Jedan od zaštitnih znakova grada Zagreba, svakako su plavi tramvaji koji vijugaju uskih gradskim ulicama povijesnog centra grada. Upravo taj tramvaj, zajedno s infrastrukturom po kojoj prometuje čini okosnicu javnog gradskog prijevoza grada te velik broj građana, studenata, đaka i turista ovisi o njemu. Zbog toga je nakon potresa koji je zadesio grad Zagreb 22. ožujka 2020. godine jedan od prioriteta bio ponovo uspostaviti sustav javnog gradskog prijevoza tramvajima, no to nije bilo nimalo jednostavan poduhvat. U danima nakon potresa stručnjaci Građevinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu na poziv Zagrebačkog električnog tramvaja, detaljno su pregledali ključne komponente koje čine sustav tramvajske infrastrukture. Pregledane su i ispitane sve zgrade ispravljačkih stanica, koje napajaju mrežu strujom. Zatim je proveden opsežan pregled svih prihvata tramvajske kontaktne mreže koja je u središtu grada sidrena u pročelja okolnih zgrada (SLIKA 1). Ovaj korak bio je od iznimne važnosti zbog oštećenih pročelja građevina, te pada dijelova građevine na samu kontaktnu mrežu čime je on pretrpjela određena oštećenja. Detaljno su pregledani i tramvajski kolosijeci kako bi se uočila eventualna oštećenja uslijed potresa, ali i radnih strojeva koji su otklanjali posljedice potresa sa okolnih građevina. Sve aktivnosti odvijale su se u fazama, te je promet tramvaja, konačno uspostavljen svim standardnim linijama centrom grada 30.6.2020. Međutim, aktivnosti vezane uz tramvajsku infrastrukturu i potres nikako nisu završile puštanjem sustava u promet. Uspostavom tramvajskog prometa kroz strogi centar grada započela je faza monitoringa vibracija koje bi, u određenim ekstremnim slučajevima mogle naštetiti građevinama već oštećenim u potresu.
U urbanim sredinama vibracije od prometa prenose se tlom do okolnih građevina koje su u strogom centru grada u neposrednoj blizini prometnica. Takve vibracije mogu biti primjetne ljudima koji u zgradama u blizini vrlo frekventnih prometnica, dok u određenim slučajevima mogu izazivati ozbiljnu neugodu, a mogu imati utjecaj i na same građevine. Tramvajska vozila u interakciji s kolosijekom po kojem generiraju vibracije koje, ako nisu kontrolirane, mogu izazvati učinak sličan potresu manjeg intenziteta. Takve pojave su nakon potresa u Zagrebu prijavljivali su uznemireni građani, koji su nakon traume potresa, ponovnom uspostavom tramvajskog prometa, vibracije primjećivali mnogo intenzivnije nego prije. Osim subjektivnog osjećaja vibracija, postoje određene razine vibracija koje objektivno mogu stvarati ugrozu za građevine. Stoga je nužno analizirati stanje tračničke infrastrukture i njenu sposobnost da apsorbira vibracije, te prijenos vibracija na okolne građevine. Razvoj mjernih sustava s naprednom obradom signala vibracija omogućava monitoring stanja vibracija na tramvajskom kolosijeku koristeći standardno tramvajsko vozilo u redovnom prometu, koje prikuplja podatke a analiza se vrši gotovo u realnom vremenu.
Uslijed potresa od 5,5 stupnjeva po Richteru koji je 22. ožujka 2020. pogodio grad Zagreb, značajno su stradale višekatne zidane zgrade na širem gradskom području, a osobito u staroj gradskoj jezgri. Vrlo važna značajka stare gradske jezgre jest ta da je integrirana u sustav javnog gradskog prijevoza tramvajskom mrežom koja se rasprostire dvjema trasama u smjeru pružanja istok-zapad. Iz dispozicije mreže na SLIKA 2 vidljivo je da tramvajski kolosijek prolazi samom gradskom jezgrom, uskim ulicama, te vrlo blizu oštećenih građevina.
Analiza utjecaja vibracija od tramvajskog prometa na potresom oštećene građevine vrlo je kompleksan inženjerski zadatak jer zahtijeva interdisciplinarni pristup niza stručnjaka (statičara, projektanata, geotehničara, eksperata za kolosiječne konstrukcije te eksperata za analizu vibracija) kako bi se utvrdio utjecaj relativno male pobude (vibracije pri prolasku tramvajskog vozila) ponavljajućeg karaktera (frekvencija prolaska tramvajskih vozila u određenim presjecima je i veća od 60 vozila u 1 h) na potresom oštećene građevine. Glavna pretpostavka jest ta da razina vibracija koju proizvode tračnička vozila neće izazvati oštećenja na nosivim elementima građevina. Međutim, pojedini elementi konstrukcije (kao što su dimnjaci, zabatni zidovi, ornamenti, vijenci i sl.) koji su uslijed potresa znatno oštećeni, bez adekvatne sanacije mogli bi se dodatno oštetiti uslijed relativno male pobude koju proizvode tračnička vozila te se na taj način i ugroziti sigurnost stanara i ostalih građana. Budući da zidane građevine nisu otporne na vlačna naprezanja, uslijed djelovanja vibracija javlja se oštećenje žbuke te odvajanje zidanih elemenata, što može rezultirati postupnim smanjivanjem otpornosti cijele konstrukcije. Preliminarnim uvidima uočena su oštećenja na građevinama izazvana izravno potresnim djelovanjem (zgrade, postrojenja), te posredno, uslijed pada materijala sa oštećenih građevina na tračničku infrastrukturu (kontaktnu mrežu i tramvajski kolosijek).
Udaljenost okolnih građevina od prometnice (tramvajskog kolosijeka) uvelike ovisi o intenzitetu vibracija koja se prenosi od izvora (kolosijek) do prijemnika (građevine). Analizom tramvajske mreže u širem središtu grada Zagreba, ustanovljeno je kako je 35 % kolosijeka najmanje od 7 m udaljen od pročelja zgrada, 38 % kolosijeka 7 do 15 m od fasada, 12 % kolosijeka više od 15 do 25 m od fasada, a 15 % kolosijeka udaljen je više od 25 m od fasade zgrada. S obzirom na blizinu izvora vibracija, moguće je definirati određene zone rizika gdje bi eventualne vibracije od tramvajskog prometa mogle utjecati na zgrade stradale u potresu.
Monitoring vibracija od tramvajskog prometa za cilj ima analizirati dugotrajne i kratkotrajne učinke potresa na tračničku infrastrukturu te utjecaj prometa tramvajskih vozila na potresom stradale građevine.
Ispitivanja su provođena su kroz 3 glavne aktivnosti. Prva aktivnost podrazumijevala je preliminarno ispitivanje vibracija od tramvajskog prometa i rada postojećih pukotina, provedena na zgradi HŽ Infrastrukture (Mihanovićeva ulica 12) značajno oštećenoj u potresu, SLIKA 3. U ovoj fazi kroz 7 dana motrene su vibracije u građevini u 10 karakterističnih točaka, u 3 okomita smjera, dok su pukotine nastale u potresu praćene na 5 lokacija u građevini te je analiziran prolazak značajnog broja tramvajskih vozila. Druga faza obuhvaćala je monitoring vibracija uz pomoć tramvajskog vozila na mreži tramvajskih kolosijeka ZET-a dok je u posljednjoj fazi provođen monitoring vibracija na građevinama u blizini kolosijeka. Druga i treća faza provedene su simultano u trajanju od 6 mjeseci.
Na cjelokupnoj mreži tramvajskih kolosijeka u Zagrebu napravljen je dugotrajni monitoring razina vibracija mjerenih na tramvajskom vozilu u svrhu ocjene stanja kolosijeka i određivanja pojedinih lokacija sa značajno povišenim vibracijama na kolosijeku. Prikupljanje podataka u svrhu monitoringa obavljano je kontinuiranim mjerenjem razina vibracija prilikom vožnje tramvaja prema planiranom rasporedu kako bi se obuhvatila cijela tramvajska mreža. Analizom razina vibracija definirane su na kolosijeku na kojima je potrebna intervencija kako bi se smanjile vibracije na izvoru. Te lokacije sanirane su ili su u postupku pripreme sanacije od strane upravitelja infrastrukturom (ZET). Primjer analize jedne takve lokacije (na raskrižju Frankopanske ulice i Ilice) prikazan je na SLIKA 4, usporedbom razina vibracija prije i nakon intervencije na kolosijeku (izmjena elemenara križališta). Razine vibracija prije intervencije bile su povišene (u prosjeku iznad 160 dB, prikazano crvenom bojom), a izmjenom križališta smanjene su preko 10 dB.
Ovakvo smanjenje razina vibracija dobar je indikator kako se dugotrajnim monitoringom mogu detektirati lokacije s povišenim vibracijama i dati preporuka upravitelju infrastrukturom o hitnosti interveniranja na kolosijeku u svrhu smanjivanja povišenih razina vibracija koje mogu imati potencijalno negativan učinak na obližnje zgrade i ljude koji u njima borave.
U sklopu posljednje aktivnosti monitoringa vibracije od prolaska tramvajskih vozila praćene su na samim oštećenim građevinama u blizini tramvajske pruge. Građevine na kojima je planiran šestomjesečni monitoring odabrane su na temelju analize rizika koja je obuhvaćala sljedeće faktore: ocjene stanja građevina nakon potresa (žuta ili crvena naljepnica), udaljenost građevine od kolosijeka, te stanje vibracija na tramvajskom kolosijeku ispred same građevine. Uz pomoć ova 3 parametra definirane su 4 građevine na kojima proveden dugotrajan monitoring stanja vibracija koje su potencijalno opasne za građevinu.
Ciljevi aktivnosti monitoringa na građevinama u blizini tramvajskog kolosijeka uključuju:
- identifikaciju lokacije s najvećim razinama vibracija od tramvajskog prometa u svakoj pojedinoj građevini
- praćenje razine vibracija na mjestu najvećih razina vibracija u objektu sukladno smjernicama norme HRN DIN 4150‑3 te utvrditi postoji li štetan utjecaj na građevine oštećene u potresu
- utvrditi utjecaj tipa vozila, režima vožnje i stanja kolosijeka (rekonstrukcija) na razine vibracija u građevinama.
Monitoring je provođen sofisticiranim mjernim sustavom vrlo kompaktne konstrukcije, koji, montažom na nosivi element građevine i spajanjem na napajanje (220 V ili baterija), kontinuirano bilježi i putem mobilne mreže, u bazu podataka šalje, podatke o vibracijama koje su prekoračile određeni unaprijed zadani prag, SLIKA 5a i SLIKA 5B. Prije postavljanja opreme za dugotrajni monitoring, proveden je sedmodnevni kratkoročni monitoring u više točaka na svakoj od građevina kako bi se odredila lokacije na zgradi na kojoj se javljaju najviše razine vibracija. Najviše razine vibracija u pravilu su izmjerene na nosivim zidovima najviših etaža građevina te je na ta mjesta postavljena oprema za dugotrajni monitoring vibracija. Za analizu potencijalnih utjecaja tramvajskog prometa na građevine stradale u potresu, uzeti su najstroži kriteriji koji nudi gore navedena norma – utjecaja trajnih, ponavljajućih vibracija, na osjetljive građevine, odnosno vršna vrijednost vibracijskih brzina od v=2,5 mm/s.
Prilikom provedbe monitoringa praćene su i bilježene sve pojave koje su utjecale na građevinu, pa su osim tramvajskog prometa, zabilježeni i brojni naknadni potresi (podrhtavanja), što sa zagrebačkog, a što sa petrinjskog epicentralnog područja. Također su analizirani efekti sanacija koje provodi upravitelj infrastrukturom (ZET) na razine vibracija koje se prenose na građevine. Na slici 6 prikazana je promjena u razinama vibracija prije i nakon intervencije na kolosijeku, zabilježenih na zgradi sa adresom Frankopanska 1 (na raskrižju Frankopanske ulice i Ilice). Prije intervencije na kolosijeku (izmjene križališta) prosječne razine vibracija neznatno su prelazile definiranu granicu od 2,5 mm/s, dok su se one gotovo prepolovile nakon izmjene tramvajskog križališta. Također, iz prikaza na SLIKA 6 vidljive su razine vibracije koje su zabilježene prilikom potresa u Petrinji od 4.2 stupnja prema Richteru. Takve vibracije su nekoliko puta veće od razina vibracija koje se javljaju prilikom prolaska tramvajskog vozila po kolosijeku (kako prije intervencije tako i nakon intervencije). Treba napomenuti da su vibracije koje dosežu granične vrijednosti, prije zamjene križališta na lokaciji Frankopanska 1 ujedno i najveće razine zabilježene u sklopu kompletne aktivnosti monitoringa na svim objektima. Na svim ostalim lokacijama, vrijednosti razine vibracija znatno su manjeg intenziteta.
Dugotrajnim monitoringom vibracija uz pomoć tramvajskog vozila moguće je dati preporuke za daljnje postupanje s obzirom na zabilježene razine vibracija na pojedinačnim lokacijama, te osvrt na izvršene interventne radove na pojedinim lokacijama. Temeljita rekonstrukcija kolosijeka (npr. na križanju Ilica – Frankopanska) ima značajan utjecaj na smanjenje razina vibracija kako na kolosijeku tako i na zgradama u blizini kolosijeka. Na bazi trenda rasta ili pada razine vibracija kroz duži vremenski period moguće je na temelju kontinuiranog monitoringa planirati pravovremene i ciljane intervencije na tramvajskoj infrastrukturi. Također je moguće na vrijeme i precizno detektirati nove lokacije s povišenim i potencijalno štetnim razinama vibracija kako za tramvajska vozila, kolosijek, tako i za okolne građevine. Analizom relativne promjena vibracija nakon izvršenih rekonstrukcija uz kontinuirani monitoring također je moguće verificirati učinkovitost primijenjenih metoda sanacije što je i krajnji cilj ovakvih aktivnosti u smjeru smanjivanja vibracija potencijalno neugodnih vibracija kako bi se produžio životni vijek tramvajske infrastrukture i osiguralo što ugodniji suživot tramvajskog javnog prijevoza i građana koji žive u njegovoj neposrednoj blizini.
Iz iznesenog vidljivo je da se radi o kompleksnom interdisciplinarnom zahvatu, tako da su pored djelatnika Katedra za željeznice, u ispitivanjima dijelom sudjelovali i djelatnici Katedre za zidane konstrukcije i Laboratorija za ispitivanje konstrukcija također Građevinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu, Zagrebačkog električnog tramvaja te tvrtki Veski d.o.o. i Končar – Institut za elektrotehniku.
Priredili:
Voditelj projekta: prof. dr. sc. Stjepan Lakušić, dipl. ing. građ.
Voditelj ispitivanja: doc. dr. sc. Ivo Haladin, dipl. ing. građ.
Suradnici: Krešimir Burnać, mag. ing. aedif. i Mate Ivančev, mag.ing. aedif.
Sveučilište u Zagrebu, Građevinski fakultet – Zavod za prometnice, Katedra za željeznice
