Misure vibrazionali

Il monitoraggio delle vibrazioni indotte sugli edifici esistenti dalle ordinarie o straordinarie azioni antropiche, azioni produttive o costruttive sono campi d’intervento in cui l’attenzione generale è sempre più crescente.


Sorgono con sempre maggiore frequenza infatti le problematiche dovute alla coesistenza tra sorgenti di vibrazioni, ordinarie o occasionali, e siti residenziali o lavorativi limitrofi. Coesistenza che può minare il benessere generale fino a mettere a rischio la  struttura degli edifici stessi.


Monitorare una vibrazione significa elencare le posizioni in cui il punto che vibra viene a trovarsi a tempi successivi. Queste possono essere poi graficate a dare l’intera “forma d’onda” registrata.
La forma d’onda più utilizzata per la rappresentazione grafica è la sinusoide. Una volta accettato il tipo di relazione matematica che collega lo spostamento del punto al tempo trascorso, per descrivere la vibrazione basta dare due valori numerici caratteristici definiti come parametri della vibrazione misurata: Esempio di registrazione


il parametro massimo spostamento del punto rispetto alla posizione di riposo ed il numero di oscillazione in un secondo (frequenza).
Lo spostamento massimo può essere misurato attraverso la velocità massima oppure attraverso l’accelerazione massima.
In generale, una volta definita la forma d’onda, tutte queste descrizioni sono praticamente equivalenti, in quanto esistono delle semplici relazioni matematiche che le collegano tra loro.
Analisi dei picchi di misura


In sintesi, l’effetto su una massa di una sollecitazione variabile nel tempo dipende da:


Ampiezza: in generale a maggior ampiezza consegue un maggior danno
Durata dell’evento: in generale a maggior durata consegue maggior danno
Frequenza: il rischio in questo caso è maggiore se la frequenza delle vibrazioni indotte è prossima alla frequenza propria di risonanza del fabbricato, perché verrebbe notevolmente amplificato.


Il periodo è, come noto, l’inverso della frequenza; in generale è ammissibile sostenere che edifici residenziali con altezze inferiori ai 30m hanno periodi propri di vibrazione mediamente compresi tra 0.1 e 0.3 sec.
I periodi propri degli edifici sono valori numerici importanti al fine della valutazione del fenomeno della risonanza. Se infatti applichiamo un impulso perturbante con una cadenza corrispondente alla frequenza propria di una struttura, è possibile ottenere un incremento teoricamente infinito dell’ampiezza di vibrazione. Nello specifico si dice che l’edificio è entrato in risonanza.
Questo fenomeno è molto dannoso soprattutto nel caso di eventi sismici naturali.


E’ utile sottolineare che le vibrazioni indotte di una certa entità (soprattutto di tipo antropico) generano lesioni in quanto, oltre a minare direttamente le strutture presenti, causano cedimenti differenziali nelle fondazioni. Questi cedimenti differenziali sono estremamente dannosi in quanto non assolutamente preventivati in fase di progetto e realizzazione dell’opera.


Le vibrazioni di tipo “non naturale” possono essere distinte in funzione della ripetitività giornaliera e della frequenza dell’impulso trasmesso. In generale distinguiamo vibrazioni impulsive, periodiche e continue.


Le vibrazioni impulsive sono in genere limitate nel tempo ma con spostamenti molto intensi.
Le vibrazioni periodiche si ripetono in maniera quasi costante nel tempo, in genere a bassa frequenza.
Le vibrazioni continue tendono a permanere costanti per periodi temporali lunghi.
























4 - NORMATIVA DI RIFERIMENTO E DESCRIZIONE DELLE FASI DI LAVORO


La verifica delle vibrazioni che interessano un edificio normalmente prevede la scelta di una normativa di riferimento. 
In ambito europeo, e anche in quello italiano, si dà in genere preferenza alla Norma DIN 4150-3. Le ragioni di questa scelta sono la sostanziale tendenza a una maggior prudenza, specie per quello che riguarda i limiti degli edifici monumentali.








                        Analisi della frequenza dominante secondo la norma DIN 4150-3




La DIN 4150, distingue livelli di tollerabilità differente in funzione della tipologia costruttiva degli edifici.
Sono tre le categorie principali in cui vengono suddivisi gli edifici:


A)   Edifici storici monumentali delicati (bassa tollerabilità), limiti minori.
B)   Edifici residenziali recenti (media tollerabilità), limiti medi.
C)   Edifici industriali (alta tollerabilità), limiti alti.


La norma prevede di eseguire il controllo e il monitoraggio installando rigidamente i sensori nelle posizioni opportune.
Definita la Norma di riferimento si passa all’applicazione delle tre fasi successive di lavoro:


 la prima fase prevede la determinazione della classe o categoria di appartenenza 
   dell’edificio in esame in base.


 la seconda fase prevede la misurazione delle grandezze ritenute significative (in 
   generale la velocità o spostamento) alle varie frequenze, in un arco temporale 
   sufficientemente ampio. La norma prevede che, in genere, le misure vengano 
   acquisite al piano fondazione e sull’ultimo solaio orizzontale dell’edificio in 
   osservazione.


 la terza fase prevede la stesura dei risultati in base all’analisi dei dati acquisiti. In 
   particolare si procederà al confronto tra le varie misurazioni e i limiti ammissibili 
   per la categoria a cui l’edificio appartiene. Il confronto avviene attraverso l’utilizzo di 
   appositi grafici e tabelle, parti integranti la norma DIN 4150.


Per quanto riguarda i livelli di tollerabilità umana si può dare come riferimento il parametro Kb sempre contenuto nella norma. Recentemente la Norma DIN 4150 è stata infatti aggiornata in funzione di questo scopo con l’introduzione di questo coefficiente riduttivo Kb (pari a 0,6). 


Si tenga presente che stabilire il giusto limite di tollerabilità umana è di difficile valutazione in quanto spesso intervengono componenti emotive e psicologiche molto soggettive e di difficile valutazione. Per questo,  il disturbo delle vibrazioni in relazione alle attività lavorative è campo specifico della medicina del lavoro.