Monitoramento estrutural de obras civis utilizando a plataforma Arduino e sensores de baixo custo – Normas e parâmetros de vibração

Por Fabio Ioveni Lavandoscki, Diego Lapolli Bressan e Lucas P. G. Fernandes

 

Introdução

 

Neste artigo técnico é apresentado um resumo acerca de algumas normas fundamentais para o campo da dinâmica, tanto em cenário brasileiro como internacional. Estas normas abordam não só os efeitos das vibrações na questão estrutural, mas também o fator humano, em que são considerados pontos como o conforto e bem estar dos usuários. Serão destacados os principais parâmetros contidos em cada norma, de forma que fique destacado o que mais comumente se mede na área. A Tabela 1 apresenta um resumo das normas que serão apresentadas.

Tabela 1 – Resumo das normas analisadas. Fonte: Elaborada pelos autores.

Norma considerada Principais questões abordadas Principais parâmetros
ISO 2631 Conforto/Saúde Aceleração
NR 15 Conforto/Saúde Aceleração/VDVR
CETESB Conforto/Saúde PPV
DIN 4150 Segurança estrutural PPV
SN 640 312a Segurança estrutural PPV
BS 7385/1993 Segurança estrutural PPV

 

Normas Técnicas

 

ISO 2631 – International Organization For Standardzation

 

O parâmetro que as normas ISO 263 buscam limitar é a aceleração da parte do corpo que vibra, na direção em que a atividade acontece. A Figura 1 mostra as direções do sistema de coordenadas para vibrações em seres humanos considerados na ISO 2631.

Figura 1 – Direções do sistema de coordenadas para vibrações em seres humanos considerados na ISO 2631

Os limites de exposição à vibração recomendados pela ISO 2631: 1978 estão apresentados na Tabela 2. Estes limites visam o conforto da pessoa, preservação da eficiência do trabalho e preservação da saúde da pessoa em situação de vibração.

 

Tabela 2 – Limites de exposição à vibração recomendados pela ISO 2631. Fonte: ISO 2631:1978.

Frequência (Hz) (centro da banda de 1/3 de oitava) Aceleração (m/s2)
Tempo de Exposição
24 h 16 h 8 h 4 h 2,5 h 1 h 25 min 16 min 1 min
1,0 0,280 0,425 0,63 1,06 1,40 2,36 3,55 4,25 5,60
1,25 0,250 0,375 0,56 0,95 1,26 2,12 3,15 3,75 5,00
1,6 0,224 0,335 0,50 0,85 1,12 1,90 2,80 3,35 4,50
2,0 0,200 0,300 0,45 0,75 1,00 1,70 2,50 3,00 4,00
2,5 0,180 0,265 0,40 0,67 0,90 1,50 2,24 2,65 3,55
3,15 0,160 0,235 0,355 0,60 0,80 1,32 2,00 2,35 3,15
4,0 0,140 0,212 0,315 0,53 0,71 1,18 1,80 2,12 2,80
5,0 0,140 0,212 0,315 0,53 0,71 1,18 1,80 2,12 2,80
6,3 0,140 0,212 0,315 0,53 0,71 1,18 1,80 2,12 2,80
8,0 0,140 0,212 0,315 0,53 0,71 1,18 1,80 2,12 2,80
10,0 0,180 0,265 0,40 0,67 0,90 1,50 2,24 2,65 3,55
12,5 0,224 0,335 0,50 0,85 1,12 1,90 2,80 3,35 4,50
16,0 0,280 0,425 0,63 1,06 1,40 2,36 3,55 4,25 5,60
20,0 0,355 0,530 0,80 1,32 1,80 3,00 4,50 5,30 7,10
25,0 0,450 0,670 1,0 1,70 2,24 3,75 5,60 6,70 9,00
31,5 0,560 0,850 1,25 2,12 2,80 4,75 7,10 8,50 11,2
40,0 0,710 1,060 1,60 2,65 3,55 6,00 9,00 10,6 14,0
50,0 0,900 1,320 2,0 3,35 4,50 7,50 11,2 13,2 18,0
63,0 1,120 1,700 2,5 4,25 5,60 9,50 14,0 17,0 22,4
80,0 1,400 2,120 3,15 5,30 7,10 11,8 18,0 21,2 28,0

Obs: Os valores acima definem o limite em termos de valor eficaz (RMS) da vibração de frequência simples (senoidal) ou valor eficaz na banda de um terço de oitava para a vibração distribuída.

 

NR 15 – Norma Regulamentadora Brasileira

 

A NR 15, do Ministério do Trabalho, versa sobre as atividades e operações insalubres no trabalho que devem ser respeitados. O anexo VIII dessa norma versa sobre vibrações no ambiente de trabalho e estabelece critérios para caracterização da condição de trabalho insalubre decorrente da exposição às Vibrações de Mãos e Braços (VMB) e Vibrações de Corpo Inteiro (VCI). Os procedimentos técnicos para a avaliação quantitativa das VCI e VMB são os estabelecidos nas Normas de Higiene Ocupacional (NHO 09) da FUNDACENTRO.

Há dois principais parâmetros que são tratados na NR 15, a saber:

  • Aceleração resultante de exposição normalizada (Aren), medida em m/s², que é tanto maior quanto a aceleração a que o trabalhador se submete como também quanto maior o tempo em que ocorre a exposição. O cálculo é o seguinte:

Em que T = Tempo da jornada de trabalho (horas), e T0 = 8 horas.

  • Valor da Dose de Vibração Resultante (VDVR), medido em  m/s1,75, e que também é um parâmetro que envolve a ponderação da aceleração (nas três direções) a que o trabalhador se submete, e o tempo de duração dessa exposição. Calcula-se o VDVR por:

Em que VDV expj = valor de dose de vibração da exposição representativo da exposição ocupacional diária no eixo “j”, sendo “j” igual a “x”, “y” ou “z”.

A Tabela 3 apresenta considerações técnicas e a atuação recomendada em função da aceleração resultante de exposição normalizada (Aren) ou do valor de dose de vibração resultante (VDVR), encontrado na condição de exposição avaliada.

 

Tabela 3 – Consideração técnica e atuação recomendada em função dos valores da Aren e VDVR. Fonte: Norma Regulamentadora – NR 15.

Aren (m/s²) VDVR (m/s1,75) Consideração técnica Atuação recomendada
0 a 0,5 0 a 9,1 Aceitável No mínimo manutenção da condição existente
>0,5 a <0,9 >9,1 a < 16,4 Acima do nível de ação No mínimo adoção de medidas preventivas
0,9 a 1,1 16,4 a 21 Região de incerteza Adoção de medidas preventivas e corretivas visando à redução da exposição diária
Acima de 1,1 Acima de 21 Acima do limite de exposição Adoção imediata de medidas corretivas.

 

Critérios CETESB

 

O principal parâmetro utilizado limitar o risco estrutural é a velocidade de vibração de partícula, em inglês peak particle velocity (PPV), que está relacionado à aceleração. Calcula-se a PPV como o módulo do vetor velocidade resultante, a partir de suas componentes na vertical (V), horizontal (T), e longitudinal (L):

Os limites de PPV constantes no documento nº 215/2007/E da CETESB – Companhia Ambiental do Estado de São Paulo, podem ser observados na Tabela 4.

 

Tabela 4 – Limites de pico de velocidade da partícula (PVP). Fonte: CETESB documento nº 215/2007/E.

Tipos de Áreas DIURNO

PVP

(mm/s)

NOTURNO

PVP

(mm/s)

Área de hospitais, casas de saúde ou escolas 0,3 0,3
Área de predomínio residencial 0,3 0,3
Área mista, com vocação comercial ou administrativa 0,4 0,3
Área predominantemente industrial 0,5 0,5

 

DIN 4150 – Norma Alemã

 

A norma alemã DIN 4150-3, de 1999, tem suas considerações relacionadas à segurança estrutural. A Tabela 5 apresenta o limite de PPV em função da tipologia da construção, frequência de oscilação da estrutura e altura da construção.

Tabela 5 – Limite de PPV em função da tipologia de construção e frequência. Fonte: DIN 4150.

Tipos de Edificação PVP

(mm/s)

Todas as frequências

PVP

(mm/s)

< 10 Hz

PVP

(mm/s)

10 a 50 Hz

PVP

(mm/s)

50 a 100 Hz

Categoria 1, edificações de concreto armado e de madeira em boas condições 40 20 20 a 40 40 a 50
Categoria 2, edificações de alvenaria em boas condições 15 5 5 a 15 15 a 20
Categoria 3, edificações de alvenaria em más condições de conservação e edificações consideradas de patrimônio histórico 8 3 3 a 8 8 a 10

 

SN 640 312a – Norma Suíça 

 

A norma suíça SN 640 312a, de 1992, é muito semelhante à já considerada norma alemã DIN 4150. Os limites da PPV em função da tipologia de construção e frequência, conforme apresentado na Tabela 6.

Tabela 6: Limites de pico de velocidade da partícula (PVP). Fonte: SN 640 312a.

Tipo de estrutura Frequência (Hz) Velocidade máxima de vibração da partícula (mm/s)
I. Edifícios de concreto armado 10 – 60

60 – 90

30

40

II. Construções normais de edifícios 10 – 60

60 – 90

18

18 – 25

III. Habitações 30 – 90 12 – 18
IV. Edifícios delicados 10 – 60

60 – 90

8

8 – 12

 

BS 7385/1993 – Norma Britânica

 

A norma britânica “BS 7385/1993 – Part 2 – Evaluation and measurement for vibration in buildings” é muito semelhante as já consideradas normas alemã e suíça. Os limites da PPV são em função da tipologia de construção e frequência, conforme apresentado na Tabela 7.

Tabela 7 – Limites de pico de velocidade da partícula (PVP). Fonte: BS 7385-2 (1993).

Tipos de Edificação PVP

(mm/s)

4 a 15 Hz

PVP

(mm/s)

Acima de 15 Hz

Categoria 1 – Estruturas reforçadas e pesadas de uso comercial e industrial 50 50
Categoria 2, Estruturas frágeis e leves de uso residencial e comercial 15 a 20 20 a 40

 

Conclusão

 

Este artigo apresentou alguns parâmetros técnicos definidos em normas técnicas internacionais e parâmetros recomendados por órgãos governamentais brasileiros. Com este artigo encerra-se a apresentação de conhecimento básico necessário para a compreensão do trabalho e interpretação dos resultados que serão apresentados no próximo artigo.

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Esta obra, “Monitoramento estrutural de obras civis utilizando a plataforma Arduino e sensores de baixo custo – Normas e parâmetros de vibração“, de  Fabio Ioveni LavandosckyDiego Lapolli Bressan e Lucas P. G. Fernandes está sob a licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

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