Monitorización de vibraciones en obras: funcionamiento, herramientas y gestión de alarmas

Desde el punto de vista físico, las vibraciones son oscilaciones mecánicas de un cuerpo o de un sistema alrededor de una posición de equilibrio. En las obras pueden ser producidas por maquinaria y trabajos y propagarse en el terreno y en las estructuras en forma de ondas elásticas.

En el ámbito de una obra de construcción, actividades como demoliciones, hincado de pilotes, perforaciones, compactaciones y movimiento de maquinaria pesada pueden producir vibraciones de intensidad y frecuencia diferentes.

Los efectos deben ser diferenciados en función del elemento que se pretende proteger. La monitorización puede, de hecho, referirse a:

• los efectos de las vibraciones en los edificios y en las infraestructuras;
• el trastorno percibido por las personas dentro de los edificios;
• la exposición profesional de los trabajadores a las vibraciones mano-brazo o cuerpo entero;
• la protección de equipos, instalaciones o trabajos particularmente sensibles.

En este artículo descubrirás qué actividades de obra generan mayores vibraciones, cómo funciona la monitorización, qué magnitudes se miden, qué herramientas utilizar, cómo se identifican los umbrales de alarma y cómo gestionar posibles superaciones.

¿Qué es la monitorización de vibraciones en obras?

La monitorización de vibraciones en obras consiste en la medición en el tiempo de las oscilaciones producidas por los trabajos, con el objetivo de evaluar sus efectos en edificios, infraestructuras, personas u otros elementos sensibles.

La monitorización puede ser utilizada para evaluar el impacto potencial de las vibraciones producidas por las actividades de construcción en los edificios y en las estructuras circundantes y para verificar la eficacia de las posibles medidas de mitigación adoptadas.

Un sistema de monitorización puede adquirir diferentes magnitudes, entre las que se incluyen velocidad de vibración, aceleración, frecuencia y duración del evento. Cuando es necesario, también se consideran la dirección de la vibración y las tres componentes a lo largo de ejes ortogonales.

La elección de las magnitudes a medir depende del propósito de la investigación: evaluar el posible daño a un edificio, por ejemplo, no equivale a evaluar la exposición de un trabajador o el trastorno percibido por los ocupantes.

¿Para qué sirve la monitorización de vibraciones en obras?

La monitorización permite conocer la intensidad y las características de las vibraciones producidas por los trabajos y comparar los valores registrados con umbrales o criterios definidos en el plan de monitorización y en las referencias técnicas aplicables.

De este modo, es posible gestionar el riesgo de manera proactiva:

• protegiendo los edificios y las infraestructuras cercanas;
• verificando el cumplimiento de los criterios establecidos para el proyecto;
• documentando objetivamente los eventos vibratorios;
• proporcionando datos útiles en caso de disputas o controversias;
• evaluando la eficacia de las medidas de mitigación;
• adaptando conscientemente métodos y fases de construcción;
• identificando de manera oportuna eventos anómalos o superaciones de los umbrales de atención y de alarma.

¿Qué actividades de obra generan más vibraciones?

Las actividades relacionadas con la fase de excavación o demolición o vinculadas al uso de equipos de impacto generan niveles vibratorios de varios grados en relación con las maquinarias y los medios empleados.

Las actividades principales de alto impacto vibratorio son:

• hincado de pilotes;
• demoliciones;
• excavaciones y perforaciones;
• compactaciones;
• uso de maquinaria pesada.

Analicémoslas en detalle.

Hincado de pilotes

El hincado de pilotes implica el uso de maquinaria pesada llamada «martillos de pilotes», utilizados precisamente para realizar pilotes que sostengan las fundaciones de edificios u otras estructuras o para construir puentes, presas y otras estructuras “de pilotes”.

Los pilotes pueden ser realizados con materiales y tecnologías diferentes y se utilizan, por ejemplo, para transferir las cargas de la construcción a capas de terreno más profundas y resistentes.

En el caso de las técnicas de hincado por golpeo, los impactos repetidos pueden generar vibraciones significativas que se propagan en el terreno y alcanzan posibles estructuras circundantes.

La intensidad registrada en un determinado punto depende no solo de la energía de la fuente, sino también de la distancia, de las propiedades geotécnicas del terreno y de la interacción terreno-estructura.

Demoliciones

Las máquinas utilizadas en las demoliciones, como martillos demoledores y equipos de percusión, pueden producir eventos vibratorios impulsivos caracterizados por valores elevados durante intervalos de tiempo relativamente breves.

En determinadas condiciones, también puede ocurrir una amplificación de la respuesta estructural cuando la frecuencia de la solicitación se acerca a una de las frecuencias propias de la estructura o de sus elementos. Sin embargo, no es correcto atribuir a los edificios un único intervalo universal de frecuencias propias, ya que estas dependen de la masa, rigidez, geometría, altura y esquema estructural.

Excavaciones y perforaciones

Las actividades de excavación en terrenos compactos y las de perforación de rocas son métodos fundamentales y extremadamente efectivos, utilizados en diferentes sectores, para la fragmentación y la excavación controlada de formaciones rocosas duras.

Martillos hidráulicos y equipos de impacto pueden producir impulsos repetidos, mientras que otras máquinas de excavación o perforación pueden generar vibraciones más continuas.

También la construcción de túneles y los trabajos subterráneos pueden requerir un monitoreo específico cuando en las cercanías hay edificios, infraestructuras o instalaciones sensibles.

Compactación del terreno

La compactación del terreno o de las capas de un pavimento puede realizarse mediante rodillos vibrantes o placas vibratorias. El movimiento oscilatorio transfiere energía al material, favoreciendo una reducción de los vacíos y una mayor densificación.

Los rodillos vibrantes y las placas compactadoras constituyen, por lo tanto, fuentes de vibración potencialmente relevantes, especialmente a corta distancia.

Maquinaria pesada y tráfico de obra

En una obra de construcción, las vibraciones también pueden ser generadas por el tránsito de vehículos pesados y máquinas operadoras.

El movimiento de vehículos de ruedas o de orugas transmite solicitaciones dinámicas al terreno. La entidad y frecuencia de las vibraciones dependen, entre otros factores, de la masa y velocidad del vehículo, de las suspensiones y, sobre todo, de las condiciones de la superficie de tránsito.

Incluso irregularidades, baches o discontinuidades del pavimento pueden aumentar significativamente las vibraciones generadas por el paso de los vehículos.

¿Qué efectos pueden tener las vibraciones en los edificios y en las áreas circundantes?

Los efectos de las vibraciones deben evaluarse distinguiendo al menos tres aspectos: respuesta de los edificios, perturbación percibida por las personas y exposición profesional de los trabajadores.

Efectos en los edificios

Las vibraciones pueden determinar efectos diferentes según la intensidad y las características del evento, la estructura afectada y su estado de conservación.

A título general, los efectos observables pueden afectar:

• elementos arquitectónicos y no estructurales, con aparición o evolución de pequeñas fisuras o desprendimientos;
• tabiques, enlucidos, juntas y elementos secundarios;
• en los casos más significativos, elementos con función estructural.

Sin embargo, la simple presencia de una fisura después de un trabajo no demuestra automáticamente que esta haya sido causada por las vibraciones. Por ello, en las obras más sensibles, al monitoreo instrumental puede asociarse un reconocimiento preliminar del estado de los edificios circundantes, útil para documentar posibles cuadros fisurativos preexistentes.

Perturbación a las personas en los edificios

La percepción de una vibración por parte de los ocupantes no coincide necesariamente con la existencia de un riesgo de daño estructural. El ser humano puede, de hecho, percibir vibraciones de entidad inferior respecto a las asociadas a efectos en los edificios.

Por esta razón, comodidad y perturbación deben evaluarse separadamente respecto a la protección estructural, utilizando criterios y magnitudes apropiadas al objetivo específico del análisis.

Vibraciones y seguridad de los trabajadores

Los trabajadores pueden estar expuestos principalmente a dos tipos de vibraciones:

• vibraciones transmitidas al sistema mano-brazo, por ejemplo, durante el uso de martillos demoledores, perforadoras y otras herramientas vibratorias;
• vibraciones transmitidas al cuerpo entero, por ejemplo, durante la conducción de excavadoras, palas, vehículos de orugas u otras máquinas móviles.

Las vibraciones mano-brazo pueden estar asociadas a trastornos vasculares, neurológicos y musculoesqueléticos, mientras que exposiciones significativas a vibraciones transmitidas al cuerpo entero pueden contribuir a trastornos musculoesqueléticos, en particular en la zona lumbar.

La monitorización de las vibraciones transmitidas a los edificios no sustituye, por lo tanto, la evaluación específica de la exposición profesional prevista por la normativa sobre seguridad en el trabajo.

¿Cómo se miden las vibraciones en obras?

Las vibraciones se miden mediante sensores instalados en puntos representativos, que registran magnitudes como velocidad de vibración, aceleración y frecuencia del evento. La configuración de la monitorización depende del propósito de la investigación, de la duración de los trabajos y del nivel de riesgo.

Se pueden distinguir tres modalidades principales:

• mediciones puntuales, es decir, la adquisición de datos a corto plazo durante un período limitado. Se utilizan generalmente para evaluar los niveles de vibración durante una actividad específica o establecer las condiciones de base antes de la construcción;
• monitorización continua de vibraciones, que implica el registro de los niveles de vibración durante períodos prolongados, desde algunos días hasta varios meses. Este enfoque, ampliamente utilizado en proyectos de construcción donde la exposición a las vibraciones varía con el tiempo, permite la detección de todos los eventos de vibración, el análisis de tendencias a largo plazo y la verificación de la conformidad durante toda la duración del proyecto;
• monitorización y alertas en tiempo real, que comparan los niveles de vibración con los umbrales predefinidos y generan alertas cuando se superan los límites. Esto permite reaccionar rápidamente a nivel operativo, por ejemplo, modificando los métodos de construcción o interrumpiendo ciertas actividades.

¿Qué magnitudes se miden: PPV, frecuencia y aceleración?

Para interpretar correctamente una monitorización es necesario distinguir las principales magnitudes utilizadas:

• PPV – Peak Particle Velocity: es el valor máximo de la velocidad de vibración registrado durante un evento en un punto determinado y generalmente se expresa en mm/s. La velocidad de vibración es una de las magnitudes más utilizadas en la evaluación de las vibraciones transmitidas a los edificios. La PPV no debe confundirse con el desplazamiento máximo ni con la aceleración: se trata de magnitudes físicas diferentes;
• frecuencia: indica el número de oscilaciones por segundo y se expresa en hertz (Hz). Es un parámetro fundamental porque la respuesta de una estructura no depende solo de la amplitud de la vibración, sino también de su contenido en frecuencia;
• aceleración: describe la variación de la velocidad en el tiempo y generalmente se expresa en m/s². Es una magnitud particularmente importante en la evaluación de la exposición humana a las vibraciones, mientras que para la evaluación de los efectos en las construcciones se consideran frecuentemente magnitudes relacionadas con la velocidad vibratoria.

Diferencia entre PPV, frecuencia y aceleración en la monitorización de vibraciones

¿Cuáles son los umbrales de vibración en obras?

No existe un único valor límite de vibración válido para cualquier obra, edificio y situación. Los umbrales deben definirse en función del objetivo de la monitorización, de las características de la estructura, de la frecuencia del evento y del referente técnico adoptado.

Un valor de PPV expresado en mm/s no puede interpretarse correctamente sin conocer al menos el contexto de la medida y, cuando lo requiera el criterio adoptado, el contenido en frecuencia del evento.

En la definición de los umbrales se debe considerar, por ejemplo:

• tipología y destino de la construcción;
• materiales y sistema estructural;
• estado de conservación;
• presencia de edificios históricos o particularmente sensibles;
• frecuencia de las vibraciones;
• duración y repetitividad de los eventos;
• carácter impulsivo, intermitente o continuo;
• posición del punto de medida;
• distancia de la fuente;
• criterio técnico o normativo utilizado.

Factores que influyen en los umbrales de vibración en obras

Por este motivo, es preferible hablar de “umbrales de referencia”, “niveles de atención” y “niveles de alarma” definidos en el plan específico de monitorización, evitando indicar un solo número como límite universal.

¿Qué herramientas se utilizan para la monitorización?

En las obras de construcción se utilizan comúnmente diferentes tipos de sensores de vibraciones:

• geófonos triaxiales;
• acelerómetros;
• sismógrafos/monitores de vibraciones;
• registradores de datos;
• IoT y sistemas de monitorización en la nube.

Geófonos triaxiales

Los geófonos son transductores utilizados para medir la velocidad del movimiento vibratorio. En los sistemas triaxiales, el movimiento se adquiere simultáneamente a lo largo de tres direcciones ortogonales.

Esta característica permite describir mejor el movimiento y evaluar las componentes de la vibración en el punto de instalación.
Los geófonos se utilizan comúnmente en los sistemas de monitorización de las vibraciones producidas por trabajos de obra cuando la magnitud de interés es la velocidad vibratoria.

Acelerómetros

Los acelerómetros miden la aceleración producida por el movimiento vibratorio.

Existen diferentes tecnologías de acelerómetros y la elección depende del rango de frecuencias, de la sensibilidad requerida, de la amplitud prevista y del objetivo de la medida.

Pueden ser utilizados en el análisis dinámico de las estructuras, en la monitorización estructural y en las evaluaciones de la exposición a las vibraciones, utilizando configuraciones y criterios diferentes según la aplicación.

Sismógrafos / monitores de vibraciones

Los monitores de vibraciones utilizados en la obra generalmente integran uno o más sensores, un sistema de adquisición y funciones para el registro automático de eventos.

Pueden devolver parámetros como:

• PPV;
• frecuencia;
• evolución temporal del evento;
• componentes de la vibración en los diferentes ejes;
• fecha y hora de la superación de eventuales umbrales.

Registradores de datos, IoT y sistemas de monitorización en la nube

Los sistemas IoT permiten transmitir a distancia los datos adquiridos por los sensores. En un sistema de monitorización conectado, los sensores detectan las vibraciones y envían los datos a un sistema de adquisición o registrador de datos, que los transmite a través de la red a una plataforma en la nube; aquí la información es almacenada, procesada y puesta a disposición a través de paneles de control, gráficos y sistemas automáticos de alertas.

Cuando una medida supera un umbral predefinido, la plataforma puede enviar una notificación por correo electrónico, SMS u otros canales y registrar el evento en la serie histórica.

Los datos pueden ser visualizados a través de gráficos, paneles de control e informes útiles para reconstruir la evolución de las vibraciones durante las diferentes fases de la obra.

Un sensor de vibración, por sí solo, no mide la estabilidad del terreno. En los sistemas de monitorización geotécnica, las medidas vibracionales pueden ser integradas con otros instrumentos, como inclinómetros, piezómetros, extensómetros, sistemas GNSS o estaciones totales, en función del fenómeno a controlar.

¿Dónde instalar los sensores de vibración?

Los sensores deben ser posicionados en los puntos donde la medida sea representativa de la vibración real a evaluar; la posición depende, por lo tanto, de la fuente, de la estructura a proteger y del propósito de la monitorización.

En las obras de construcción, los sensores se instalan típicamente:

• en los cimientos o en otros puntos significativos de los edificios cercanos;
• en el terreno a lo largo del camino de propagación;
• cerca de las estructuras o instalaciones más sensibles;
• en puntos considerados representativos en el plan de monitorización.

Una colocación incorrecta puede llevar a una subestimación o sobreestimación de los niveles de vibración.

¿Qué sucede cuando se supera un umbral de vibración?

El hecho de superar un umbral no implica automáticamente la presencia de un daño, sino que constituye un evento que debe ser evaluado según los procedimientos definidos en el plan de monitorización.

En un sistema continuo, los datos adquiridos pueden ser comparados automáticamente con umbrales establecidos previamente.

Cuando se registra un sobrepaso, el sistema puede:

• generar una alerta;
• identificar la fecha, hora y sensor involucrado;
• registrar los valores del evento;
• notificar a los responsables;
• iniciar un flujo de trabajo de verificación.

No es correcto afirmar que cualquier sobrepaso implique necesariamente una suspensión automática de los trabajos. La acción consecuente depende de los procedimientos establecidos por el proyecto y puede incluir verificación técnica, modificación de la labor, adopción de medidas de mitigación o, en los casos previstos, suspensión temporal de la actividad.

De la alerta a la gestión de la no conformidad

Cuando un sistema de monitorización detecta el alcance o superación de un umbral establecido, puede generarse una alerta automática.

El evento puede entonces transformarse en una notificación o, cuando lo prevén los procedimientos del proyecto, en una no conformidad que debe ser gestionada y documentada.

El registro puede contener:

• posición del sensor;
• fecha y hora;
• valor detectado;
• umbral afectado;
• labor en curso;
• posibles causas;
• acciones correctivas adoptadas;
• verificación posterior a la intervención.

De este modo, el sobrepaso no se queda como un simple dato numérico, sino que se convierte en parte de un proceso documentado de control de la obra.

Gestionar los problemas de vibración en el modelo BIM

Con un software para la gestión de los problemas en obra como usBIM.resolver, el técnico puede notificar, asignar, rastrear y cerrar los problemas asociados a los eventos detectados.

• cree el problema: dentro de la plataforma BIM, la alerta puede ser registrada con título, descripción del evento, valores medidos, umbral superado y nivel de prioridad;
• georreferencie la alerta en el modelo BIM: la notificación puede estar vinculada al objeto 3D o a la zona de la obra afectada, permitiendo al equipo localizar rápidamente el punto donde se detectó el evento;
• asigne el problema a la persona responsable: la notificación se confía al técnico encargado, quien puede integrar informes, fotografías, documentos y notas;
• rastree la intervención: el problema pasa de estar abierto a estar en proceso y, una vez aplicadas las acciones correctivas y verificado el retorno de los parámetros de vibración a la normalidad, el coordinador valida la resolución y cierra el problema, manteniendo una cronología inmutable de todo el proceso.

El proceso permite así conservar una cronología de las notificaciones, de las responsabilidades y de las intervenciones realizadas, conectando el dato proveniente de la monitorización al flujo de trabajo operativo de gestión de la obra.

Flujo de trabajo de la monitorización de vibraciones a la gestión de incidencias en obra

Cuando una alerta debe ser transformada rápidamente en una actividad a gestionar, asignar y documentar, puedes utilizar usBIM.resolver para conectar la señalización al modelo BIM, identificar al responsable de la intervención y seguir su evolución hasta la resolución, evitando que un sobrepaso de los umbrales permanezca como un dato aislado y no gestionado en el proceso de obra.

FAQ sobre la monitorización de vibraciones en obras

¿Cuál es el límite de las vibraciones en obra?

No existe un único límite válido para todas las obras. El umbral depende de la estructura afectada, de las características de la vibración, de la frecuencia, del estado del edificio y de la referencia técnica utilizada.

¿Qué es la PPV?

La PPV, Peak Particle Velocity, representa el valor máximo de la velocidad vibratoria registrada durante un evento en un determinado punto y normalmente se expresa en mm/s.

¿Cuál es la diferencia entre geófono y acelerómetro?

El geófono se utiliza principalmente para medir la velocidad de vibración, mientras que el acelerómetro mide la aceleración del movimiento. La elección depende de la magnitud a analizar y del propósito de la monitorización.

¿Dónde se coloca un sensor de vibración?

El sensor debe ser instalado en un punto representativo del elemento a controlar, por ejemplo, en una estructura cercana a la fuente o en un punto significativo del recorrido de propagación de las vibraciones.

¿Cuándo conviene utilizar una monitorización continua?

La monitorización continua es particularmente útil cuando los trabajos se prolongan en el tiempo, las fuentes de vibración varían durante el proyecto o hay edificios e infraestructuras sensibles que requieren un control constante.

¿El sobrepaso del umbral significa que el edificio ha sido dañado?

No. El sobrepaso de un umbral indica que se ha alcanzado un nivel que requiere una evaluación según los procedimientos establecidos. No representa, por sí solo, la prueba de la existencia de un daño.