Pomiary drgań / badania wibroakustyczne in situ:
Źródło drgań:
Wstęp.
Drgania mechaniczne (wibracje) – to ruch cząstek ośrodka sprężystego względem położenia równowagi. Wibracje mogą się rozprzestrzeniać w środowisku płynnym lub stałym. W wyniku rozprzestrzeniającej się w ośrodku stałym, obiekty budowlane mogą doznać licznych uszkodzeń. W zależności od poziom drgań fale te mogę mieć niekorzystny wpływ również na ludzi przebywających wewnątrz wzbudzonego falą budynku. Źródłem wibracji mogą być przykładowo drgania komunikacyjne tj.: tramwaj, pociąg, metro. Wibracje rozprzestrzeniają się wówczas w gruncie i docierają do fundamentów budynku skąd przenoszą się dalej na kolejne kondygnacje budynku. W zależności od amplitudy drgań, częstotliwości, charakterystyk dynamicznych budynku oraz tłumienia wibracje w różny sposób wpływają na obiekt budowlany. Wstępnym etapem oceny szkodliwości drgań na budynek ISTNIEJĄCY jest pomiar drgań in situ za pomocą specjalistycznych czujników pomiarowych.
Ruchem falowym nazywamy rozchodzenie się zaburzenia w ośrodku.
W trakcie propagacji fali (wibracji) sam ośrodek nie przesuwa się, a jedynie jego elementy wykonują drgania. Dobrym przykładem są tu fale na powierzchni wody: przedmioty pływające na powierzchni wody wykonują ruch drgający w rytm fal natomiast same fale rozchodzą się ruchem jednostajnym.
Fala dobiegając do danego punktu ośrodka wprawia go w ruch drgający przekazując mu energię, która jest dostarczana przez źródło drgań. Energia fal to energia kinetyczna i potencjalna cząstek ośrodka. Za pomocą fal można przekazywać energię na duże odległości przy czym cechą charakterystyczną jest to, że fale przenoszą energię poprzez ośrodek dzięki przesuwaniu się zaburzenia w ośrodku, a nie dzięki ruchowi postępowemu samego ośrodka. Jak wynika z powyższego, do rozchodzenia się fal mechanicznych potrzebny jest ośrodek. To właściwości sprężyste ośrodka decydują o prędkości rozchodzenia się fali.
Konstrukcjom budowlanym, w szczególności w miastach, stale towarzyszą fale mechaniczne. Rozchodzą się one od źródła drgań jak np. tory kolejowe, urządzenia, poprzez grunt na fundamenty i dalej na wyższe kondygnacje budynków. Niejednokrotnie odczuwalność wibracji na wyższych piętrach budynków jest większa aniżeli na parterze. Jest to zależne od częstotliwości drgań wymuszających oraz częstotliwości i postaci drgań własnych konstrukcji
Podstawą oceny szkodliwości drgań jest poprawnie wykonany pomiar drgań (wibracji) in situ. Specjaliści z zakresu analizy dynamicznej posiadają dostęp do specjalistycznej aparatury (najczęściej czujniki piezoelektryczne). Warto zwrócić uwagę, aby w skład zespołu pomiarowego wchodził inżynier budownictwa (najlepiej z uprawnieniami budowlanymi, który ponosi odpowiedzialność zawodową za swe czyny, również za pomiar drgań), gdyż niezbędna podczas pomiarów będzie wiedza z zakresu dynamiki budowli. Należy też upewnić się, że aparatura pomiarowa (czujniki) jest poprawnie dobrana, skalibrowana i posiada niezbędne atesty. Poprawnie wykonany pomiar drgań wymaga wiedzy na temat źródła drgań oraz przewidywanych częstotliwości drgań szkodliwych dla budynku.
Niedostateczne zrozumienie problemu procesu pomiarowego generuje błędy już na samym początku analizy, co z kolei może generować niedopuszczalne błędy w końcowych wynikach i może prowadzić do błędnej oceny wpływu drgań na ludzi. Powierzając jednak pomiary drgań a następnie opinię techniczną ekspertom, inżynierom budownictwa z projektowymi uprawnieniami budowlanymi, mamy pewność że wykonana opinia spełni nasze oczekiwania.
Wstępna ocena wpływu drgań na konstrukcję i ludzi wykonana przez specjalistę od zagadnień dynamicznych da nam odpowiedź na pytanie czy poziom drgań (wibracji) projektowanej inwestycji może okazać się szkodliwy dla budynku i jego mieszkańców. Jeśli poziom drgań okaże się nieistotny, inwestor oraz projektant mogą spać spokojnie bez wprowadzania zmian w konstrukcji projektowanych budynków. W przeciwnym wypadku wymagane są dalsze kroki analizy dynamicznej (kompleksowa analiza dynamiczna), które wymagają szczegółowej diagnozy problemu na podstawie wyników pomiarów drgań.
Wibracje to zazwyczaj drgania o małej amplitudzie i niskiej częstotliwości, sięgającej kilkudziesięciu Hz. Pomiaru wibracji bardzo często dokonuje się w celach diagnostycznych, m.in. dla oszacowania stanu technicznego pracującej maszyny lub stabilności struktur cyklicznie poddawanych dużym naprężeniom (np. budynki, mosty). Celem takich pomiarów jest ocena szkodliwości drgań (wibracji) na istniejący lub projektowany obiekt. Czujniki wibracji znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle budowlanym, lotniczym, motoryzacyjnym oraz wytwórczym.
Najpopularniejszą metodą pomiaru wibracji jest wykorzystanie akcelerometru. Czujniki umieszczone bezpośrednio na wibrującym obiekcie przetwarzają energię mechaniczną drgań na sygnał elektryczny, proporcjonalny do chwilowego przyspieszenia obiektu, więc również do siły oddziałującej na ten obiekt. Najpowszechniej wykorzystywane są trzy typy akcelerometrów: pojemnościowe wykonane w technologii MEMS, piezoelektryczne oraz piezorezystancyjne
