Barreiras acústicas

Por todo o mundo, existem muitos tipos, formas, materiais e configurações de barreiras acústicas, uma vez que a sua utilização como medida de minimização do ruído de tráfego rodoviário é uma prática comum em vários países. Para obter uma ideia geral dos diversos tipos de materiais utilizados em barreiras acústicas, tratamentos superficiais, principais vantagens e inconvenientes de cada solução, sugere-se a consulta da publicação da Federal Highway Administration, dos EUA [Fleming et al., 2000].

A interposição de uma barreira acústica interrompe a linha de vista entre a fonte sonora e o receptor, originando fenómenos de reflexão e difracção (pelo topo e pelos bordos laterais da barreira). Na Figura 3.5 apresenta-se esquematicamente os efeitos decorrentes dos fenómenos físicos anteriormente referenciados [Certu, 1980], recorrendo-se ao conceito de raio sonoro da acústica geométrica para a representação dos fenómenos de reflexão, difracção e absorção das ondas sonoras.

Em geral, a atenuação de ruído causada por uma barreira, depende da diferença de percurso da onda sonora entre a fonte e o receptor, com e sem a presença da barreira acústica (A+B-D, como se indica na Figura 3.5). Este valor é dependente do comprimento de onda

λ

, verificando-se um decréscimo da atenuação conferida na gama das frequências baixas. Estes dois parâmetros podem ser combinados no numero de Fresnel (

N

), expresso por:

λ

)

(

2

A

B

D

N

=

+

−

(3.15)

Figura 3.5 – Efeitos da interposição de uma barreira entre a fonte sonora e o receptor [adaptada de CERTU, 1980]

Para além do tipo de barreiras mais comuns, ou seja, as barreiras planas reflectoras, existem barreiras mais eficientes, que se podem agrupar em três categorias: as barreiras planas absorventes, as barreiras inclinadas ou encurvadas e as barreiras com topos difractores ou com bordos laterais múltiplos.

As barreiras acústicas do tipo absorvente podem ser constituídas por sistemas que integram painéis metálicos perfurados (usualmente de aço, alumínio ou aço inoxidável), em que as faces viradas para o lado da via de tráfego incorporam materiais fibrosos no

seu interior (normalmente fibra de vidro ou lã mineral). A perfuração dos painéis viabiliza a transferência de energia sonora para o material fibroso que está colocado no interior do painel, originando a absorção de uma parte importante da energia sonora incidente. Este facto reduz o ruído reflectido pela barreira e contribui para a redução dos níveis sonoros na zona envolvente. Neste tipo de barreiras, a face de tardoz não é perfurada de modo a inviabilizar a transmissão do ruído através da barreira [Watts, 1995]. Outros tipos de barreiras absorventes são construídas com sistemas em que os painéis são constituídos por materiais porosos de textura aberta. Neste tipo de material, o fenómeno de absorção sonora é devido às perdas por fricção nos vazios interligados da camada permeável. Geralmente, neste tipo de sistemas, é necessária uma face de tardoz sólida e impermeável, de modo a evitar a transmissão sonora através do painel. Exemplos destes tipos de sistemas incluem painéis construídos em betão com uma estrutura porosa aberta e leve. O último tipo de barreiras absorventes engloba os sistemas que integram cavidades ressonantes. Nestes a face virada para a via de tráfego contém fendas ou ranhuras que estão ligadas a cavidades internas. O fenómeno de ressonância ocorre para frequências seleccionadas, de acordo com o dimensionamento geométrico da cavidade interior. De modo a alargar o espectro de absorção em frequência, são, normalmente, incluídos nas cavidades interiores materiais fibrosos absorventes sonoros [Watts, 1995].

Uma alternativa à utilização de barreiras acústicas absorventes planas é a utilização de barreiras reflectoras com uma determinada inclinação vertical (variável, usualmente, entre ângulos definidos com a vertical de 5º a 15º), em direcção ao exterior da via de tráfego. O objectivo desta técnica é conseguir a deflexão, para o espaço superior, da onda reflectida pela face da barreira virada para a via. Deste modo, os receptores localizados próximo do solo podem beneficiar de uma atenuação suplementar. Resultados comparativos entre a utilização de barreiras paralelas planas e barreiras paralelas com uma determinada inclinação vertical, decorrentes da utilização de modelos à escala, permitiram concluir que o aumento da perda por inserção devida à instalação de barreiras paralelas reflectoras com uma inclinação de 10º ou superior é similar ao produzido pela utilização de barreiras paralelas absorventes [Watts, 1995]. Um dos principais problemas decorrentes da utilização de barreiras acústicas inclinadas é a influência das condições meteorológicas adversas, uma vez que a ocorrência do fenómeno de refracção sonora pode inviabilizar o efeito pretendido com a inclinação da barreira.

Recentemente, têm sido desenvolvidos numerosos sistemas, que parecem revelar um melhor desempenho acústico do que as barreiras acústicas planas, de uso corrente. Neste âmbito, existem dois casos distintos: as barreiras acústicas com diferentes formas e as barreiras acústicas com bordos difractores múltiplos. Entre as barreiras com diferentes formas, existem as barreiras que têm topos difractores em forma de T, em forma de Y, e em forma de cilindro. Muitos destes sistemas incorporam materiais absorventes sonoros ou cavidades ressonantes projectadas de modo a promover interferências entre as ondas sonoras difractadas. No entanto, um dos problemas com estes últimos tipos de dispositivos é a estreita gama de frequências para a qual a correspondente eficácia é significativa. Comparando com o desempenho de uma barreira plana, com uma altura de 2 metros, a utilização de topos difractores conduz a uma melhoria na eficácia da barreira, em termos médios, que pode variar entre 0,5 a 3,5 dB(A) [Anfosso-Lédée et al., 2005].

[Ishizuka e Fujiwara, 2004] efectuaram uma série de estudos teóricos utilizando modelos de simulação para a determinação da eficácia de barreiras acústicas de 3 m de altura, com bordos difractores de diversas formas, e propriedades acústicas específicas (absorventes e reflectoras), baseados no método de elementos de contorno (BEM). Nas simulações efectuadas, foi utilizado para o ruído de tráfego rodoviário o espectro europeu normalizado, definido na norma EN 1793-3 [CEN, 1997]. A fonte sonora estava localizada a uma distância de 8 m da zona central da barreira que tinha 3 m de altura. Foram calculadas as perdas por inserção da barreira acústica para 6 posições do receptor, a distâncias de 20, 50 e 100 m da barreira, e para duas alturas relativamente ao solo (1,5 e 3 m). Na Tabela 3.4 mostram-se os resultados obtidos para o valor da perda média por ILmédia, para os diferentes tipos de bordos difractores considerados, e a correspondente variação relativamente aos resultados obtidos para uma barreira plana reflectora de 3 ms (variação IL). Saliente-se o facto de o valor correspondente à perda média por inserção da barreira (correspondente ao valor médio das perdas por inserção para as 6 posições do receptor em dB) poder ser considerado como uma medida global do desempenho da barreira, enquanto o parâmetro variação traduz a eficácia dos diferentes tipos de bordos difractores.

Tabela 3.4 – Resultados obtidos nas

simulações de Ishizuka [adaptado de Ishizuka e Fujiwara, 2004]. Configuração da barreira ILmédia

[dB] Variação IL [dB] Plana 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 15,2 17,3 18,9 20,1 21,1 22.0 22,8 23,4 0,0 2,1 3,7 4,9 5,9 6,8 7,6 8,2 Rectangular (espessura de 1m) Reflectora Absorvente 16,2 19,7 1,0 4,5 Forma T Rígida Absorvente 17,1 20,5 1,9 5,3 Forma Cilíndrica Rígida Absorvente 14,7 19,2 -0,5 4,0

Forma Cilíndrica Dupla Rígida Absorvente 17,9 20,4 2,7 5,4 Forma Y Rígida Absorvente 18,3 20,4 3,1 5,2 Múltiplos Bordos Duplo Painéis laterais 17,6 15,4 2,4 0,2

Em 1995, [Watts, 1995] efectuou uma série de medições experimentais num dispositivo especialmente construído para o ensaio da eficácia dos topos difractores inseridos em barreiras acústicas. Nestes ensaios foi utilizada como fonte sonora um altifalante colocado a uma distância de 5,5 e de 7,8 m da barreira, tendo sido registados os níveis sonoros às distâncias de 20, 40 e 80 m por detrás da barreira, para as alturas de 1,5 e 4,5 m, acima do solo. Foram ensaiados vários tipos de bordos difractores e comparados os resultados obtidos relativamente a uma barreira com uma altura de 2 m. Na Figura 3.6 apresenta-se um resumo dos resultados obtidos.

Figura 3.6 – Resultados experimentais comparativos do desempenho de diferentes bordos difractores [adaptada de Watts, 1995].

Refira-se ainda a realização de ensaios em barreiras acústicas que integram dispositivos que permitem o recurso à técnica de controlo activo de ruído e onde se verifica a existência de uma atenuação sonora adicional, relativamente aos valores obtidos com a utilização de bordos difractores com características de absorção acústica, devido a interferências destrutivas. No entanto, para estes estudos somente foram contempladas posições dos receptores relativamente próximas da barreira (até distâncias iguais ou inferiores a 10 m), pelo que será necessário contemplar outras distâncias e formas de actuação do dispositivo de controlo activo de ruído [Anfosso-Lédée et al., 2005].

No que respeita ao impacte visual associado às barreiras acústicas, estes dispositivos de minimização de ruído podem afectar a percepção estética quer dos utilizadores das rodovias quer dos residentes nas proximidades do local onde são implantados. Efectivamente, a construção de barreiras acústicas com uma altura considerável, próximo de residências, para além de criar sombreamento, produz uma intrusão visual na paisagem. O grau desta intrusão é dependente da qualidade e tipo de paisagem em que a barreira esta implantada. No Anexo 9, apresenta-se um resumo de algumas entrevistas a moradores próximos de barreiras acústicas, localizadas na auto-estrada Lisboa-Porto, em que se salienta o problema de sombreamento e perda de vistas nas habitações, causado pela implantação destes dispositivos muito próximos das residências.

No entanto, a percepção das barreiras sonoras deve ser abordada do ponto de vista do condutor e do ponto de vista do residente. Para os condutores, o efeito visual da barreira depende da velocidade do veículo, da altura da barreira, da distância da barreira à rodovia, e da textura da superfície da barreira. Para veículos que se movam rapidamente, próximo da barreira, os condutores não se apercebem dos detalhes da barreira. Pelo contrário, se os veículos se movem mais lentamente, ou se a barreira esta mais distante, os detalhes são mais apercebidos e assim mais importantes. Se por acaso existem barreiras de ambos os lados da rodovia, estas podem provocar um efeito de túnel e desencadear desconforto em quem conduz.

Umas das primeiras equipas de investigação a estudar a influência das barreiras acústicas na percepção do ruído foi constituída por [Aylor e Marks, 1976]. No estudo experimental efectuado, os inquiridos foram instruídos para compararem a sensação sonora do ruído transmitido por barreiras com distintos graus de opacidade associados a cada dispositivo. Este estudo decorreu em condições de campo livre (o auditor foi colocado no centro de uma circunferência e foram utilizados altifalantes como fonte sonora). Foram atribuídos valores da sensação sonora menores nas situações em que a barreira obstruía parcialmente a fonte sonora, relativamente a quando não existia barreira, e valores maiores quando a barreira obstruía completamente a fonte sonora. Os resultados revelaram que a obstrução visual provocada pela barreira pode afectar de modo significativo a percepção do ruído, mas a direcção desta influência não está relacionada com o grau de obstrução da barreira de um modo simples. Desde que a fonte sonora seja visível, a redução da visibilidade da fonte é acompanhada pela redução da sensação auditiva. No entanto, se a fonte sonora ficar completamente obstruída pela

barreira, o efeito produzido é reverso. [Aylor e Marks, 1976] acreditaram que a efeito de uma barreira sólida pode modificar as expectativas relativas à eficácia da barreira.

[Watts et al., 1999] estudaram os efeitos da vegetação na percepção do ruído de tráfego rodoviário, tendo para o efeito efectuado uma série de experiencias quer em laboratório quer in situ, e utilizando diversos tipos de barreiras acústicas. Em laboratório, foi utilizado um altifalante que reproduzia o ruído de tráfego rodoviário, com diferentes níveis sonoros, e diferentes tipos de barreiras, designadamente barreiras vegetais com várias espessuras de vegetação, uma barreira metálica e uma zona sem barreira. Nas experiencias in situ, os inquiridos foram conduzidos a diversos locais, a que correspondiam diferentes tipos de fluxo de tráfego e diversos tipos de barreiras vegetais, com diferentes densidades de vegetação. No referido estudo, constatou-se que, para o mesmo nível de exposição sonora e para situações em que o grau de sombreamento visual da fonte, conferido pela vegetação, variava, os indivíduos apresentavam, em média, maior sensibilidade ao ruído, quando menor o grau de visibilidade da fonte. Uma explicação possível para este facto consiste no efeito das falsas expectativas, pois quando a visão da fonte sonora está completamente obstruída pela barreira, pode-se esperar que a redução do ruído seja proporcional ao grau de obstrução, o que implicaria a expectativa de uma redução significativa do nível sonoro. Os resultados assim obtidos, também estão de acordo, com os obtidos posteriormente por [Viollon, 2000] e [Nilson e Berglund, 2006].

A influência da aparência visual das barreiras acústicas na avaliação auditiva foi avaliada num estudo conduzido por [Viollon, 2000], em que se constatou a existência de uma influência da aparência visual das barreiras acústicas na avaliação auditiva. Neste caso, verificou-se que quanto mais agradável a barreira acústica menos incomodativa era a percepção do ruído de tráfego rodoviário. A autora concluiu que não era só o aspecto da barreira, mas também a integração da barreira na paisagem envolvente, que se traduzia num benefício na percepção do ruído.

Outro aspecto importante está relacionado com as expectativas existentes nos indivíduos para a atenuação do ruído conferido pela barreira, o que pode provocar uma redução na percepção da atenuação conferida por este tipo de medida pelos residentes na sua proximidade, quando os indivíduos estão mal informados sobre os valores reais [Joynt, 2005].

O estudo conduzido por [Joynt e Kang, 2010] resultou num relacionamento inverso entre a agradabilidade estética e a percepção da atenuação ao ruído conferida por barreiras. Neste caso, as barreiras acústicas constituídas por painéis transparentes e as barreiras vegetais, embora avaliadas como mais agradáveis do ponto de vista estético, foram avaliadas como menos eficazes na atenuação ao ruído. Estes resultados indiciam a importância da compreensão e avaliação da existência de pré-concepções, relativamente aos materiais das barreiras acústicas, nas comunidades em que este tipo de minimização será implementado.

No documento Avaliação do ambiente sonoro em zonas urbanas: integração de aspectos qualitativos (páginas 127-135)