– Postęp technologiczny obserwowany w ostatnich latach dał możliwości istotnego ograniczenia propagowania drgań do budynków. Mieszkańcy będą usatysfakcjonowani szybką i nowoczesną linią tramwajową oraz nową nawierzchnią na drogach, których nie trzeba będzie remontować, jak kiedyś, po kilku latach – ocenia prof. Tadeusz Tatara z Politechniki Krakowskiej.

Rozmowa z prof. Tadeuszem Tatarą*, kierownikiem Katedry Mechaniki Budowli i Materiałów Politechniki Krakowskiej, specjalizującym się w badaniu odkształceń i drgań budowli

Budowa linii tramwajowej w rejonie intensywnej zabudowy – tak jak ma to miejsce przy projekcie KST IV – budzi obawy o wpływ drgań na okoliczne budynki. Czy jest się czego bać?

Prof. Tadeusz Tatara: – To zrozumiałe, że mieszkańcy mogą mieć obawy w odniesieniu do drgań i ich wpływu na konstrukcje budynków i ludzi w nich przebywających. Wystarczy sąsiedztwo ruchliwej drogi, by lokatorzy okolicznych budynków zauważyli ich wpływ i to gołym okiem – np. w postaci zarysowań, a nawet pęknięć ścian. Nie zagraża to zwykle samej konstrukcji, ale jest niekomfortowe. Zwłaszcza, gdy ktoś niedawno malował mieszkanie.

Wiele zależy oczywiście od stanu technicznego budynku, ale także od jakości infrastruktury transportowej. Postęp technologiczny obserwowany w ostatnich latach dał możliwości istotnego ograniczenia propagowania drgań do budynków. Weźmy za przykład remontowaną niedawno ul. Mogilską, gdzie istniejąca zabudowa znajduje się w niewielkiej odległości od torowiska i przebudowywanego układu drogowego. Mieszkańcy mieli obawy przed inwestycją. A dziś? Narzekań nie słychać – jest nowa, cicha nawierzchnia, odpowiednio dobrane elementy tłumiące drgania, nowoczesny tabor. Podobnie będzie w przypadku KST IV.

Mieszkający przy ul. Mogilskiej byli już wcześniej przyzwyczajeni do sąsiedztwa linii tramwajowej. Dla mieszkańców ul. Młyńskiej czy Dobrego Pasterza torowisko będzie zupełnie nowym elementem…

– Tramwaj to cały układ: torowisko, instalacje w jego pobliżu, tabor. Proszę porównać, jakie tramwaje jeździły w Krakowie 10-15 lat temu, a jakie jeżdżą teraz. Obowiązkowo stosuje się dziś także rozmaite rozwiązania tłumiące drgania. Ich głównymi elementami są: podkładki szynowe, zalewy poliuretanowe i maty wibroizolacyjne. Pod moim kierownictwem prowadzone są obecnie badania nad wibrobarierą, czyli przegrodą w gruncie montowaną do odpowiedniej głębokości, w której wykorzystaliśmy materiały z recyklingu – to dodatkowy element możliwy do zastosowania na tego typu inwestycjach. Jeśli te rozwiązania zostaną odpowiednio dobrane i pozwolą spełnić normy dotyczące wpływu drgań, z dużym prawdopodobieństwem mogę przewidzieć, że negatywny wpływ prowadzenia ruchu tramwajowego na budynki będzie w znacznym stopniu ograniczony.

W jaki sposób dobiera się odpowiednie rozwiązania tłumiące?

– Jeszcze na etapie projektowania prowadzi się analizę, na podstawie której powstaje prognoza dotycząca wpływu drgań, służąca doborowi odpowiednich rozwiązań wibroizolacyjnych. W strefie oddziaływań typuje się reprezentatywne budynki i wykonuje się dla nich pomiar tzw. tła dynamicznego, który mówi nam, jakie drgania występują w budynkach przy obecnej jakości układu komunikacyjnego. Te budynki muszą być umiejętnie dobrane, szuka się tzw. najsłabszych ogniw, a nie budynków wzniesionych z wykorzystaniem nowoczesnych materiałów i technologii. Ich liczba musi być odpowiednia, w przeciwnym wypadku analiza nie będzie dokładna, a to może pociągać za sobą koszty na etapie realizacji związane ze stosowaniem droższych mat antywibracyjnych na całej długości linii. Słowem – oszczędności na etapie analizy mogą się okazać złudne.

W kolejnym kroku kalibruje się modele reprezentatywnych budynków i – wykorzystując bazę pomiarów drgań przy różnych przejazdach tramwajów – wykonuje się symulacje. Uwzględnia się przy nich różne aspekty, np. warunki gruntowe, poziom lustra wody. Następnie dobiera się adekwatne rozwiązania tłumiące, pozwalające spełnić warunki normowe.

Trudno mówić o normach, gdy chodzi o zjawisko, wobec którego każdy ma indywidualny pułap tolerancji. Ktoś może nie odczuwać skutków drgań, podczas gdy ktoś inny będzie na nie narzekał.

– Należy rozróżnić dwa aspekty: ewentualną szkodliwość drgań na konstrukcję budynków oraz wpływ tych samych drgań na ludzi, którzy w tych budynkach przebywają. Oczywiście każdy człowiek może mieć inny próg odczuwalności takich zjawisk, jednak pewne rzeczy należy uogólniać. Jestem współautorem zarówno normy dotyczącej wpływu drgań przenoszonych przez podłoże na budynki, jak i ocen ich oddziaływania przez ludzi. Norma dotycząca oceny wpływu drgań na ludzi rozróżnia m.in. porę dzienną i nocną, budynki o różnych funkcjach – szpitale, placówki oświatowe, domy mieszkalne itp. Takie uogólnienie jest możliwe, choć uwzględnia wiele zmiennych.

A jeśli chodzi o normę dla budynków? Czy w tym przypadku bierze się pod uwagę np. ich wiek?

– Są dwie skale. W dużym uproszczeniu: jedna odnosi się do budynków małych, druga do budynków wyższych, do pięciu kondygnacji wykonanych metodą tradycyjną lub z elementów wielkowymiarowych. Na trasie KST IV mamy obie klasy zabudowań, np. domy jednorodzinne przy ul. Krzesławickiej i „żyletka” przy ul. Meissnera.

Jako że wiele zależy od stanu technicznego budynku, czas, w jakim był wznoszony – a raczej technologia stosowana w konkretnym okresie – też ma w tym kontekście znaczenie. Np. w pobliżu estakady w ciągu al. Bora Komorowskiego mamy 5-kondygnacyjne budynki z przełomu lat 60. i 70. z tzw. cegły żerańskiej, czyli bloków z otworami. W tej technologii istotna jest jakość wykonania styków między nimi. Widomo, że każdy materiał się starzeje, styki w takim obiekcie ulegają degradacji. Jeśli symulacje i dobory robi się właśnie dla tych osłabionych budynków – w zabytkowym Krakowie nieraz wielowiekowych – można dobrać odpowiednią wibroizolację i zapobiec skutkom drgań.

Mówimy o prognozach. Co, jeśli po oddaniu linii do użytkowania drgania będą jednak doskwierać mieszkańcom?

– Po przecięciu wstęgi, uruchomieniu tramwaju, wpuszczeniu kierowców na nową nawierzchnię trzeba sobie odpowiedzieć na pytanie: czy wibroizolacja faktycznie jest skuteczna? W tym celu rekomendowany jest ponowny pomiar w tych samych budynkach reprezentatywnych. Przeprowadza się go zazwyczaj po upływie 36-40 dni od zakończenia realizacji. Wyniki można wówczas porównać. Jeżeli okazałoby się, że poziomy są przekroczone, trzeba szukać kolejnych rozwiązań u źródła.

Może się jednak okazać, że problem pęknięć nie tkwi w torowisku, a w budynku, dlatego przed realizacją inwestycji wykonawca przeprowadza inwentaryzację stanu technicznego zabudowań w strefie jej oddziaływania. Można sobie bowiem wyobrazić sytuację, w której mieszkaniec występuje z roszczeniem, które nie ma uzasadnienia, bo np. szkoda powstała przed realizacją. Pomocna w takiej sytuacji jest m.in. wykonana dokumentacja fotograficzna.

Jak można zadbać o minimalizację drgań, gdy tramwaje jeżdżą już po torowisku?

– Kluczowym miejscem jest punkt styku koła z szyną. Konieczne jest więc w pierwszej kolejności przetaczanie kół, szlifowanie szyn, smarowanie ich na łukach oraz dbałość o odpowiednią jakość rozjazdów. Celem tych działań jest pozbycie się nierówności i charakterystycznego stukania przy przejeździe tramwaju. Rozjazdy czy łuki motorniczowie powinni pokonywać z odpowiednią prędkością. Trzeba też mieć na uwadze stan wózków tramwajowych, bo niewyważone są również przyczyną generowania drgań w gruncie, ich propagacji i oddziaływania na budynki.

Jaki wpływ na intensywność odczuwania drgań ma fakt, że część linii KST IV będzie poprowadzona w tunelu?

– Może zabrzmieć to niewiarygodnie, ale ta okoliczność działa na korzyść mieszkańców. W dużym uproszczeniu, żelbetowy tunel tramwajowy to taka betonowa skrzynka o bardzo dużej masie, która jest w stanie wytłumić część drgań generowanych przejazdami tramwajów. W przypadku odcinka tunelowego niezwykle istotne będzie podłoże gruntowe – z pewnością sprawdzane jest jego nawodnienie, poziom zwierciadła płynącego w rejonie ronda Polsadu Sudołu Dominikańskiego. Trzeba bowiem wiedzieć, że woda sprzyja przenoszeniu drgań.

Trudnym okresem dla mieszkańców z pewnością będzie czas budowy. Co może zrobić wykonawca, by zminimalizować niedogodności związane z drganiami na tym etapie?

– Owszem, będą to trudne miesiące, ale po zakończeniu budowy nikt nie będzie pamiętał o niedogodnościach. Mieszkańcy będą usatysfakcjonowani szybką i nowoczesną linią tramwajową i nową nawierzchnią na drogach, których nie trzeba będzie remontować, jak kiedyś, po kilku latach. Warto uwierzyć w postęp technologiczny i wyzwolić się z myślenia, że po realizacji inwestycji będzie się żyło gorzej.

Źródłem drgań w czasie realizacji na pewno będą liczne maszyny budowlane. Roboty takie, jak chociażby wbijanie ścianki szczelnej przez kafar na pewno będą powodem do narzekań. W razie potrzeby w rejonie prowadzonych prac można zainstalować czujniki, na bieżąco śledzić poziom drgań i porównywać je z parametrami normowymi. I reagować, np. zmieniając wysokość uderzenia tzw. baby, czyli elementu kafaru wbijającego pal w ziemię.

Wiele zależy od staranności, z jaką wykonawca podchodzi do organizacji placu budowy. W razie konieczności zawsze można poprawić łączenia na styku płyt tworzących drogę technologiczną, ale można też od razu sumiennie je wykonać, oszczędzając mieszkańcom dyskomfortu.

Rozmawiała Gabriela Łazarczyk, Gülermak

*prof. Tadeusz Tatara – specjalista w zakresie drgań sejsmicznych i parasejsmicznych, dynamiki budowli, oraz diagnostyki i monitoringu konstrukcji inżynierskich. Autor i współautor ponad 220 publikacji, 4 znaków towarowych, jednego zgłoszenia patentowego oraz 2 norm krajowych do oceny wpływu drgań przekazywanych przez podłoże gruntowe na budynki i ludzi. Główny wykonawca 14 projektów badawczych finansowanych ze źródeł zewnętrznych.

Na KST IV wraz ze swoim zespołem z Politechniki Krakowskiej wykona analizy, uwzględniające w szczególności: określenie stref wpływów oddziaływania drgań dynamicznych na konstrukcje budynków oraz na ludzi przebywających w budynkach, wybór budynków reprezentatywnych do analiz oraz analizę wyników symulacji komputerowych w zakresie kalibracji modeli obliczeniowych i rozwiązań minimalizujących wpływy dynamiczne na konstrukcje budynków i na ludzi przebywających w budynkach (jeżeli wykonana symulacja komputerowa wykaże taka konieczność).