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A INCOMODIDADE HUMANA PERANTE AS VIBRAES E SUA CARACTERIZAO ABSOLUTA E RELATIVA

THE HUMAN DISTURBANCE AT VIBRATIONS AND ITS ABSOLUTE AND

RELATIVE CHARACTERIZATION Dinis da Gama, Carlos, Centro de Geotecnia,IST,Lisboa, Portugal, dgama@ist.utl.pt Paneiro, Gustavo, Centro de Geotecnia, IST, Lisboa, Portugal, gustavo@commedia.pt RESUMO A incomodidade humana perante fenmenos vibratrios um fenmeno complexo, cuja quantificao difcil. Dada a ausncia de legislao portuguesa sobre este tema, e a surpreendente indefinio da ltima verso da Norma ISO 2631 (2003), o presente artigo apresenta uma proposta de caracterizao dos fenmenos vibratrios sobre as pessoas. Assim, o impacte vibratrio de um dado processo ou obra, seria quantificado em relao aos valores registados em todas as restantes vibraes ambientais existentes no local em causa (designado por situao de referncia), sendo eventualmente complementado por uma avaliao absoluta, aps confronto com normas que sejam consideradas fiveis. ABSTRACT The human disturbance with respect to vibrations is a complex phenomenon, whose quantification is difficult to assess. Due to the inexistence of portuguese laws on this subject, and the surprising omission of the last version of ISO 2631 (2003) standard, this article presents a suggestion to handle the characterization of vibration phenomena on humans. Thus, the vibration impact created by a certain process or working can be quantified in relative terms by means of the registered data gathered on all the remaining vibrations affecting the place where such an evaluation is performed (the so-called baseline situation) and eventually completed by an absolute assessment based on existing reliable standards. 1. INTRODUO A incomodidade humana perante determinado fenmeno vibratrio consiste em algo difcil de quantificar e que traduz a reaco do desconforto que a maioria das pessoas experimentam perante tal estmulo. No devem ser confundidos os conceitos de incomodidade e de percepo, dado que este ltimo possui geralmente valores mais baixos que o primeiro, embora a repetio de eventos simplesmente perceptveis possa conduzir incomodidade. Este mecanismo fisiolgico no se define com rigor, a avaliar pelas opinies abalizadas de especialistas (por exemplo, Attewel & Farmer, 1976; Kiely, 1997). A reaco colectiva de desconforto que a maioria das pessoas capaz de sentir e de discriminar entre vibraes de amplitudes e de frequncias diferentes, permite classific-las por ordem crescente (ou decrescente) da incomodidade relativa que as pessoas experimentam com cada uma delas.

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Da a necessidade de existir um termo de comparao constitudo por uma grandeza fsica absoluta, que reflicta o desconforto associado aos nveis das vibraes que atingem as pessoas. para isso que existem modelos convencionais, geralmente estabelecidos atravs da normalizao nacional ou internacional. Uma interpretao mais sofisticada do impacte vibratrio causado por uma determinada fonte, seria detectar se os valores registados ficam acima ou abaixo de todas as restantes vibraes ambientais que atingem um determinado sensor, tal como se determina habitualmente nas situaes de referncia tpicas dos Estudos de Impacte Ambiental. Existiriam, por conseguinte, duas facetas da incomodidade: a sua grandeza absoluta (maior ou menor do que os valores admissveis estabelecidos nas Normas) e a sua magnitude relativa em face dos outros fenmenos vibratrios que habitualmente atingem o observador no mesmo local. No de estranhar que uma mesma empresa, ou uma obra, ocasionem incomodidades nuns locais em funo das circunstncias locais, enquanto que noutros, o impacte vibratrio se situa abaixo dos limiares de desconforto humano, tantas so as variveis que intervm neste fenmeno. Por outro lado, a incomodidade (absoluta ou relativa) no geralmente proporcional quantidade de reclamaes enviadas pelos cidados. Em geral, o maior nmero de queixas provm de camadas sociais mais reivindicativas e das reas de maior concentrao populacional, nem sempre reflectindo as intensidades dos impactes. 2. A PERCEPO E A INCOMODIDADE PERANTE FENMENOS VIBRATRIOS A partir uma determinada amplitude de vibrao, e antes de se revelar incmoda, o evento vibratrio percepcionado pelo indivduo. Foram desenvolvidas vrias escalas de percepo das vibraes, de acordo com muitos critrios de vrias instituies. Segundo os dados experimentais de Reiher & Meister (1931) as vibraes so classificadas em diversas patamares, em termos de amplitude e frequncia (ver Figura 1). A demarcao entre as zonas Perceptvel e Claramente Perceptvel corresponde a uma velocidade mxima de cerca de 1 mm/s e uma vibrao Incomodativa apresentar uma velocidade entre 2.5 a 7.5 mm/s. De acordo com Kiely (1997), a medio de vibraes pode ser efectuada por meio de acelermetros, geofones e sistemas laser que fornecem os valores da velocidade de vibrao de pico, que se encontram correlacionadas com diversas velocidades limite conhecidas, tais como:

Percepo humana: 0.3 mm/s; Desconforto: 1 mm/s; Danos estruturais: 10 mm/s.

Estes limites so muito aproximados, na medida em que no consideram um conjunto de outros factores, tais como a frequncia de vibrao e a posio do indivduo, os quais apresentam considervel relevncia no que tange s reaces das pessoas, apesar das reconhecidas diferenas entre comportamentos individuais.

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Figura 1 Graus de incomodidade das vibraes sobre as pessoas (segundo Atewell & Farmer,

1976, citado por Sarsby, 2000 e adaptado por Paneiro, 2003) Um outro factor importante na percepo das vibraes relativo posio em que o indivduo se encontra quando as sente. A Norma ISO 2631 considera que a direco de propagao das vibraes se relaciona com um sistema de coordenadas do corpo humano em posio anatmica normal, da forma seguinte: segundo o eixo Z no sentido dos ps cabea, o eixo X no sentido das costas ao peito e o eixo Y no sentido do lado direito ao esquerdo (Figura 2). Figura 2 Direces do sistema de coordenadas para vibraes em seres humanos (Norma ISO

2631, adaptado por Paneiro, 2005). Assim, pela anlise da Figura 1 e de uma forma emprica, compreende-se que, quanto maior for a superfcie de contacto do corpo com uma determinada superfcie por onde se efectua a propagao das vibraes, maior ser a percepo do indivduo ao fenmeno vibratrio, sendo que a posio sentado ser mais favorvel percepo do que a posio em p e, por conseguinte, a de deitado ainda mais favorvel que a posio sentado. Por conseguinte, a Norma ISO 2631 sugere que se deve medir as vibraes na superfcie estrutural que suporta as pessoas, no(s) ponto(s) de maior intensidade, tipicamente: no centro da laje dos pisos, para vibraes verticais e nos pisos prximo s paredes, por exemplo nos vos das portas e janelas, para vibraes horizontais (Maior, P, et al., 2001, citado por Bacci, et al, 2003). Todas as constataes apresentadas anteriormente so assim importantes para que seja possvel determinar a incomodidade das vibraes sobre as pessoas.

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No entanto, para que seja possvel determinar quantitativamente a incomodidade de um determinado evento vibratrio, originado por uma obra, imprescindvel conhecer a situao prexistente. Assim, prope-se uma definio de incomodidade como a sensao de desconforto provocada na maioria das pessoas que se apercebem das vibraes originadas exclusivamente pelos eventos que se pretendem caracterizar, sempre que a respectiva amplitude ultrapasse a mdia das amplitudes de vibrao verificadas na situao de referncia caracterstica de cada local. Nesta linha de raciocnio e decerto, numa perspectiva conservadora, o limiar de incomodidade corresponde ao valor mdio das amplitudes de vibrao da situao de referncia, preexistente no local de origem do evento. 3. A CARACTERIZAO DA INCOMODIDADE HUMANA Perante as consideraes efectuadas anteriormente, poder-se- efectuar a caracterizao da incomodidade das pessoas a eventos vibratrios sob dois pontos de vista:

1. Segundo as normativas vigentes; 2. Segundo a caracterizao da situao de referncia do meio.

Assim, estabelecem-se dois tipos de caracterizao da incomodidade:

1. A caracterizao absoluta, relacionada com o clausulado das normas; 2. A caracterizao relativa, face situao prexistente em cada local.

Desenvolvem-se consideraes acerca desta abordagem nos captulos que se seguem. 3.1. A caracterizao absoluta da incomodidade Como foi referido anteriormente, esta caracterizao tem como fundamento as normas existentes no que diz respeito incomodidade humana perante as vibraes, nomeadamente a norma ISO 2631. Esta Norma foi publicada pela primeira vez em 15 de Janeiro de 1978, seguindo-se actualizaes em 1989, 1997 e 2003, e estabelece procedimentos de medio e critrios de aceitabilidade para vibraes que afectam o conforto humano, fornecendo nveis aceitveis em funo do tipo de vibrao, do perodo diurno ou nocturno e da rea de ocupao do prdio. Trata-se, portanto, de uma Norma Internacional destinada Avaliao da Exposio Humana s Vibraes de Corpo Inteiro, que define e fornece valores numricos dos limites de exposio a vibraes transmitidas ao corpo humano, na amplitude de frequncias entre 1 e 80 Hz, para vibraes peridicas e no peridicas. Nenhuma parte desse documento deve ser extrapolada para frequncias fora da banda 1 a 80 Hz. Os limites admissveis de vibrao so definidos para os trs critrios geralmente reconhecveis de preservao do conforto, eficincia de trabalho e segurana ou sade, denominados, respectivamente: nvel de conforto, nvel de eficincia (fadiga) e limite de exposio. Estes limites esto especificados em termos de frequncia vibratria, grandeza de acelerao, tempo de exposio e a direco da vibrao em relao ao tronco humano.

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Esta Norma Internacional aplicvel apenas a situaes em que os indivduos gozam de condies normais de sade, isto , considerados capazes de realizarem as actividades normais da vida. Em termos de contedo, a Norma est dividida em duas partes principais (Tabela 1).

Tabela 1 Partes da Norma Internacional ISO 2631 - Avaliao da exposio humana vibrao de corpo inteiro (in CEGEO, 2005).

PARTE DENOMINAO ISO 2631-1 Requisitos gerais ISO2631-2 Relativamente a vibrao induzida por impacto em prdios

A Norma ISO 2631-1 define mtodos de medida da vibrao de corpo inteiro e indica os principais factores que se combinam para determinar o grau de aceitabilidade exposio da vibrao. Ela traz informaes e orienta quanto aos possveis efeitos da vibrao sobre a sade, o conforto, o limite de percepo, na faixa de 0.5 a 80Hz, e o enjoo, para frequncias entre 0.1 e 0.5 Hz. Em relao ao conforto humano, esta Norma apresenta um consenso sobre a relao entre a severidade da vibrao e o conforto humano e fornece um mtodo adequado e conveniente para estabelecimento da severidade subjectiva das vibraes em prdios, sem entretanto estabelecer limites especficos de aceitao. A grande particularidade visvel nas diversas actualizaes da Norma ISO 2631, nomeadamente no que diz respeito ltima de 2003, corresponde s alteraes, cujas razes se desconhecem, no que diz respeito aos valores que caracterizam o limiar de incomodidade. Infelizmente, esta ltima verso no apresenta quaisquer valores para o referido parmetro, bem como a actualizao de 1997, sendo prefervel recorrer s verses anteriores (1989) para quantificar a incomodidade das pessoas exposio de vibraes. Assim, em face das finalidades do presente estudo, a normalizao existente leva a considerar os limites admissveis de vibraes que se correlacionam com a incomodidade, os quais se apresentam resumidos na Tabela 2.

Tabela 2 Extracto dos valores admissveis das vibraes para pessoas situadas em diversos tipos de locais, segundo a Norma ISO 2631, de 1997 (in CEGEO, 2005).

TIPOS DE LOCAIS PERODO LIMIAR DE INCOMODIDADE HUMANA S VIBRAES Hospitais Dia ou noite 0.10 mm/s

Residncias Dia Noite 0.20 a 0.40 mm/s

0.14 mm/s Escritrios Dia ou noite 0.40 mm/s Oficinas Dia ou noite 0.80 mm/s

Note-se que o critrio adoptado pela Norma ISO 2631 de 1997 envolve uma perspectiva de relatividade face situao de referncia caracterstica de cada local, inspiradora de uma abordagem de incomodidade relativa que se advoga neste artigo. Assim, graficamente, poder-se- representar os limites indicados, em termos da acelerao das vibraes relativamente s respectivas frequncias, da forma apresentada na Figura 3.

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As diferentes condies em que podem ser consideradas as pessoas alvo constam da Tabela 3, onde intervm a hora do dias, a vibrao ser contnua ou intermitente e o factor multiplicativo para o nmero de eventos vibratrios dirios.

Figura 3 Curvas das magnitudes aceitveis de acelerao vibratria, em valores eficazes (adaptado de Normativa de rudo y vibraciones).

Tabela 3 Gama de valores multiplicativos (curvas indicadas na Figura 3) para determinao das magnitudes satisfatrias de vibrao, segundo a Norma ISO 2631-2 (1989) (adaptado de

Normativa de rudo y vibraciones).

LOCAIS HORRIO VIBRAO CONTNUA OU INTERMITENTE OCORRNCIAS

DIRIAS Hospitais, preciso Dia ou noite 1 1 Residncias Dia

Noite 2 a 4 1,4

30 a 90 1,4 a 20

Escritrios Dia ou noite 4 60 a 128 Oficinas Dia ou noite 8 90 a 128

3.2. Caracterizao relativa da incomodidade Para efectuar a caracterizao relativa da incomodidade, ser necessrio determinar a relao existente entre a amplitude de vibrao do evento que a caracterizar e a amplitude de vibrao da situao preexistente, isto , da situao de referncia. Como sabido, a situao de referncia caracterizada pelas velocidades de vibrao medidas atravs de solicitaes provocadas pelas actividades normais (existentes no meio envolvente), apresentando geralmente, maior importncia as solicitaes provocadas pelo trnsito automvel.

ferncaReSituao

oSolicita

vv

F = . (1) Esta relao designada por Factor de Afectao (Paneiro, 2003), que pode ser calculado tendo como objectivo quantificar o acrscimo de vibraes sentidas nos edifcios, devido vibrao causada pelas solicitaes originadas numa determinada obra (quer se encontre em fase de

Frequncia (Hz)

Ace

lera

o

R.M

.S. (

m/s

2 )

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construo, quer em fase de explorao como o caso de tneis rodovirios ou, principalmente, tneis ferrovirios). Depois de calculados os referidos factores de afectao, interpretaram-se os registos obtidos tendo por base a norma ISO 2631 de 1978, para avaliar a incomodidade humana absoluta s vibraes. Uma das vantagens desta caracterizao encontra-se relacionada com a determinao da incomodidade das vibraes para as populaes vizinhas de uma obra, na sua situao de projecto, permitindo prever com algum rigor, a incomodidade associada. Esta metodologia pode ser aplicada quer sobre a fase de construo, quer sobre a fase de explorao de obra, sendo preponderante para a deciso de aplicao de sistemas anti-vibrteis. 4. CASO PRTICO: CARACTERIZAO DAS VIBRAES PROVOCADAS PELA

PASSAGEM DE COMPOSIES DO METROPOLITANO DE LISBOA Para caracterizao das vibraes causadas pela passagem das composies do Metropolitano de Lisboa, foi efectuada em Dezembro de 2004 uma campanha de registos em vrios pontos da sua rede. Estes registos tiveram como principal metodologia obter 3 medies de vibraes simultneas: num ponto no interior dos tneis, junto s vias, nos pisos inferiores dos edifcios monitorizados e nos pisos mais elevados (Figura 4). Figura 4 Esquema geral da metodologia adoptada na campanha de registos efectuados para a caracterizao das vibraes causadas pela circulao das composies do Metropolitano de

Lisboa, E. P. (in CEGEO, 2005) Dentro dos vrios pontos monitorizados, encontra-se o Hospital Jlio de Matos que, pela sua actividade, corresponde ao exemplo mais crtico verificado. O ponto de medio encontra-se, no tnel, na marca 41/84 da linha Verde do ML, constituda por uma via betonada com tabuleiros flutuantes. A fixao dos carris do tipo CIL, sendo que a estao mais prxima da referida marca a de Alvalade que dista cerca de 715 m (Figura 5). O edifcio tem uma altura aproximada de 3 m, uma rea de cerca de 80 m2 com conservao mdia

,cp,t

D

H

B

FONTE TRAJECTO DESTINO(via frrea) (terreno) (pessoa no edifcio)

Propriedades do terrenoV 0 , f0 Vp,fp

V0,f0

cb,b Vp,fp

G2

G1

G3

G4G 1, G 2, G 3 e G 4 : Locais de instalao

dos geofones

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Para efectuar os registos conforme a Figura 4, instalaram-se dois sismgrafos de engenharia e respectivos geofones, um no interior do tnel junto via de circulao e um outro, recebia os dados recolhidos por dois geofones no edifcio imediatamente acima da marca anterior.

Figura 5 Localizao do edifcio monitorizado, relativamente linha do Metropolitano de

Lisboa, E. P.

Limiar de Incomodidade Humana s Vibraes no Hospital Jlio de Matos

Normas: ISO 2631, SN 640312

ISO 2631Limiar de

Incomodidade

0.01

0.1

1

10

1 10 100

Frequncia [Hz]

Vel

ocid

ade

de V

ibra

o

[mm

/s]

Registos na basedo prdio

Registos no topodo prdio Via V4

SN 640312Limiar de Incomodidade

0.1< |V|M < 0.4 mm/s

Incomodidade

Conformidade

Figura 6 Representao grfica do limiar de incomodidade humana em hospitais segundo a

ISO 2631 (1989). Adicionalmente, a ttulo de exemplo, encontra-se tambm assinalado o limite estabelecido pela norma sua SN640312.

Segundo esta figura verifica-se que os registos obtidos se encontram acima dos valores estabelecidos para o limiar de incomodidade fornecidos pela Norma ISO 2631 (1989), que os obtidos no piso inferior, quer os do piso superior. Um dos geofones no edifcio foi colocado no piso trreo da estrutura e o outro no 1 piso. Assim, foram obtidos um conjunto de registos, suficientemente claros para inferir que a velocidade de vibrao de pico mdia registada devido a eventos correspondentes situao de referncia foi de 0.3521 mm/s e 0.214 mm/s no rs-do-cho e no 1 piso, respectivamente. No que diz respeito a eventos causados pela circulao das composies do Metropolitano de Lisboa, E. P., obteve-se uma velocidade de vibrao de pico mdia de 0.3844 mm/s no piso trreo e 0.2142 mm/s no 1 piso do edifcio monitorizado.

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Perante os registos obtidos, confrontando-os com as Normas em vigor, obtm-se a caracterizao absoluta das vibraes causadas pela passagem das composies do Metropolitano de Lisboa, E. P., conforme ilustra a Figura 6. Atravs das velocidades de vibrao de pico mdias, obtidas atravs dos registos referentes passagem das composies do ML e correspondentes situao de referncia (geralmente trnsito pesado), efectua-se a caracterizao relativa das vibraes, tal como se representa na Tabela 4.

Tabela 4 Valores das velocidades de vibrao de pico mdias registadas no edifico monitorizado, no Hospital Jlio de Matos, devidas situao de referncia e circulao de

composies do Metropolitano de Lisboa, E. P., e respectivos factores de afectao.

PISO vmdia (mm/s) SITUAO DE REFERNCIA vmdia (mm/s) EVENTOS ML FACTOR DE AFECTAO

Rs-do-cho 0.3521 0.3844 1.09 1 Piso 0.2140 0.2142 1.00

A partir da Tabela 3 verifica-se que, relativamente s vibraes provocadas pela situao de referncia, os eventos ocasionados pela circulao das composies do Metropolitano de Lisboa, E. P., em media, apresentam velocidades de vibrao superiores. 5. CONCLUSES Cada vez mais, com o aumento das necessidades existentes ao nvel urbano, torna-se necessrio efectuar estudos que permitem efectuar a quantificao dos impactes ambientais gerados pelas obras de ndole geotcnica. A problemtica das vibraes geradas no s durante a fase de construo das referidas obras, como tambm durante a fase de explorao, tem vindo a ser desenvolvida nos ltimos anos, pela verificao do aumento de densidade de construo de estruturas geotcnicas e pelo aumento da exigncia da populao para melhor qualidade de vida. Assim, dada a dificuldade na quantificao da incomodidade humana exposio de eventos de natureza vibratria, o presente artigo prope uma quantificao que entra em linha de conta com as normas em vigor (caracterizao absoluta) e com a situao de referncia (caracterizao relativa). A referida caracterizao permite efectuar uma anlise mais abrangente das vibraes provocadas numa obra, dado que, para alm de efectuar uma anlise, tendo como base as normas existentes, dado que as mesmas no consideram alguns parmetros tais como a situao de referncia, atravs da caracterizao relativa das vibraes ter-se- uma noo mais clara da possibilidade de existir incomodidade perante os eventos vibratrios. No entanto, dentro da temtica da incomodidade, ainda muito h que desenvolver, nomeadamente no que diz respeito a guidelines e normas, baseadas em dados puramente cientficos, que permitam avaliar, com exactido, a incomodidade das vibraes para as pessoas. Como ficou demonstrado, atravs da exemplificao apresentada, a quantificao proposta permite apoiar a tomada de decises sobre a aplicao de medidas de reduo dos impactes ambientais provocados pelas vibraes, em projectos de Engenharia Geotcnica.

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REFERNCIAS [1] Bacci, D. C., Landim, P. M. B., Eston, S. M., Iramina, W. S. (2003). Principais Normas e

Recomendaes para o Controle de Vibraes Provocadas pelo Uso de Explosivos em reas Urbanas Parte I. Esc. Minas, Ouro Preto, Brasil.

[2] Bacci, D. C., Landim, P. M. B., Eston, S. M., Iramina, W. S. (2003). Principais Normas e

Recomendaes para o Controle de Vibraes Provocadas pelo Uso de Explosivos em reas Urbanas Parte II. Esc. Minas, Ouro Preto, Brasil.

[3] CEGEO Centro de Geotecnia do IST (2005). Estudo com Vista Definio do Limiar de

Incomodidade Humana Devida Passagem das Composies do ML. Para o Metropolitano de Lisboa, E. P. (no publicado).

[4] Norma Portuguesa 2074 (1983). Avaliao da Influncia em Construes de Vibraes

Provocadas por Exploses ou Solicitaes Similares. Instituto Portugus da Qualidade (IPQ), Lisboa.

[5] Norma ISO 2631 (2003). Mechanical vibration and shock -- Evaluation of human exposure

to whole-body vibration -- Part 2: Vibration in buildings (1 Hz to 80 Hz) [6] Paneiro, G. (2003). Quantificao do Descritor Vibraes em Estudos de Impacte

Ambiental. Textos de apoio ao curso Vibraes em Geotecnia Gerao, Monitorizao, Impactes Ambientais, Critrios de Dano e sua Mitigao. Curso da FUNDEC (Coordenador: Dinis da Gama). 24 e 25 de Junho de 2003, I.S.T. Lisboa.

[7] Paneiro, G. (2005). Vibraes Admissveis em Seres Humanos e Suas Repercusses no

Projecto de Vias Anti-Vibrteis. Dissertao para a obteno do grau de Mestre em Georrecursos (Verso Provisria, no publicada). I. S. T., Lisboa.

[8] Sarsby, R. (2000). Environmental Geotechtonics. Thomas Telford Books, London, UK.