Propriedades acústicas

3.5.4.1 Absorção acústica

O ensaio de absorção acústica foi realizado na Faculdade de Engenharia Mecânica da UNICAMP, utilizando o tubo de impedância (Figura 27).

O equipamento empregado foi um tubo de impedância BSWA SW433 de incidência normal com um tubo de fonte, um suporte de amostra e um tubo de extensão com 60mm diâmetro. O alto falante utilizado foi de 4” de diâmetro, 20 Watts e uma frequência de 20Hz a 8000Hz. Para a medição da diferença de pressão sonora na câmara é feito o posicionamento de dois microfones (1 e 2) em diferentes posições ao longo do tubo de impedância (Figura 28).

Figura 28: Esquema do tubo de impedância para medição do coeficiente de absorção.

Fonte: Corredor-Bedoya et al. (2017)

Uma fonte sonora é colocada numa extremidade do tubo de impedância e uma amostra do material é colocada na outra extremidade, montada a uma distância fixa de uma placa de reflexão rígida. Um gerador de sinal e um amplificador alimentam o alto-falante com um ruído aleatório de banda larga, estacionário: as ondas sonoras se propagam como ondas planas no tubo, atingem a amostra e são então refletidas. Consequentemente, resulta um padrão de interferência de ondas estacionárias devido à superposição de ondas que se deslocam para frente e para trás dentro do tubo. Medindo a pressão sonora em dois locais fixos e calculando a função de transferência complexa utilizando um analisador de frequência digital de dois canais, é possível determinar o coeficiente de reflexão complexo, o coeficiente de absorção sonora e a impedância acústica normal do material (ASDRUBALI et al., 2007).

Quando a onda atinge a amostra, ela se divide em três partes: a onda refletida, a onda absorvida e a onda transmitida. A onda transmitida é considerada nula devido à parede rígida no final do tubo, restando a onda incidente (A) e a onda refletida (B) (CORREDOR- BEDOYA et al., 2017).

Foram moldados para a realização do ensaio 3 corpos de prova cilíndricos de 59mm de diâmetro e 50mm de altura para cada traço desenvolvido (Figura 29). Seguiu-se as recomendações da norma EN ISO 10534-2:2001 para a realização deste ensaio.

Foi utilizado o software LMS durante o experimento para obtenção das funções de transferência e o MATLAB 7.12, para o cálculo dos coeficientes de reflexão e absorção e plotagem das curvas.

Figura 29: Amostras utilizadas no ensaio de absorção acústica.

O método da função de transferência entre dois microfones foi aplicado para a determinação do coeficiente de absorção sonora.

Para o cálculo da pressão sonora assume-se que a pressão nos segmentos a montante e a jusante do tubo de onda estável, pode ser aproximada pela superposição de ondas planas positivas e negativas. No domínio da frequência, a pressão pode ser escrita como:

𝑃 = 𝐴𝑒−𝑗𝑘𝑥+ 𝐵𝑒𝑗𝑘𝑥 (Eq. 13) onde:

P: é a pressão de som complexa;

K: representa o número de ondas no fluido (ar) A e B: são as amplitudes complexas.

As pressões de som complexas para os dois locais de medição, 1 e 2, podem ser escritas por:

𝑃1 = 𝐴𝑒−𝑗𝑘𝑥1 + 𝐵𝑒𝑗𝑘𝑥1 (Eq. 14) 𝑃2 = 𝐴𝑒−𝑗𝑘𝑥2 _{+ 𝐵𝑒}𝑗𝑘𝑥2 _{(Eq. 15)}

Onde: x1 e x2 são as distâncias da superfície da amostra até a posição do

microfone.

O método da função de transferência foi aplicado para determinações de coeficientes de absorção acústica. Como temos uma parede rígida logo após a amostra, o coeficiente de absorção de som α é obtido por:

onde r é o coeficiente de reflexão complexo obtido por:

r = (

𝑒𝑖𝑘𝑠_−𝐻 12

) 𝑒

2𝑖𝑘𝑥1

Onde: s é a distância dada por s = x1 - x2, onde x1 é a distância entre a posição do

microfone 1 e a superfície da amostra, e x2 é a distância da posição do microfone 2 para a

superfície da amostra. H12 é a função de transferência (FRF), que é obtida a partir das

pressões medidas com o microfone nas posições 1 e 2, respectivamente.

3.5.4.2 Ensaio ultrassônico

Este ensaio consiste em um gerador (fonte) que emite o sinal elétrico, o sinal elétrico é recebido no transdutor emissor (E), que contém elemento piezelétrico, que o converte em vibração mecânica ou vibração acústica. A passagem da vibração acústica no meio faz com que as partículas que o compõem executem movimentos de oscilação em torno da posição de equilíbrio que é a chamada polarização.

A vibração mecânica é recebida pelo transdutor que permite o efeito inverso, ou seja, o transdutor receptor (R) a transforma novamente em sinal elétrico. O sinal elétrico pode ser visualizado em um osciloscópio ou ser transformado por um sistema de aquisição de dados ou por um computador no qual por meio de um software determina o tempo de propagação e a amplitude do movimento oscilatório.

Para calcular as velocidades longitudinais e transversais, o concreto foi considerado como sendo um material isotrópico, ou seja, possui as mesmas propriedades físicas, independentemente da direção considerada.

A velocidade foi calculada por meio do tempo que é obtido no ensaio e da distância percorrida pela onda, que é a altura do corpo de prova. O coeficiente de atenuação foi calculado por:

α = −

ℎ

𝑙𝑜𝑔

(𝐴𝑖) (Eq. 18) onde Ai é a amplitude inicial da onda e Af é a amplitude final da onda depois de viajar a

distância h.

O Ensaio ultrassônico foi realizado na Faculdade de Engenharia Agrícola da UNICAMP. Foram utilizados 6 corpos de prova de 59 mm de diâmetro e 50 mm de altura para os traços Ref 2, BR1, BR2 e BR3, os quais foram ensaiados aos 28 dias de idade,

seguindo as especificações da norma EN ISO 9712 “Non-destructive testing - Qualification and certification of NDT personnel – General principles” para a obtenção da atenuação e velocidade de propagação do som.

O aparelho ultrassom utilizado foi da marca Olympus/Panametrics, devidamente calibrado e com precisão de duas casas decimais (Figura 30).

Foram utilizados dois transdutores de ondas (um emissor e outro receptor), transversais e longitudinais, de 500 kHz. O gel de ultrassom foi aplicado como acoplador entre transdutores e as amostras testadas.

Figura 30: Aparelho ultrassônico (a); Transdutores posicionados na amostra (b)

(a) (b)