1CENTRO DE GEOTECNIA DO I.S.T

MEDIMEDIO DE RUO DE RUDOS E VIBRADOS E VIBRAES PARA AVALIAR ES PARA AVALIAR A INCOMODIDADE HUMANAA INCOMODIDADE HUMANA

Gustavo Paneiro

TUNNELING 2006

Maio de 2006

DEFINIES

RURUDODO

VIBRAVIBRAESESNo sentido lato, a vibrao corresponde a um movimento mecnico peridico, ou aleatrio, de um elemento estrutural, movimento esse que se caracteriza por ser repetitivo a partir de uma posio de repouso (Regazzi, R. & Ximenes, G., 2004) Na Geomecnica e na prtica geotcnica, a vibrao corresponde a uma resposta elstica do terreno (solos e/ou rochas), aquando da passagem de uma onda de tenso, tendo com origem uma solicitao dinmica de gnese natural (como por exemplo os sismos) ou artificial (exploses, cravao de estacas, etc.).

Segundo Sarsby (2000) o rudo pode ser definido como a transmisso de energia em meio slido lquido ou gasoso, atravs de sbitas flutuaes de presso, originadas por alguns objectos em vibrao (por exemplo, a voz, colunas de som, maquinaria, etc.

2RUDO - NORMAS

O regime jurdico em matria de ambiente sonoro, est consignado no Decreto-Lei n. 292/2000, de 14 de Novembro que constitui o RLPS (Regime Legal sobre Poluio Sonora). Este diploma classifica os locais como zonaszonas senssensveisveis e zonas mistaszonas mistas na perspectiva da sua susceptibilidade ao rudo.

Zonas SensZonas Sensveisveis: reas definidas em instrumentos de planeamento territorial como vocacionadas para usos habitacionais, existentes ou previstos, bem como para escolas, hospitais, espaos de recreio e lazer e outros equipamentos colectivos prioritariamente utilizados pelaspopulaes como locais de recolhimento, existentes ou a instalar.

Zonas MistasZonas Mistas: zonas existentes ou previstas em instrumentos de planeamento territorial eficazes, cuja ocupao seja afecta a outras utilizaes, para alm das referidas na definio de zonas sensveis, nomeadamente a comrcio e servios.

NO RLPS: NO RLPS:

RUDO

PERPERODO NOCTURNO:ODO NOCTURNO:

Compreende o intervalo de tempo entre as 07:00 e as 22:00 horas PERPERODO DIURNO:ODO DIURNO:

Compreende o intervalo de tempo entre as 22:00 e as 07:00 horas

Para cada um destes perodos existe um limite mximo de rudo que estabelecido segundo o tipo de zona considerado:

55 dB(A)65 dB(A)Zona Mista

45 dB(A)55 dB(A)Zona Sensvel

Perodo Nocturno(22-07 horas)

Perodo Diurno(07-22 horas)Tipo de local

3RUDO

Relativamente s actividades ruidosas permanentes, o RLPS (Captulo II -Actividades ruidosas em geral, artigo 8 - Actividades ruidosas permanentes) probe a sua instalao em zonas classificadas como sensveis, ficando a instalao e exerccio de actividades ruidosas remetida para zonas classificadas como mistas, ou na envolvente de zonas sensveis ou mistas, sujeitas ao cumprimento do seguinte critrio:

LAeq (on) LAeq (off) < 5 dB(A), entre as 7 e as 22 horasLAeq (on) LAeq (off) < 3 dB(A), entre as 22 e as 7 horas

Nvel sonoro contnuo equivalente ponderado para a malha A, com a fonte ruidosa em funcionamento

Nvel sonoro contnuo equivalente ponderado para a malha A, com a fonte ruidosa inactiva

De acordo com o Artigo 12 do RLPS, no interior de edifcios onde sejam exercidas actividades que requeiram concentrao e sossego aplicvel o disposto no n. 3 do artigo 8 (critcritrio de incomodidaderio de incomodidade).

As diferenas apresentadas anteriormente podero ser incrementadas no caso do rudo particular em causa se manifestar no perodo de referncia, num intervalo de tempo igual ou inferior a 8 horas:

RUDO

0T> 8 horas

14 horas

4RUDO - METODOLOGIA DE MEDIO

1.1. Anlise preliminar da rea a monitorizar, seleccionando-se um conjunto de locais de medio onde se considera que os nveis de rudo sejam mais elevados 2.2. As medies de rudo devero ser realizadas em ambos os perodos de referncia (diurno e nocturno), durante o funcionamento da fonte (rudo ambiente) e na sua ausncia (rudo residual)

3.3. As avaliaes de rudo devero ser realizadas com recurso a equipamento que cumpre os requisitos do RLPS e da norma NP 1730 (1996) Acstica Descrio e medio do rudo ambiente

Analisador de Rudo de marca Brel & Kjaer modelo 2260; Calibrador sonoro de marca Brel & Kjaer modelo 4231; Filtros de 1/1 de oitava dos 31,5 Hz aos 8 kHz e 1/3 de oitava dos 16Hz aos 12,5 kHz; Software Noise ExplorerTM B&K 7815; Trip.

Equipamento:Equipamento:

RUDO - METODOLOGIA DE MEDIO

Para a realizao das medies adopta-se a metodologia que consta da norma NP 1730 (1996):

Microfone 1,5 m acima do solo; Microfone afastado mais de 3,5 m de qualquer superfcie reflectora; Medies efectuadas com filtro de ponderao A; Medio realizada em Fast (e em Impulsivo noutro canal e em simultneo).

5RUDO - METODOLOGIA DE MEDIO

De acordo com as exigncias da norma NP 1730 (1996) - Acstica Descrio e medio do rudo ambiente e do RLPS, os parmetros a analisar so os seguintes:

LAeq Nvel sonoro contnuo equivalente, expresso em dB(A); LAIM Nvel sonoro contnuo equivalente medido em modo Impulsivo, expresso em dB(A); LAMin Nvel sonoro mnimo do tempo total de medio, expresso em dB(A); LA10 Nvel sonoro excedido em 10% do tempo total de medio, expresso em dB(A); LA50 Nvel sonoro excedido em 50% do tempo total de medio, expresso em dB(A); LA95 Nvel sonoro excedido em 95% do tempo total de medio; expresso em dB(A); LAMax Nvel sonoro mximo do tempo total de medio, expresso em dB(A).

RUDO - METODOLOGIA DE ANLISE

De acordo com o estabelecido pelo Decreto-Lei 292/2000, de 14 de Novembro, a anlise dos resultados obtidos ser realizada a dois nveis, analisando-se o cumprimento do critrio de exposio mxima(estabelecido pelo ponto 3 do Artigo 4 do RLPS) e do critrio de incomodidade (estabelecido pelo ponto 3 do Artigo 8 do RLPS). Segundo o Artigo 12, as medies realizadas no interior de edifcios apenas se analisa o cumprimento do critrio de incomodidade.A anlise do cumprimento do critrio de incomodidade ser realizada por comparao dos nveis de rudo ambiente com os nveis de rudo residual.No entanto, o valor do rudo ambiente dever ser corrigido de acordo com as caractersticas tonais ou impulsivas do rudo particular, passando a designar-se por nvel de avaliao, LAr, aplicando a seguinte frmula:

LAr = LAeq + K1 + K2

Estes valores sero K1 = 3 dB ou K2 = 3 dB se for detectado que as componentes tonais ou impulsivas, respectivamente, so caractersticas essenciais do rudo particular ou sero K1 = 0 dB ou K2 = 0 dB se estas componentes no forem identificadas. Caso se verifique a coexistncia de componentes tonais e impulsivas, a correco a adicionar ser de K1+K2 = 6 dB.

6RUDO - METODOLOGIA DE ANLISE

O mtodo para detectar as caractersticas tonais do rudo dentro do intervalo de tempo de avaliao consiste em verificar, no espectro de um tero de oitava, se o nvel de uma banda excede o das adjacentes em 5 dB ou mais, caso em que o rudo deve ser considerado tonal.

O mtodo para detectar as caractersticas impulsivas do rudo dentro do intervalo de tempo de avaliao consiste em determinar a diferena entre o nvel sonoro contnuo equivalente, LAeq, T, medido em simultneo com caracterstica impulsiva e fast. Se esta diferena for superior a 6 dB, o rudo deve ser considerado impulsivo.

12,151,563,663,6E15

10,052,862,859,8E7

4,537,642,139,1E2

DiferenaLAeq (dB(A))

Rudo residual

LAeq (dB(A))

Nvel de Avaliao

LAr (dB(A))

Rudo Ambiente

LAeq (dB(A))Ponto

VIBRAES

O fenO fenmeno vibratmeno vibratriorioDo ponto de vista da GERAGERAOO, aps a libertao sbita de qualquer forma de energia no terreno, desencadeia-se a propagao (radial) de ondas volumtricas e superficiais, que atingem as populaes e estruturas prximas, com amplitudes de vibrao que dependem de vrios factores (Dinis da Gama, 2003):

Quantidade de energia libertada no fenmeno que as ocasionou; Distncia entre a origem e o ponto onde se registam os seus efeitos; Propriedades transmissoras e dissipadoras dos terrenos envolvidos; Resistncia dinmica das estruturas e dos seus componentes maisfrgeis.

Ondas P Ondas S

Ondas R Ondas L

7VIBRAES

Tendo em considerao os tipos de ondas ssmicas, Kramer (1996) considera que as principais caractersticas das vibraes em terrenos so a amplitude (expressa atravs de grandezas fsicas presentes no fenmeno vibratrio, deslocamentos, velocidades ou aceleraes), a frequncia e a durao.

Tambm as componentes do movimento vibratrio ao longo das direces do espao so importantes, na medida em que os problemas reais processam-se escala tridimensional.

VIBRAES

Segundo Sarsby (2000), em qualquer ponto do interior do macio circundante, o movimento mximo das partculas postas a vibrar devido a uma das componentes e no energia total da onda tendo, geralmente, maior importncia a componente vertical.

PROPAGAPROPAGAOO

Em resultado dessa desigual distribuio de energia, a velocidade vibratria decresce de modo irregular com a distncia percorrida, sendo determinada na prtica, uma atenuao da sua amplitude a partir dos valores de pico resultantes das trs principais componentes (longitudinal, transversal e vertical).

Os factores que contribuem para a atenuao das vibraes com a distncia so (Sarsby, 2000):

A expanso geomtrica das ondas; A progressiva separao das trs componentes, que provm das suas diferentes velocidades de propagao; A presena de descontinuidades nos macios, causando reflexes, refraces, difraces e disperses; O atrito interno dinmico caracterstico das rochas.

8VIBRAES

Componentes vibratComponentes vibratrias geradas na cravarias geradas na cravao de uma estaca (o de uma estaca (SarsbySarsby, , 2000, adaptado por Dinis da Gama, 2003) 2000, adaptado por Dinis da Gama, 2003)

VIBRAES

EFEITOS DAS VIBRAEFEITOS DAS VIBRAESESOs efeitos das vibraes podem classificar-se em trs grupos, apresentados de seguida, por ordem crescente de severidade e irreversibilidade nos danos:

Afectao do funcionamento normal de equipamentos ou instrumentos sensveis (por exemplo em hospitais, laboratrios tcnicos e cientficos e at em habitaes); Incomodidade para as populaes que sentem as vibraes, causando receios e, consequentemente, queixas; Danos nas estruturas (em particular, nos monumentos e edifcios altos ou antigos) e nos macios remanescentes, para o caso de operaes de escavao, por exemplo.

9VIBRAES - NORMAS

NORMAS PARA O CONTROLO NORMAS PARA O CONTROLO DOS EFEITOS DOS FENDOS EFEITOS DOS FENMENOS MENOS

VIBRATVIBRATRIOSRIOS

Danos estruturaisDanos estruturais IncomodidadeIncomodidade

Em Portugal Na Europa

NP 2074

DIN4150DIN4150(Alemanha)

BS7385BS7385(Reino Unido)

ISO 2631ISO 2631

(1978, 1989, 1993, 2003)

Avaliao da Exposio Humana s

Vibraes de Corpo Inteiro

VIBRAES NORMAS

NORMA PORTUGUESA 2074NORMA PORTUGUESA 2074AvaliaAvaliao da Influncia em Construo da Influncia em Construes de Vibraes de Vibraes Provocadas por es Provocadas por Exploses ou SolicitaExploses ou Solicitaes Similareses Similares

De uma forma conservadora, esta norma permite obter a velocidade da vibrao admissvel de pico (vL), atravs do produto de trs factores:

O tipo de terreno de fundao ();O tipo de construo ();A periodicidade diria das solicitaes dinmicas ().

=LvPor anlise da NP 2074, o valor mximo admissvel alcana os 60 mm/s, incorporando mesmo assim um elevado factor de segurana, justificvel para a preveno de danos estticos nas estruturas.

No considera o efeito da frequncia.

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VIBRAES NORMAS

CARACTERSTICAS DO TERRENO (que afectam os valores da constante ) Solos

incoerentes; areias e misturas areia-seixo bem

graduadas; areias uniformes; solos coerentes moles

e muito moles

Solos coerentes muito duros, duros e de

consistncia mdia; solos incoerentes compactos; areias e misturas areia-seixo graduadas; areias

uniformes

Rocha e solos coerentes rijos

cp 1.000 m/s 1.000 m/s < cp < 2.000 m/s cp 2.000 m/s

TIPOS DE CONSTRUO

(que afectam os valores da constante )

= 1,0 = 0,7 = 1,0 = 0,7 = 1,0 = 0,7 Construes sensveis 2,50 1,75 5,00 3,50 10,00 7,00 Construes correntes 5,00 3,50 10,00 7,00 20,00 14,00 Construes reforadas 15,00 10,50 30,00 21,00 60,00 42,00

==1,01,0

0,70,7

< 3 eventos dirios

> 3 eventos dirios

VIBRAES NORMAS

DIN 4150 (ALEMANHA)DIN 4150 (ALEMANHA)

Fornece os valores limite de velocidade de vibrao de partculas em mm/s, considerando o tipo de estrutura civil e o intervalo de frequncia, em Hz, os quais demonstram se encontrarem os edifcios fora de risco de danos. considerada como norma-padro em toda a Europa.

So consideradas trs classes de edifcios: Edifcios estruturais; Habitaes; Monumentos e construes sensveis.

As frequncias so analisadas em trs intervalos, ou seja, valores menores que 10 Hz, valores entre 10 50 Hz e valores entre 50 100 Hz. A norma prev que, para frequncias acima de 100 Hz, a estrutura suporta nveis altos de vibrao.

Os valores de velocidade de vibrao de partcula definidos variam de 3 mm/s, no caso de monumentos e construes delicadas com frequncia inferior a 100 Hz, at 50 mm/s, no caso de estruturas industriais com frequncia entre50 100 Hz.

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VIBRAES NORMAS

FUNDAO

Frequncia (Hz)

ANDAR MAIS ALTO DO EDIFCIO TIPOS DE ESTRUTURAS

< 10 10 50 50 100 Qualquer Frequncia Industrial 20 mm/s 20 40 mm/s 40 50 mm/s 40 mm/s

Habitaes 5 mm/s 5 15 mm/s 15 20 mm/s 15 mm/s Edifcios particularmente

delicados 3 mm/s 3 8 mm/s 8 10 mm/s 8 mm/s

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100

Frequencia (Hz)

Velo

cida

de d

e Vi

bra

o (m

m/s

)

Edifcios Industriais

HabitaesMonumentos e contrues delicadas

VIBRAES NORMAS

ISO 2631ISO 2631Avaliao da Exposio Humana s Vibraes de Corpo Inteiro

Em Portugal, para a avaliao das vibraes admissveis dos prdios quanto ao conforto das populaes, no existem normas oficiais. Assim, recomendam-se procedimentos estabelecidos pela Norma ISO 2631, da International Standarization Organization, com sede na Suia.

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.

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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VIBRAES NORMAS

Em termos de contedo, a Norma est dividida em duas partes principais:

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

A ISO 2631-1 define mtodos de medida da vibrao de corpo inteiro e indica os principais factores que se combinam para determinar o grau deaceitabilidade exposio da vibrao

A ISO 2631-2 apresenta um guia para aplicao da ISO 2631-1 sobre a resposta humana vibrao dos prdios, incluindo curvas ponderadas, em funo da frequncia, de igual nvel de perturbao para os seres humanos, assim como mtodos de medio a serem utilizados.A direco de propagao das vibraes relaciona-se 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 20).

VIBRAES NORMAS

RECOMENDARECOMENDAES:ES: Devem realizar-se medies to perto quanto possvel do ponto ou rea na qual a vibrao transmitida ao corpo; Deve-se ainda medir a vibrao 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; Quando existir qualquer elemento elstico, recomendvel interpor alguma forma de suporte rgido entre o sujeito e o elemento elstico.

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VIBRAES NORMAS

Ace

lera

o

R.M

.S. (

m/s

2 )

Frequncia (Hz)

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

VIBRAES MONITORIZAO

EQUIPAMENTOSEQUIPAMENTOSSismgrafo MiniMate Plus da Instantel Inc.

Geofone triortogonalpiezoelctrico

Standard 0,254 a 254 mm/s

Low Level 0,254 a 254 mm/s

SOFTWARE

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VIBRAES MONITORIZAO

,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 G4: Locais de instalao

dos geofones

MMTODO DE MONITORIZATODO DE MONITORIZAOO

VIBRAES MONITORIZAO

Exemplo de um registo da amplitude de vibrao

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VIBRAES MONITORIZAO

Exemplo de um registo Tranformada de Fourier (Frequncias)

VIBRAES NORMAS

Limiar de Incomodidade Humana s Vibraes ISO 2631

Residncias noite

Hospitais

Residncias de Dia e Escritrios

0.01

0.1

1

10

1 10 100

Frequncia [Hz]

Vel

ocid

ade

de V

ibra

o

[mm

/s]

Edifcio 1 Via V3Edifcio 2 Via V1Edifcio 3 Via V1Edifcio 4 Via V1Edifcio 5 Via V3Edifcio 6 Via V3Edifcio 7 Via V1Edifcio 8 Via V4Edifcio 9 Via V1Edifcio 10Via V1

Comparao dos registos com a Norma ISO 2631

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VIBRAES NORMAS

0,001

0,01

0,1

1

10

100

1 10 100

Frequncia (Hz)

PVS

(mm

/s)

E6 E8 E9 E10 E11 E12 E14 E16E17 E19 E23 E26 E27 E29 E30 DIN4150

Comparao dos registos com a Norma DIN 4150

VIBRAES NORMAS

CRITCRITRIOS DE CONFORTO DO LNECRIOS DE CONFORTO DO LNECOs Critrios de Conforto estabelecidos pelo Laboratrio Nacional de Engenharia Civil para a incomodidade humana, consideram os seguintes limites da velocidade de vibrao:

Velocidade de vibrao menor que 0,3 mm/s; Valor eficaz de vibrao (RMS) menor que 0,14 mm/s para frequncias de 8 a 80 Hz; Valor eficaz de vibrao menor que 0,78 mm/s a 2 Hz; Valor eficaz de vibrao menor que 2,2 mm/s a 1 Hz, de noite.

0,001

0,01

0,1

1

10

1 10 100

Frequncia (Hz)

PV

S (m

m/s

)

E6 E8 E9 E10 E11

E12 E14 E16 E17 E19

E23 E26 E27 E29 E30

Critrio LNEC Critrio LNEC 0,3 mm/s

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UNIDADES DE MEDIO

No ruNo rudodo

]decibis[IILog10]bels[

IILogL

00

=

=

Intensidade do rudo

Intensidade do rudo ambiente

No rudo, efectua-se uma mudana de escala no que respeita diferena de presso provocada por fenmenos de rudo, para melhor interpretao dos dados, passando-se para a unidade Dcibel, que corresponde a uma escala logartmica.

Nas vibraNas vibraesesTal como no rudo, poder-se- efectuar esta mudana de escala atravs da relao:

=

refvvLog20)dB(v

Amplitude (velocidade de vibrao) do evento

Velocidade de vibrao a 0 dB

O valor da velocidade de vibrao de referncia depende do considerado, podendo ir de 10-6 mm/s (para o caso Europeu) a 10-8 mm/s (para o caso americano). N entanto, outros valores, de menor expresso, na gama de valores apresentados, podero ser adoptados.