Come misurare la vibrazione di un edificio?
Le vibrazioni che si verificano in una struttura possono essere rilevate direttamente utilizzando un accelerometro, un trasduttore di spostamento o un trasduttore di velocità. La misura è una velocità di picco delle particelle che è il valore assoluto massimo del segnale non ponderato (segnale di velocità delle particelle) durante tutta la misurazione.
In base alla norma DIN 4150-3, la misurazione della struttura nel suo insieme deve essere basata sulla velocità di vibrazione del pavimento più in alto, misurata in due direzioni orizzontali. In alternativa alla valutazione delle vibrazioni orizzontali del solaio più alto, è possibile effettuare misurazioni anche alle fondamenta.
Come misurare la vibrazione del contenuto dell’edificio?
Le vibrazioni che influenzano gli oggetti sensibili negli edifici vengono valutate utilizzando un accelerometro o un trasduttore di velocità che misura le vibrazioni delle pareti o del pavimento. Seguendo lo standard IEST, l’RMS della velocità di vibrazione in bande di 1/3 di ottava viene utilizzato per misurare gli effetti delle vibrazioni del pavimento su apparecchiature sensibili negli edifici.
Come si può misurare la percezione umana delle vibrazioni negli edifici?
L’esposizione umana alle vibrazioni del pavimento viene valutata utilizzando un accelerometro o un trasduttore di velocità. Seguendo gli standard ISO, gli indicatori più comuni della risposta umana per i pavimenti vibranti sono il PEAK e l’RMS dell’accelerazione o della velocità della vibrazione o il VDV dell’accelerazione della vibrazione.
Quali sono i livelli di vibrazione percepibili per l’uomo?
Secondo la norma ISO 2631-1, l’accelerazione PEAK di vibrazione di 0,015 m/s2 è un livello di vibrazione accettabile per gli occupanti dell’edificio. Se le vibrazioni del pavimento sono solo leggermente superiori a questo livello, è probabile che gli occupanti dell’edificio si lamentino. In pratica, la vibrazione percepibile dagli utenti dell’edificio varia da 0,01 m/s2 a 0,02 m/s2 PEAK.
L’American Institute of FTA (Federal Transit Administration) e la FRA (Federal Railroad Administration) menzionano limiti di ampiezza da 0,045 a 0,08 per la percezione umana della velocità di vibrazione.
Lo standard tedesco DIN 4150-2 fissa il limite per gli esseri umani a 0,1 KB, dove 1 KB è indicato come 1 mm/s di un RMS ponderato di velocità di vibrazione percepibile.
Standard di vibrazione della struttura dell’edificio
Gli standard più utilizzati per le misurazioni delle vibrazioni strutturali sono ISO 4866, British BS 7385-2 e German DIN 4150-3, sulla quale si basa anche la UNI 9916. Tutti questi standard utilizzano il metodo Peak Particle Velocity (PPV) e FFT per definire la frequenza dominante.
Cosa sono il PPV e la frequenza dominante?
Il metodo per la velocità di picco delle particelle PPV e la frequenza dominante (DF – Dominant Frequency) è descritto nella norma tedesca DIN 4150-3. Il PPV è un valore massimo dell’ampiezza del segnale nel dominio del tempo della velocità di vibrazione. Per rilevare una frequenza dominante di PPV, il metodo richiede l’esecuzione di un’analisi FFT. Il risultato di tale analisi è il valore PPV e la sua frequenza dominante corrispondente per ciascun asse (X, Y, Z). Ciascuna coppia di PPV e la sua DF vengono utilizzate come coordinate del punto che viene confrontato con la curva limite di vibrazione.
Criteri e limiti
La norma DIN 4150-3 definisce i valori che devono essere rispettati per evitare danni e impatti sulle strutture. Si applicano limiti PPV diversi a seconda dei tipi di edificio nella gamma di frequenza da 1 Hz a 100 Hz:
- da 20 mm/s fino a 50 mm/s – per edifici commerciali e industriali,
- da 4 mm/s fino a 20 mm/s per edifici residenziali,
- da 3 mm/s fino a 10 mm/s per edifici sensibili alle vibrazioni che hanno un grande valore intrinseco (edifici storici e/o con valore artistico)
Standard britannico BS 7385-2
La norma BS 7385-2 guida la valutazione della possibilità di danni indotti da vibrazioni negli edifici a causa di una varietà di sorgenti comuni. Le sorgenti comuni di vibrazioni considerate includono esplosioni, demolizioni, palificazioni, trattamenti del terreno (ad es. compattazione), attrezzature per l’edilizia, scavo di tunnel, traffico stradale e ferroviario e vibrazioni indotte da macchinari industriali. Fornisce indicazioni sui livelli di vibrazione al di sopra dei quali le strutture edilizie potrebbero essere danneggiate. Viene considerato solo l’effetto diretto delle vibrazioni sugli edifici. Gli effetti indiretti sulla struttura dell’edificio dovuti al movimento del terreno, al movimento di oggetti sciolti all’interno degli edifici, alla possibilità di danni alle apparecchiature sensibili e all’effetto delle vibrazioni sulle persone non rientrano nell’ambito di applicazione della presente norma. La frequenza più bassa originata da sorgenti comuni di origine artificiale è 1 Hz e la frequenza più alta prevista da macchinari o esplosioni di costruzioni ravvicinate su terreni duri è 1 000 Hz, tuttavia, per selezionare valori guida più limitati, viene preso in considerazione un range più ristretto – da 4 Hz a 250 Hz. Gli standard BS indicano due tipi di edifici:
- strutture armate o intelaiate come edifici industriali e commerciali pesanti,
- strutture non armate o a telaio leggero come edifici di tipo residenziale o commerciale leggero.
Vibrazioni a breve e lungo termine
La norma DIN 4150-3 suddivide le vibrazioni in:
- vibrazioni di breve durata, che non si verificano abbastanza frequentemente da causare fatica e non provocano risonanza nelle strutture valutate,
- le vibrazioni di lunga durata, invece, sono tutte le tipologie di vibrazioni che non possono essere classificate come vibrazioni di breve durata
Cosa sono le curve VC per le vibrazioni?
Le curve del criterio di vibrazione VC espresse in bande di 1/3 di ottava della velocità di vibrazione RMS, sono i limiti di vibrazione utilizzati dallo standard americano IEST per la misurazione di apparecchiature sensibili alle vibrazioni.
Per soddisfare gli standard americani (IEST) che utilizzano le curve del criterio di vibrazione VC per bande di 1/3 di ottava espresse in velocità di vibrazione RMS, il metodo per bande di 1/3 di ottava confronta i risultati RMS in ciascuna banda con la curva limite. Quindi, in effetti, l’intero spettro viene utilizzato per il confronto a differenza del metodo FFT in cui il punto (PPV, DF) è posizionato rispetto alla curva.
Cosa sono le modalità di vibrazione?
Una modalità di vibrazione è un metodo o un modello di vibrazione quando applicato a un sistema o struttura con molti punti e ampiezze di movimento variabili. I due elementi di una modalità di vibrazione sono, una variazione temporale della vibrazione e, in secondo luogo, una variazione spaziale dell’ampiezza del movimento attraverso la struttura.
