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NP2074 de 2015 -
Avaliação da
influência de
vibrações impulsivas
em estruturas
Carlos Aroeira
24 Novembro 2015
Preâmbulo
...
A presente Norma vem atualizar a edição anterior da
mesma “NP 2074:1983 - Avaliação da influência em
construções de vibrações provocadas por explosões ou
solicitações similares”
...
1 Objetivo
A presente Norma destina-se a estabelecer um critério de limitação de valores das grandezas físicas
características das vibrações impulsivas e com um número de ocorrências limitado, com o objetivo de
obviar a que ocorram quaisquer danos (com origem neste tipo de solicitações dinâmicas) nas
estruturas.
2 Campo de aplicação
A presente Norma aplica-se a todas as estruturas, ..., quando sujeitas a vibrações originadas por
solicitações impulsivas.
Está excluído do âmbito de aplicação da presente Norma a avaliação da incomodidade para o
Ser Humano, .... Está igualmente excluído do âmbito de aplicação da presente Norma a
avaliação da influência destas vibrações em equipamentos sensíveis ...
3 Referências normativas
• Os documentos a seguir referenciados são indispensáveis à aplicação desta Norma. Para
referências datadas, apenas se aplica a edição citada. Para referências não datadas, aplica-se
a última edição do documento referenciado (incluindo as emendas).
• DIN 4150-3:1999 Structural vibration – Part 3: Effects of vibration on structures
• ISO 2041:2009 Mechanical vibration, shock and condition monitoring – Vocabulary
• ISO 5348:1998 Mechanical vibration and shock – Mechanical mounting of accelerometers
• NP EN ISO/IEC 17025:2005 Requisitos gerais de competência para laboratórios de ensaio
e calibração
4 Termo e definições
4.1 vibração impulsiva
Vibração originada por uma solicitação de curta duração
mas de intensidade significativa que, quando terminada
a solicitação tem, essencialmente, as características de
uma vibração livre.
4.2 frequência dominante
Frequência na qual ocorre o valor máximo da vibração
no respetivo espectro FFT (Transformada Rápida de
Fourier), correspondendo à direção em que a amplitude
do sinal de vibração no tempo é máxima. Na existência
de duas (ou mais) frequências de importância
aparentemente equivalente, deve escolher-se a menor.
A
:
CH2
Time X:122.07 us Y:-5.076 mV
1.
8
V
-
200
m
V
Rea
l
20
0
m
V
/di
v
0
s
124.878
ms
5 Origem das vibrações
• Após a libertação súbita de qualquer forma de energia no terreno, desencadeia-se a
propagação (em todas as direções) de ondas volumétricas e superficiais que atingem pessoas
e estruturas próximas, com amplitudes de vibração que dependem de vários fatores,
nomeadamente: a quantidade de energia libertada no fenómeno que as ocasionou, a distância
entre a origem e o ponto onde se registam os seus efeitos, as características dinâmicas das
construções e dos seus componentes mais frágeis, e as propriedades transmissoras ou
dissipadoras dos meios de propagação (terrenos envolvidos).
• Os problemas ocasionados por estes fenómenos são de dois tipos: os danos diversos nos
edifícios ou nas estruturas situadas na vizinhança dos locais onde ocorrem solicitações
dinâmicas, e as perturbações causadas nas pessoas que se encontram nas proximidades
(incluindo as que ocupam esses mesmos edifícios).
6 Instrumentação
•O sistema de medição a utilizar na avaliação das
vibrações abrangidas pela presente Norma deve
incluir:
– Transdutores;
– Condicionador de sinal;
– Sistema de registo e processamento.
•Os transdutores de velocidade ou os acelerómetros
devem ser triaxiais.
– O intervalo de frequências do sistema de medição de
vibrações deve incluir o intervalo de 2 Hz a 80 Hz
– e permitir a medição da velocidade de vibração (de pico)
entre 0,5 mm/s e 100 mm/s.
(Nota: para um acelerometro medir esta gama deve
medir valores compreendidos entre 0,006 m/s2 a 50
m/s2)
6 Instrumentação
10 Apresentação de resultados
...
• Valor(es) máximo(s) da velocidade de
vibração (de pico), em mm/s, e a frequência
dominante, em Hz, correspondente(s) a cada
registo efetuado.
• Gráficos das três componentes da
velocidade de vibração em função do
tempo, bem como os respetivos espectros
individuais FFT.
6 Instrumentação
• Este sistema de medição de vibrações deve ser regularmente calibrado por laboratório
acreditado, de acordo com o estabelecido na Norma NP EN ISO 17025, com uma
periodicidade anual.
1983 2015
Gama de frequência: 3 a 60 Hz 2 a 80 Hz
Sensor triaxial Sim Sim
Parametro a medir Velocidade Velocidade
Registo temporal das três componentes Sim Sim
Espetro FFT não Sim
Valores a medir não especificado entre 0,5 e 100 mm/seg
Equipamento calibrado por laboratório acreditado não Sim
7 Avaliação prévia
Antes do início da atividade geradora de vibrações deve ser efetuada uma inspeção às
estruturas próximas, exterior e interiormente, nela se incluindo o levantamento das patologias
detetadas, em particular das fendas existentes e das suas dimensões. Esta análise deve ser devidamente
registada.
As estruturas podem exibir diferentes danos do mesmo tipo (resultando em fissuração de partes da estrutura), devido a outros mecanismos,
designadamente: expansões diferenciais térmicas (dada a diversidade dos materiais de construção aplicados), alterações de ordem química dos
materiais de construção, sobrecargas estruturais, variações sazonais de volume (ciclos de expansão/contração) dos materiais de construção
(especialmente da madeira, quando presente), fadiga e envelhecimento dos materiais de revestimento aplicados, respetivamente, nos pisos e nas
paredes, assentamentos diferenciais da fundação, particularmente quando varia a capacidade de carga dos terrenos que a suportam (devido a
heterogeneidades litológicas ou ao grau de saturação dos terrenos), entre outros. A existirem danos resultantes destes mecanismos, estes devem
ser identificados antes de se iniciar a imposição de solicitações dinâmicas abrangidas pela presente Norma, ou, pelo menos, previstos com base
na identificação de causas como as anteriormente referidas.
No início da atividade geradora de vibrações, devem ser controladas todas as operações que as originam através da medição destas e sempre
que se preveja um agravamento da sua intensidade, ou sempre que os planos de monitorização existentes assim o exijam.
No caso de monumentos ou de outro património classificado que exija cuidados especiais, deve proceder-se à respetiva análise, através da
simples observação visual até, se necessário, da medição ou da monitorização contínua das grandezas físicas que caracterizam o seu estado.
8 Medição
O transdutor de vibrações deve ser fixado ao elemento da estrutura ou do edifício, solidário
com a fundação, de acordo com o estabelecido na Norma ISO 5348, no máximo a 0,5 m do
nível do terreno exterior, com um dos eixos numa direção horizontal e se possível dirigido para
a origem da solicitação (L), e outro eixo na vertical (V). Eventualmente, deverá ser utlizado
outro ponto da estrutura ou do edifício (por exemplo, no pavimento do último piso de uma
edificação).
1983 2015
medição na fundação sim
elementos da estrutura solidários com a fundação sim sim
no máximo a 0,5 m acima do terreno sim sim
no lado mais próximo da origem da solicitação sim
um dos eixos coincide com a linha definida pelo
ponto de medida e a origem da solicitação sim sim
8 Medição
•NOTA: Esta velocidade máxima de vibração deve ser calculada pelo sistema de
medição de vibrações (ver 6 Instrumentação), identificando o instante de tempo (t) em
que ocorre, não podendo ser calculada através da soma vetorial dos valores máximos,
em cada direção, já que estes ocorrem em instantes distintos (tA, tB e tC):
O valor da velocidade máxima de vibração a considerar, Vmáx, é o maior dos valores medidos
durante o período em que decorre o registo, sendo obtido através da seguinte expressão (em
mm/s):
9 Valores limite
Os valores limite recomendados pela presente Norma para a velocidade de vibração (de pico),
definidos em função das frequências dominantes registadas, f, e do tipo de estrutura, são os
apresentados no quadro seguinte:
Quadro 1 – Valores limite recomendados para a velocidade de vibração (de pico), em mm/s
Valores limite (classificação das estruturas)
A classificação das estruturas deve ser efetuada de modo conservador, mediante a análise de diversos fatores, designadamente: o estado de
conservação (por exemplo, considerando sensíveis as edificações antigas ou com revestimentos
cerâmicos colados com argamassa), a respetiva esbeltez (por exemplo, considerando
chaminés e torres como sensíveis) e o seu valor patrimonial (por exemplo, considerando
sensíveis os monumentos ou as infraestruturas de transporte).
Devem ser consideradas como correntes, as estruturas mais comuns, como por exemplo,
edifícios de habitação ou escritórios, que não sejam demasiadamente esbeltos, isto é, aqueles cuja relação altura vs. menor
dimensão da base é maior do que 2.
Devem ser consideradas como estruturas reforçadas, os edifícios recentes em betão armado
ou com elementos estruturais de natureza metálica e, dentro destes, os que tenham uma finalidade puramente
industrial.
NOTA: Nos edifícios sensíveis, os valores limite terão de ser definidos em função da respetiva
sensibilidade (por exemplo, existência de equipamentos sensíveis em hospitais e laboratórios). Quando a ocorrência de vibrações impulsivas ocorre entre as 20 h e as 7 h ou adquire carácter de permanência, apenas se admitem os limites
indicados em estruturas desabitadas ou cuja ocupação tenha características tais que as vibrações não sejam incómodas para as pessoas. Caso
contrário, deverão ser aplicados os valores limite correspondentes à sensibilidade humana, o que, como já foi anteriormente referido, se encontra
fora do âmbito de aplicação da presente Norma.
10 Apresentação de resultados
O relatório de ensaio de vibrações deve fazer referência à presente Norma e incluir, no mínimo, o seguinte:
a) Informações gerais: – a identificação do requerente;
– a data da avaliação e da emissão do relatório;
– a identificação da entidade emissora do relatório e do técnico que realizou as medições e a respetiva avaliação.
b) Tipo de estrutura avaliada.
c) Tipo de solicitação dinâmica imposta ao terreno (especificando qual a atividade, mineira ou geotécnica, geradora de vibrações)
bem como a data do início da mesma.
d) Características da solicitação dinâmica, designadamente as cargas explosivas máximas por retardo.
e) Esquema da localização do ponto (ou pontos) de medição e a(s) distância(s), medida(s) na verdadeira grandeza (isto é,
considerando também a diferença de cotas e não apenas em planta) aos pontos das solicitações dinâmicas verificadas.
f) Grupos data-hora-minutos das medições.
g) Valor(es) máximo(s) da velocidade de vibração (de pico), em mm/s, e a frequência dominante, em Hz, correspondente(s) a
cada registo efetuado.
h) Gráficos das três componentes da velocidade de vibração em função do tempo, bem como os respetivos espectros individuais
FFT.
i) Características do sistema de medição de vibrações, bem como o seu certificado de calibração.
Anexo A (informativo) Recomendações adicionais na avaliação de estruturas sensíveis
A.1 Introdução As situações de sensibilidade, em termos da(s) estrutura(s) a monitorizar, são objeto de um conjunto de recomendações visando a
implementação das melhores práticas atualmente disponíveis ao nível das diversas fases do processo.
A.2 Análise prévia • Deve ser ajustada uma equação de propagação ao local que suporte o dimensionamento subsequente. Esta decorre de um processo
sequencial de cálculo, conducente às energias máximas admissíveis por instante de tempo, na dependência da amplitude máxima
definida na presente Norma e das distâncias envolvidas (entre os pontos de solicitação e de registo), entre outros fatores quando estes
se encontrem disponíveis (por exemplo, saturação dos terrenos, intervalos de tempo entre solicitações dinâmicas, etc.).
• Deve ser comprovada a sensibilidade dos recetores (estruturas) e devem ser estimadas as frequências (dominantes) esperadas,
baseadas no efeito de filtragem que o terreno promove, decorrente da distância em causa e da dimensão do volume afetado por essas
solicitações (ambos numa razão inversa com a frequência esperada).
• Para o efeito, devem ser reunidas as equações de propagação das vibrações (típicas para as diversas litologias em análise, disponíveis
na bibliografia), capazes de orientar as primeiras solicitações teste, no terreno.
• No caso de se tratar de desmontes de rocha com explosivos, considerada como a situação mais desfavorável em termos de energias
aplicadas nos terrenos, devem ser avaliadas as energias que serão disponibilizadas na detonação, contabilizando o binómio de carga
explosiva (em massa - kg de explosivo) e ponderador de energia (por exemplo, a velocidade de detonação, que é a mais fácil de medir
no terreno). Na posse destes elementos, devem ser conduzidos os ensaios e ajustada (por retro-análise estatística, ou seja, por
regressão linear múltipla) a relação existente, pelo menos, entre a velocidade de vibração, a energia aplicada por instante de tempo e a
distância.
Anexo A (informativo) Recomendações adicionais na avaliação de estruturas sensíveis
A.3 Temporização entre cargas explosivas No caso da situação mais desfavorável (desmontes de rocha com explosivos), perante o cenário colocado neste Anexo (estruturas
sensíveis), devem controlar-se rigorosamente as temporizações entre cargas explosivas (através de detonadores eletrónicos, já
vulgarizados), para evitar qualquer sobreposição de temporizações, que pode ocorrer devido à complexidade dos diagramas de fogo e,
para a gama das pequenas distâncias, inferiores à centena de metros, para auxiliar no controlo da frequência dominante do fenómeno,
que decorre das temporizações em utilização.
A.4 Monitorização remota de vibrações Em qualquer situação de monitorização, independentemente da fonte geradora de vibrações, deve ser privilegiada a utilização de
múltiplos pontos de monitorização, recorrendo-se à implementação de sistemas de monitorização remota, com o envio automático e em
tempo real de avisos e registos às múltiplas partes envolvidas nos resultados da monitorização.