7.1. LA PROPAGAZIONE NEGLI EDIFICI. Occorre distinguere due aspetti del fenomeno di propagazione delle vibrazioni negli edifici:

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1 7. INTERAZIONI CON L'AMBIENTE 7.1. LA PROPAGAZIONE NEGLI EDIFICI Occorre distinguere due spetti del fenomeno di propgzione delle vibrzioni negli edifici: l'interzione suolo-fondzioni, l propgzione nel corpo dell'edificio. L'interzione suolo-fondzioni comport dissipzioni di energi l conttto tr terreno e struttur, in funzione del tipo di fondzione utilizzto. In genere le fondzioni plte, con l loro grnde re di conttto con il terreno non consentono perdite di energi, perlomeno fino ll frequenz di risonnz dell plte stess. Per gli ltri tipi di fondzione si f riferimento curve empiriche (Figur 7) che mettono in relzione l perdit per dissipzione dovut ll'ccoppimento terreno-fondzioni con l frequenz d'ond [3]. Figur 7: Perdit di ccoppimento sulle fondzioni misurt in db in funzione dell frequenz dell vibrzione espress in bnde d'ottv pg. 45

2 L propgzione nel corpo dell'edificio può comportre mplificzioni delle vibrzioni nei soli e nelle preti rispetto quelle trsmesse dlle fondzioni. Il cmpo di frequenz 1 3 Hz, vicino ll frequenz propri dei soli, è quello in cui le mplificzioni sono mggiori. L frequenz di risonnz dei soli ument in mnier linere con lo spessore e diminuisce con legge qudrtic invers con l luce. Comunque occorre tenere presente che le frequenze proprie delle tipologie di solio più correntemente relizzte si trovno fr i 1 ed i Hz, l di sotto delle frequenze tipiche delle vibrzioni ferrovirie. Riportimo di seguito un esempio di clcolo del livello di ccelerzione in un edificio effettuto con i digrmmi di questo prgrfo ed il modello empirico presentto nel prgrfo 6.3. Considerimo di vere un line ferroviri che gener un livello di ccelerzione di vibrzione pri 9 db, misurto ll distnz di 5 m dll line; clcolimo l'entità dell vibrzione l pino terr di un struttur in c.. fondt su pli, post 1 m dll line ferroviri, nel cso in cui il terreno si sbbioso-ghiioso (Tbell 1). Figur 8: Cmpo di mplificzione delle vibrzioni dovuto ll risonnz dei soli (db) in funzione dell frequenz (Hz) Si h: ) Attenuzione geometric: x= 1m; x = 5 m; n= A g = log x x x n 1 = db b) Attenuzione per ssorbimento del terreno: x=1 m; ω = π 5 rd/s; η =.1; c=6 m/s ωη ( x x ) x c At = log1 e = 17. 5dB x x n pg. 46

3 c) Livello in fondzione L ( x) = L ( x ) Ai = = 7. 95dB i d) Perdit di ccoppimento in fondzione (Figur 7): -3dB e) Amplificzione del solio di pino terr (Figur 8): 1dB f) Livello di ccelerzione sul solio: L = = dB A prità di tutte le ltre condizioni, considerndo un terreno limoso-rgilloso (con smorzmento η=.) si vrebbe un livello di ccelerzione sul solio pri db. 7.. GLI EFFETTI SULLE STRUTTURE E SULL'ATTIVITÀ UMANA Per correlre l'entità del dnno sulle strutture con le vibrzioni, si può fre riferimento prove sperimentli condotte con esplosivi. D tli prove risult che i dnni lle strutture risultno proporzionli ll energi cinetic dell oscillzione del terreno. Esprimendo l'energi cinetic trmite il coefficiente energetico CE d ess proporzionle, si h che per CE <.3 m /s non si producono dnni normli costruzioni; per CE >.6 m /s si h un notevole probbilità di dissesti. Il coefficiente energetico CE è dto dll relzione: CE = = π f 4 16 f w dove = ccelerzione f = frequenz w = mpiezz, misurt, dell'oscillzione del suolo pg. 47

4 Figur 3: Rischio di dnni d vibrzioni in funzione dell frequenz e dell'mpiezz (CE =coefficiente energetico) L prim espressione si può usre qundo, vendo un ccelerogrfo, si possono determinre l ccelerzione e l frequenz dell vibrzione nel suolo; l second qundo si us il sismogrfo dl qule si possono ottenere l frequenz e l'mpiezz dell vibrzione. Nell Figur 3 è riportto un grfico con tre zone divers pericolosità per le strutture, second dell frequenz e dell ccelerzione dell vibrzione nel terreno. Si può notre che con le terre sciolte si può rientrre nel cmpo dei dnni certi nche con bssi vlori dell ccelerzione, mentre con rocce lpidee si è qusi sempre nel cmpo di sicurezz. Le vibrzioni si propgno dl terreno verso le strutture degli Figur 9: Entità del fstidio prodotto d vibrzioni in funzione dell frequenz e dell'mpiezz (Rusch) edifici, cusndo fstidi nche lle persone. Nel cmpo di vibrzioni oggetto di studio non si rggiungono livelli tli d provocre dnni fisici lle persone, m comunque le vibrzioni creno fstidi e disturbi soprttutto in relzione lle ttività svolte dll'uomo. Per tle tipo di effetti si può fre riferimento ll Figur 9 dove sono riportte diverse curve di disturbo l vrire dell mpiezz e dell frequenz delle vibrzioni. Alcuni settori dell'ttività umn pg. 48

5 quli l produzione o l'utilizzo di strumentzioni d ltissim precisione possono essere disturbti d vlori molto inferiori quelli dell sogli di percezione umn LE NORME E I LIMITI AMMISSIBILI Limitzione degli effetti sulle ttività umne Gli effetti sul corpo umno dipendono, oltre che dlle grndezze tipiche dei fenomeni vibrtori (mpiezz, ccelerzione, frequenz ecc.), nche dll posizione del corpo, dl suo stto psico-fisico e dll ttività svolt. Già dl 1959 si hnno disposizione studi sperimentli svolti sull rgomento e finlizzti ll definizione di vlori limite per certe grndezze, reltivmente i disturbi lle persone. Per esempio Dieckermnn h definito un fttore K, funzione dell mpiezz A e dell frequenz f dell vibrzione, l qule correlre gli effetti sul corpo umno (Tbell ). Figur 31: Direzioni delle vibrzioni e posizioni dei rilievi (UNI 9614) f (Hz) K <5 K=A f (A in mm) 5 < f<4 K=5Af f>4 K = A K Modo di percepire vibrzioni Effetto sull cpcità di lvoro <.1 Moti ondultori dolci ppen Nessun impedimento l lvoro percettibili.1.3 Percettibili poco fstidiosi Nessun impedimento l lvoro sopportbili tempi lunghi.3 1 Fcilmente percettibili sgrdevoli Nessun impedimento l lvoro tempi lunghi 1 3 Abbstnz forti, sgrdevoli Fstidio minimo nel lvoro tempi lunghi, ncor sopportbili 3 1 Sgrdevoli, sopportbili per un or Fstidio nel lvoro 1 3 Molto sgrdevoli, sopportbili per 1 minuti Lvoro ppen possibile pg. 49

6 3 1 Estremmente sgrdevoli, Lvoro non possibile sopportbili per 1 minuto > 1 Insopportbili Lvoro non possibile Tbell : Vlori di K in funzione dell frequenz e reltivi effetti sulle cpcità lvortive (Dieckermnn) Successivmente nche i mggiori enti normtivi nzionli e internzionli hnno ffrontto l rgomento emnndo specifiche normtive. Nell Tbell 3, secondo le indiczioni del comitto tecnico TC 18/SC4, che h contribuito ll'elborzione delle norme ISO 631, si riport, l vrire del periodo, il vlore mssimo di un ccelerzione di riferimento riferit d un sse verticle. Periodo (s) Vlore dell ccelerzione di riferimento <4 5 x 1-3 m/s + 4 db per ottv x 1-3 m/s 8 5 x 1-3 m/s + 4 db per ottv Tbell 3: Alcuni vlori delle ccelerzioni di riferimento (ISO TC 18/SC4) Nell Tbell 4, sempre secondo l stess normtiv, si riportno i coefficienti mplifictivi dei precedenti vlori, l vrire dell tipologi dell edificio e del periodo dell giornt. Tipo di edificio Fttore moltiplictore Giorno Notte Ospedli, tetri ecc. 1 1 Abitzioni 1.41 Uffici 4 4 Officine 8 8 Tbell 4: Fttori moltiplictivi delle ccelerzioni di riferimento (ISO TC 18/SC4) L normtiv DIN 415 è ncor più dettglit, inftti fornisce nloghe limitzioni fcendo riferimento l grdo di percezione, funzione de delle crtteristiche dell vibrzione, dell su durt nel tempo, del suo tempo di ritorno, del periodo del giorno, dello stto di slute del soggetto e del tipo di ttività svolt. L normtiv itlin (UNI 9614) fiss le curve di sogli di percezione delle vibrzioni in termini di ccelerzioni o di livello di ccelerzione L, definito, nel cso di vibrzione livello costnte, come: dove: L = log = vlore efficce dell'ccelerzione (r.m.s.) pg. 5

7 = vlore efficce dell'ccelerzione di riferimento = 1-6 m/s Figur 3: Curve di sogli di percezione delle vibrzioni e filtri di ponderzione dei livelli di ccelerzione(uni 9614) L'dozione di tli curve di sogli di percezione comport l definizione di curve di ponderzione delle misure di ccelerzione (Figur 3). L norm suggerisce nche lcuni vlori limite per le ccelerzioni complessive ponderte, diversi per gli ssi di riferimento. Zon di riferimento Asse z Assi x e y m/s db m/s db ree critiche bitzioni (notte) bitzioni (giorno) uffici fbbriche Tbell 5: Vlori e livelli limite per le ccelerzioni complessive (UNI 9614) Nel cso di vibrzioni non costnti (che presentno, cioè, vrizioni superiori 5 db durnte l costnte di tempo di rilevzione "slow" - 1 secondo) l norm fornisce le definizioni di ccelerzione e di livello di ccelerzione equivlenti: w, eq = 1 T T [ ( t) ] w dt pg. 51

8 L w, eq 1 = T w 1 log T ( t) dt Anche nel cso di vibrzioni di livello non costnte vlgono le stesse curve di ponderzione e gli stessi vlori limite delle vibrzioni costnti Limitzione degli effetti sulle costruzioni Per qunto rigurd invece le indiczioni reltive ll slvgurdi degli edifici, i primi criteri proposti (196), imponevno le stesse limitzioni vlide per il corpo umno. Successivmente con studi più pprofonditi (Zeller) è stto definito il dnno sulle strutture (Tbell 6) l vrire del prmetro intensità di vibrzione χ, prmetro proporzionle ll potenz trsmess ll'unità di mss durnte un qurto di periodo, funzione dell mpiezz A, dell frequenz f e dell'ccelerzione, secondo le relzioni: χ = = f π A f χ ( cm / s 3 ) Clssi di vibrzioni Effetto sull edificio 1 1 Leggere Nessun pericolo 1 1 Medie Nessun pericolo 1 1 Efficci Dnni leggeri, fessure 1 1 Forti Lesioni i muri principli 1 1 Molto forti Possibile crollo Tbell 6: Effetti sugli edifici in funzione dell clsse di vibrzione (Zeller) L normtiv DIN 415 (Tbell 7) fiss l probbilità dei dnni l vrire dell velocità limite di vibrzione v lim, clcolt rispetto ll risultnte delle velocità nelle diverse direzioni: v = v + v + v lim Velocità limite v lim (mm/s) Dnni <.5 Nessuno.5 6 Molto improbbili 6 1 Improbbili >1 Possibili Tbell 7: Dnni lle costruzioni in funzione dell velocità limite (DIN 415) x Nell Tbell 8 e nell Figur 33 viene riportto il vlore limite dell velocità di vibrzione l vrire dell frequenz, dell tipologi degli edifici, del punto di nlisi (fondzione - pvimento pino più lto), previsto dll DIN 415, così come riportto nell UNI y z pg. 5

9 Velocità di vibrzione in mm/s Misur ll fondzione Misur l pvimento dell'ultimo pino Frequenze diverse Tipi di strutture Cmpi di frequenz (Hz) < Edifici utilizzti per scopi commercili, edifici industrili e simili Edifici residenzili e simili Strutture prticolrmente sensibili lle vibrzioni, non rientrnti nelle ctegorie precedenti e di grnde vlore intrinseco Tbell 8: Velocità limite di vibrzioni in funzione delle frequenz e dell tipologi di edificio (DIN 415 come riportt in UNI 9916) Figur 33: Limitzioni dell velocità di vibrzione delle fondzioni in funzione dell frequenz (DIN UNI 9916) Anche l normtiv ISO 631, elbort dl comitto tecnico TC 18/SC, definisce come prmetro di riferimento l velocità mssim di vibrzione che è correlt i dnni come specificto nell Tbell 9. Velocità limite (mm/s) Dnni sugli edifici esposti vibrzioni con velocità mggiori di quell limite 3 5 Fessure visibili (>. mm) su elementi secondri (trmezzi e intonci) 5 3 Fessure su elementi principli 3 1 Lrghe fessure permnenti su elementi secondri e principli con eventule riduzione delle cpcità portnti Tbell 9: Dnni lle costruzioni in funzione dell velocità limite (ISO - TC 18/SC) pg. 53