Rejestracja danych
Pomiary drgań prowadzone są w zaplanowanych przedziałach czasowych, co pozwala na uchwycenie zmian intensywności wibracji w różnych momentach dnia lub w trakcie występowania specyficznych zdarzeń, jak intensywny ruch drogowy. Dane są rejestrowane w czasie rzeczywistym przez urządzenia pomiarowe, które zbierają informacje o amplitudzie, częstotliwości i przyspieszeniu drgań. Taki sposób rejestracji pozwala na uzyskanie kompleksowego obrazu dynamicznego zachowania budynku.
4. Analiza wyników
Zebrane dane są przetwarzane za pomocą specjalistycznego oprogramowania, umożliwiającego zestawienie ich z normami PN-B-02171 i PN-B-02170. Analiza obejmuje ocenę wpływu wibracji na konstrukcję budynku oraz na komfort użytkowników. Wyniki są następnie przedstawiane w formie raportu, zawierającego wnioski i zalecenia dotyczące ewentualnych działań zapobiegawczych, takich jak redukcja źródeł wibracji, wzmocnienie konstrukcji lub wdrożenie systemów tłumiących.
Analiza dynamiczna budynku (analiza MES)
Analiza MES (Metodą Elementów Skończonych) to zaawansowane narzędzie inżynierskie stosowane do badania i symulacji wpływu obciążeń dynamicznych, takich jak drgania, na konstrukcje budynków. Polega na matematycznym modelowaniu konstrukcji w postaci podzielonej na mniejsze elementy skończone. Rozwiązanie to umożliwia precyzyjne odwzorowanie zachowania konstrukcji pod wpływem działania różnych czynników dynamicznych. Poprzez wykorzystanie analizy MES można dokładnie przewidzieć, jak konstrukcja zareaguje na określone obciążenia, takie jak wibracje generowane przez ruch pojazdów, pracę maszyn czy inne czynniki zewnętrzne.
Korzyści wynikające z analizy MES
MES umożliwia symulowanie rzeczywistych warunków oddziaływania drgań na budynek, co pozwala na identyfikację potencjalnych słabych punktów konstrukcji, takich jak miejsca narażone na pęknięcia lub odkształcenia. Analiza MES daje również możliwość testowania różnych scenariuszy obciążeń, co pomaga ocenić, jakie zmiany lub wzmocnienia konstrukcji będą najbardziej efektywne.
Jak przebiega analiza MES?
Proces rozpoczyna się od stworzenia szczegółowego modelu budynku w specjalistycznym oprogramowaniu. Model uwzględnia materiały, geometrię konstrukcji oraz jej warunki brzegowe. Następnie wprowadzane są dane dotyczące potencjalnych źródeł drgań i ich parametrów. Oprogramowanie przeprowadza symulacje dynamiczne, realizując szczegółową analizę zachowania konstrukcji w różnych sytuacjach, takich jak gwałtowne wstrząsy, długotrwałe wibracje czy jednorazowe uderzenia dynamiczne.
Sprzęt niezbędny do profesjonalnych pomiarów drgań
* Wibrometr – jest to urządzenie mierzące częstotliwość i amplitudę drgań, które dzięki swojej czułości umożliwia dokładne określenie intensywności wibracji w badanych konstrukcjach lub maszynach. Wibrometry są stosowane w różnych warunkach środowiskowych i mogą być wykorzystywane zarówno do badań punktowych, jak i ciągłego monitorowania obiektów.
* Akcelerometry – są to czujniki rejestrujące przyspieszenia związane z wibracjami, montowane w strategicznych punktach konstrukcji, takich jak fundamenty czy stropy, w celu dokładnego pomiaru lokalnych oddziaływań dynamicznych.
* Rejestratory danych – umożliwiają zapisywanie i przechowywanie wyników pomiarów w czasie rzeczywistym, umożliwiając ich późniejszą szczegółową analizę oraz identyfikację trendów w zachowaniu drgań. Nowoczesne rejestratory są często wyposażone w funkcje synchronizacji z innymi urządzeniami pomiarowymi oraz dają możliwość bezprzewodowego przesyłania danych.
* Oprogramowanie analityczne – jest to narzędzie do przetwarzania i wizualizacji danych, umożliwiające nie tylko analizę wyników pomiarów, ale także symulacje i modelowanie dynamicznych oddziaływań wibracji na badane konstrukcje.
Pomiary drgań stanowią niezbędny element dbania o bezpieczeństwo i komfort użytkowania budynków. Dzięki odpowiednim normom, procedurom i nowoczesnemu sprzętowi możliwe są skuteczne monitorowanie i analiza wpływu wibracji na konstrukcje oraz ludzi. Regularne badania umożliwiają nie tylko wykrywanie problemów, ale również zapobieganie im, co ma kluczowe znaczenie dla trwałości budynków i zdrowia ich użytkowników.
Jeżeli chcesz codziennie otrzymywać informacje o aktualnych publikacjach ukazujących się na portalu netTG.pl Gospodarka i Ludzie, zapisz się do newslettera.
