Przez wiele lat utrzymywał się pogląd, że zjawiska te przebiegają tak samo w przypadku podziemnych źródeł drgań transportowych, jak i na powierzchni. Ale istnieją istotne różnice w przebiegu zjawiska propagacji drgań oraz w sposobie reakcji konstrukcji budynków. Różnice te mają praktyczne znaczenie w pomiarach drgań i ocenach wpływu drgań na budynki i na ludzi w budynkach – tłumaczy prof. dr hab. inż. Krzysztof Stypuła (Politechnika Krakowska).

Pierwsza różnica? To proste: drgania z tunelu przede wszystkim muszą przejść przez obudowę tunelu, która jest naturalną przeszkodą na drodze wibracji do otaczającego gruntu. Dzięki temu, poprzez dobór materiałów, kształt obudowy, grubości ścian albo płyty dennej, budując tunel, można wpłynąć na poziom przyszłych drgań.

Wpływ na odbiór drgań ma też zagłębienie tunelu i poziom posadowienia budynków, wydaje się to również dość oczywiste. Co nie jest jasne na pierwszy rzut oka to fakt istnienia propagacji powierzchniowych drgań gruntu. Propagacja drgań ma charakter falowy i towarzyszą jej zjawiska odbicia, załamania fali oraz interferencja fal.

Z podziemnych źródeł drgań fala dociera od obudowy tunelu do powierzchni gruntu i ulega częściowemu odbiciu od tej powierzchni, a część ulega załamaniu i propaguje się wzdłuż powierzchni gruntu jako fala powierzchniowa. Na ścieżce swojej propagacji napotyka fale docierające bezpośrednio od obudowy tunelu do powierzchni gruntu i następuje interferencja fal: fale w tej samej fazie sumują się i powstaje lokalny efekt wzmocnienia, a fale w fazach przeciwnych ulegają słabieniu – wyjaśnia Stypuła.

Dlatego właśnie, jeżeli wykonuje się pomiary drgań gruntu, aby określić najniekorzystniejsze maksymalne (szczytowe) wartości tych drgań (np. w miejscu przyszłego posadowienia projektowanego budynku), to w przypadku podziemnych źródeł drgań transportowych konieczne jest wykonanie równoczesnego pomiaru wzdłuż profilu pomiarowego, tj. w kilku punktach w różnych odległościach od tunelu.

Do tej pory pomiary maksymalnego wpływu drgań na ludzi przebywających w budynkach wykonywano przede wszystkim na najwyższej kondygnacji, kierując się doświadczeniem z badań drgań ze źródeł powierzchniowych. To jednak błąd: największego wpływu drgań na ludzi należy oczekiwać na najniższym zamieszkałym piętrze i tam również należy wykonać pomiary drgań.

Zagadnienia związane z pomiarami drgań i prognozowaniem ich wpływu na konstrukcje obiektów budowlanych i na ludzi w budynkach w przypadku zagłębionych w gruncie źródeł drgań są bardzo złożone. Należy jednak bacznie przyglądać się tej kwestii i śledzić wyniki badań, gdyż uwzględnienie różnic pomiędzy drganiami pochodzącymi z różnych źródeł  jest warunkiem poprawnego prognozowania wyżej wymienionych wpływów, a więc i poprawnego projektowania środków ochrony przed drganiami, tj. wibroizolacji.

Prof. dr hab. inż. Krzysztof Stypuła był uczestnikiem organizowanej przez Wydawnictwo INŻYNIERIA IV Konferencji „Budownictwo Podziemne” (2–4 kwietnia 2019 r., Kraków).

Przeczytaj także: Budownictwo podziemne w teorii i praktyce