La misura dei livelli vibrazional

Una volta che sia stato delineato sotto il profilo teorico il fenomeno vibratorio, si pone il problema di individuare delle specifiche metodologie di misura in grado di quantificarne le manifestazioni salienti ai fini dell’analisi, il che implica una scelta dei parametri descrittivi appropriati e, infine, di definire le soglie oltre le quali il livello delle vibrazioni sia da ritenersi inaccettabile, invocando quindi provvedimenti di mitigazione.

Per quanto attiene la metodologia di misura e la scelta dei parametri da misurare, anche sulla base di quanto riportato in letteratura, si può affermare che, a tutt’oggi, non si sia convenuto su di una soluzione comune.

2.8.1 Scelta dei parametri

In linea generale, si può affermare che ci siano due metodi accettati per riportare le vibrazioni: l’uno in relazione alla valutazione del danno strutturale recato ad un edificio; il secondo correlato al disturbo alle persone.

Quando si voglia analizzare il grado di disagio cagionato alle persone, ciò che generalmente si valuta è il valore quadratico medio (in letteratura: r.m.s., ossia root mean

square) della velocità [29], oppure i livelli o il r.m.s. dell’accelerazione (espressa in m/s2), secondo quanto previsto dalla UNI 96142. Poiché gli effetti dell’accelerazione sul corpo umano variano con la frequenza, è suggerito dalla stessa normativa di pesarne il valore usando specifici filtri [30].

Se lo studio del fenomeno vibratorio è rivolto alla valutazione del danno ad un edificio è prassi misurare la velocità di vibrazione di picco in un punto della superficie del terreno in prossimità della costruzione o in vari punti (e.g., fondazioni e piani più alti) della struttura

2

Secondo la UNI 9614 l’accelerazione misurata viene espressa in livelli (dB),ove il livello di definisce in rapporto ad un valore di accelerazione di riferimento, come:

⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ = 0 10 log 20 a a L (1) con: =

a r.m.s. dell’accelerazione misurata; a0 =valore efficace di riferimento (10

-6

[29]. Naturalmente i valori di velocità devono essere associati alle frequenze delle vibrazioni. Secondo la UNI 9916, la scelta dei parametri da misurare dipende da tre fattori:

- durata e ampiezza della vibrazione; - intervallo di frequenze d’interesse;

- caratteristiche fisiche e dimensionali dell’elemento strutturale del quale si misura la risposta [1].

Per determinare tanto la velocità di picco o il r.m.s. dell’accelerazione che in un determinato punto caratterizzano il fenomeno vibratorio è necessario un monitoraggio strumentale continuo che garantisca un riscontro del rispetto dei valori di sicurezza predefiniti. Le norme impongono di effettuare il monitoraggio strumentale all’interno del manufatto più prossimo alla sorgente, al livello delle fondazioni nel punto più vicino all’origine delle vibrazioni.

2.8.2 Metodi di produzione del segnale

Nelle campagne di indagine e rilevazione in situ dei parametri, ossia, in generale, della risposta alle vibrazioni di una pavimentazione, di un suolo o di un edificio, si procede attraverso un’eccitazione artificiale e, perciò, controllata attraverso uno dei seguenti tre metodi:

a) transito di un veicolo reale di caratteristiche note;

b) eccitazione armonica continua prodotta da un eccitatore elettrodinamico (vibrodina);

c) azione impulsiva transiente mediante massa battente (FWD).

La vibrodina (b) (vd. fig. 2.18) è costituita da due masse eccentriche disposte su due distinti assi verticali che, ruotando contemporaneamente grazie ad un’alimentazione elettrica, generano un forza pulsante di tipo sinusoidale. La velocità di rotazione, espressa in termini di frequenza, può variare entro un certo intervallo (e.g., da 1 a 25 Hz), modificando, così, la frequenza della sinusoide generata. Naturalmente, esiste un valore

limite massimo della forza raggiungibile (e.g., 20.000 N). La relazione che permette di determinare l’esatta intensità della forza è scrivibile come:

2

cos

1026⋅

2

⋅

α

=

f

F

(2) Ove:

=

f

frequenza di rotazione delle masse;

=

α

angolo di sfasamento fra le masse eccentriche

L’apparecchiatura viene fissata alla struttura da eccitare mediante ancoraggi con trafile filettate.

Un aspetto interessante ai fini analitici dell’utilizzo della vibrodina, in luogo degli altri due sistemi elencati, consiste nella naturale produzione di una forzante di tipo sinusoidale avente una sola componente armonica che consente di identificare in maniera diretta la funzione di trasferimento corrispondente alla frequenza d’eccitazione come rapporto fra la risposta misurata ed il valore della forzante applicata.

Figura 2.18 Vibrodina

In figura 2.19 viene riprodotto un possibile schema di dislocazione dei diversi sistemi connessi alla vibrodina e necessari allo svolgimento di una prova dinamica.

La vibrodina è dotata di un dispositivo di controllo (feed-back) che consente di raggiungere con precisione il valore fissato della frequenza da utilizzare; è inoltre possibile impostare il tipo di variazione di frequenza richiesto. Si può quindi variare con continuità la velocità di rotazione della vibrodina (e di conseguenza la frequenza di eccitazione) nel tempo, imponendo cioè una “rampa” in frequenza oppure, in caso contrario, procedere attraverso “gradini” in frequenza, cioè variando la frequenza di eccitazione, mantenendola per un certo periodo di tempo prima di passare alla frequenza successiva.

Figura 2.19 Esempio di schema di dislocazione delle apparecchiature in una

prova dinamica con una vibrodina

Dai singoli segnali registrati da ognuno degli strumenti di misura si ricava il valore “picco-picco” in corrispondenza di ognuna delle frequenze di eccitazione, tale valore rappresenta (una volta diviso per l’ampiezza della forzante presa in esame) il valore dell’ordinata della funzione di trasferimento della struttura o della pavimentazione studiata. Gli strumenti di misura possono essere disposti sul terreno (o sulla pavimentazione) oltre che sugli edifici che si vogliono analizzare, a distanze progressive dalla vibrodina, in modo da poter caratterizzare la funzione di trasferimento in funzione della distanza dalla sorgente.

Alcuni autori, descrivendo i diversi metodi di misura, asseriscono che i metodi d’impatto per la produzione della sollecitazione debbano essere preferiti per studiare i fenomeni di attenuazione delle vibrazioni da una sorgente localizzata a basse frequenze per il vantaggio offerto dai brevi tempi di prova che sono necessari per avere un’eccitazione su un ampio intervallo di frequenze [3]. Con sistemi vibranti tradizionali possono insorgere problemi addizionali per le elevate forze necessari alle basse

frequenze al fine di ottenere effetti misurabili anche a maggior distanza dalla sede viaria [23].

Nel documento La progettazione di pavimentazioni antivibranti (pagine 83-87)