conforto humano e limites de percepção para vibrações verticais

271REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 59(3): 271-278, jul. set. 2006

Cristiano Caria Guimarães Pereira et al.

ResumoEsse trabalho apresenta um estudo sobre os níveis

de vibrações relacionados à percepção e ao confortohumano. Portanto o objetivo principal desse trabalho égerar curvas de percepção e conforto humano quanto àvibração através de experimentos de laboratório. As res-postas para vibração vertical senoidal de 30 voluntários(15 homens e 15 mulheres) são determinadas para fre-qüências no intervalo de 12 a 80 Hz. O primeiro experi-mento tem por objetivo a determinação do limite de per-cepção à vibração, realizando-se, também, uma análisesobre o intervalo de incerteza das respostas. O segundoexperimento corresponde à determinação da relação en-tre o limite de conforto e o de percepção, considerando-se ambientes residenciais. Uma análise sobre o efeito dapostura também é realizada. Não foram encontradas dife-renças significativas entre os resultados para homens emulheres. Para o limite de percepção, os resultados seapresentam em conformidade com a norma internacionalISO 2631/2 (1989) para a postura sentada, ocorrendo dife-renças significativas para a postura em pé. Os resultadospara o limite de conforto em ambientes residenciais seapresentam entre 2 a 4 vezes superiores ao limite de per-cepção.

Palavras-chave: vibração, limite de percepção, confortohumano.

AbstractThis work presents a study on vibration levels in

connection with human comfort and perception. Themain objective here was to experimentally generatehuman-comfort and perception curves as a function ofvertical sinusoidal vibrations. Thirty volunteers (15 menand 15 women) and a frequency range varying from 12to 80 Hz were considered in the experiments. The goalof the first experiment was to determine the vibration-perception limits. Also measured was the uncertaintyinterval of the analysis. The second experiment wasrelated to the determination of the relation between theperception and comfort limit, taking into accountresidential areas. The effects of posture on the resultsare also investigated. No significant differences werefound between the results for men and women.Furthermore, the perception limit for seated persons isin accordance with the ISO 2631/2 (1989). On the otherhand, significant differences were found for the standingposture. The results for the human-comfort limit inresidential areas are found to be 2 to 4 times greaterthan the experimentally measured perception limit.

Keywords: vibration, perception limits, human comfort.

Engenharia Civil

Conforto humano e limites de percepçãopara vibrações verticais

Cristiano Caria Guimarães PereiraUFOP - Escola de Minas - Departamento de Engenharia Civil

Mestrado em Construção MetálicaE-mail: [email protected]

Francisco de Assis das NevesUFOP - Escola de Minas - Departamento de Engenharia Civil

CEP 35400-000, Ouro Preto, MG, BrasilE-mail: [email protected]

REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 59(3): 271-278, jul. set. 2006272

Conforto humano e limites de percepção para vibrações verticais

1. IntroduçãoAtravés da grande evolução tecno-

lógica no campo da engenharia estrutu-ral nos últimos anos, com emprego denovos materiais e o desenvolvimento deavançadas técnicas construtivas, as es-truturas têm se tornado cada vez maisleves e esbeltas. O significativo cresci-mento da utilização da estrutura metáli-ca, nas edificações, é um exemplo típicodessa tendência.

As estruturas metálicas apresentaminúmeras vantagens, tais como a fabri-cação em escala industrial, que possibi-lita um alto controle de qualidade, comgarantia das dimensões e propriedadesdos materiais; rapidez de execução e lim-peza das obras; alta resistência dos ma-teriais; e facilidade de construção. Noentanto, apresentam desvantagens noque diz respeito ao seu comportamentodinâmico.

As construções com estruturasmetálicas, normalmente, possuem umaalta transmissibilidade de vibrações, de-vido, tanto ao seu baixo fator de amorte-cimento, quanto ao valor em que se en-contra a razão entre a freqüência de exci-tação a que estão submetidas e a fre-qüência natural do sistema. Assim, devi-do a sua relação entre massa e rigidez, asfreqüências naturais das estruturas me-tálicas são, normalmente, inferiores àsencontradas em estruturas de concreto.Esse fato deixa essas estruturas mais sus-cetíveis a uma série de carregamentosdinâmicos, já que suas freqüências na-turais passam a ficar cada vez mais pró-ximas às freqüências de excitação maiscomuns, como atividades humanas, trá-fego de veículos, vento, etc. Com isso,as cargas dinâmicas podem produzir ele-vados níveis de vibração, os quais po-dem tanto comprometer a segurança es-trutural como causar alteração na sensa-ção de conforto dos ocupantes dessasedificações.

Desse modo, os problemas relacio-nados ao conforto humano quanto à vi-bração, em ambientes construídos, têmganhado importância nos últimos anos.Assim, esse trabalho tem como principalobjetivo estudar a influência da vibraçãosobre a percepção e conforto humano.

Os limites de percepção à vibraçãoe os níveis que causam desconforto àspessoas são medidos através de experi-mentos em laboratório, gerando-se cur-vas de conforto humano, baseado noscritérios de vibração, semelhantes àque-las encontradas na norma internacionalISO 2631/2 (1989). A norma ISO 2631/2(1989), através das suas curvas-base, éusada como referência pelos guias deprojeto para avaliação do conforto hu-mano devido a vibrações de pisos deedificações em todo mundo, inclusive noBrasil. Sendo assim, pretende-se verificarsua concordância para uma amostra dapopulação brasileira. Espera-se que taisresultados possam contribuir para a cria-ção de uma norma brasileira que trate dosníveis de vibração aceitáveis quanto aoconforto humano em edificações.

2. Metodologia2.1. Amostra Utilizada

Um total de 30 voluntários, sendo15 homens e 15 mulheres, participam dosexperimentos realizados nesse trabalho.A duração média de cada experimentoencontra-se em torno de 10 minutos.Embora se saiba que a temperatura, en-tre outros fatores, tenha influência so-bre a sensação de conforto humano, oseu efeito não foi estudado com maiorprofundidade. A temperatura ambientevariou de 18 a 25ºC durante a realizaçãodos experimentos. As características daamostra utilizada nesse experimento

quanto à altura, ao peso e faixa etária seencontram nas Tabelas 1 a 3.

2.2 Montagem experimentalA montagem experimental consiste

de uma placa de aço, apoiada sobre qua-tro molas (ver Figura 1). Os voluntáriosse posicionam de duas formas nos expe-rimentos: sentados em uma cadeira deencosto com assento de madeira não al-cochoada, estruturada em barras metáli-cas; e em pé sobre a placa. A cadeira ficaposicionada sobre a placa metálica detal modo que o centro de gravidade doconjunto cadeira - pessoa coincida como centro de gravidade da placa, de formaa produzir a máxima excitação na direçãovertical e evitar movimentos rotacionais.

O acoplamento entre a placa e oexcitador é feita usando um cabo de açoflexível. As dimensões da placa de açosão 700 x 1000 x 6,3 mm (área de 0,7 m2).As molas helicoidais de suporte para aplaca eram feitas de aço inoxidável, comas dimensões: diâmetro externo = 8,0 cm,diâmetro do fio = 6,3 mm, altura = 32 cm epasso = 2,4 cm.

Os equipamentos necessários à re-alização das medidas dinâmicas nos ex-perimentos são: acelerômetro, excitadoreletromagnético (B&K 4809), amplifica-dor de sinais (B&K 2706), gerador defunções, sistema de aquisição de dadose um microcomputador com software paraa análise dos dados (como mostrado,esquematicamente, na Figura 2).

Tabela 1 - Distribuição da estatura para a amostra utilizada.



A excitação senoidal é gerada utili-zando um gerador de funções e transmi-tida ao amplificador de sinais, onde a am-plitude de vibração pode ser ajustadapelos voluntários. Após ser amplifica-do, o sinal de vibração é transmitido aoexcitador eletromagnético. Este transmi-te o movimento à placa, que é captadopelos acelerômetros. Os acelerômetros,por sua vez, transmitem os dados a umsistema de aquisição de dados que estáconectado a um microcomputador ondeesses dados são analisados através doprograma AqDados da Lynx [(AqDados7.0 (2003)], específico para aquisição eanálise de dados.

O sistema de aquisição usado foi oADS2000 IP da Lynx com o controladorde aquisição AC2122 (com 8 canais deentrada e 8 de saída, 16 bits de resoluçãoe uma taxa de conversação de 12,5 µs).As respostas foram medidas no primeiroponto de vibração do conjunto, isto é,no centro geométrico da placa. Um ace-lerômetro sísmico ASW-10A da KYOWA(faixa de freqüência de 0-280 Hz e faixadinâmica de 10 G) foi usado para captu-rar a resposta do sinal.

3. ExperimentosA definição dos experimentos aqui

apresentados (Pereira, 2005) tem comoreferência os trabalhos de Parsons e Gri-ffin (1988) e Misael (2001). O primeiro esegundo experimentos têm como objeti-

Tabela 2 - Distribuição do peso para a amostra utilizada.

Tabela 3 - Distribuição por faixa etária para a amostra utilizada.

Figura 1 - Foto da cadeira e placa deaço. Figura 2 - Desenho esquemático da montagem experimental.



vo a aquisição de dados sobre o limitede percepção das pessoas quanto à vi-bração. O terceiro experimento visa àobtenção dos níveis de conforto quantoà vibração para o ambiente residencial.Somente as freqüências de centro sepa-radas por 1/3 de banda de oitava na faixade 10 a 100 Hz (isto é, 12,5; 16; 20; 25;31,5; 40; 50; 63 e 80 Hz) foram usadaspara vibrações senoidais aplicadas nadireção vertical. Adota-se o limite inferi-or de 10 Hz para a faixa de freqüênciaestudada devido a limitações do excita-dor eletromecânico. Além disso, devidoao gerador de freqüências usado, as fre-qüências de 12,5 Hz e 31,5 Hz da faixaacima não puderam ser aplicadas, sendousadas no lugar as freqüências inteirasde 12 Hz e 32 Hz. O limite superior de 80Hz foi adotado, porque as vibrações da-nosas ao organismo estão na faixa defreqüências de 1 a 80 Hz e para se com-parar os valores medidos com aquelesda norma ISO 2631/2 (1989), que apre-senta o mesmo limite superior de freqüên-cia. Todos os resultados de aceleraçãoapresentados a seguir estão expressoscomo valores RMS (raiz quadrada do va-lor quadrático médio), calculados a partirdo sinal temporal.

Os quartis, para aquelas curvasapresentadas nos gráficos seguintes,dividem um conjunto de dados em qua-tro partes iguais. Assim, o primeiro quar-til corresponde ao valor em que 25% doselementos são inferiores a esse valor. Já oterceiro quartil deixa 75% dos elementos.

3.1 Experimento 1: Limite depercepção

Esse experimento tem como finali-dade obter os níveis de aceleração per-ceptíveis às pessoas, ou seja, o limiar depercepção quanto à vibração (o valormínimo de aceleração que uma pessoapode sentir). Desse modo, os voluntári-os são solicitados a responderem qual onível de vibração mínimo que podemdetectar. Nas Figuras 3 e 4, apresentam-se os resultados do limite de percepçãopara a postura sentada e em pé.

Nos resultados obtidos, fica nítidaa redução da sensibilidade das pessoas

para freqüências mais elevadas. Essecomportamento está em conformidadecom diversos outros trabalhos encon-trados na literatura técnica, inclusive anorma ISO 2631/1 (1997) e ISO 2631/2(1989). A diminuição das amplitudes domovimento para freqüências mais eleva-das torna a vibração mais difícil de serdetectada, reduzindo-se a sensibilidadedas pessoas.

Considerando-se o desenvolvimen-to de uma norma brasileira que trate dasensibilidade humana à vibração, demodo que esta possa ser utilizada naavaliação dos níveis de vibração em edi-ficações, não faz sentido em se utiliza-rem valores médios de respostas em ex-perimentos. Com a utilização desses va-lores, ter-se-ia uma grande parcela da po-pulação com valores de sensibilidade àvibração abaixo da curva média da per-

cepção. Portanto essas pessoas estarãosusceptíveis a movimentos vibratóriosdesconfortáveis em edificações. Comisso, conclui-se que é necessária a utili-zação de uma margem de segurança paraa definição dos valores de percepção emnormas técnicas, propondo-se a utiliza-ção de valores abaixo da média dos re-sultados para o limite de percepção à vi-bração. Na Figura 5, apresentam-se osvalores médios, o primeiro e terceiro quar-tis, juntamente com a curva básica daISO 2631/2 (1989) para vibração verticalcom as pessoas na postura sentada.

Observa-se que a curva básica daISO 2631/2 (1989) encontra-se entre o pri-meiro quartil e a média dos resultadospara o limite de percepção. Desse modo,esse resultado confirma o exposto ante-riormente, onde se apresenta a necessi-dade de se utilizarem valores mais con-servadores que os resultados médios das

Figura 3 - Limite de percepção - Postura sentada.

Figura 4 - Limite de percepção - Postura em pé.



respostas dos voluntários para o limitede percepção, como, por exemplo, o pri-meiro quartil, onde 25% dos resultadosindividuais estão abaixo da curva.

Na Figura 6, apresentam-se os re-sultados do limite de percepção para apostura em pé e sentado, onde os resul-tados indicam diferenças significativaspara o limite de percepção entre as duasposturas, sendo a sensibilidade à vibra-ção para pessoas na postura sentadaconsideravelmente mais elevada que parapessoas em pé. Esse comportamentopode ser atribuído a diferenças na trans-missão da vibração pelo corpo para asduas posturas. Pode-se observarem tam-bém, uma redução mais acentuada dasensibilidade para freqüências mais ele-vadas para pessoas em pé que senta-das. Essa constatação está em confor-midade com o trabalho de Harazin e Gr-zesik (1998). Esses pesquisadores de-monstraram uma redução acentuada natransmissão da vibração para diversaspartes do corpo com o aumento da fre-qüência para a postura em pé, reduzindo-se, portanto, a sensibilidade à vibração.

A norma internacional ISO 2631/2(1989) utiliza o mesmo procedimento parapessoas na postura em pé e sentada,considerando apenas uma curva básicapara vibração vertical (eixo z). Conside-rando-se o atendimento de edificações acritérios de vibração, é razoável utilizaros menores valores encontrados para olimite de percepção, visto que, em prati-camente todos os ambientes, encontram-se pessoas nas posturas em pé e sentada.

3.2 Experimento 2: Incertezadas respostas para o limitede percepção

O objetivo desse experimento é de-terminar o intervalo de incerteza dos re-sultados encontrados no experimentoanterior. Conforme Parsons e Griffin(1988), o limite de percepção absolutapara a vibração pode ser definido comoa magnitude de vibração acima da qual oindivíduo detectará a vibração e abaixoda qual ele não a detectará. Investiga-ções práticas realizadas pelos mesmospesquisadores revelaram que, para umavibração próxima do limite, os indivídu-

os, algumas vezes, registrarão que po-dem sentir o movimento e, algumas ve-zes, registrarão que não podem. Portan-to existe um intervalo de incerteza nasrespostas. Esse intervalo corresponde àsmagnitudes de vibração, onde os indiví-duos nem estão certos que podem sentira vibração, nem estão certos que não po-dem. Portanto esse experimento visa àidentificação do intervalo de incerteza depercepção à vibração. Os voluntáriossão orientados a ajustarem uma magni-tude de vibração vertical senoidal con-forme as instruções a seguir, sendo osresultados apresentados nas Figuras 7e 8.

Caso 1 - O menor nível de vibraçãoque os voluntários estão certos que po-dem sentir.

Caso 2 - O maior nível de vibraçãoque os voluntários estão certos que nãopodem sentir.

Em Parsons e Griffin (1988), os vo-luntários deveriam responder se podiamou não sentir a vibração. Esses pesqui-sadores verificaram que uma parcela daspessoas registra que não podem detec-tar a vibração, quando, na verdade, po-dem, sendo esse fator dependente da ati-tude da pessoa, ou seja, de sua inclina-ção para registrar ou não o sinal, quan-do não tem certeza se pode ou não sentir

Figura 5 - Comparação entre os resultados do presente trabalho para o limite depercepção com a curva básica da ISO 2631/2 (1989).

Figura 6 - Efeito da postura na sensibilidade à vibração das pessoas para o limite depercepção.



a vibração. Desse modo, em Parsons eGriffin (1988), o limite de percepção à vi-bração foi adotado como o valor em que75% dos voluntários registram a vibra-ção quando esta, realmente, está presen-te. Com isso, no presente trabalho, é ra-zoável admitir que uma parcela dos vo-luntários pode detectar a vibração mes-mo quando registram que não podem.Assim, a porcentagem de indivíduosnessa situação é assumida como 25%dos registros, culminando no terceiroquartil para o Caso 2, onde os voluntári-os ajustam os níveis máximos que nãopodem sentir.

No item anterior, apresenta-se umacomparação entre a curva relacionada aoprimeiro quartil e a média para o limite depercepção, e a curva básica da ISO 2631/2 (1989), observando-se valores próxi-mos entre as duas curvas. Portanto, nes-se trabalho, considera-se como interva-lo de incerteza para o limite de percep-ção como sendo o valor de vibração en-tre o primeiro quartil do Caso 1 e o tercei-ro quartil do Caso 2.

Portanto, com o exposto anterior-mente, apresentam-se os resultados nasFiguras 9 e 10, onde se mostra a curvabásica da ISO 2631/2 (1989) juntamentecom o primeiro quartil do Caso 1 e o ter-ceiro quartil do Caso 2 para a posturasentada e em pé.

Para a postura sentada, observa-seque a curva básica da ISO 2631/2 (1989)encontra-se dentro do intervalo entre asduas curvas. No entanto, para a posturaem pé, verifica-se que os níveis de vibra-ção encontrados nesse trabalho são mai-ores que os apresentados pela ISO 2631/2 (1989).

Assim, propõe-se a curva para o li-mite de percepção como sendo a médiaaritmética entre os resultados do primei-ro quartil para o Caso 1 e o terceiro quar-til para o Caso 2. Na Figura 11, apresen-ta-se essa curva em comparação com acurva básica da ISO 2631/2 (1989), po-dendo-se verificar a concordância entreos resultados para a postura sentada evibração senoidal na direção vertical.

Figura 7 - Comparação entre o Caso 1 e o Caso 2 - Postura sentada.

Figura 8 - Comparação entre o Caso 1 e o Caso 2 - Postura em pé.

Figura 9 - Comparação do atual trabalho com a curva básica da ISO 2631/2 (1989) -Postura sentada.



3.3 Experimento 3: Limite deconforto

Para esse experimento, busca-seconhecer os níveis de vibração verticalsenoidal que as pessoas consideramdesconfortáveis em seu ambiente resi-dencial. Assim, os voluntários são soli-citados a ajustarem os níveis de vibra-ção conforme esse objetivo. No entan-to, sabe-se que as respostas obtidasnesse experimento servem apenas comouma referência, pois os voluntários nãoestavam realmente em seu ambiente re-sidencial. Cada voluntário responde aosestímulos referentes ao menor nível devibração que considera como descon-fortável em seu ambiente residencial. Oobjetivo principal desse experimento édeterminar a relação existente entre o li-mite de percepção e conforto. Nas Figu-ras 12 e 13, apresentam-se as curvaspara os limites de percepção e confortonas posturas sentada e em pé.

As características das curvas deconforto são semelhantes às curvas depercepção, apresentando o mesmo com-portamento quanto à redução da sensi-bilidade para freqüências de vibraçãomais elevadas. Constata-se, através dasrespostas dos voluntários, que, para fre-qüências mais baixas, o desconforto écausado por vibrações de órgãos inter-nos do corpo (massa abdominal e pul-mões). Nas faixas de freqüências maiselevadas, os voluntários apenas regis-tram vibrações nos pés. Essa constata-ção está em conformidade com o traba-lho de Harazin e Grzesik (1998), poden-do-se concluir que a transmissão da vi-bração através do corpo diminui com oaumento da freqüência, o que provoca aredução da sensibilidade à vibração.

Observa-se que a razão entre o li-mite de conforto para ambientes residen-ciais e o limite de percepção apresenta-se entre 2 e 4 para a postura em pé esentada. Esse resultado está em confor-midade com os valores apresentados naISO 2631/2 (1989), especificamente paraambientes residenciais em horário diur-no. No entanto, essa razão cresce com oaumento da freqüência. Desse modo, nãofaz sentido em se utilizar um fator multi-

Figura 10 - Comparação do atual trabalho com a curva básica da ISO 2631/2 (1989) -Postura em pé.

Figura 11 - Limite de percepção para o presente trabalho e a curva básica da ISO2631/2 (1989).

Figura 12 - Comparação entre o limite de percepção e o limite de conforto - Posturasentada.



Figura 13 - Comparação entre o limite de percepção e o limite de conforto - Postura empé.

plicativo médio para a curva de percep-ção de modo a se obterem curvas de con-forto como ocorre na ISO 2631/2 (1989).Esse procedimento pode resultar em va-lores superestimados, para freqüênciasmais baixas de vibração, e subestimados,para freqüências mais elevadas.

4. ConclusõesOs resultados apresentados nesse

trabalho mostram que existe um interva-lo de incerteza para as respostas de per-cepção à vibração em que as pessoasnão podem afirmar com certeza se po-dem ou não detectar o estímulo vibrató-rio. Deste modo, observa-se que os va-lores encontrados para o limite de per-cepção do atual trabalho para vibraçãovertical na postura sentada estão emconformidade com os resultados da ISO2631/2 (1989).

Verifica-se, também, a existência dediferenças significativas entre os resul-tados para a postura em pé e sentada.No entanto, no contexto de vibraçõesaceitáveis em edificações, deve-se utili-zar o resultado em que as pessoas apre-sentam maior sensibilidade, ou seja, oresultado para a postura sentada.

Através dos resultados para o ter-ceiro experimento, pode-se observar quea razão entre conforto e percepção ten-de a aumentar com a freqüência. Para afaixa de freqüência estudada, os valoresvariam entre 2, para freqüências maisbaixas, e 4, para freqüências mais altas,tanto para as posturas em pé como sen-tadas. Portanto não é indicada a utiliza-ção de um fator multiplicativo médio paraa curva do limite de percepção na predi-

ção do conforto à vibração como ocorrena ISO 2631/2 (1989), já que, dependen-do da faixa de freqüência, as respostaspodem estar superestimadas ou subes-timadas.

5. ReferênciasbibliográficasAqDados 7.0. Programa de Aquisição de

Dados. Lynx Tecnologia Eletrônica Ltda.Manual do Usuário. 2003.

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MISAEL, M. R. Conforto humano aos níveisde vibração. Belo Horizonte: UFMG,Departamento de Engenharia Mecânica,2001. 114p. (Dissertação de Mestrado).

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PEREIRA, C.C.G. Curvas de percepção econforto humano para vibraçõesverticais. Ouro Preto: Departamento deEngenharia Civil, Universidade Federalde Ouro Preto, 2005. 149 p. (Dissertaçãode Mestrado).

Artigo recebido em 27/10/2005 eaprovado em 29/06/2006.

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