Czy metro zatrzęsie Krakowem? Przed budową sprawdzą każdą ścianę budynków na trasie

Jakie zagrożenia mogą stwarzać drgania generowane przez budowę i eksploatację metra? Na to pytanie odpowiada prof. dr hab. inż. Tadeusz Tatara, kierownik Katedry Mechaniki Budowli i Materiałów Wydziału Inżynierii Lądowej Politechniki Krakowskiej, specjalista w dziedzinie mechaniki budowli i wibroizolacji infrastruktury komunikacyjnej, członek Rady Naukowo-Technicznej ds. Budowy Metra w Krakowie.

– Każdy budynek reaguje na wibracje w zależności od tak zwanych charakterystyk dynamicznych obiektu. To coś w rodzaju numeru PESEL każdego budynku, w ramach którego wyróżniamy częstotliwości drgań własnych, odpowiadające tym częstotliwościom formy drgań, oraz tłumienie drgań. Inaczej będą te cechy wyglądały w budynku wysokim, zbudowanym z żelbetu, a inaczej w budynku, który jest skonstruowany z cegły, jeszcze na dodatek starej, która jest po części już skorodowana, nie mówiąc już o stanie technicznym fundamentów. Jeśli chodzi o wpływy drgań na ludzi w budynkach mieszkalnych lub użyteczności publicznej, tutaj znowu wszystko zależy od konstrukcji stropów. Stropy drewniane, przykładowo, są bardziej reaktywne niż stropy płytowe żelbetowe. Musimy mieć to dobrze rozeznane, jeśli chcemy uchronić mieszkańców i użytkowników budynków znajdujących się w ciągu linii metra przed uszkodzeniami elementów konstrukcyjnych np. ścian nośnych oraz negatywnym wpływem drgań na ich organizm - wyjaśnia prof. Tadeusz Tatara.

Jak można się więc zabezpieczyć w czasie budowy metra przed drganiami, by nie były szkodliwe dla budynków i mieszkańców.

Profesor Tadeusz Tatara wskazuje, że jednym z rozwiązań jest skorzystanie ze skal wpływów dynamicznych (SWD), które traktują o sytuacjach wpływu drgań na budynki w zależności od ich konstrukcji, stanu technicznego, podłoża gruntowego. Im budynki są starsze, bardziej uszkodzone, tym ostrzejsze są wymagania co do redukcji drgań.

- Jeżeli nie możemy stosować SWD, bo na przykład nie pozwala na to geometria budynku albo typ konstrukcji - na przykład skale się nie odnoszą do budynków szkieletowych - wtedy musimy stosować analizy symulacyjne, które polegają na budowie modeli numerycznych. Takie modele musimy następnie zweryfikować, skalibrować i dopiero wtedy przystąpić do analiz, których wynikiem będzie dobór odpowiednich rozwiązań wibroizolacyjnych - podkreśla prof. Tadeusz Tatara. - W obu podejściach niezbędne jest określenie obciążenia dynamicznego wynikającego z planowanej eksploatacji metra. Podstawą określenia dodatkowych obciążeń dynamicznych są wyniki analizy propagacji drgań w uwarstwionym ośrodku gruntowym na linii tor – fundament budynku. Możemy również skorzystać z bogatej bazy archiwalnych zapisów przebiegów, drgań zarejestrowanych przez działające na Politechnice, akredytowane Laboratorium Badania Drgań na przykład przy realizacji metra warszawskiego - dodaje.

Przed budową metra trzeba też ustalić strefę wpływów dynamicznych. W przypadku metra w Warszawie jest rozporządzenie ministra infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane metra i ich usytuowanie.

- W rozporządzeniu ta strefa jest ustanowiona w odległości 40 metrów w lewo i w prawo od skrajnej ściany najbliższego tunelu lub stacji metra. Mowa tutaj o Metrze Warszawskim, więc w Krakowie ta strefa może być inna, ale nawet w takiej strefie - o całkowitej szerokości 80 metrów - budynków będzie bardzo wiele. Trudno wyobrazić sobie, żebyśmy analizowali każdy z nich, dlatego musimy dokonać pewnego podziału tych budynków na klasy i wybierać potem w ramach tych klas reprezentantów, by w końcu przenosić rozwiązania dla tych reprezentantów na całą klasę budynków o podobnej charakterystyce - wyjaśnia prof. Tadeusz Tatara.

Zwraca uwagę, że należy przeprowadzić inwentaryzację stanu technicznego wszystkich budynków przed inwestycją, by potem móc ocenić, że dana rysa na ścianie ma związek z drganiami „odmetrowymi”.

– Dokładne rozpoznanie stanu zerowego budynków będących w strefie wpływów dynamicznych jest koniecznie z punktu widzenia późniejszych ewentualnych roszczeń właścicieli tych budynków - zaznacza prof. Tadeusz Tatara. - W przypadku na przykład obszarów górniczych miałem do czynienia z sytuacjami, gdzie zakłady górnicze okresowo notowały każde uszkodzenie, każdego budynku. Mrówcza, czasochłonna praca, ale potem –po zaistnieniu zjawiska wstrząsowego – okazywało się, że zgłaszane przez użytkowników budynków zniszczenia czy pęknięcia były tam od wielu lat i praca górnicza nie miała z nimi nic wspólnego - dodaje.

Przypomnijmy, że centralny tunel metra w Krakowie ma przebiegać od ronda Młyńskiego przez Olszę, rondo Mogilskie, rejon Dworca Głównego, ul. Karmelicką do stacji przy Akademii Górniczo-Hutniczej.

Dotychczas, od referendum ws. metra w 2014 r., podawano, że pierwsza linia ma prowadzić z Nowej Huty przez centrum do Bronowic. Teraz jest to weryfikowane. Może się okazać, że przykładowo pierwszy tunel zostanie skierowany na południe na. os. Kliny, albo dalej do Opatkowic. Szczegóły mają zostać przedstawione w czerwcu.

Wibroizolacja to dziedzina budownictwa, która zajmuje się zabezpieczeniem budynków i ludzi w nich przed negatywnymi skutkami drgań wynikających z realizacji oraz późniejszej pracy podziemnej infrastruktury komunikacyjnej. Politechnika Krakowska ma blisko 70 lat doświadczenia w badaniach tego typu.

Zajmują się nimi naukowcy z Katedry Mechaniki Budowli i Materiałów Wydziału Inżynierii Lądowej oraz akredytowanego Laboratorium Drgań Budowli. To pierwsza i wiodąca jednostka badawcza tego typu w Polsce, gdzie drgania są analizowane przy pomocy takiego samego sprzętu, jakim posługują się NASA czy firma Boeing.