Mikrosejsmy są to drgania gruntu od ruchu pojazdów i maszyn.
Są to drgania rzędu 0,1 – 1 μm i o okresach 0,05 – 1,2 sek.
W podłożu jednorodnym krzywe rozkładu składowych poziomych są jednorodne, a dla niejednorodnych (uwarstwionych) mogą być dwupikowe, a nawet więcej pikowe.
Rys. 1. Przykładowe sejsmogramy składowych poziomych drgań gruntu wzbudzanych ruchem
a) autobusu, b) równoległą jazdą dwóch testowych ciężarówek z prędkością 80 km/h. [1]
Najbardziej interesujący jest wpływ drgań drogowych na osiadanie i zagęszczanie gruntów. Częstotliwość drgań wzbudzanych przejazdami pojazdów mieści się w granicach 2,6 - 30 Hz, przy czym najczęściej występują częstotliwości 8 - 16 Hz. A więc drgania powstające na skutek przejazdu pojazdów pozostają w paśmie częstotliwości sprzyjających zagęszczaniu, a zatem osiadaniu gruntu, co potwierdzają obserwacje. W Holandii zaobserwowano, że budynki przylegające do autostrady przechylały się w stronę drogi. W Monachium wiele budynków posadowionych było na warstwie piasku i żwiru o grubości ok. 6 m, pod którym znajdowała się skała. Narastanie intensywności ruchu pojazdów wywoływało tak duże osiadania, że niektóre ulice zamknięto dla ruchu samochodowego.
I tak, dowolny obiekt posadowiony na niespoistym gruncie będzie osiadał, jeśli grunt będzie podlegał drganiom wywołanym pracą maszyn, ruchem pojazdów lub wbijaniem pali. Z kolei osiadania budowli, posadowionych na gruntach spoistych (np. na glinie) i podlegających drganiom, zwykle są tak nieznaczne, że nie pociągają za sobą niebezpieczeństwa uszkodzeń obiektów. Ten fakt różnej reakcji piasku i gliny na drgania jest uwzględniany przy doborze np. sposobów zagęszczania nasypów. W wyniku swojej wrażliwości na drgania, piasek może być efektywnie zagęszczany urządzeniami drgającymi, podczas gdy glina może być zagęszczana tylko pod działaniem obciążeń statycznych. Osiadanie powierzchni piasku, wywołane pulsacyjnym obciążeniem, jest wielokrotnie większe niż osiadanie, wywołane statycznym działaniem tego samego obciążenia. Zagęszczanie gruntu jest zależne w dużym stopniu od nacisku statycznego na podłoże, który wywołuje większe tarcia międzycząsteczkowe, a więc większe opory i mniejsze zagęszczenia.
Drugim istotnym elementem wpływającym na osiadanie jest częstotliwość drgań. Maksymalne osiadanie występuje przy drganiach od 8 - 42 Hz. To pasmo częstotliwości jest określane jako niebezpieczne. Podręczniki dotyczące fundamentowania podają liczne przykłady nadmiernych osiadań gruntu spowodowanych drganiami.
Ochrona obiektów przed wpływem drgań i wstrząsów przenoszących się przez podłoże może być przeprowadzona kilkoma sposobami:
- ograniczenie wielkości drgań wymuszających w samym źródle, oddalenie,
zmniejszenie obciążeń lub innych parametrów dynamicznych lub inne usytuowania obciążeń, - zmiana właściwości dynamicznych lub wytrzymałościowych podłoża - można to osiągnąć poprzez zwiększenie lub zmniejszenie jego sztywności ewentualnie wzmocnienie,
- zastosowanie elementów wibroizolacyjnych.
Ważną czynnością dla uniknięcia niepożądanych efektów jest dokładne badanie podłoża z wyznaczeniem granic zalegania poszczególnych wydzielonych warstw, namierzonych poziomów zwierciadła wody gruntowej, stanu gruntów ( zagęszczenia i plastyczności). Problem właściwego zaprojektowania obiektów liniowych i posadowień innych urządzeń wibracyjnych w ich pobliżu wymaga od projektanta znajomości dopuszczalnych amplitud przemieszczeń lub przyspieszeń dla tych obiektów.
W przypadku prostych budowli liniowych (nasypów) o wysokości do 4 m z ruchem KR 1 – KR 2 można się posłużyć skalami SWD podanymi w normie PN-B-02170:1985.
Zmniejszenie drgań od działania ruchu o niskich częstotliwościach można uzyskać poprzez zwiększenie sztywności podłoża wykorzystując, np. poduszki geotkaninowe o wytrzymałościach na rozciągnie w granicach 80 – 120 kN/m i grubości poduszki ok. 0,5 m. Cementyzacja lub chemiczne uzdatnianie przynoszą z reguły mniejsze efekty.
Znaczne zmniejszenie efektów dynamicznych od przejazdu pojazdów kołowych i szynowych na stateczność skarp nasypów i wykopów uzyskuje się dodatkowo przez likwidację nierówności, styków nawierzchni z obiektem, właściwą technologią zagęszczania w obrębie płyt przejściowych i jej zabudową. Do tego dochodzi jeszcze organizacja ruchu z redukcją i ograniczeniami prędkości przejazdu pojazdów i eliminacja zjazdów wymagających hamowania.
Mechanika powstawania obciążeń dynamicznych i wpływu ich na konstrukcje skarp nasypów i wykopów lub przekopów dotyczy przede wszystkim źródła drgań:
- zmiana położenia środka nacisku na nawierzchnię (przesuwanie się obciążenia),
- uderzenia pionowe kół na nierównościach,
- uderzenia poziome kół o nierówności,
- poziome uderzenia obrzeży kół o szyny (rzucanie na boki),
- poziome siły powierzchniowe przy hamowaniu pojazdy,
Wszystkie te źródła można więc ograniczyć przez odpowiednie zabiegi konstrukcyjne lub organizacyjne.
Dla wyeliminowania tego typu zjawisk stosuje się różnego rodzaju zabiegi - przegrody przeciwdrganiowe w podłożu w postaci głębokich szczelin lub rowów pustych lub wypełnionych materiałami tłumiącymi względnie wbudowywanie geosyntetyków w postaci „poduszek” pod konstrukcją jezdną lub też jako poziome warstwy w skarpach. O skuteczności tego typu przegród można mówić dopiero, gdy jej głębokość jest porównywalna z długością fali powierzchniowej. Prowadzone badania ze ściankami szczelnymi wykazały ich skuteczność przy spełnianiu warunku:
gdzie:
ts – głębokość szczeliny
λ – długość fali
Rys.2. Schemat przegrody przeciwdrganiowej w postaci szczeliny. [2]
a)
b)
c)
Rys. 3. a), b), c). Przykłady wypełnienia głębokich szczelin.
Literatura :
- Ciesielski R., Maciąg E.: Drgania drogowe i ich wpływ na budynki. WKiŁ, W-wa 1990 r.,
- Ciesielski R., Gumiński A.: O przekazywaniu się drgań na budynki przez podłoże i sposobach zmniejszania tych drgań. Konf. nt. Ocena szkodliwości wpływów dynamicznych. Kraków 1971 r.,
- Jermołowicz P.: Praktyczne aspekty w określaniu stateczności skarp wykopów i nasypów pod obciążeniem statycznym i dynamicznym. Materiały szkoleniowe. PdkOIIB- Rzeszów 2015 r., SwkOIIB- Kielce 2015 r.,
- Materiały pokonferencyjne z VI – VIII Sympozjum: Wpływy sejsmiczne i parasejsmiczne na budowle. Kraków 1992, 1994, 1997 r.,
- DIN 4150-3. Erschutterungen im Bauwesen, Einwirkungen auf bauliche Anlagen.
- PN-B-02170:1985. Ocena szkodliwości drgań przekazywanych przez podłoże na budynki,
- PN-B-02171:1988. Ocena wpływu drgań na ludzi w budynkach.