Monitoraggio vibrazioni in cantiere: come funziona, strumenti e gestione degli allarmi

Scopri come funziona il monitoraggio delle vibrazioni in cantiere, quali strumenti usare, come valutare le soglie e gestire gli alert

Dal punto di vista fisico, le vibrazioni sono oscillazioni meccaniche di un corpo o di un sistema attorno a una posizione di equilibrio. Nei cantieri possono essere prodotte da macchinari e lavorazioni e propagarsi nel terreno e nelle strutture sotto forma di onde elastiche.

Nell’ambito di un cantiere edile, le attività come demolizioni, palificazioni, perforazioni, compattazioni e movimentazione di mezzi pesanti possono produrre vibrazioni di intensità e frequenza differenti.

Gli effetti devono però essere distinti in funzione dell’elemento che si intende proteggere. Il monitoraggio può infatti riguardare:

gli effetti delle vibrazioni sugli edifici e sulle infrastrutture;
il disturbo percepito dalle persone all’interno degli edifici;
l’esposizione professionale dei lavoratori alle vibrazioni mano-braccio o corpo intero;
la protezione di apparecchiature, impianti o lavorazioni particolarmente sensibili.

In questo articolo scoprirai quali attività di cantiere generano maggiori vibrazioni, come funziona il monitoraggio, quali grandezze vengono misurate, quali strumenti utilizzare, come vengono individuate le soglie di allarme e come gestire eventuali superamenti.

Cos’è il monitoraggio delle vibrazioni in cantiere?

Il monitoraggio delle vibrazioni in cantiere consiste nella misurazione nel tempo delle oscillazioni prodotte dalle lavorazioni, con l’obiettivo di valutarne gli effetti su edifici, infrastrutture, persone o altri elementi sensibili.

Il monitoraggio può essere utilizzato per valutare l’impatto potenziale delle vibrazioni prodotte dalle attività di costruzione sugli edifici e sulle strutture circostanti e per verificare l’efficacia delle eventuali misure di mitigazione adottate.

Un sistema di monitoraggio può acquisire diverse grandezze, tra cui velocità di vibrazione, accelerazione, frequenza e durata dell’evento. Quando necessario vengono considerate anche la direzione della vibrazione e le tre componenti lungo assi ortogonali.

La scelta delle grandezze da misurare dipende dallo scopo dell’indagine: valutare il possibile danno a un edificio, ad esempio, non equivale a valutare l’esposizione di un lavoratore o il disturbo percepito dagli occupanti.

A cosa serve il monitoraggio delle vibrazioni in cantiere?

Il monitoraggio permette di conoscere l’intensità e le caratteristiche delle vibrazioni prodotte dalle lavorazioni e di confrontare i valori rilevati con soglie o criteri definiti nel piano di monitoraggio e nei riferimenti tecnici applicabili.

In questo modo è possibile gestire il rischio in maniera proattiva:

proteggendo gli edifici e le infrastrutture vicine;
verificando il rispetto dei criteri stabiliti per il progetto;
documentando oggettivamente gli eventi vibratori;
fornendo dati utili in caso di contestazioni o controversie;
valutando l’efficacia delle misure di mitigazione;
adattando consapevolmente metodi e fasi di costruzione;
individuando tempestivamente eventi anomali o superamenti delle soglie di attenzione e di allarme.

Quali attività di cantiere generano più vibrazioni?

Le attività connesse alla fase di escavazione o di demolizione o legate all’utilizzo di attrezzature di impatto generano livelli vibratori di vari gradi in relazione ai macchinari e ai mezzi impiegati.

Le attività principali ad alto impatto vibratorio sono:

infissione di pali;
demolizioni;
scavi e perforazioni;
compattazioni;
utilizzo di macchinari pesanti.

Analizziamole nel dettaglio.

Palificazioni

L’infissione di pali prevede l’utilizzo di macchinari pesanti chiamati «battipali», utilizzati appunto per realizzare pali che sostengano le fondazioni di edifici o altre strutture o per costruire ponti, dighe e altre strutture “a palo”.

I pali possono essere realizzati con materiali e tecnologie differenti e vengono utilizzati, ad esempio, per trasferire i carichi della costruzione a strati di terreno più profondi e resistenti.

Nel caso delle tecniche di infissione per battitura, gli impatti ripetuti possono generare vibrazioni significative che si propagano nel terreno e raggiungono eventuali strutture circostanti.

L’intensità registrata in un determinato punto dipende non soltanto dall’energia della sorgente ma anche dalla distanza, dalle proprietà geotecniche del terreno e dall’interazione terreno-struttura.

Demolizioni

I macchinari utilizzati nelle demolizioni, come martelli demolitori e attrezzature a percussione, possono produrre eventi vibratori impulsivi caratterizzati da valori elevati per intervalli di tempo relativamente brevi.

In determinate condizioni può verificarsi anche un’amplificazione della risposta strutturale quando la frequenza della sollecitazione si avvicina a una delle frequenze proprie della struttura o dei suoi elementi. Non è però corretto attribuire agli edifici un unico intervallo universale di frequenze proprie, poiché queste dipendono da massa, rigidezza, geometria, altezza e schema strutturale.

Scavi e perforazioni

Le attività di scavo in terreni compatti e quelle di perforazione delle rocce sono metodi fondamentali ed estremamente efficaci, utilizzati in diversi settori, per la frammentazione e lo scavo controllati di formazioni rocciose dure.

Martelli idraulici e attrezzature a impatto possono produrre impulsi ripetuti, mentre altre macchine di scavo o perforazione possono generare vibrazioni più continue.

Anche la costruzione di gallerie e le lavorazioni sotterranee possono richiedere un monitoraggio specifico quando nelle vicinanze sono presenti edifici, infrastrutture o impianti sensibili.

Compattazione del terreno

La compattazione del terreno o degli strati di una pavimentazione può essere eseguita mediante rulli vibranti o piastre vibranti. Il movimento oscillatorio trasferisce energia al materiale, favorendo una riduzione dei vuoti e una maggiore densificazione.

Rulli vibranti e piastre compattatrici costituiscono quindi sorgenti di vibrazione potenzialmente rilevanti, soprattutto a breve distanza.

Macchinari pesanti e traffico di cantiere

In un cantiere edile le vibrazioni possono essere generate anche dal transito di mezzi pesanti e macchine operatrici.

Il movimento di veicoli gommati o cingolati trasmette sollecitazioni dinamiche al terreno. Entità e frequenza delle vibrazioni dipendono, tra gli altri fattori, dalla massa e dalla velocità del mezzo, dalle sospensioni e soprattutto dalle condizioni della superficie di transito.

Anche irregolarità, buche o discontinuità della pavimentazione possono aumentare sensibilmente le vibrazioni generate dal passaggio dei mezzi.

Quali effetti possono avere le vibrazioni sugli edifici e sulle aree circostanti?

Gli effetti delle vibrazioni devono essere valutati distinguendo almeno tre aspetti: risposta degli edifici, disturbo percepito dalle persone ed esposizione professionale dei lavoratori.

Effetti sugli edifici

Le vibrazioni possono determinare effetti differenti a seconda dell’intensità e delle caratteristiche dell’evento, della struttura interessata e del suo stato di conservazione.

A titolo generale, gli effetti osservabili possono interessare:

elementi architettonici e non strutturali, con comparsa o evoluzione di piccole fessure o distacchi;
tamponamenti, intonaci, giunti ed elementi secondari;
nei casi più significativi, elementi aventi funzione strutturale.

Tuttavia, la semplice presenza di una fessura dopo una lavorazione non dimostra automaticamente che essa sia stata causata dalle vibrazioni. Per questo, nei cantieri più sensibili, al monitoraggio strumentale può essere associato un rilievo preliminare dello stato degli edifici circostanti, utile a documentare eventuali quadri fessurativi preesistenti.

Per la valutazione degli effetti sugli edifici, in Italia la UNI 9916:2014 fornisce indicazioni per la scelta dei metodi di misura, il trattamento dei dati e la valutazione dei fenomeni vibratori in relazione alla risposta strutturale e all’integrità architettonica degli edifici.

Disturbo alle persone negli edifici

La percezione di una vibrazione da parte degli occupanti non coincide necessariamente con l’esistenza di un rischio di danno strutturale. L’essere umano può infatti percepire vibrazioni di entità inferiore rispetto a quelle associate a effetti sugli edifici.

Per questo motivo comfort e disturbo devono essere valutati separatamente rispetto alla protezione strutturale, utilizzando criteri e grandezze appropriate allo specifico obiettivo dell’analisi.

Vibrazioni e sicurezza dei lavoratori

I lavoratori possono essere esposti principalmente a due tipologie di vibrazioni:

vibrazioni trasmesse al sistema mano-braccio, ad esempio durante l’impiego di martelli demolitori, perforatori e altri utensili vibranti;
vibrazioni trasmesse al corpo intero, ad esempio durante la conduzione di escavatori, pale, mezzi cingolati o altri macchinari mobili.

Le vibrazioni mano-braccio possono essere associate a disturbi vascolari, neurologici e muscolo-scheletrici, mentre esposizioni significative a vibrazioni trasmesse al corpo intero possono contribuire a disturbi muscolo-scheletrici, in particolare a carico della zona lombare.

Il monitoraggio delle vibrazioni trasmesse agli edifici non sostituisce quindi la specifica valutazione dell’esposizione professionale prevista dalla normativa sulla sicurezza sul lavoro.

Come si misurano le vibrazioni di cantiere?

Le vibrazioni vengono misurate mediante sensori installati in punti rappresentativi, che registrano grandezze come velocità di vibrazione, accelerazione e frequenza dell’evento. La configurazione del monitoraggio dipende dallo scopo dell’indagine, dalla durata dei lavori e dal livello di rischio.

Si possono distinguere tre modalità principali:

misurazioni spot, ovvero l’acquisizione di dati a breve termine per un periodo limitato. Vengono in genere utilizzate per valutare i livelli di vibrazione durante un’attività specifica o stabilire le condizioni di base prima della costruzione;
monitoraggio continuo delle vibrazioni, che prevede la registrazione dei livelli di vibrazione per periodi prolungati, da alcuni giorni a diversi mesi. Questo approccio, ampiamente utilizzato nei progetti edilizi in cui l’esposizione alle vibrazioni varia nel tempo, consente il rilevamento di tutti gli eventi di vibrazione, l’analisi delle tendenze a lungo termine e la verifica della conformità per tutta la durata del progetto;
monitoraggio e avvisi in tempo reale, che confrontano i livelli di vibrazione con le soglie predefinite e generano avvisi quando i limiti vengono superati. Ciò consente di reagire rapidamente a livello operativo, ad esempio modificando i metodi di costruzione o interrompendo determinate attività.

Quali grandezze si misurano: PPV, frequenza e accelerazione

Per interpretare correttamente un monitoraggio è necessario distinguere le principali grandezze utilizzate:

PPV – Peak Particle Velocity: è il valore massimo della velocità di vibrazione rilevato durante un evento in un determinato punto ed è generalmente espresso in mm/s. La velocità di vibrazione è una delle grandezze maggiormente utilizzate nella valutazione delle vibrazioni trasmesse agli edifici. La PPV non deve essere confusa con lo spostamento massimo né con l’accelerazione: si tratta di grandezze fisiche differenti;
frequenza: indica il numero di oscillazioni al secondo ed è espressa in hertz (Hz). È un parametro fondamentale perché la risposta di una struttura non dipende soltanto dall’ampiezza della vibrazione, ma anche dal suo contenuto in frequenza;
accelerazione: descrive la variazione della velocità nel tempo ed è generalmente espressa in m/s². È una grandezza particolarmente importante nell’ambito della valutazione dell’esposizione umana alle vibrazioni, mentre per la valutazione degli effetti sulle costruzioni vengono frequentemente considerate grandezze legate alla velocità vibratoria.

Quali sono le soglie di vibrazione in cantiere?

Non esiste un unico valore limite di vibrazione valido per qualsiasi cantiere, edificio e situazione. Le soglie devono essere definite in funzione dell’obiettivo del monitoraggio, delle caratteristiche della struttura, della frequenza dell’evento e del riferimento tecnico adottato.

Un valore di PPV espresso in mm/s non può essere interpretato correttamente senza conoscere almeno il contesto della misura e, quando richiesto dal criterio adottato, il contenuto in frequenza dell’evento.

Nella definizione delle soglie occorre considerare, ad esempio:

tipologia e destinazione della costruzione;
materiali e sistema strutturale;
stato di conservazione;
presenza di edifici storici o particolarmente sensibili;
frequenza delle vibrazioni;
durata e ripetitività degli eventi;
carattere impulsivo, intermittente o continuo;
posizione del punto di misura;
distanza dalla sorgente;
criterio tecnico o normativo utilizzato.

Per questo motivo è preferibile parlare di “soglie di riferimento”, “livelli di attenzione” e “livelli di allarme” definiti nello specifico piano di monitoraggio, evitando di indicare un singolo numero come limite universale.

Quali strumenti vengono utilizzati per il monitoraggio?

Nei cantieri edili vengono comunemente utilizzati diversi tipi di sensori di vibrazioni:

geofoni triassiali;
accelerometri;
sismografi/vibration monitors;
data logger;
Iot e sistemi di monitoraggio cloud.

Geofoni triassiali

I geofoni sono trasduttori utilizzati per misurare la velocità del moto vibratorio. Nei sistemi triassiali il movimento viene acquisito contemporaneamente lungo tre direzioni ortogonali.

Questa caratteristica consente di descrivere meglio il moto e di valutare le componenti della vibrazione nel punto di installazione.
I geofoni vengono comunemente impiegati nei sistemi di monitoraggio delle vibrazioni prodotte da lavorazioni di cantiere quando la grandezza di interesse è la velocità vibratoria.

Accelerometri

Gli accelerometri misurano l’accelerazione prodotta dal movimento vibratorio.

Esistono differenti tecnologie di accelerometri e la scelta dipende dall’intervallo di frequenze, dalla sensibilità richiesta, dall’ampiezza prevista e dall’obiettivo della misura.

Possono essere impiegati nell’analisi dinamica delle strutture, nel monitoraggio strutturale e nelle valutazioni dell’esposizione alle vibrazioni, utilizzando configurazioni e criteri diversi a seconda dell’applicazione.

Sismografi / vibration monitors

I vibration monitor utilizzati in cantiere integrano generalmente uno o più sensori, un sistema di acquisizione e funzioni per la registrazione automatica degli eventi.

Possono restituire parametri quali:

PPV;
frequenza;
andamento temporale dell’evento;
componenti della vibrazione sui diversi assi;
data e ora del superamento di eventuali soglie.

Data logger, IoT e sistemi di monitoraggio cloud

I sistemi IoT consentono di trasmettere a distanza i dati acquisiti dai sensori. In un sistema di monitoraggio connesso, i sensori rilevano le vibrazioni e inviano i dati a un sistema di acquisizione o data logger, che li trasmette attraverso la rete a una piattaforma cloud; qui le informazioni vengono archiviate, elaborate e rese disponibili tramite dashboard, grafici e sistemi automatici di alert.

Quando una misura supera una soglia predefinita, la piattaforma può inviare una notifica tramite e-mail, SMS o altri canali e registrare l’evento nella serie storica.

I dati possono essere visualizzati attraverso grafici, dashboard e report utili per ricostruire l’andamento delle vibrazioni durante le diverse fasi di cantiere.

Un sensore di vibrazione, da solo, non misura però la stabilità del terreno. Nei sistemi di monitoraggio geotecnico le misure vibrazionali possono essere integrate con altri strumenti, come inclinometri, piezometri, estensimetri, sistemi GNSS o stazioni totali, in funzione del fenomeno da controllare.

Dove installare i sensori di vibrazione?

I sensori devono essere posizionati nei punti in cui la misura sia rappresentativa dell’effettiva vibrazione da valutare; la posizione dipende quindi dalla sorgente, dalla struttura da proteggere e dallo scopo del monitoraggio.

Nei cantieri edili, i sensori sono tipicamente installati:

sulle fondazioni o su altri punti significativi degli edifici vicini;
sul terreno lungo il percorso di propagazione;
in prossimità delle strutture o degli impianti più sensibili;
in punti considerati rappresentativi nel piano di monitoraggio.

Un posizionamento errato può portare a una sottostima o a una sovrastima dei livelli di vibrazione.

Cosa succede quando viene superata una soglia di vibrazione?

Il superamento di una soglia non implica automaticamente la presenza di un danno, ma costituisce un evento che deve essere valutato secondo le procedure definite nel piano di monitoraggio.

In un sistema continuo, i dati acquisiti possono essere confrontati automaticamente con soglie impostate in precedenza.

Quando viene registrato un superamento, il sistema può:

generare un alert;
identificare data, ora e sensore interessato;
registrare i valori dell’evento;
notificare i responsabili;
avviare un workflow di verifica.

Non è corretto affermare che qualsiasi superamento comporti necessariamente una sospensione automatica dei lavori. L’azione conseguente dipende dalle procedure stabilite dal progetto e può prevedere verifica tecnica, modifica della lavorazione, adozione di misure di mitigazione o, nei casi previsti, sospensione temporanea dell’attività.

Dall’alert alla gestione della non conformità

Quando un sistema di monitoraggio rileva il raggiungimento o il superamento di una soglia impostata, può essere generato un alert automatico.

L’evento può quindi essere trasformato in una segnalazione o, quando previsto dalle procedure di progetto, in una non conformità da gestire e documentare.

La registrazione può contenere:

posizione del sensore;
data e ora;
valore rilevato;
soglia interessata;
lavorazione in corso;
possibili cause;
azioni correttive adottate;
verifica successiva all’intervento.

In questo modo il superamento non rimane un semplice dato numerico, ma diventa parte di un processo documentato di controllo del cantiere.

Gestire le issue di vibrazione sul modello BIM

Con un software per la gestione delle problematiche di cantiere come usBIM.resolver, il tecnico può segnalare, assegnare, tracciare e chiudere le issue associate agli eventi rilevati.

crei la issue: all’interno della piattaforma BIM, l’alert può essere registrato con titolo, descrizione dell’evento, valori misurati, soglia superata e livello di priorità;
georeferenzi l’alert nel modello BIM: la segnalazione può essere collegata all’oggetto 3D o alla zona del cantiere interessata, consentendo al team di individuare rapidamente il punto in cui è stato rilevato l’evento;
assegni l’issue al soggetto responsabile: la segnalazione viene affidata al tecnico incaricato, che può integrare report, fotografie, documenti e note;
tracci l’intervento: la issue da aperta passa in lavorazione e, una volta applicate le azioni correttive e verificato il rientro dei parametri di vibrazione nella norma, il coordinatore valida la risoluzione e chiude la issue, mantenendo una cronologia immutabile di tutto il processo.

Il processo consente così di conservare una cronologia delle segnalazioni, delle responsabilità e degli interventi eseguiti, collegando il dato proveniente dal monitoraggio al workflow operativo di gestione del cantiere.

Quando un alert deve essere trasformato rapidamente in un’attività da gestire, assegnare e documentare, puoi utilizzare usBIM.resolver per collegare la segnalazione al modello BIM, individuare il responsabile dell’intervento e seguirne l’evoluzione fino alla risoluzione, evitando che un superamento delle soglie rimanga un dato isolato e non gestito nel processo di cantiere.

FAQ sul monitoraggio delle vibrazioni in cantiere

Qual è il limite delle vibrazioni in cantiere?

Non esiste un unico limite valido per tutti i cantieri. La soglia dipende dalla struttura interessata, dalle caratteristiche della vibrazione, dalla frequenza, dallo stato dell’edificio e dal riferimento tecnico utilizzato.

Che cos’è la PPV?

La PPV, Peak Particle Velocity, rappresenta il valore massimo della velocità vibratoria registrata durante un evento in un determinato punto ed è normalmente espressa in mm/s.

Qual è la differenza tra geofono e accelerometro?

Il geofono viene utilizzato principalmente per misurare la velocità di vibrazione, mentre l’accelerometro misura l’accelerazione del moto. La scelta dipende dalla grandezza da analizzare e dallo scopo del monitoraggio.

Dove si posiziona un sensore di vibrazione?

Il sensore deve essere installato in un punto rappresentativo dell’elemento da controllare, ad esempio su una struttura vicina alla sorgente o in un punto significativo del percorso di propagazione delle vibrazioni.

Quando conviene utilizzare un monitoraggio continuo?

Il monitoraggio continuo è particolarmente utile quando le lavorazioni si protraggono nel tempo, le sorgenti di vibrazione variano durante il progetto oppure sono presenti edifici e infrastrutture sensibili che richiedono un controllo costante.

Il superamento della soglia significa che l’edificio è stato danneggiato?

No. Il superamento di una soglia indica che è stato raggiunto un livello che richiede una valutazione secondo le procedure stabilite. Non rappresenta, da solo, la prova dell’esistenza di un danno.

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