TRWAŁOŚĆ MAT PODTORZOWYCH

Transkrypt

1 TRWAŁOŚĆ MAT PODTORZOWYCH Trwała ochrona przed drganiami i dźwiękami materiałowymi przy użyciu profilowanych mat elastomerowych Przedruk z Beton- und Stahlbetonbau 07/2008

2 Trwała ochrona przed drganiami i dźwiękami materiałowymi przy użyciu profilowanych mat elastomerowych Działanie wstrząsów jest zjawiskiem niepożądanym. Ma ono szkodliwy wpływ na samopoczucie człowieka i może także zagrażać jego zdrowiu. W pewnych przypadkach obserwuje się również negatywne efekty wstrząsów w postaci uszkodzeń budynków. Efektywną ochronę przed drganiami i dźwiękami materiałowymi, których źródłem jest transport szynowy można osiągnąć poprzez stosowanie profilowanej maty podtorzowej Calenberg CIROBEL. Wstrząsy mogą mieć również negatywny wpływ na działanie technicznych urządzeń precyzyjnych bądź nawet uniemożliwić ich eksploatację. Ekonomiczne konsekwencje przekroczenia dopuszczalnego poziomu drgań i hałasu w budynkach mogą być bardzo znaczące. I tak np. zyski z wynajmu lub sprzedaży budynków, w których wstrząsy są odczuwalne, drastycznie maleją ze względu na obniżenie komfortu ich użytkowania. Nadmierne drgania działające na budynek, w którym znajdują się np. sale koncertowe, mogą uczynić go całkowicie nieprzydatnym pod względem jego właściwości użytkowych. Zabiegi prowadzące do skutecznej ochrony przed wstrząsami zapewnią zatem podwyższenie wartości budynku. Istotne źródła wstrząsów to komunikacja szynowa, zakłady przemysłowe z ciężkim sprzętem (np. prasy w fabrykach samochodów) oraz place budowy (prace związane z zagęszczaniem gruntu poprzez wibrację, wbijanie ścianek szczelnych, prace rozbiórkowe, odstrzeliwanie). Szczególnie w przypadku immisji drgań pochodzących od transportu szynowego, oprócz efektu w postaci wstrząsów i dźwięków materiałowych duże znaczenie ma również tzw. hałas wtórny (powietrzny). Mechanizm jego powstawania polega na tym, że drgające na skutek wstrząsów stropy i ściany pomieszczenia działają jak duże membrany głośnikowe i emitują dźwięk, który ma charakter głuchego łoskotu i może osiągać znaczny poziom natężenia. Zabiegi ochronne przed tego typu immisjami można podejmować u źródła emitującego drgania Rys.1. Schemat przekroju maty podtorzowej CIROBEL (na torze), na drodze transmisji, bądź u odbiorcy (w budynku). W przypadku budowy nowych torów lub planowanego dużego remontu, należy zgodnie z przepisami zadbać o ochronę przed wstrząsami, zapewniając odpowiednią konstrukcję podtorza (ochrona aktywna). Jeśli w sąsiedztwie istniejącego toru wznoszone są budynki, to można je odpowiednio chronić, zapewniając im elastyczne posadowienie (ochrona pasywna). Takie zabiegi odpowiadają dzisiejszemu poziomowi techniki i są często stosowane. Jeśli zostaną one zaplanowane odpowiednio wcześnie na etapie budowy nowego obiektu, to ingerencja budowlana jest wtedy nieznaczna. Późniejsza ochrona przed wstrząsami jest natomiast często niemożliwa lub bardzo kosztowna. W niektórych przypadkach brane pod uwagę są rozwiązania, w efekcie których następuje przerwanie transmisji wstrząsów za pomocą wykonywania szczelin w ziemi. Jest to jednak rozwiązanie bardzo rzadko realizowane w praktyce, ponieważ obliczenia obarczone są dużym współczynnikiem niepewności a wykonanie i utrzymanie są bardzo kosztowne. W budownictwie stosuje się ochronę przed wstrząsami i dźwiękami materiałowymi przy wykorzystaniu elastycznych elementów konstrukcyjnych. W przypadku linii komunikacji szynowej oznacza to zastosowanie mat podtorzowych układanych pod nawierzchnią tłuczniową (także określane jako maty pod-tłuczniowe) co prowadzi do stworzenia tzw. lekkiego układu masowosprężystego (MSS Mass-Spring-System). Punktowe podpory elastomerowe dla ciężkich układów masowo-sprężystych (o dużej masie drgającej) są stosowane w obszarach ciągów kolejowych, gdzie powinny być osiągane niskie częstotliwości drgań (np. na stacjach). 2 1

3 Elementy elastyczne muszą być trwałe Aby zabieg ochrony był trwale skuteczny, stosowane elementy elastomerowe muszą zachować swoje własności techniczne przez cały okres użytkowania obiektu, w którego konstrukcję są wbudowane. Zwiększenie twardości materiału podwyższa ich częstotliwości drgań własnych, przez co działanie ochronne drastycznie się zmniejsza lub może w konsekwencji doprowadzić do niepożądanych efektów. Zmniejszenie twardości ma z kolei niekorzystny wpływ na nośność. Wymiana elementów wbudowanych w tor, jeśli jest w ogóle możliwa, pociąga za sobą wysokie koszty i ograniczenia w eksploatacji. Zanim elementy zostaną zastosowane w konstrukcji obiektu, ich wytrzymałość sprawdzana jest na drodze kosztownych badań laboratoryjnych. Maty podtorzowe muszą odpowiadać wytycznym kolei niemieckich oraz normie DIN W celu uwzględnienia oddziaływań dynamicznych stosuje się częściowo obciążenia zwiększone o 50% w stosunku do maksymalnego obciążenia obliczeniowego wynikającego z przejazdu pociągów. Maty te są poddawane 12 milionom cykli zmian obciążenia. Własności techniczne produktów mogą przy tym ulegać zmianom tylko w ściśle określonym zakresie. W próbach na starzenie, wytrzymałość elementów sprawdzana jest poprzez przechowywanie/obciążanie w nadmiernych temperaturach. Takie badania siłą rzeczy mogą stanowić tylko przybliżenie rzeczywistości i nie są decydujące jeśli chodzi o określenie trwałości elementów. O wiele bardziej miarodajne są badania przeprowadzane na istniejących obiektach budowlanych, w których wmontowane elementy przez okres wielu lat były faktycznie eksploatowane. W niniejszej pracy przedstawione zostały informacje o badaniach porównawczych przeprowadzonych w ramach trzech projektów: dwa dotyczące wykonania podtorza i jedno posadowienia budynku. We wszystkich tych projektach autor miał możliwość wykonania pomiarów bezpośrednio po oddaniu obiektu do eksploatacji oraz przeprowadzenia ich ponownie w 2006r., w tych samych punktach pomiarowych przy użyciu identycznego przyrządu pomiarowego oraz oprogramowania. W przypadku obu projektów budowy podtorza zastosowano zgodnie z założeniami projektu opracowaną wówczas pierwszą profilowaną matę podtorzową CIROBEL firmy Calenberg Ingenieure. Mata została wykonana ze zwulkanizowanego kauczuku syntetycznego a jej wyjściowa grubość w stanie nieobciążonym wynosiła 30 mm. Wybrany kształt zapewniał dużą podatność a dzięki znajdującym się wewnątrz żebrom można było zapobiec nadmiernym odkształceniom. Badania porównawcze: projekt metra Berlin- Spandau Dane techniczne: - miejsce: Berlin, tunel metra między stacjami Altstadt Spandau i Rathaus Spandlu, - lata budowy: , - odcinek trasy z podwójnym tunelem, - wymóg: zapewnienie ochrony przed wstrząsami i dźwiękami materiałowymi według DIN w budynkach zlokalizowanych w sąsiedztwie metra, - tor: podkłady drewniane, nawierzchnia tłuczniowa, standardowa grubość warstwy tłucznia 30 cm, - maty podtorzowe Calenberg CIROBEL, układane pod warstwą tłucznia, wywinięcie po bokach do 10 cm nad górną krawędzią tłucznia, - oddanie do regularnej eksploatacji:1985 rok. Pomiary po oddaniu do eksploatacji w 1985 roku: - aktualny stan toru - nowy, - wynik: oceniana prędkość drgań maksymalnie KB = 0,08, tj. poniżej średniej wartości progu odczuwania przez człowieka (KB ok. 0,1). Pomiary w 2006 roku (po 21 latach): - tor w stanie nieokreślonym (nie prze-prowadzono inspekcji, nie wykonano zmian /poprawek), wynik: KB 0,06-0,08. Ocena: Działanie ochronne maty CIROBEL nie uległo redukcji nawet po 21 latach eksploatacji toru. Badania porównawcze: projekt metra Berlin- Charlottenburg Dane techniczne: - miejsce: Berlin, tunel metra między stacjami Richard-Wagner-Platz i Bismarckstraße, 3 2

4 - lata budowy: , - odcinek trasy z podwójnym tunelem, - wymóg: zapewnienie ochrony przed wstrząsami i dźwiękami materiałowymi według DIN w budynkach zlokalizowanych w sąsiedztwie metra, - tor: podkłady drewniane, nawierzchnia tłuczniowa, standardowa grubość warstwy tłucznia 30 cm, - maty Calenberg CIROBEL, układane pod warstwą tłucznia, z wywinięciem po bokach do 10 cm nad górną krawędzią tłucznia, - oddanie do regularnej eksploatacji: 1982 roku. Pomiary po oddaniu do eksploatacji w 1982 roku: - aktualny stan toru - nowy, - wynik: oceniana prędkość drgań maksyma-lnie KB = 0,09. Pomiary w 2006 roku (po 24 latach): - tor w stanie nieokreślonym (nie przeprowadzono inspekcji, nie wykonano zmian /poprawek), wynik: KB 0,1. Ocena: Nawet po 24 latach wykonane zabiegi ochronne są w pełni skuteczne. Nadal zachowana jest zgodność z normą DIN : Własności materiału maty CIROBEL nie uległy zmianie. Badania porównawcze: projekt Berlin-Mitte, Hotel Adlon, szybka kolej miejska Opis sytuacji i zastosowanego rozwiązania: Przed hotelem Adlon przy Bramie Brandenburskiej w Berlinie znajduje się stacja szybkiej kolei miejskiej Unter den Linden. Dla nowo budowanego w latach 90-tych hotelu Adlon wymagano, aby drgania i hałas wtórny (powietrzny), którego źródłem jest kolej nie były odczuwalne dla użytkowników. Rozwiązanie problemu było następujące: - wykonanie poziomej szczeliny w budynku poniżej stropu nad przyziemiem wzdłuż ulicy Unter den Linden aż do 15 m w kierunku środka budynku, - umieszczenie w szczelinie maty CIPREMONT firmy Calenberg Ingenieure. Pomiary po wybudowaniu hotelu Aldon w 1996 r.: - tor w stanie nieokreślonym (nie przeprowadzono inspekcji, nie wprowadzono zmian /poprawek), - wynik: patrz rys. 3 oraz tabela 1. Rys.2. Hotel Adlon przy Pariser Platz w Berlinie Pomiary w 2006 roku (po 10 latach): - tor w stanie nieokreślonym (nie przeprowadzono inspekcji, nie wprowadzono zmian /poprawek), - wynik: patrz rys. 3 oraz tabela 1. Ocena: Po 10 latach działanie maty CIPREMONT w zakresie ochrony przed wstrząsami jest praktycznie identyczne. W zakresie dokładności wykonania pomiarów wyniki można określić jako zgodne. Ocena podsumowująca: Porównanie wyników pomiarów przeprowadzonych bezpośrednio po realizacji danego obiektu oraz pomiarów późniejszych (po określonym czasie eksploatacji) prowadzi do następujących wniosków: profilowana mata podtorzowa CIROBEL firmy Calenberg Ingenieure po 24 latach użytkowania wykazuje niezmienną, wysoką skuteczność w zakresie ochrony przed wstrząsami i dźwiękami materiałowymi. Maty wykonane ze zwulkanizowanych elastomerów w czasie całego okresu ich użytkowania nie uległy negatywnym wpływom środowiska takim jak woda, ozon itp., okazały się odporne na działanie dużej liczby zmiennych cykli obciążenia oraz na możliwe uszkodzenia mechaniczne spowodowane np. ostrymi krawędziami kruszywa podsypki. Dzięki tym własnościom działanie ochronne tych materiałów pozostaje wciąż odpowiednie. produkt CIPREMONT po okresie użytkowania wynoszącego 10 lat również zachowuje w pełni swoją skuteczność. 4 3

5 można przyjąć, że maty podtorzowe i elementy elastomerowe zapewniające elastyczne posadowienie budynku zachowają niezmienioną skuteczność jeszcze przez wiele lat. Żywotność mat będzie dłuższa niż żywotność toru. Prof. dr inż. Waldemar Stühler, TU Berlin Dalsze informacje: Calenberg Ingenieure planmäßig elastisch lagern GmbH Am Knübel 2 4, Salzhemmendorf, Tel. (05153) , Fax (05153) info@calenberg-ingenieure.de Literatura: [1] DIN : Erschütterungen im Bauwesen, Teil 2: Einwirkungen auf Menschen in Gebäuden. [2] DIN : Erschütterungen im Bauwesen, Teil 3: Einwirkungen auf bauliche Anlagen. [3] DIN : Elastische Elemente des Oberbaus von Schienenfahrwegen, Teil 1:Ermittlung statischer und dynamischer Kennwerte im Labor. [4] DIN : Elastische Elemente des Oberbaus von Schienenfahrwegen, Teil 1: Ermittlung statischer und dynamischer Kennwerte im Betriebsgleis. [5] Battermann,Walter; Köhler, Robert: Elastomere Federung, Elastische Lagerungen. Berlin, Verlag Wilhelm Ernst & Sohn Tabela.1. Tabela.1. Porównanie pierwszego pierwszego pomiaru pomiaru z 1996 z 1996 r. oraz r. oraz kontrolnego pomiaru kontrolnego pomiaru z 2006 z 2006 r. r. sytuacja: przejazd metrem pierwszy pomiar 1996 r. kontrolny pomiar 2006 r. prędkość drgań pionowych max v = 25 µm/s max v = 22 µm/s dźwięk powietrzny ok. 30 db(a) ok db(a) 5 4

6 październik 1996 r. czerwiec 2006 r. Prędkość drgań Prędkość drgań Spektrum mocy Spektrum mocy Rys.3. Przykładowe wyniki pomiarowe wykonane kaŝdorazowo w tych samych punktach pomiarowych Niniejsza publikacja jest rezultatem wieloletnich badań i doświadczeń zdobytych w stosowaniu technologii. Wszystkie informacje opracowano na podstawie najnowszego stanu wiedzy w tym zakresie i są one udostępniane w dobrej wierze. Nie zwalniają one jednak uŝytkownika od obowiązku sprawdzania przydatności produktów jak równieŝ zapewnienia, Ŝe prawa osób trzecich nie są naruszone. Wyklucza się jakąkolwiek odpowiedzialność za straty bez względu na ich rodzaj i podstawę prawną wynikłe na skutek zastosowania produktu jedynie na podstawie wskazówek zawartych w niniejszej publikacji. Zastrzega się moŝliwość zmian technicznych związanych z roz-wojem produktu. Dalsze informacje: Calenberg Ingenieure planmäßig elastisch lagern GmbH Am Knübel 2 4, Salzhemmendorf, Tel. (05153) , Fax (05153) info@calenberg-ingenieure.de calenberg@j-p.pl 6 5