Pantalla acústica de grandes dimensiones

El tratamiento de control de ruidos por interposición de barreras acústicas que corten el ca­mino de pro­pagación sonora, es una de las técnicas más empleadas en espacio abierto, tanto para fuentes fi­jas como para ruido de tránsito.

Su estudio sistematizado tiene ya muchos años, aunque continúa siendo un tema de ac­tualidad:  incremento de atenuación por variación de la impedancia del borde de difracción, in­fluen­cia de los fenómenos meteorológicos, modelos y programas de predicción.

Las pantallas acústicas son diseños há­bi­les para limitar el paso de sonido origi­nado en fuen­tes que deben quedar a un lado de la mis­ma, hacia el sitio de protección al otro lado. Bási­ca­men­te son paredes de cierta altura que mi­ni­­mizan el paso a través de ella, con la expec­tativa de generar un cono de sombras similar a lo que se lo­gra para una fuente de luz. En realidad, el co­no de sombras (silencio) es “solo” un cono de pe­num­bras (nivel sonoro disminuido) por efec­tos de la difracción del so­nido en los límites de la pan­talla.

El concepto formal y el comportamiento asin­tó­tico de las señales acústicas originadas por el fenómeno de difracción en el borde de una pan­talla, está ampliamente desarrollado en la literatura acús­tica.

La base para la comprensión de este fenómeno originado en el borde de una pantalla es el principio de Huygens: Los diferentes pun­tos del borde cuando son alcanzados por una on­da pro­gresiva, se transforman en el origen de on­das secundarias, y la perturbación observada del otro lado de esta discontinuidad es el re­sul­ta­do de la superposición de estas ondas secun­da­rias. Por la dispo­sición en línea de estas fuen­tes se­cun­­­da­rias, la envolvente de las ondas que ge­neran es un cilindro.

El modelo clásico es el desarrollado por Maekawa me­dian­­te trabajos a escala y presentado como algoritmo por Kurze y Anderson. La atenuación At (dB) esperada pa­ra una determinada pan­talla, posiciones re­lati­vas de la fuente y sitio de evaluación y fre­cuen­cia, es pun­to a punto:

 en la que N es el número de Fresnel (adi­men­sional) que depende de la frecuencia f, la velo­cidad del sonido c y la diferencia de camino so­no­ro,

 

 

Su aplicación supone dos hipótesis de trabajo:

  • La atenuación del material de la pantalla es por lo menos 10 dB mayor que la re­sul­tan­te de la expresión anterior, a fin de despreciar el paso a través de ella (aislación “infinita”).
  • La longitud de la pantalla es mucho mayor que su altura. Como regla práctica es sufi­cien­te como solución de compromiso que la rela­ción sea 1:6.

La atenuación de la pantalla calculada es el paso fundamental, pero existen atenuaciones naturales que también se deben tener en cuenta, en particular cuando están involucradas distancias de 100 m y más.

Estas atenuaciones comprenden a las debidas a la absorción propia del aire, a la dispersión del sonido y la atenuación por absorción en el suelo (sonido rasante).

De acuerdo con una norma norteamericana ANSI para tonos puros [1], la atenuación At prevista por absorción genuina del aire está dado por la expresión:

en la que r (m) es la distancia y f (kHz) la frecuencia. Los valores resultantes son reducidos para fre­cuencias medias y bajas y poco apreciables para frecuencias altas a distancias típicas de 200 m. Para una frecuencia media característica de 500 Hz, la atenuación calculada es menor que 1 dB. Para fre­cuencias menores, la atenuación es aún menor. Para una frecuencia de 4 000 Hz, la ate­nuación esperada es mayor que 5 dB. En consecuencia, debe esperarse que a 200 m se puedan apreciar mejor las com­ponentes de bajas frecuencias.

Debido a la dispersión del sonido mientras se propaga, para cada fuente sonora considerada como puntual, el nivel sonoro L(r) a la distancia r, está dado por:

en la que LW es el nivel de potencia de la fuente.

Si la fuente es lineal de longitud L, como lo es la cumbrera de la pantalla, el nivel sonoro a la distancia r está dado por

En el primer caso la disminución del nivel sonoro con la distancia es de 6 dB con cada du­plicación, y en el segundo, de 3 dB.

Las expresiones resultantes por ajustes empíricos[2] para la atenuación por bandas de frecuencias, entre sitio de emisión y de recepción, originada por la absorción del piso sobre el sonido rasante, no permiten prever valores de importancia. Estas atenuaciones quedarían compensadas con el incremento por inversión de temperatura y gradientes de vientos suaves en el sentido Planta - Barrio, con lo que se anularían mutuamente.

Descripción del problema 

Planta terminal de fabricación de vehí­culos (Planta) con un barrio residencial vecino (Ba­rrio), de casas indivi­duales con jardín. Su nave de pintura con un frente de 112 m hacia el Barrio contiene en su techo nu­merosas fuentes de ruido, la mayoría está relacio­na­das con tomas o expulsión de aire. Los niveles sonoros medidos en el Barrio ex­cedían en va­rios sitios, los máximos permitidos por la nor­mativa vigente (1996). La Empresa to­mó la ini­ciativa para ejecutar tratamientos acústicos.

Su casa matriz en Alemania efectuó un diagnós­tico de la situación con un programa de simu­lación y recomendó la ejecución de una pantalla sobre la terraza junto a su borde extremo y previó tra­tamientos adicionales para conjuntos de va­rias fuentes que que­darían fuera de la protec­ción de la pantalla.

En forma independiente y simultánea, se nos con­sultó sobre un tratamiento a ejecutar. Se re­a­lizaron mediciones de nivel sonoro en el Ba­rrio, contrastándolas con las efectuadas a su vez por el INTI. Del con­jun­to de valores obtenidos, recomenda­mos la eje­cución de una pantalla similar a la de mayor altura pro­puesta por el grupo alemán. Solo que­daría a nuestro juicio, una fuente sonora des­protegida.

Por razones administrativas y coyun­tura­les de la evolución de la Empresa, recién 2 años des­pués se inició la ejecución de la pantalla pre­vista. Solo se actualizaron los datos de nivel sono­ro en el interior de dos viviendas como testigos poco antes de instalar la pantalla.

Además del comportamiento acústico, la pantalla debía soportar una carga de vientos de hasta 160 km/h y montarse sobre una estructura propia, independiente de la nave, a un costo del mismo orden que la pantalla misma. La altura de la nave es de 10 m, la de la pantalla de 6,5 m y el largo, 112 m. Puede considerarse como pantalla “infinita”.

Se empleó un sistema modular, con uni­dades Bel® de 2 m x 0,45 m (x 70 mm) compues­tos por una cha­pa exterior ciega, una multiper­fo­ra­da (lado te­rra­za) y un interior absorbente de es­pu­ma Fo­nac® protegida. El montaje de estos módu­los permite el escurrimiento exterior del agua de llu­via hacia el lado ciego, preservando a la pan­ta­lla.

En las fotografías que se incluyen, se muestran los módulos que componen la pantalla, la es­tructura portante y acciones para el izamiento y montaje.

Luego de ejecutada, se efectuaron medi­ciones tan­to por parte de nuestra firma (interior de viviendas) como del INTI en áreas comunes, res­petando los sitios de tres años atrás.

El cálculo de pérdida por inserción (IL) típico para calificar la prestación de la pan­talla ca­re­ció de sentido, ya que como se verificó en la te­rraza téc­nica, se produjeron en ese lapso, incre­men­tos de nivel so­noro de hasta 12 dBA no atri­buibles a la presen­cia de la pantalla (puede ser a lo sumo de has­ta 3 dBA), sino a la incorporación de nuevas fuentes, mo­di­ficación en su funcio­namiento y/o régimen ope­ra­tivo de la Planta.

La evaluación de los ruidos en el Barrio con la pantalla instalada en horario diurno (de 6 a 22 h) dieron no mo­lestos en todos los sitios evaluados, al ser me­nor que 52 dBA (= (45 + 7 dBA), tanto por Decibel como por el INTI, en coincidencia con la opi­­nión de los vecinos.

En horario nocturno, las conclusiones no son coincidentes con la opinión de los veci­nos en el 50% de los sitios exteriores me­didos por el INTI. Las razones encontradas son las siguientes:

  • Incremento en los niveles de emisión so­no­ra en el lapso de los 3 años mencionados.
  • Ruido de fondo elevado (en términos rela­tivos) en el mismo Barrio originado por pá­jaros, perros, actividad humana, uso de aparatos electrodomésticos, de jardín, tránsito lejano, etc. Estos niveles compiten con los que interesa medir.
  • Fuentes sonoras de la Planta ubicadas fue­ra de la terraza. Solo se midió nivel so­noro, escalar que no permite discriminar ubica­ción de la fuente. Al disminuir los nive­les pro­veniente de esa terraza, se desen­mas­caran otras fuentes.

 En el gráfico de la figura 1 muestra los niveles sonoros con la pantalla ejecutada, diurno y nocturno, como fondo y la plan­ta fun­cionando. El nivel se mantiene constante con la distancia a la barrera. Indica influencia del rui­do de fondo.

            En la 2 y 3 se muestran las diferencias en­tre ruido con la planta y de fondo (no deben su­­perar 7 dBA) mostrando una tendencia de­cre­ciente con la distancia antes de la pantalla y una tendencia casi constante con la pantalla ins­talada. Esta observación reafirma al párrafo anterior.

El trabajo desarrollado permite concluir que, para casos similares al descripto, es pre­fe­rible em­plear un modelo sencillo de cálculo de pér­dida por inserción de una pantalla, porque los erro­res de medición como verificación final, son mu­cho mayores que las incertezas que el mo­delo pueda tener.

La verificación de la eficiencia de la pan­talla cuan­do se trata de lapsos prolongados para su ejecución o con condiciones variables en la emisión sonora, condiciona la aplicación de la pérdida por in­ser­ción como parámetro re­presentativo. Lo mis­­mo si los cambios pueden pro­ducirse en los sitios de medición, en parti­cu­lar por el ruido de fondo.

Es más representativo medir valores ab­­solutos de nivel sonoro resultantes, con las correc­cio­nes de la situación existente en ese mo­mento.

Lic. Juan C. Giménez de Paz

Expresidente

Decibel Sudamericana S.A.

[1] ISO-DP 9613-2 (Draft) “Attenuation of Sound during Propagation Outdoors” - Parte 2: “Ä General Method of Calculation”.

[2] Norma ANSI S1.26 - 1978 “Method of the “Calculation of the Absorption of Sound by the Atmosphere”.


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