El monitoreo de vibraciones en la construcción abarca el uso de equipos y metodologías avanzadas, como análisis PPV y RMS, para evaluar y mitigar el impacto de las vibraciones relacionadas con la construcción en las estructuras y el confort humano. Al adherirse a los estándares internacionales y locales y emplear análisis en tiempo real y estudios previos a la construcción, garantiza la seguridad e integridad de los proyectos de construcción al tiempo que minimiza los impactos ambientales y de salud.
El monitoreo de vibraciones en la construcción es esencial debido al uso de maquinaria pesada en actividades como hincado de pilotes, construcción de túneles, excavación y perforación, que generan niveles significativos de vibraciones de baja frecuencia. Estas vibraciones transportan una cantidad sustancial de energía a través del suelo, lo que representa un riesgo para los edificios y estructuras subterráneas circundantes, incluidas tuberías, líneas de gas y líneas eléctricas. Para mitigar estos riesgos, las obras de construcción emplean monitores de vibración equipados con sensores altamente sensibles. El aspecto crítico de este monitoreo es su capacidad en tiempo real, que permite la interrupción inmediata de las actividades de construcción si las amplitudes se acercan a niveles dañinos. Este monitoreo en línea es crucial para prevenir posibles daños a las estructuras e infraestructuras cercanas, garantizando que los proyectos de construcción se desarrollen de manera segura y sin causar daños al medio ambiente circundante.
Un monitor de vibraciones es un instrumento de medición especializado diseñado para cumplir con los estándares relevantes para evaluar, diagnosticar y monitorear vibraciones. Consta de tres componentes principales: un sensor de vibración (o transductor), un equipo de acondicionamiento de señal y un sistema de registro de datos. Este dispositivo se caracteriza por su respuesta de frecuencia y características de fase, rango de amplitud y precisión, lo que lo hace experto en capturar y analizar datos de vibración con precisión.
Como dispositivo de medición profesional, viene con un certificado de calibración que confirma sus especificaciones y garantiza su confiabilidad en diversas aplicaciones. Este certificado es crucial para validar el rendimiento del monitor y garantizar que cumple con los estrictos requisitos de precisión en el monitoreo de vibraciones, particularmente en entornos donde una evaluación precisa es fundamental para la seguridad y la integridad estructural.
Un sistema de monitoreo de vibraciones integra monitores de vibraciones con un software de recopilación de datos, generalmente alojado en un servidor remoto en línea. Esta configuración permite conectar varios monitores de forma remota a un servidor que recopila datos del historial temporal, realiza análisis y genera informes. Una característica esencial de dicho sistema es su función de alarma, diseñada para alertar a los usuarios sobre posibles problemas en tiempo real.
El sistema emplea dos tipos de alarmas: alarmas in situ directamente desde el monitor y alarmas en línea desde la nube o ambas. Las alarmas in situ se consideran más rápidas y confiables porque no dependen de una conexión a Internet. Este enfoque de doble alarma garantiza que las partes interesadas sean notificadas rápidamente sobre cualquier nivel de vibración que pueda suponer un riesgo, lo que permite tomar medidas inmediatas para mitigar posibles daños. La combinación de capacidades de monitoreo remoto y funciones de alarma sofisticadas hace que los sistemas de monitoreo sean invaluables para mantener la seguridad e integridad de los proyectos de construcción y las estructuras circundantes.
El monitoreo de vibraciones juega un papel crucial en diversas industrias, particularmente en la construcción y el desarrollo de infraestructura, debido a la energía potencial y cinética que transportan las ondas de vibración. Es especialmente importante controlar aquellos con un contenido de baja frecuencia inferior a 12 Hz. Esto se debe a que las frecuencias de resonancia de muchas construcciones de edificios suelen estar alrededor o por debajo de 8 Hz, lo que las hace susceptibles a sufrir daños por estas señales de vibración de baja frecuencia.
Las aplicaciones del monitoreo son diversas e incluyen los efectos de la demolición con voladuras, el uso de martillos de forja, la hinca de pilotes en masa y las actividades de construcción de túneles. Se sabe que estas operaciones producen vibraciones de baja frecuencia que pueden comprometer la integridad estructural de edificios cercanos, servicios públicos subterráneos y otras infraestructuras críticas.
Además, la monitorización es fundamental para evaluar el impacto del tráfico rodado y ferroviario, que también genera vibraciones de baja frecuencia. Estas ondas pueden provocar daños en la construcción de carreteras y puentes, pero también en los edificios de los alrededores. Al identificar y controlar, estos sistemas de monitoreo ayudan a prevenir daños potenciales, garantizando la longevidad y seguridad de las estructuras y mejorando la calidad de los entornos de vida urbanos.
El monitoreo de vibraciones en la construcción se enfoca principalmente en gestionar la vibración del suelo, que abarca una variedad de fuentes e impactos. Estas aplicaciones resaltan la necesidad crítica de un monitoreo y control precisos para salvaguardar las estructuras y garantizar la seguridad y la comodidad de las personas en las áreas afectadas.
El análisis en tiempo real de las vibraciones en las actividades de construcción es un proceso crítico que garantiza la evaluación inmediata de la amplitud de las vibraciones y la frecuencia dominante directamente dentro del equipo de monitoreo. Esta capacidad permite una comparación in situ de las señales registradas con límites predefinidos. Cuando las amplitudes exceden estos límites, el sistema puede activar alertas a través de diversos medios, como SMS, correo electrónico o alarmas visuales y auditivas, lo que genera acciones inmediatas para detener las actividades de construcción y evitar posibles daños a las estructuras circundantes.
La implementación de estos sistemas de análisis en línea es tecnológicamente exigente y requiere una gran potencia computacional y precisión. Esto se debe a que detener innecesariamente los trabajos de construcción puede generar costos sustanciales de tiempo de inactividad para las empresas constructoras. Por lo tanto, la precisión en el mantenimiento y análisis predictivo es primordial para evitar falsas alarmas que podrían alterar el cronograma de construcción sin causa.
Para mejorar la confiabilidad y minimizar los falsos positivos, el monitoreo de vibraciones a menudo se realiza en múltiples puntos, tanto en la fuente de vibración como en edificios o estructuras que se consideran en riesgo. Este enfoque de monitoreo multipunto ayuda a verificar si las vibraciones realmente se propagan a lo largo de las rutas esperadas y puede identificar si los trabajadores de la construcción han alterado accidentalmente un sensor. Si un monitor activa una alarma pero otros no detectan ondas similares, puede indicar una falsa alarma, permitiendo que el trabajo continúe sin interrupción. Este método de verificación cruzada garantiza que las actividades de construcción sólo se detengan por preocupaciones legítimas, equilibrando la necesidad de seguridad estructural con las implicaciones económicas de los paros laborales.
La selección y el despliegue de equipos de monitoreo de vibraciones son pasos cruciales adaptados a los requisitos específicos de cada aplicación, centrándose en el rango de frecuencia y el rango de niveles de amplitud que deben abarcar las operaciones de la fuente. La metodología para medir las vibraciones varía significativamente según el tipo de máquina que se supervisa y el entorno en el que se realiza el seguimiento.
En las vibraciones de edificios, la velocidad (velocidad de las partículas) es la medida preferida. Esta preferencia se debe a la relación aproximadamente lineal entre la velocidad de las partículas y las tensiones experimentadas por los componentes de la construcción cuando se someten a vibraciones tanto en estado estacionario como transitorias.
Para realizar mediciones precisas, es esencial medir las vibraciones del edificio a lo largo de tres ejes: el eje vertical (z) y dos ejes horizontales (xey), que deben ser perpendiculares entre sí. Los ejes horizontales deben alinearse con el eje principal del edificio, con el eje x apuntando hacia la fuente. Esta alineación garantiza que las mediciones reflejen con precisión la respuesta del edificio a las vibraciones externas.
Cuando se trata de montar sensores, especialmente para aplicaciones terrestres, los transductores deben montarse de manera que no comprometa la precisión de la medición dentro del rango de frecuencia operativa. Se prefiere el montaje en superficies duras a superficies blandas para garantizar un acoplamiento firme entre el transductor, el dispositivo de montaje y el objeto de medición. Este acoplamiento firme es crucial para evitar la resonancia de contacto dentro del rango de frecuencia de funcionamiento y para mantener el transductor en su lugar de forma segura. Además, el propio dispositivo de montaje no debería introducir ninguna resonancia dentro del rango de frecuencia de funcionamiento.
En la vibración de edificios y construcciones, la selección de monitores y sensores adecuados es crucial para la evaluación precisa del movimiento vibratorio. Estos dispositivos se dividen en términos generales en dos categorías principales, cada una con principios operativos distintos y adecuados para aplicaciones específicas dentro de la industria de la construcción:
La elección entre estos sensores depende de las necesidades específicas de la aplicación de monitoreo, incluido el rango de frecuencia y amplitud, el entorno de medición y la precisión requerida del análisis. Estándares como ISO 4866:2010 y DIN 45669-1 clasifican los sistemas e instrumentación de recopilación de datos de vibración en función de su capacidad para definir movimientos complejos y su alcance de aplicación, que van desde análisis de ingeniería de alta precisión (Clase 1) hasta monitoreo general de campo (Clase 2). ), con subclases para aplicaciones especializadas. El límite de detección y el rango de frecuencia operativa del equipo están diseñados para garantizar sensibilidad y precisión, extendiéndose de 1 Hz a 80 Hz para aplicaciones generales y hasta 500 Hz ajustándose para adaptarse a frecuencias específicas que se encuentran en la construcción cerca de rutas de tráfico ferroviario.
En la industria de la construcción, la elección de tecnologías de monitoreo está determinada por las necesidades específicas de cada proyecto, con una variedad de sensores implementados para medir las vibraciones y garantizar la integridad estructural. Estos sensores están ubicados estratégicamente, a menudo en paredes o cimientos de edificios, para capturar datos precisos sobre los movimientos vibratorios. El método de transmisión de datos desde estos sensores varía: los sensores subterráneos o conectados a cimientos generalmente dependen de conexiones por cable debido a problemas de penetración de la señal, mientras que los monitores exteriores utilizan antenas GSM para comunicación inalámbrica, lo que permite alertas por SMS e intercambio de datos basado en Internet.
Para proyectos que requieren monitoreo en áreas extensas, como puentes, se emplean sensores ópticos por su precisión en la detección remota de vibraciones. Aunque son muy precisos, la implementación de sensores ópticos de vibración inalámbricos es considerablemente más costosa, lo que los convierte en una opción menos común reservada para situaciones en las que sus capacidades avanzadas son necesarias. Esta adaptabilidad en las tecnologías de monitoreo garantiza que los proyectos de construcción puedan mantener una supervisión en tiempo real de las condiciones estructurales, adaptándose a los desafíos únicos que presentan los diferentes entornos y alcances del proyecto.
El equipo de monitoreo remoto de vibraciones está diseñado para garantizar la vigilancia continua de la integridad estructural a distancia, funcionando a través de dos modos operativos principales. El primer modo implica realizar el análisis directamente dentro del propio monitor, después de lo cual los datos y las alarmas se envían a las partes relevantes a través de un módem. Este método es particularmente favorecido en entornos de construcción debido a su confiabilidad y los rápidos tiempos de reacción que ofrece, lo que permite respuestas inmediatas a posibles problemas estructurales.
El segundo modo implica la transmisión de datos sin procesar a un servidor en la nube, donde luego se lleva a cabo el análisis. Si bien este método centraliza el procesamiento de datos y puede ofrecer capacidades analíticas avanzadas, se prefiere el modo de análisis directo dentro del monitor por su eficiencia y confiabilidad en entornos de construcción críticos. Para facilitar estas operaciones, se emplean varias tecnologías de comunicación según la ubicación y los requisitos específicos de la configuración de monitoreo: los módems LTE (4G) se usan comúnmente en áreas abiertas por su amplia cobertura, mientras que las conexiones WiFi y LAN se prefieren en espacios cerrados como túneles y entornos interiores, asegurando que el equipo de monitoreo remoto de vibraciones permanezca conectado y operativo independientemente del entorno del proyecto.
El monitoreo de las vibraciones en la construcción es un aspecto crítico para garantizar la seguridad estructural y el cumplimiento de los estándares locales e internacionales, incluidos el DIN de Alemania, el BS del Reino Unido, las curvas VC de los EE. UU. y la ISO a nivel internacional. Los estándares más reconocidos para vibración estructural ISO 4866, BS 7385-2 del Reino Unido y DIN 4150-3 de Alemania utilizan el método de velocidad máxima de partículas (PPV) junto con el análisis de transformada rápida de Fourier (FFT) para identificar la frecuencia dominante.
El método PPV, detallado en DIN 4150-3, calcula la amplitud máxima de la velocidad de vibración dentro de la señal en el dominio del tiempo. Este proceso implica realizar un análisis FFT donde el centro de la ventana FFT se alinea precisamente con el PPV, produciendo tanto el valor PPV como su correspondiente frecuencia dominante para cada eje (X, Y, Z). Estos puntos de datos luego se trazan contra una curva límite para comparar.
Por el contrario, en Estados Unidos, el estándar IEST, junto con el PN-B-02170 de Polonia, emplea curvas de banda de 1/3 de octava, expresadas en velocidad de vibración RMS. Este método contrasta con FFT al utilizar todo el espectro para comparar, donde los resultados RMS o RMS MAX en cada banda se comparan con la curva límite.
La coexistencia de estos dos métodos distintos (FFT con PPV y frecuencia dominante, y bandas de 1/3 de octava) puede generar confusión y evaluaciones incorrectas, particularmente cuando los resultados de la banda de 1/3 de octava se comparan de manera inapropiada con los límites de la frecuencia dominante de FFT. Esto resalta la importancia de comprender y aplicar correctamente las normas relevantes para garantizar un monitoreo y evaluación precisos de las vibraciones en proyectos de construcción.
El monitoreo efectivo de las vibraciones en la construcción requiere el cumplimiento de un método estándar elegido, que dicta los procedimientos específicos a seguir. Los pasos fundamentales implican seleccionar el equipo adecuado, montarlo estratégicamente en alineación con la ruta de propagación de la vibración y garantizar un acoplamiento seguro de los sensores a la superficie para capturar con precisión los datos vibratorios. Los sistemas modernos simplifican el proceso de monitoreo según límites predefinidos, pero el análisis exhaustivo de los datos del historial temporal sigue siendo esencial para una comprensión profunda de las características de la señal y su impacto potencial en las estructuras.
La calibración del equipo es un paso crítico para verificar que los sensores estén funcionando correctamente y proporcionen mediciones precisas. Esto garantiza la confiabilidad de los datos recopilados y las evaluaciones realizadas en base a estos datos, protegiendo contra lecturas falsas que podrían llevar a conclusiones incorrectas sobre la seguridad estructural o la necesidad de medidas de mitigación.
Los estudios previos a la construcción sirven como fase de evaluación preliminar y se llevan a cabo antes del inicio de las actividades de construcción. Estos estudios tienen como objetivo evaluar los patrones de vibración existentes, como los de las operaciones ferroviarias cercanas, y su impacto potencial en las estructuras planificadas. Además, ayudan a establecer una base de referencia de vibraciones, con respecto a la cual se pueden medir los efectos de las vibraciones inducidas por la construcción. Las mediciones durante esta fase generalmente se realizan directamente en el suelo a lo largo de las rutas de transmisión esperadas y en la placa de cimentación una vez construida. Esta evaluación inicial es crucial para comprender las condiciones preexistentes del sitio y para planificar las actividades de construcción de una manera que minimice los efectos adversos en el medio ambiente y las estructuras circundantes.
Además de las vibraciones, las actividades de construcción suelen generar niveles importantes de ruido y polvo, que pueden tener efectos adversos sobre el medio ambiente y la salud humana. En consecuencia, los programas de monitoreo de vibraciones que emplean estos elementos son una parte integral de la gestión general de las obras de construcción, asegurando que las emisiones nocivas se mantengan dentro de los límites establecidos por las regulaciones locales. Los sistemas de monitoreo para sitios de construcción generalmente incluyen mediciones de ruido y polvo, junto con análisis de vibraciones, para proporcionar una visión general completa del impacto ambiental del sitio.
La precisión y relevancia del monitoreo del ruido y el polvo están influenciadas por varios factores, incluida la velocidad y dirección del viento, que pueden afectar significativamente la dispersión del polvo y la propagación del ruido. Para tener en cuenta estas variables, con frecuencia se incorpora el monitoreo del clima en el proceso de evaluación. Este enfoque holístico permite a los gerentes de construcción implementar estrategias de mitigación oportunas y efectivas, como ajustar los horarios de trabajo, emplear técnicas de supresión de polvo o instalar barreras acústicas, para minimizar la huella ambiental de sus proyectos. Al cumplir con las regulaciones locales sobre emisiones a través de un monitoreo y manejo diligente del ruido, el polvo y las vibraciones, los proyectos de construcción pueden reducir su impacto en las comunidades circundantes y el medio ambiente, fomentando prácticas de construcción más seguras y sustentables.
El análisis de vibraciones en la construcción implica comparar la velocidad máxima de las partículas (PPV) y su frecuencia dominante con las curvas límite de vibración establecidas para evaluar el cumplimiento. Si el análisis emplea el método de 1/3 de octava, todo el espectro de vibración se adapta a una curva límite para comprobar si se supera. Cuando los niveles superan estos límites, se inicia un análisis más exhaustivo, examinando la envolvente de la señal sin procesar e identificando frecuencias armónicas dentro del espectro. Este examen detallado de la forma de onda ayuda a identificar las características específicas de la onda, lo que permite identificar su fuente y naturaleza. Con base en estos conocimientos, se pueden realizar ajustes en el proceso de construcción, como cambiar el equipo de perforación para proyectos de túneles o modificar la masa del martinete, para mitigar las vibraciones excesivas y garantizar que la actividad se mantenga dentro de límites aceptables. Este enfoque permite que las actividades de construcción continúen minimizando el riesgo de daños inducidos por vibraciones a las estructuras circundantes.
El análisis de los niveles de vibración en la construcción y la ingeniería estructural implica cumplir con estándares específicos que guían la medición y evaluación de los efectos en las estructuras. Entre las más reconocidas se encuentra la norma alemana DIN 4150-3, que, junto con la norma internacional ISO 4866, establece metodologías para evaluar el impacto de las vibraciones. Estas normas son particularmente aplicables a estructuras sin requisitos específicos de diseño de carga dinámica, y describen valores de nivel para evitar daños e impactos. La norma DIN 4150-3 clasifica las vibraciones en breves, que son lo suficientemente infrecuentes como para no causar fatiga o resonancia, y de largo plazo, que abarcan todos los demás tipos. Proporciona un marco para evaluar el impacto de las vibraciones a corto plazo dividiendo las estructuras en tres categorías, cada una con un límite de velocidad de vibración permisible correspondiente, lo que facilita una comprensión clara de su impacto en varias estructuras.
Para vibraciones a largo plazo, DIN 4150-3 establece valores límite de velocidad, lo que ayuda a proteger las estructuras y sus ocupantes de posibles daños. De manera similar, la norma británica BS 7385-2 ofrece orientación para evaluar los riesgos de daños inducidos por vibraciones de diversas fuentes, incluidas las actividades de construcción y el tráfico, centrándose en los efectos directos de las vibraciones en los edificios. En los Estados Unidos, las curvas de criterio de vibración (VC) desarrolladas por el Instituto de Ciencias y Tecnología Ambientales (IEST) proporcionan una base para diseñar instalaciones que albergan instrumentos sensibles a la vibración, utilizando la velocidad cuadrática media (RMS) expresada en uno- bandas de tercera octava. Estos estándares subrayan colectivamente la importancia de un enfoque metódico para el análisis, garantizando la integridad estructural y la seguridad de los edificios frente a diversas fuentes.
Normas como DIN, BS o IEST presentan límites en forma de tablas de niveles de vibración, que sirven como una herramienta crucial en el análisis de las vibraciones relacionadas con la construcción. Estos gráficos permiten trazar datos históricos de puntos de monitoreo de vibraciones, ofreciendo un medio visual para identificar cuándo y dónde los niveles medidos exceden los límites establecidos. Esta representación gráfica simplifica la tarea de identificar eventos de superación, a menudo con funciones que permiten a los usuarios navegar directamente a eventos específicos de interés con un simple clic.
La capacidad de rastrear visualmente amplitudes de vibración anormales frente a límites estandarizados no solo ayuda en el análisis inmediato sino que también facilita la generación de informes detallados para eventos individuales. Estos informes son esenciales para fines de cumplimiento, ya que proporcionan evidencia documentada de que las actividades de construcción están siendo monitoreadas y gestionadas según los estándares pertinentes. Al utilizar gráficos de nivel límite para el análisis, las partes interesadas pueden garantizar un enfoque más eficiente y eficaz para mantener la integridad estructural y cumplir con los requisitos reglamentarios, minimizando así el impacto potencial de la construcción en el medio ambiente circundante.
Comprender las métricas utilizadas para evaluar los impactos de las vibraciones es crucial tanto para la integridad estructural como para la comodidad humana. La velocidad máxima de partículas (PPV) se emplea comúnmente para evaluar vibraciones en estructuras y el suelo, centrándose en la velocidad de las ondas. Esta medición es fundamental para evaluar los daños potenciales a los edificios y la infraestructura causados por las actividades de construcción.
Cuando se trata de evaluar el impacto de las vibraciones en los humanos dentro de los edificios, la atención se centra en la aceleración de las vibraciones, que proporciona una representación más precisa de cómo la energía transmitida afecta la comodidad y la salud humana. Las mediciones de aceleración a menudo se realizan utilizando el mismo equipo que para PPV, pero se colocan en diferentes lugares, como en el medio de los pisos donde la gente trabaja o vive, o cerca de estaciones de trabajo para evaluar las vibraciones del piso con mayor precisión. Para estas evaluaciones centradas en el ser humano, se utilizan métricas como la raíz cuadrática media (RMS) y el valor de dosis de vibración (VDV). RMS ofrece un nivel promedio de energía de vibración a lo largo del tiempo, lo que lo hace adecuado para el monitoreo continuo, mientras que VDV proporciona una medida acumulativa de exposición a vibraciones, capturando tanto la intensidad como la duración de las vibraciones. Estas métricas son esenciales para garantizar que los niveles permanezcan dentro de límites aceptables para evitar molestias o problemas de salud para las personas en entornos vibratorios.
