Cosa sono le vibrazioni degli edifici?
Le vibrazioni degli edifici sono definite come quelle oscillazioni meccaniche di corpi solidi che possono potenzialmente causare disagio alle persone o danni alle strutture.
Secondo la norma tecnica tedesca DIN 4150-3, richiamata dalla norma tecnica italiana UNI 9916, il danno è un effetto permanente delle vibrazioni che riduce la funzionalità di una struttura o di uno dei suoi componenti.
Il disturbo o disagio, trattato dalla norma tecnica italiana UNI 9614 che a sua volta fa riferimento principalmente alla ISO 2631-2, è la sensazione di irrequietezza, fastidio, ansia e irritazione percepita da parte delle persone che usufruiscono e/o vivono nell’edificio sottoposto a vibrazioni.
Quali sono gli effetti delle vibrazioni dell’edificio e del suolo?
- danni alla struttura degli edifici, inclusi danni da fatica come crepe e rotture,
- danni al contenuto degli edifici, comprese apparecchiature elettroniche sensibili e opere d’arte,
- disturbo alle persone,
- effetti udibili come rumore strutturale e tintinnio secondario di elementi o contenuti dell’edificio.
In ogni caso, la risposta alle vibrazioni deve essere valutata utilizzando apparecchiature appropriate e confrontata con gli standard richiesti.
Quali possono essere le sorgenti di vibrazioni?
La norma ISO 4866 definisce una sorgente di vibrazione come un corpo solido, liquido o gassoso semplice o multiplo che provoca vibrazioni nel suo ambiente. Le comuni sorgenti di vibrazione sono:
- cantieri e attrezzature da scavo,
- traffico ferroviario e stradale (fonte più comune),
- vibrazioni indotte da macchinari industriali,
- equipaggiamento meccanico,
- onde di pressione aerodisperse a bassa frequenza emesse da veicoli pesanti, aerei, apparecchiature meccaniche o esplosioni.
UNI 9916: 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 velocità o un trasduttore di spostamento. Il parametro da valutare e misurare – direttamente o indirettamente – è una velocità di picco delle particelle: in altre parole il valore assoluto massimo del segnale di velocità non ponderato delle particelle durante la misurazione.
Secondo la norma DIN 4150-3 richiamata dalla UNI 9916, la misurazione della struttura nel suo insieme deve essere basata sulla velocità di vibrazione del pavimento più alto. In alternativa alla valutazione delle vibrazioni orizzontali del pavimento più alto, è possibile effettuare misurazioni anche alle fondazioni.
Quali sono le principali norme per il danno della struttura dell’edificio da vibrazioni?
Gli standard più riconoscibili per le misurazioni delle vibrazioni strutturali sono ISO 4866, BS 7385-2, DIN 4150-3 e naturalmente 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) è descritto nella norma tedesca DIN 4150-3. Il PPV è un valore massimo dell’ampiezza del segnale della velocità di vibrazione nel dominio del tempo. 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 frequenza dominante corrispondente per ciascun asse (X, Y, Z). Ciascuna coppia di PPV e DF è utilizzata come coordinata di un punto confrontato con la curva del limite di vibrazione indicata dalla norma.
Quali sono i criteri e limiti?
La norma DIN 4150-3 definisce i valori che devono essere rispettati per evitare danni 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 di grande valore intrinseco
Standard britannico BS 7385-2
BS 7385-2 guida la valutazione della possibilità di danni causati dalle vibrazioni negli edifici a causa di una varietà di fonti comuni. Le sorgenti comuni di vibrazioni considerate includono esplosioni, demolizioni, operazioni di palificazione, trattamenti del terreno (ad es. compattazione), attività per l’edilizia, traffico stradale e ferroviario e vibrazioni indotte da macchinari industriali. La norma 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 suolo, al movimento di oggetti liberi all’interno degli edifici, alla possibilità di danni alle apparecchiature sensibili e all’effetto delle vibrazioni sulle persone non rientrano nell’ambito di applicazione di questa norma. La frequenza più bassa proveniente da sorgenti comuni artificiali è 1 Hz e la frequenza più alta prevista per macchinari o esplosivi ravvicinati su terreno duro è 1 kHz. Tuttavia, per selezionare i valori guida, è preso in considerazione un intervallo più limitato da 4 Hz a 250 Hz. Gli standard BS indicano due tipi di edifici:
- strutture armate – Edifici industriali e commerciali pesanti,
- strutture non armate o con struttura leggera – Edifici di tipo residenziale o commerciale leggero.
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, il valore 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.
Cosa sono le curve VC per le vibrazioni?
Le curve di Criterio di vibrazione VC espresse in bande di 1/3 di ottava della velocità di vibrazione RMS, sono 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 VC bande di 1/3 di ottava espresse in velocità di vibrazione RMS, il metodo di banda di 1/3 di ottava confronta i risultati RMS in ciascuna banda con la curva limite. Quindi l’intero spettro viene utilizzato per il confronto a differenza del metodo FFT in cui il punto (PPV, DF) è posizionato rispetto alla curva.
UNI 9614: Come si misura la percezione umana delle vibrazioni negli edifici?
L’esposizione umana alle vibrazioni dell’edificio viene valutata utilizzando un accelerometro o un trasduttore di velocità. Seguendo gli standard ISO/UNI, i parametri più comunemente misurati per la risposta umana agli edifici vibranti sono il valore PEAK e RMS dell’accelerazione delle vibrazioni o VDV dell’accelerazione delle vibrazioni.
Quali sono i livelli di vibrazione percepibili per gli esseri umani?
Secondo la norma ISO 2631-1, un valore PEAK dell’accelerazione di 0,015 m/s2 è un livello di vibrazione accettabile per gli occupanti dell’edificio. Se le vibrazioni del pavimento sono solo leggermente al di sopra di questo livello, è probabile che gli occupanti dell’edificio si lamentino. In pratica, la vibrazione percepibile degli 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 da 0,045 a 0,08 per la percezione umana della velocità di vibrazione.
La norma tedesca DIN 4150-2 fissa il limite per gli esseri umani a 0,1 KB, dove 1 KB è indicato come 1 mm/s del valore RMS ponderato di velocità di vibrazione percepibile.
La norma tecnica italiana UNI 9614 indica valori limite in funzione della destinazione d’uso dell’edificio e dell’intervallo di tempo di riferimento (valori compresi tra 2 e 14 mm/s2).
Strumentazione
Quali strumenti le vibrazioni?
Gli strumenti utilizzati per eseguire misurazioni devono soddisfare i requisiti specificati nella DIN 45669-1, DIN 4150-3, UNI 9916 e UNI 9614. Le vibrazioni che si verificano in una struttura possono essere rilevate direttamente utilizzando un accelerometro, un trasduttore di velocità o un trasduttore di spostamento.
