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ISOLAMENTO A SONS AÉREOS
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ISOLAMENTO AOS SONS
A distinção entre sons aéreos e sons de percussão é importante porque o isolamento sonoro dos elementos de construção e a forma de o descrever
dependem da natureza e do processo de transmissãodependem da natureza e do processo de transmissão em causa.
Isolamento
Sons Aéreos
Sons de Percussão
O som produzido num determinado recinto pode propagar-se através da irradiação de energia no ar ���� variações de pressão.
A transmissão para outro recinto depende da incidência das ondas aéreas nos elementos de separação ou pode depender da percussão nesses elementos de separação.
Transmissão sólidaTransmissão aérea
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SONS AÉREOSExcitação directa do ar por uma fonte sonora.
Proveniência dos Sons Aéreos
Exterior:
Circulação rodoviária, ferroviária, aérea; Instalações industriais e de
diversão públicas
Interior:
Utilização do próprio edifício –solicitações associadas á utilização do edifício pelos ocupante e pelos
equipamentos existentes
Tráfego rodoviário,
Ferroviário, aéreo...
Equipamentos
Conversação e
actividades
quotidianas.
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ISOLAMENTO AOS SONS AÉREOSNo processo de transmissão sonora entre dois locais há que distinguir:
- Transmissão Directa – ocorre directamente através do elemento de separação;
- Transmissão Marginal – verifica-se por contornamento através de elementos interligados ao elemento de separação em estudo.
Transmissão Directa
de juntas, fendas ou descontinuidades do elemento
de construção
pode ocorrer através:
por vibração do elemento de construção
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Pode afirmar-se que a transmissão de sons aéreos ocorre essencialmente devido às deformações provocadas pelas
ondas de pressão que o elemento de separação vai experimentar.
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O elemento de separação funciona como um sistema oscilante.
Nestas condições, é possível demonstrar a LEI DA MASSA que se traduz na seguinte expressão:
Em que
R (f) – Índice de redução sonora
Ii – Intensidade sonora incidente
It – Intensidade sonora transmitida
k – Constante função da massa volúmica do ar e da velocidade de propagação do ar (k ≅ -43)
m – massa por unidade de área do elemento em causa (kg/m2)
f – frequência considerada
fmkII
Rf
if .log20log10 +≈
��
�
�
��
�
�= (1)
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A expressão anterior é válida sempre que o ângulo de incidência énormal; quando o ângulo de incidência é θθθθ, a expressão é reescrita
da seguinte forma:
A análise da expressão (1) é possível afirmar que o isolamento sonoro
� Aumenta com acréscimos de 6 dB por cada duplicaçãoda massa por unidade de superfície do elemento;
� Aumenta com acréscimos de 6dB por cada duplicaçãoda frequência do som.
θcos..log20log10)( fmkII
Rf
if +≈
��
�
�
��
�
�= (2)
Estas conclusões são válidas se admitirmos que o elemento:
- Não tem rigidez;
- Não está sujeito a fenómenos de amortecimento
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As quebras de isolamento acústico são devidas a:
� Movimento transversal do painel em flexão pura;
� Movimento longitudinal de ondas de flexão planas do painel.
MOVIMENTO TRANSVERSAL EM FLEXÃO PURA
Quando uma onda incidente num elemento de separação provoca a sua vibração e esta coincide com um dos modos próprios de vibração � O ISOLAMENTO PODE SER NULO.
Determinação das frequências próprias de vibração
hD
bm
an
fmn .2 2
2
2
2
ρπ
���
����
�+= D – rigidez da placa (N.m)
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MOVIMENTO LONGITUDUNAL DE ONDAS PLANAS DE FLEXÃO NO PAINEL
A velocidade de propagação de ondas longitudinais de flexão édada por
Dhc .
sin
2ρ
φω ��
�
����
�=
Dhc
fc
..2
2 ρπ
=
c – velocidade de propagação do som (m/s); φ φ φ φ – ângulo de incidência; ρ ρ ρ ρ – densidade do material (kg/m3); h – espessura do elemento (m); D – Rigidez da placa; E –módulo de Young (N/m2)
( )Eh
cfc
22 1.8138,1
υρ −=
A frequência crítica (fc) é denominada como sendo aquela que corresponde a uma velocidade de som rasante (φ=90º)
ou
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EFEITO DE COINCIDÊNCIA
O efeito de coincidência ocorre quando o comprimento de onda sonora incidente, projectada na direcção da parede é igual ao comprimento das ondas de flexão dessa parede � O ISOLAMENTO SOFRE QUEBRAS NESSAS FREQUÊNCIAS.
Frequências críticas
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CURVA DE ISOLAMENTO NUM ELEMENTO SIMPLES
Efeito de vibração transversal por flexão do elemento:
Rigidez;
Amortecimento;
Ligação a outros elementos;
Dimensões.
Efeito de coincidência
Ocorre quando a relação entre as dimensões do elemento e o comprimento de onda crítico é elevado.
Para a maioria dos elementos, as variações ocorrem em frequências muito baixas (não sensíveis ao ouvido humano).
O efeito de coincidência diminui com a redução da dimensão da área do painel e com o aumento da sua espessura
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LEI DA MASSA TEÓRICA
Acréscimo de isolamento sonoro do elemento de separação de 6dB por cada duplicação da massa ou por duplicação da frequência do som
Nas frequências próximas das primeiras frequências de vibração
Quebras localizadas
de isolamento sonoro
Na zona de coincidência
ANÁLISE EXPERIMENTAL
O acréscimo médio de isolamento por duplicação da massa é inferior a 6dB.
Modelo Misto
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LEI EXPERIMENTAL DA MASSA (f=500Hz), dB
Para m<200 kg/m2 �
Para m≥200 kg/m2 �
4,13)log(3,13500 += mR
1,11)log(3,14500 += mR
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DETERMINAÇÃO DA CURVA DE ISOLAMENTO ACÚSTICO – MÉTODO DE MEISSER (para elementos simples)
1. Determinação do índice de isolamento acústico resultante da lei experimental da massa;
2. Traçado experimental da frequência;
3. Determinação das primeiras frequências próprias de vibração transversal por flexão pura e localização das mesmas no traçado com as correspondentes quebras de isolamento;
4. Determinação da frequência crítica e localização da mesma no traçado com a correspondente;
5. Traçado da curva correspondente à lei da frequência teórica nas zonas entre as primeiras frequências próprias de vibração transversal por flexão e a frequência crítica;
6. Ajustamento final do traçado da curva do índice de isolamento acústico para um elemento de separação simples.
Obs.: As quebras de isolamento são desprezadas quando se situam abaixo dos 100 Hz
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MODELOS DE PREVISÃO DO ISOLAMENTO EM ELEMENTOS DUPLOS
Índice de redução sonoro Massa
de um elemento de Rigidez
separação simples Perdas internas
LEI EXPERIMENTAL DA MASSA (f=500Hz)
�
dif – diferença de isolamento entre elementos simples e duplos com a mesma massa.
O valor a atribuir a dif depende da caixa de ar e do tipo de painéis utilizados
Caixa de ar (2 -4 cm)
Painéis pesados (alvenaria de tijolo)
difmR ++= 4,13)log(3,13500
Dif ≅ 4dB
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DETERMINAÇÃO DA CURVA DE ISOALMENTO ACÚSTICO – MÉTODO DE MEISSER (para elementos duplos)
1. Determinação do índice de isolamento acústico resultante da lei experimental da massa;
2. Traçado da curva experimental da frequência;
3. Determinação das primeiras frequências próprias de vibração transversal por flexão das placas e localização das mesmas no traçado com as correspondentes quebras localizadas de isolamento;
4. Determinação da frequência de ressonância do conjunto das massas e da caixa de ar
4.1 Localização no traçado
4.2 Quebra de isolamento localizada
���
����
�+=
21
11184
mmdfres
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DETERMINAÇÃO DA CURVA DE ISOLAMENTO ACÚSTICO – MÉTODO DE MEISSER (para elementos duplos)
5. Determinação das frequências críticas;
6. Determinação das frequências de ressonância no interior da caixa de ar;
7. Traçado da curva correspondente à lei da frequência teórica de 8dB/oitava; para frequências de ressonância do conjunto massas - caixa de ar e fora das zonas onde existem quebras de isolamento ;
8. Ajustamento final do traçado da curva do índice de redução sonora para elementos duplos.
Modelo Misto para elementos duplos
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Comparação das curvas do Índice de Redução Sonora para uma parede simples e outra com a mesma massa.
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ISOLAMENTO ACÚSTICO EM ELEMENTOS DE SEPARAÇÃO DESCONTÍNUOS
Os elementos descontínuos apresentam diferentes características de isolamento sonoro ao longo do seu desenvolvimento em superfície;
EXEMPLO: Paredes exteriores na presença de elementos de menor isolamento – portas e janelas;
Considerando uma parede de área S, composta por uma superfície 1 de área S1 com coeficiente de transmissão ττττ1 e por uma superfície 2 de área S2com superfície de transmissão ττττ2, a potência sonora transmitida por cada elemento pode ser calculado por:
222111 ττ SS
WWS
SW
W it
it == Wi – Potência
sonora incidente
S1
S2
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ISOLAMENTO ACÚSTICO EM ELEMENTOS DE SEPARAÇÃO DESCONTÍNUOS
A potência sonora total transmitida é dada por:
O isolamento sonoro (R) para uma determinada frequência ou banda de frequências pode ser calculado por:
itt WS
SSWWW
ττ 211211
+=+=Wi – Potência sonora incidente
22111
log101
log10SS
SR
τττ +==
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ISOLAMENTO ACÚSTICO EM ELEMENTOS DE SEPARAÇÃO DESCONTÍNUOS
Se a parede for constituída por n elementos de áreas S1, S2,..., Sn e coeficientes de transmissão t1, t2,...,tn, a equação anterior transforma-se em:
( )����
�
�
�
==
n
lii
n
li
S
SR
ττlog10
1log10
������
�
�
�
���
�
�
���
�
�=
n
lRi
n
li
i
S
SR
1010
log10
ou
Em que Ri representa o isolamento sonoro do elemento i, para uma frequência ou banda de frequências.
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Isolamento a Sons Aéreos 22
ISOLAMENTO ACÚSTICO EM ELEMENTOS DE SEPARAÇÃO DESCONTÍNUOS
� Em elementos heterogéneos com zonas menos isolantes que as restantes, o isolamento global depende quase exclusivamente desse menor isolamento e da área que este ocupa;
� Por exemplo, a utilização de panos de vidro de elevado isolamento sonoro sóse traduz num elevado isolamento global do vão envidraçado se a vedação das frinchas for convenientemente realizada e se os elementos envolventes ao vidro – caixilho e caixa de estores – assegurarem um elevado isolamento sonoro.
������
�
�
�
���
�
�
���
�
�=
n
lRi
n
li
i
S
SR
1010
log10
Esta expressão permite concluir que:
Isolamento a Sons Aéreos 23
ISOLAMENTO ACÚSTICO EM ELEMENTOS DE SEPARAÇÃO DESCONTÍNUOS
Exemplo
Quebra de isolamento médio resultante da inclusão de uma porta numa divisória.
Influência da largura das frinchas no isolamento acústico de uma porta.
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ISOLAMENTO ACÚSTICO EM ELEMENTOS DE SEPARAÇÃO DESCONTÍNUOS
Índice de isolamento sonoro para vários tipos de envidraçado.
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INFLUÊNCIA DA POROSIDADE EM ELEMENTOS DE SEPARAÇÃO
Parede de alvenaria de tijolo sem reboco
Parede de alvenaria de tijolo com reboco em ambas as faces
Isolamento muito reduzido. Aumento considerável do isolamento sonoro.
As ondas sonoras ao incidirem numa parede porosa agitam o ar que se encontra retido nos poros e nos canais de ligação existentes
Facilitando a propagação da energia sonora
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Determinação do índice de isolamento aos sons aéreos, Dn,w
Para determinar o índice de isolamento, recorre-se à comparação do traçado do índice de redução sonora com um traçado convencional de referência:
Curva convencional de referência
– EN ISO 717-1.
Isolamento a Sons Aéreos 27
Determinação do índice de isolamento aos sons aéreos, Dn,w
A comparação das curvas é realizada com o ajuste da curva de referência àcurva relativa ao índice de redução sonora, de forma a satisfazer as duas condições:
1) O valor médio do desvio em sentido desfavorável, calculado pela divisão da soma dos desvios nesse sentido pelo número total das frequências centrais das bandas consideradas na medição deve estar compreendido entre 1 e 2 dB;
2) O valor médio do desvio em sentido desfavorável deve ser inferior a 2dB e o seu valor máximo não deve exceder 8 dB.
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Transmissões Marginais
Transmissão secundária via tecto parede
Utilização de material flexível entre as
paredes e tectos e/ou pavimentos
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Transmissões Marginais
Transmissão sonora através de caixa de ar
existente no tecto falso.
Execução de ligação flexível entre o tecto e
o pavimento
Transmissões secundárias através da ligação rígida
tecto parede.
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Transmissões Marginais
Salas contíguas rigidamente ligadas
Salas contíguas rigidamente desligadas
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Ligações Rígidas
Parede dupla com ligações rígidas entre panos
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Ligações Rígidas
Parede dupla constituída por painéis leves
rigidamente ligados.
Parede dupla constituída por painéis leves
rigidamente desligados
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Referências Bibliográficas
-Domingues, Odete; “A Acústica nos edifícios – coeficientes de absorção sonora”; LNEC, Lisboa, 2007.- Patrício, Jorge; “Acústica nos edifícios”; Verlag Dashöfer, 4º edição, 2007.- Silva, P. Martins; “Projecto de condicionamento acústico de edifícios”; LNEC, Lisboa 2006.Tadeu, António J. B.; Mateus, Diogo; “Apontamentos de Acústica –capítulo 5”, 2004/2005, FCTUC.
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Isolamento a Sons Aéreos 34
Isolamento a Sons Aéreos 35
Representação esquemática do “Modelo Misto”Modelo Misto
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LEI EXPERIMENTAL DA MASSA (f=500Hz)
Para m<200 kg/m2 �
Para m≥200 kg/m2 �
4,13)log(3,13500 += mR
1,11)log(3,14500 += mR
Lei experimental da Massa
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Traçado experimental da frequência
Traçado experimental da frequência
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Determinação da frequência crítica e localização da mesma
Frequências críticas e quebras associadas, para vários materiais:
Localização da frequência critica no traçado
Isolamento a Sons Aéreos 39
Traçado da curva correspondente à lei da frequência teóricaTraçado da curva correspondente à lei da frequência teórica:
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Ajustamento final do traçado da curva do índice de isolamento
Ajustamento final do traçado:
Isolamento a Sons Aéreos 41
Caixilho e caixa de estores
Isolamento a Sons Aéreos 42
Determinação do índice de isolamento aos sons aéreos, Dn,w
Ajuste da Curva
Ajuste da curva de isolamento à curva convencional de referência
dBL
oitavabandasL
imáx
i
8)2
2)(6
1)1
<∆
<∆
<
Satisfazer as condições:
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DETERMINAÇÃO DA CURVA DE ISOALMENTO ACÚSTICO – MÉTODO DE MEISSER (para elementos duplos)
Observações:
1) Para a generalidade das situações as frequências situam-se abaixo de 100Hz � a sua contribuição pode considerar-se desprezável;
2) Para envidraçados correntes (duplos) devido às baixas massas dos 2 painéis e devido às pequenas caixas de ar � a frequência de ressonância situa-se acima de 100Hz e a sua contribuição no isolamento sonoro não pode ser desprezada � 6 – 8 dB
Frequências Ressonância
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DETERMINAÇÃO DA CURVA DE ISOLAMENTO ACÚSTICO – MÉTODO DE MEISSER (para elementos duplos)
Observações:
Frequências de ressonância no interior da caixa de ar
dc
kfdc
fdc
fdc
f k 2,...,
23
22
2 321 ====
Determ. Freq. ressonância