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”.