Monitoramento de vibrações na construção: funcionamento, ferramentas e gestão de alarmes

Do ponto de vista físico, as vibrações são oscilações mecânicas de um corpo ou de um sistema em torno de uma posição de equilíbrio. Nos canteiros de obras, podem ser produzidas por máquinas e processos e se propagar no solo e nas estruturas na forma de ondas elásticas.

No âmbito de um canteiro de obras, atividades como demolições, cravações, perfurações, compactações e movimentação de máquinas pesadas podem produzir vibrações de intensidade e frequência diferentes.

Os efeitos devem, no entanto, ser distinguidos em função do elemento que se pretende proteger. O monitoramento pode, de fato, abranger:

• os efeitos das vibrações nos edifícios e nas infraestruturas;
• o distúrbio percebido pelas pessoas dentro dos edifícios;
• a exposição profissional dos trabalhadores às vibrações mão-braço ou corpo inteiro;
• a proteção de equipamentos, instalações ou processos particularmente sensíveis.

Neste artigo, você descobrirá quais atividades de canteiro geram mais vibrações, como funciona o monitoramento, quais grandezas são medidas, quais ferramentas utilizar, como são identificados os limites de alarme e como gerenciar eventuais ultrapassagens.

O que é o monitoramento de vibrações na construção?

O monitoramento de vibrações na construção consiste na medição ao longo do tempo das oscilações produzidas pelos processos, com o objetivo de avaliar seus efeitos em edifícios, infraestruturas, pessoas ou outros elementos sensíveis.

O monitoramento pode ser utilizado para avaliar o impacto potencial das vibrações produzidas pelas atividades de construção nos edifícios e nas estruturas circundantes e para verificar a eficácia das eventuais medidas de mitigação adotadas.

Um sistema de monitoramento pode adquirir diferentes grandezas, incluindo velocidade de vibração, aceleração, frequência e duração do evento. Quando necessário, também são consideradas a direção da vibração e os três componentes ao longo de eixos ortogonais.

A escolha das grandezas a serem medidas depende do objetivo da investigação: avaliar o possível dano a um edifício, por exemplo, não equivale a avaliar a exposição de um trabalhador ou o distúrbio percebido pelos ocupantes.

Para que serve o monitoramento de vibrações na construção?

O monitoramento permite conhecer a intensidade e as características das vibrações produzidas pelos processos e comparar os valores registrados com limites ou critérios definidos no plano de monitoramento e nas referências técnicas aplicáveis.

Dessa forma, é possível gerenciar o risco de maneira proativa:

• protegendo os edifícios e as infraestruturas próximas;
• verificando o cumprimento dos critérios estabelecidos para o projeto;
• documentando objetivamente os eventos vibratórios;
• fornecendo dados úteis em caso de contestações ou controvérsias;
• avaliando a eficácia das medidas de mitigação;
• adaptando conscientemente métodos e fases de construção;
• identificando tempestivamente eventos anômalos ou ultrapassagens dos limites de atenção e de alarme.

Quais atividades de canteiro geram mais vibrações?

As atividades relacionadas à fase de escavação ou demolição ou ligadas ao uso de equipamentos de impacto geram níveis vibratórios de vários graus em relação às máquinas e veículos utilizados.

As principais atividades de alto impacto vibratório são:

• cravação de estacas;
• demolições;
• escavações e perfurações;
• compactações;
• uso de máquinas pesadas.

Vamos analisá-las em detalhes.

Cravações

A cravação de estacas envolve o uso de máquinas pesadas chamadas “batestacas”, utilizadas precisamente para realizar estacas que sustentem as fundamentações de edifícios ou outras estruturas ou para construir pontes, barragens e outras estruturas “de estaca”.

As estacas podem ser feitas com materiais e tecnologias diferentes e são utilizadas, por exemplo, para transferir as cargas da construção para camadas de solo mais profundas e resistentes.

No caso das técnicas de cravação por batida, os impactos repetidos podem gerar vibrações significativas que se propagam no solo e alcançam eventuais estruturas circundantes.

A intensidade registrada em um determinado ponto depende não apenas da energia da fonte, mas também da distância, das propriedades geotécnicas do solo e da interação solo-estrutura.

Demolições

Os maquinários utilizados nas demolições, como martelos demolidores e equipamentos de percussão, podem produzir eventos vibratórios impulsivos caracterizados por valores elevados por intervalos de tempo relativamente curtos.

Em determinadas condições, pode ocorrer também uma amplificação da resposta estrutural quando a frequência da solicitação se aproxima de uma das frequências próprias da estrutura ou de seus elementos. Não é, porém, correto atribuir aos edifícios um único intervalo universal de frequências próprias, pois estas dependem de massa, rigidez, geometria, altura e esquema estrutural.

Escavações e perfurações

As atividades de escavação em solos compactos e as de perfuração de rochas são métodos fundamentais e extremamente eficazes, utilizados em diversos setores, para a fragmentação e escavação controladas de formações rochosas duras.

Martelos hidráulicos e equipamentos de impacto podem produzir impulsos repetidos, enquanto outras máquinas de escavação ou perfuração podem gerar vibrações mais contínuas.

A construção de túneis e os trabalhos subterrâneos também podem exigir um monitoramento específico quando nas proximidades estão presentes edifícios, infraestruturas ou instalações sensíveis.

Compactação do solo

A compactação do solo ou das camadas de uma pavimentação pode ser realizada por meio de rolos vibratórios ou placas vibratórias. O movimento oscilatório transfere energia ao material, favorecendo uma redução dos vazios e uma maior densificação.

Rolos vibratórios e placas compactadoras constituem, portanto, fontes de vibração potencialmente relevantes, especialmente a curta distância.

Máquinas pesadas e tráfego de canteiro

Em um canteiro de obras, as vibrações podem ser geradas também pelo trânsito de veículos pesados e máquinas operadoras.

O movimento de veículos com pneus ou esteiras transmite solicitações dinâmicas ao solo. A magnitude e a frequência das vibrações dependem, entre outros fatores, da massa e da velocidade do veículo, das suspensões e, sobretudo, das condições da superfície de trânsito.

Irregularidades, buracos ou descontinuidades da pavimentação também podem aumentar significativamente as vibrações geradas pela passagem dos veículos.

Quais efeitos podem ter as vibrações nos edifícios e nas áreas circundantes?

Os efeitos das vibrações devem ser avaliados distinguindo pelo menos três aspectos: resposta dos edifícios, distúrbio percebido pelas pessoas e exposição profissional dos trabalhadores.

Efeitos nos edifícios

As vibrações podem determinar efeitos diferentes dependendo da intensidade e das características do evento, da estrutura afetada e do seu estado de conservação.

De forma geral, os efeitos observáveis podem afetar:

• elementos arquitetônicos e não estruturais, com aparecimento ou evolução de pequenas fissuras ou descolamentos;
• tamponamentos, rebocos, juntas e elementos secundários;
• nos casos mais significativos, elementos com função estrutural.

No entanto, a simples presença de uma fissura após uma obra não demonstra automaticamente que ela foi causada pelas vibrações. Por isso, nos canteiros mais sensíveis, ao monitoramento instrumental pode ser associado um levantamento preliminar do estado dos edifícios circundantes, útil para documentar eventuais quadros fissurativos preexistentes.

Distúrbio às pessoas nos edifícios

A percepção de uma vibração por parte dos ocupantes não coincide necessariamente com a existência de um risco de dano estrutural. O ser humano pode, de fato, perceber vibrações de menor intensidade em relação àquelas associadas a efeitos nos edifícios.

Por essa razão, conforto e distúrbio devem ser avaliados separadamente em relação à proteção estrutural, utilizando critérios e grandezas apropriadas ao objetivo específico da análise.

Vibrações e segurança dos trabalhadores

Os trabalhadores podem ser expostos principalmente a dois tipos de vibrações:

• vibrações transmitidas ao sistema mão-braço, por exemplo, durante o uso de martelos demolidores, perfuradores e outras ferramentas vibratórias;
• vibrações transmitidas ao corpo inteiro, por exemplo, durante a condução de escavadeiras, pás, veículos com esteiras ou outras máquinas móveis.

As vibrações mão-braço podem estar associadas a distúrbios vasculares, neurológicos e musculoesqueléticos, enquanto exposições significativas a vibrações transmitidas ao corpo inteiro podem contribuir para distúrbios musculoesqueléticos, especialmente na região lombar.

O monitoramento das vibrações transmitidas aos edifícios não substitui, portanto, a avaliação específica da exposição profissional prevista pela normativa de segurança no trabalho.

Como se medem as vibrações de canteiro?

As vibrações são medidas por meio de sensores instalados em pontos representativos, que registram grandezas como velocidade de vibração, aceleração e frequência do evento. A configuração do monitoramento depende do objetivo da investigação, da duração das obras e do nível de risco.

Podem-se distinguir três modalidades principais:

• medições pontuais, ou seja, a aquisição de dados a curto prazo por um período limitado. Geralmente são utilizadas para avaliar os níveis de vibração durante uma atividade específica ou estabelecer as condições de base antes da construção;
• monitoramento contínuo de vibrações, que prevê a gravação dos níveis de vibração por períodos prolongados, de alguns dias a vários meses. Essa abordagem, amplamente utilizada em projetos de construção onde a exposição às vibrações varia ao longo do tempo, permite a detecção de todos os eventos de vibração, a análise das tendências a longo prazo e a verificação da conformidade durante toda a duração do projeto;
• monitoramento e alertas em tempo real, que comparam os níveis de vibração com os limites predefinidos e geram alertas quando os limites são ultrapassados. Isso permite reagir rapidamente a nível operacional, por exemplo, modificando os métodos de construção ou interrompendo determinadas atividades.

Quais grandezas são medidas: PPV, frequência e aceleração

Para interpretar corretamente um monitoramento, é necessário distinguir as principais grandezas utilizadas:

• PPV – Peak Particle Velocity: é o valor máximo da velocidade de vibração detectado durante um evento em um determinado ponto e é geralmente expresso em mm/s. A velocidade de vibração é uma das grandezas mais utilizadas na avaliação das vibrações transmitidas aos edifícios. A PPV não deve ser confundida com o deslocamento máximo nem com a aceleração: trata-se de grandezas físicas diferentes;
• frequência: indica o número de oscilações por segundo e é expressa em hertz (Hz). É um parâmetro fundamental porque a resposta de uma estrutura não depende apenas da amplitude da vibração, mas também do seu conteúdo em frequência;
• aceleração: descreve a variação da velocidade ao longo do tempo e é geralmente expressa em m/s². É uma grandeza particularmente importante no âmbito da avaliação da exposição humana às vibrações, enquanto para a avaliação dos efeitos nas construções são frequentemente consideradas grandezas relacionadas à velocidade vibratória.

Diferença entre PPV, frequência e aceleração no monitoramento de vibrações

Quais são os limites de vibração na construção?

Não existe um único valor limite de vibração válido para qualquer canteiro, edifício e situação. Os limites devem ser definidos em função do objetivo do monitoramento, das características da estrutura, da frequência do evento e do referencial técnico adotado.

Um valor de PPV expresso em mm/s não pode ser interpretado corretamente sem conhecer pelo menos o contexto da medida e, quando requerido pelo critério adotado, o conteúdo em frequência do evento.

Na definição dos limites é necessário considerar, por exemplo:

• tipologia e destinação da construção;
• materiais e sistema estrutural;
• estado de conservação;
• presença de edifícios históricos ou particularmente sensíveis;
• frequência das vibrações;
• duração e repetitividade dos eventos;
• caráter impulsivo, intermitente ou contínuo;
• posição do ponto de medida;
• distância da fonte;
• critério técnico ou normativo utilizado.

Fatores que influenciam os limites de vibração na construção

Per questo motivo è preferibile parlare di “soghes de referência”, “níveis de atenção” e “níveis de alarme” definiti nello specifico piano di monitoramento, evitando di indicare un singolo numero come limite universale.

Quais instrumentos são utilizados para o monitoramento?

Nos canteiros de obras, são comumente utilizados diferentes tipos de sensores de vibrações:

• geofones triaxiais;
• acelerômetros;
• sismógrafos/monitores de vibração;
• data logger;
• Iot e sistemas de monitoramento em nuvem.

Geofones triaxiais

Os geofones são transdutores utilizados para medir a velocidade do movimento vibratório. Nos sistemas triaxiais, o movimento é adquirido simultaneamente ao longo de três direções ortogonais.

Essa característica permite descrever melhor o movimento e avaliar as componentes da vibração no ponto de instalação.
Os geofones são comumente empregados nos sistemas de monitoramento das vibrações produzidas por trabalhos de canteiro quando a grandeza de interesse é a velocidade vibratória.

Acelerômetros

Os acelerômetros medem a aceleração produzida pelo movimento vibratório.

Existem diferentes tecnologias de acelerômetros e a escolha depende da faixa de frequências, da sensibilidade requerida, da amplitude prevista e do objetivo da medida.

Podem ser utilizados na análise dinâmica das estruturas, no monitoramento estrutural e nas avaliações da exposição às vibrações, utilizando configurações e critérios diferentes dependendo da aplicação.

Sismógrafos / monitores de vibração

Os monitores de vibração utilizados no canteiro geralmente integram um ou mais sensores, um sistema de aquisição e funções para o registro automático dos eventos.

Podem fornecer parâmetros como:

• PPV;
• frequência;
• comportamento temporal do evento;
• componentes da vibração nos diferentes eixos;
• data e hora da superação de eventuais limites.

Data logger, IoT e sistemas de monitoramento em nuvem

Os sistemas IoT permitem transmitir remotamente os dados adquiridos pelos sensores. Em um sistema de monitoramento conectado, os sensores detectam as vibrações e enviam os dados a um sistema de aquisição ou data logger, que os transmite pela rede a uma plataforma em nuvem; aqui as informações são arquivadas, processadas e disponibilizadas através de dashboards, gráficos e sistemas automáticos de alerta.

Quando uma medida ultrapassa um limite predefinido, a plataforma pode enviar uma notificação por e-mail, SMS ou outros canais e registrar o evento na série histórica.

Os dados podem ser visualizados através de gráficos, dashboards e relatórios úteis para reconstruir o comportamento das vibrações durante as diferentes fases do canteiro.

Um sensor de vibração, sozinho, não mede, porém, a estabilidade do solo. Nos sistemas de monitoramento geotécnico, as medidas vibracionais podem ser integradas com outros instrumentos, como inclinômetros, piezômetros, extensômetros, sistemas GNSS ou estações totais, dependendo do fenômeno a ser controlado.

Onde instalar os sensores de vibração?

Os sensores devem ser posicionados nos pontos onde a medida seja representativa da efetiva vibração a ser avaliada; a posição depende, portanto, da fonte, da estrutura a ser protegida e do objetivo do monitoramento.

Nos canteiros de obras, os sensores são tipicamente instalados:

• nas fundações ou em outros pontos significativos dos edifícios próximos;
• no solo ao longo do percurso de propagação;
• nas proximidades das estruturas ou dos equipamentos mais sensíveis;
• em pontos considerados representativos no plano de monitoramento.

Um posicionamento incorreto pode levar a uma subestimação ou superestimação dos níveis de vibração.

O que acontece quando um limite de vibração é ultrapassado?

A ultrapassagem de um limite não implica automaticamente a presença de um dano, mas constitui um evento que deve ser avaliado de acordo com os procedimentos definidos no plano de monitoramento.

Em um sistema contínuo, os dados adquiridos podem ser comparados automaticamente com limites estabelecidos anteriormente.

Quando é registrada uma ultrapassagem, o sistema pode:

• gerar um alerta;
• identificar data, hora e sensor envolvido;
• registrar os valores do evento;
• notificar os responsáveis;
• iniciar um fluxo de trabalho de verificação.

Não é correto afirmar que qualquer ultrapassagem implique necessariamente uma suspensão automática dos trabalhos. A ação subsequente depende dos procedimentos estabelecidos pelo projeto e pode prever verificação técnica, modificação da execução, adoção de medidas de mitigação ou, nos casos previstos, suspensão temporária da atividade.

Do alerta à gestão da não conformidade

Quando um sistema de monitoramento detecta o alcance ou a ultrapassagem de um limite estabelecido, pode ser gerado um alerta automático.

O evento pode então ser transformado em uma notificação ou, quando previsto pelos procedimentos do projeto, em uma não conformidade a ser gerida e documentada.

O registro pode conter:

• posição do sensor;
• data e hora;
• valor detectado;
• limite afetado;
• execução em andamento;
• possíveis causas;
• ações corretivas adotadas;
• verificação posterior à intervenção.

Dessa forma, a ultrapassagem não permanece um simples dado numérico, mas se torna parte de um processo documentado de controle da construção.

Gerenciar as questões de vibração no modelo BIM

Com um software para a gestão das problemáticas de canteiro como usBIM.resolver, o técnico pode sinalizar, atribuir, rastrear e fechar as questões associadas aos eventos detectados.

• crie a questão: dentro da plataforma BIM, o alerta pode ser registrado com título, descrição do evento, valores medidos, limite ultrapassado e nível de prioridade;
• georreferencie o alerta no modelo BIM: a notificação pode ser vinculada ao objeto 3D ou à área do canteiro afetada, permitindo à equipe localizar rapidamente o ponto onde o evento foi detectado;
• atribua a questão ao responsável: a notificação é confiada ao técnico encarregado, que pode integrar relatórios, fotografias, documentos e notas;
• rastreie a intervenção: a questão de aberta passa para em andamento e, uma vez aplicadas as ações corretivas e verificado o retorno dos parâmetros de vibração à norma, o coordenador valida a resolução e fecha a questão, mantendo uma cronologia imutável de todo o processo.

O processo permite assim conservar uma cronologia das notificações, das responsabilidades e das intervenções realizadas, conectando o dado proveniente do monitoramento ao fluxo de trabalho operacional de gestão do canteiro.

Fluxo de monitoramento de vibrações na construção para gerenciamento de problemas no local

Quando um alerta deve ser transformado rapidamente em uma atividade a ser gerida, atribuída e documentada, você pode utilizar usBIM.resolver para conectar a notificação ao modelo BIM, identificar o responsável pela intervenção e acompanhar sua evolução até a resolução, evitando que um ultrapassagem dos limites permaneça um dado isolado e não gerido no processo de construção.

FAQ sobre monitoramento de vibrações na construção

Qual é o limite das vibrações na construção?

Não existe um único limite válido para todos os canteiros. O limite depende da estrutura em questão, das características da vibração, da frequência, do estado do edifício e da referência técnica utilizada.

O que é a PPV?

A PPV, Peak Particle Velocity, representa o valor máximo da velocidade vibratória registrada durante um evento em um determinado ponto e é normalmente expressa em mm/s.

Qual é a diferença entre geofone e acelerômetro?

O geofone é utilizado principalmente para medir a velocidade de vibração, enquanto o acelerômetro mede a aceleração do movimento. A escolha depende da grandeza a ser analisada e do propósito do monitoramento.

Onde se posiciona um sensor de vibração?

O sensor deve ser instalado em um ponto representativo do elemento a ser controlado, por exemplo, em uma estrutura próxima à fonte ou em um ponto significativo do percurso de propagação das vibrações.

Quando é conveniente utilizar um monitoramento contínuo?

O monitoramento contínuo é particularmente útil quando as atividades se prolongam no tempo, as fontes de vibração variam durante o projeto ou estão presentes edifícios e infraestruturas sensíveis que requerem um controle constante.

O ultrapassagem do limite significa que o edifício foi danificado?

Não. O ultrapassagem de um limite indica que foi alcançado um nível que requer uma avaliação de acordo com os procedimentos estabelecidos. Não representa, por si só, a prova da existência de um dano.