UNI9916:2014 in Dewesoft - Criteri di misura e valutazione degli effetti delle vibrazioni sugli edifici

Essa si applica in presenza di sorgenti vibrazionali interne all’edificio (come impianti industriali, macchine di produzione, locali costantemente popolati da persone) ed esterne (per esempio turbine, cantieri, traffico veicolare e tranviario, aeroporti).
I valori di soglia specificati sono in riferimento a fenomeni che generano al più danni estetici ma non strutturali. La norma infatti afferma:

In generale, danni strutturali all'edificio nel suo insieme attribuibili a fenomeni vibratori sono estremamente rari e quasi sempre derivano dal concorso di altre cause. Perché le vibrazioni possano arrecare danni strutturali è necessario che esse raggiungano livelli tali da causare, prima, fastidio e disturbo agli occupanti. Sono invece frequenti altre forme di danno, di entità definita "di soglia", che, senza compromettere la sicurezza strutturale degli edifici, ne possono determinare una riduzione del valore. I danni di soglia si possono presentare sotto forma di fessure nell'intonaco, accrescimenti di fessure già esistenti, danneggiamenti di elementi architettonici.”

“Essa prende in esame fenomeni vibratori, siano essi generati dall'attività antropica o naturali, di intensità modesta tale da produrre al più danni "architettonici". I valori e le metodologie semplificate riportati non sono infatti, generalmente applicabili ai casi di insorgenza di "danno maggiore" per la cui valutazione è necessario ricorrere ad approfondimenti specifici da parte di esperti; per questo motivo effetti di vibrazioni generati da terremoti sono al di fuori del campo d'interesse della presente norma.

In questo documento vedremo come è possibile implementare le misure richieste con i sistemi di acquisizione DAQ Dewesoft ed analisi software in DewesoftX. 

Strumentazione

La UNI 9916:2014 elenca i requisiti generali richiesti nella configurazione delle prove di acquisizione dei dati vibrazionali con particolare attenzione a:

Scelta del Trasduttore:

La velocità è la grandezza di riferimento utilizzata per definire i parametri di valutazione del danno architettonico. Sebbene l’utilizzo di trasduttori di velocità sia la soluzione più rapida non risulta allo stesso modo quella più precisa e praticabile dato che tali sensori presentano dei limiti nella risposta spettrale alle basse frequenze. Si consiglia pertanto l’utilizzo di accelerometri adatti al contenuto spettrale oggetto dell’analisi, il cui segnale sarà successivamente integrato con lo scopo di ottenere la velocità richiesta dalla norma.

Modalità di fissaggio del Trasduttore:

Per le modalità di montaggio del sensore si consiglia la visione della norma attinente al tema (UNI ISO 5348), all’interno della quale vengono specificati i vantaggi e gli svantaggi di ogni metodo di montaggio e la rispettiva variazione della risposta spettrale del sensore. La tabella mostrata è un estratto della norma appena citata.

Criteri che influenzano la scelta dei modi di fissaggio

For how to mount the sensor, we recommend viewing the relevant standard (UNI ISO 5348), which specifies the advantages and disadvantages of each mounting method and the respective variation of the spectral response of the sensor. The table in figure 1 shows an extract from the standard just mentioned.

⬤ Alto          ◑ Medio          ⭘ Scarso

Requisiti del sistema di acquisizione:

• Acquisitore con ADC a 16 o 24 bit; 

• Filtro passa alto a 0,5 Hz o inferiore dedicato al filtraggio del segnale di condizionamento del sensore;

• Frequenza di campionamento non inferiore a 250 Hz;

• Filtro anti-aliasing con frequenza di taglio non superiore al valore della frequenza di campionamento diviso per 2,56;

• SNR superiore a 30 dB

• Acquisizione simultanea e sincrona dei segnali che interessano il fenomeno da analizzare

Calibrazione del sistema di misura:

• La taratura deve essere svolta periodicamente da un laboratorio certificato almeno una volta ogni tre anni. Prima di ogni prova è comunque necessario effettuare una taratura semplificata in campo del tipo end-to-end, dal sensore all’acquisitore, con gli stessi cavi che verranno utilizzati per le misurazioni.

Dewesoft mette a disposizione diverse soluzioni per la conduzione di queste prove grazie alle famiglie di acquisitori: SIRIUS, KRYPTON, e IOLITE. Lo sperimentatore può dunque scegliere lo strumento più adatto alle sue necessità valutando numero di canali, trasportabilità, alimentazione e grado di protezione ambientale.

In parallelo alle misure di vibrazioni, le soluzioni Dewesoft permettono anche la registrazione simultanea di ogni altra grandezza fisica.

Per tutte le specifiche tecniche degli acquisitori Dewesoft visitare la Web Page Prodotti Dewesoft

Il software di registrazione ed analisi dei dati gioca un ruolo fondamentale nelle prove secondo la UNI 9916:2014. Il software DewesoftX permette di automatizzare tutta la parte di trattamento del segnale e calcolo degli indici richiesti lasciando comunque flessibilità all’utente di una post-analisi, avendo sempre a disposizione le storie temporali.

Misura ed analisi

In questa sezione si propone un esempio di elaborazione dati secondo le linee guida fornite dalla norma UNI9916:2014. Tra le varie soluzioni offerte da Dewesoft per effettuare i monitoraggi secondo i requisiti della norma citiamo ad esempio:

• Catene accelerometriche IOLITEi 3xMEMS-ACC 

• Traduttori accelerometrici monoassiali IEPE con DAQ Dewesoft KRYPTON-8xACC

Ancora prima della conduzione delle misure è importante identificare la classe di appartenenza dell’edificio. La norma indica differenti valori di soglia da considerare in funzione di tale classificazione e della quota scelta per il posizionamento dei sensori.

Valori di riferimento limite per la velocità di vibrazione p.c.p.v. in mm/s

Posizionati i sensori sull’edificio nel modo in cui risulta più consono al rilevamento delle vibrazioni imposte dalla sorgente, la UNI 9916:2014 prevede che vengano effettuate acquisizioni triassiali in ogni punto scelto per il posizionamento dei sensori. Qualora si ritenga rilevante l’acquisizione di un solo asse dovrà essere fornita una giustificazione per tale scelta.

I segnali acquisiti appariranno graficamente con un’interfaccia simile a quella proposta di seguito.

Le storie temporali dei tre assi dell’accelerometro vengono focalizzate su di un particolare evento vibrazionale in modo tale da applicare la prima fase di elaborazione nel dominio del tempo.

Grazie al software DewesoftX è possibile configurare l’interfaccia in modo tale da avere chiara visione dei 3 assi di ogni sensore (posti in questo caso lungo due colonne ben distinte) ed evidenziare graficamente tramite uno zoom il periodo temporale di nostro maggior interesse.

Una volta identificato l’evento vibrazionale si svolge la prima elaborazione del segnale nel dominio del tempo, la quale comprende:

• Il filtraggio del segnale per mezzo di un apposito filtro IIR passa-alto:

• l’integrazione del segnale in accelerazione per ottenere la velocità:

La Figura 6 mostra i dettagli dell’interfaccia coi parametri di configurazione del filtro passa-alto applicato al segnale originario (Butterworth del 6° ordine a 1 Hz) e il periodo di integrazione per ottenere il segnale in velocità.

Sebbene il filtraggio del segnale di condizionamento del sensore venga effettuato a priori durante il processo di acquisizione, si ritiene buona norma effettuare un ulteriore filtraggio delle basse frequenze (sotto 1 Hz) prima di un processo di integrazione nella fase di elaborazione post-acquisizione. Lo scopo sarà quello di evitare che la componente continua residua dovuta a un mancato azzeramento del valore assoluto del sensore porti all’incremento di una componente costante continua lungo tutto il segnale integrato.

Ottenuto il segnale in velocità si passa dal dominio del tempo al dominio della frequenza per mezzo della FFT i cui parametri verranno scelti dallo sperimentatore ed opportunamente motivati nella relazione finale. A titolo di esempio si riportano i parametri per il caso d’indagine in questione:

Grazie alla flessibilità e potenzialità real-time del software DewesoftX, già in fase di misura è possibile visualizzare tutte le matematiche di interesse.

Grazie alla registrazione delle storie temporali e dei dati grezzi lo sperimentatore, anche in fase di post-analisi, potrà andare a riconsiderare i singoli eventi e ad aggiornare gli indici richiesti dalla norma.

I segnali acquisiti ed i calcoli effettuati possono essere esportati in vari formati per la realizzazione della reportistica.

Conclusioni

Con i sistemi Dewesoft è possibile realizzare le prove secondo la norma UNI 9916:2014 in pochi passaggi grazie all’interfaccia grafica che guida l’utente ed alle matematiche già pre-configurate.

La flessibilità della piattaforma di acquisizione permette di registrare più punti contemporaneamente riducendo drasticamente il tempo trascorso on-site e mantenendo un setup lineare coi cablaggi ridotti al minimo a tutto vantaggio del rapporto segnale/rumore.

In parallelo alle prove di percezione di disturbo possono essere condotte anche, ad esempio, prove di integrità strutturale e impatto acustico.

Un unico strumento per tutti i test!