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.