Caraterização acústica de elementos pré-fabricados em madeira para fachadas

CARACTERIZAÇÃO ACÚSTICA DE ELEMENTOS

PRÉ-FABRICADOS EM MADEIRA PARA

FACHADAS

SOFIA ROSA DA SILVA GONÇALVES DISSERTAÇÃO DE MESTRADO APRESENTADA

À FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO EM ÁREA CIENTÍFICA

C

ARACTERIZAÇÃO

A

CÚSTICA DE

E

LEMENTOS

P

RÉ

-

FABRICADOS EM

M

ADEIRA PARA

F

ACHADAS

S

R

S

G

Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL —ESPECIALIZAÇÃO EM CONSTRUÇÕES

Orientador: Professor Doutor Rui Manuel Gonçalves Calejo Rodrigues

Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446

 miec@fe.up.pt

Editado por

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440  feup@fe.up.pt  http://www.fe.up.pt

Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil - 2013/2014 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2014.

As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir.

AGRADECIMENTOS

Por diferentes razões, várias pessoas deram o seu contributo para a conclusão deste trabalho e a todas elas quero expressar aqui os meus agradecimentos:

Ao Professor Doutor Rui Calejo que me orientou neste trabalho, pelo conhecimento partilhado, a motivação transmitida e a disponibilidade sempre demonstrada.

À Dóris Queirós, colaboradora do NI&DEA (Núcleo de Investigação e Desenvolvimento em Engenharia Acústica), por ter elaborado os boletins de ensaio e por se mostrar sempre pronta a esclarecer qualquer dúvida.

À Portilame, que tão pronta e diligentemente facultou as estruturas, sem as quais este estudo não seria possível, nas pessoas do Luís Rocha, Pedro Cunha, João Veloso e Marcos Oliveira, que se mostraram sempre disponíveis.

Ao amigo e colega de curso, Kevin Moreira, por todo o apoio demonstrado durante esta fase, pela troca de informação e pela disponibilidade para a realização de ensaios laboratoriais de forma a corroborar os ensaios por mim medidos, eliminando quaisquer possíveis erros de medição.

À amiga e companheira de redação de tese, Bárbara Castro, por todas as palavras positivas e de incentivo sempre prontamente cedidas durante o desenvolvimento do trabalho.

Ao Gil, pelo apoio, paciência e carinho, sempre presentes, e pelo acompanhamento prestado na jornada de realização dos ensaios laboratoriais.

Um agradecimento especial aos meus Pais e aos meus irmãos pelo apoio incondicional, força e incentivo.

RESUMO

Consequência do avanço civilizacional e causa de desconforto, o ruído passou a ser uma preocupação da sociedade que procura formas rápidas, eficazes e economicamente sustentáveis de proteger as pessoas dos efeitos nocivos do ruído, apresentando-se a pré-fabricação em madeira como umas das respostas a esta necessidade.

O recurso a elementos de construção pré-fabricados leves é cada vez mais comum e este estudo procura verificar a adequabilidade da utilização de diferentes modelos teóricos de previsão a este tipo de elementos de construção, para que, quando dimensionados em fase de projeto, se consiga garantir, em fase de utilização, que as exigências regulamentares são cumpridas.

Neste sentido, faz-se a análise, em laboratório, do comportamento de paredes pré-fabricadas em madeira para fachadas e comparam-se esses resultados com os obtidos por diferentes modelos teóricos.

Verifica-se que a estimativa de redução sonora, por bandas de frequência de 1/3 de oitava, obtida por um dos modelos estudados, se revela próxima dos resultados obtidos em laboratório, sendo possível, recorrendo a este modelo, conhecer à priori o comportamento deste tipo de elementos.

Faz-se, também, uma análise de cumprimento das exigências regulamentares e verifica-se que as paredes estudadas satisfazem largamente os requisitos mínimos exigidos na RRAE.

PALAVRAS-CHAVE: acústica, isolamento sonoro, construção em madeira, parede de fachada, partição leve, pré-fabricação.

ABSTRACT

As a consequence of civilizational advancement and cause of discomfort, noise has become a concern for society that started looking for quick, effective and economically sustainable ways to protect people from the harmful effects of noise, and the prefabrication of wood presents a responses to this necessity.

The use of light prefabricated building elements is increasingly common and this study seeks to verify the suitability of the use of different theoretical models for predicting the protection given by this type of construction elements, so that, when scaled in the design phase, it can ensure, in the construction phase, that regulatory requirements are met.

In this sense, this study analyses in the laboratory the acustical behavior of prefabricated wooden walls for façades and compares these results with those obtained by different theoretical models.

It is noted that the estimated noise reduction, for frequency bands of 1/3 of octave, obtained with one of the models studied, is close to the results obtained in the laboratory, being it possible, using this model, knowing a priori the behavior of this type of elements.

The compliance with regulatory requirements is also analyzed, and it appears that the walls studied largely meet the minimum requirements in RRAE.

KEYWORDS: acoustics, sound insulation, wood construction, façade wall, lightweight partition, prefabrication.

ÍNDICE GERAL AGRADECIMENTOS ... i RESUMO ... iii ABSTRACT ... v

1 INTRODUÇÃO ... 1

1.3ENQUADRAMENTO ECONÓMICO, SOCIAL E CULTURAL ... 2

1.3.1ENQUADRAMENTO CULTURAL E SOCIAL ... 2

1.3.2ENQUADRAMENTO ECONÓMICO ... 3 1.4IDENTIFICAÇÃO DA PROBLEMÁTICA ... 3 1.5METODOLOGIA DA INVESTIGAÇÃO ... 3 1.6ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ... 4

2 SÍNTESE DO CONHECIMENTO ... 5

2.1.3ÍNDICE DE REDUÇÃO SONORA (RW)... 7

2.1.4TRANSMISSÕES MARGINAIS ... 7

2.2COMPORTAMENTO TEÓRICO DAS PAREDES ... 8

2.2.1PAREDES SIMPLES ... 8

2.2.2PAREDES DUPLAS ... 9

2.2.2.1 A espessura da caixa-de-ar e a ressonância massa-ar-massa ... 9

2.2.2.2 A existência de material absorvente na caixa-de-ar ... 10

2.2.2.3 Ligações mecânicas entre os painéis ... 10

3 Caracterização dos elementos em estudo ... 11

3.1INTRODUÇÃO ... 11

3.2DESCRIÇÃO DOS ELEMENTOS CONSTITUINTES ... 12

3.2.1ACABAMENTO INTERIOR... 12

3.2.2MÓDULO BASE ... 13

3.2.3ACABAMENTO EXTERIOR ... 15

3.3DESIGNAÇÃO ADOTADA PARA AS PAREDES ... 16

4 METODOLOGIA ADOTADA ... 19

4.2.4RESULTADOS OBTIDOS E TRATAMENTO DE DADOS ... 23

4.2.4.1 Ensaio de determinação do Rw da parede de fachada com melamina (4) ... 23

4.3MODELOS TEÓRICOS ... 26

4.3.1PAREDES SIMPLES ... 26

4.3.1.1 Método de Bies e Hansen ... 26

4.3.2PAREDES DUPLAS ... 29

4.3.2.1 Método de Sharp ... 29

4.3.2.2 Método de Goesele [10] ... 31

4.3.2.3 Método de Meisser ... 32

4.3.2.4 Método de Sharp e de Cremer (adaptado) ... 33

4.4CÁLCULO DO ... 33

4.4.1MÉTODO EN12354-1 ... 33

4.4.2CASO DE ESTUDO ... 34

4.4.3RESULTADOS ... 36

5 Apresentação e análise dos resultados ... 39

5.1RESULTADOS EXPERIMENTAIS ... 39

5.1.1EVOLUÇÃO DAS PAREDES ... 39

5.1.2COMPARAÇÃO ENTRE OS ELEMENTOS COM GESSO E ELEMENTOS COM MELAMINA ... 40

5.2.1ANÁLISE DOS NÚCLEOS ... 41

5.2.2PAREDE DE FACHADA COM MELAMINA ... 46

5.3VERIFICAÇÃO DO CUMPRIMENTO DAS EXIGÊNCIAS REGULAMENTARES ... 48

6 Síntese de Conclusões e desenvolvimentos futuros ... 51

6.1SÍNTESE DE CONCLUSÕES ... 51

6.2RECOMENDAÇÕES AO FABRICANTE ... 53

6.3PERSPETIVA DE DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ... 53

BIBLIOGRAFIA ... 55

ÍNDICE DE FIGURAS

Fig. 1.1 – Âmbito da dissertação. ... 2

Fig. 1.2 – Estrutura da dissertação. ... 4

Fig. 2.1 - Esquema ilustrativo dos dois tipos de transmissão de ruído, adaptado de [10]... 5

Fig. 2.2 – Transmissão da energia sonora através de um elemento. ... 6

Fig. 2.3 – Curva de referência para sons de condução aérea. [20] ... 7

Fig. 2.4 – Diferentes caminhos de transmissão entre dois compartimentos. ... 8

Fig. 2.5 – Comportamento típico da redução sonora de um painel simples em função da frequência. [13] ... 8

Fig. 2.6 – Comportamento mecânico de uma parede dupla. ... 9

Fig. 3.1 – Esquema representativo das paredes em estudo. Planta à esquerda e corte A-A à direita. 11 Fig. 3.2 - Montagem do painel de gesso cartonado. ... 12

Fig. 3.3 - Aspeto final da montagem. ... 12

Fig. 3.4 - Aspeto final da parede com placa de melamina. ... 13

Fig. 3.5 - Pormenor do espaçamento entre as placas de melamina ... 13

Fig. 3.6 - Montagem do módulo base na gola das câmaras de ensaio. Vista da câmara R1. ... 13

Fig. 3.7 - Montagem do módulo base na gola das câmaras de ensaio. Vista da câmara E1. ... 13

Fig. 3.8 – Aplicação da barreira para-vapor. ... 14

Fig. 3.9 – Espaçamento dos perfis de madeira. ... 14

Fig. 3.10 - Colocação da fita adesiva nas placas OSB. ... 15

Fig. 3.11 - Pormenor de ligação entre a gola e o OSB com silicone. ... 15

Fig. 3.12 - Colocação da tela impermeabilizante sobre a placa OSB... 15

Fig. 3.13 - Duas placas de forro de madeira. São visíveis os afastamentos dos perfis. ... 16

Fig. 3.14 - Finalização da aplicação do forro em madeira. ... 16

Fig. 3.15 - Pormenor da ligação do forro com a gola, totalmente colmatada com silicone. ... 16

Fig. 3.16 - Núcleo com gesso cartonado (1). ... 17

Fig. 3.17 – Núcleo com melamina (2). ... 17

Fig. 3.18 – Parede de fachada com gesso cartonado (3). ... 17

Fig. 3.19 – Parede de fachada com melamina (4). ... 17

Fig. 4.1 - Representação esquemática das câmaras de ensaio. ... 20

Fig. 4.2 - Processo seguido para medição dos níveis de pressão sonora nas câmaras. ... 23

Fig. 4.3 – Parede de fachada com melamina (4). ... 23

Fig. 4.4 – Curva real e curva de referência da parede de fachada com melamina (4)... 26

Fig. 4.5 - Método gráfico para determinação dos valores de R por frequência para paredes simples isotrópicas. (adaptado de [13]) ... 27

Fig. 4.6 - Método gráfico para determinação dos valores de R por frequência para paredes simples ortotrópicas. (adaptado de [13]) ... 28

Fig. 4.7 - Método gráfico para determinação dos valores de R por frequência para paredes duplas. (adaptado de [13]) ... 29

Fig. 4.8 – Representação esquemática de uma ligação de paredes duplas leves. (retirado de [17]). . 34

Fig. 4.9 – Esquema tipo de um painel de piso. ... 34

Fig. 4.10 – Esquema tipo de uma parede interior. ... 34

Fig. 4.11 – Pormenor esquemático de ligação entre uma parede de fachada e um painel de piso (fornecido pelo fabricante). ... 35

Fig. 4.12 – Caminhos de transmissão possíveis. Representação esquemática em planta (à esquerda) e em corte (à direita). ... 36

Fig. 5.1 – Evolução de R para a parede de fachada com melamina. ... 39

Fig. 5.2 - Evolução de R para a parede de fachada com gesso cartonado. ... 40

Fig. 5.3 – Valores de R por frequência dos núcleos. Resultados obtidos experimentalmente. ... 40

Fig. 5.4 - Valores de R por frequência das paredes de fachada. Resultados obtidos experimentalmente. ... 41

Fig. 5.5 - Núcleo com melamina (2). Comparação dos resultados experimentais com método de Goesele. ... 42

Fig. 5.6 - Núcleo com gesso cartonado (1). Comparação dos resultados experimentais com método de Goesele. ... 42

Fig. 5.7 - Núcleo com melamina (2). Comparação dos resultados experimentais com método de Meisser. ... 43 Fig. 5.8 - Núcleo com gesso cartonado (1). Comparação dos resultados experimentais com método de Meisser. ... 43 Fig. 5.9 – Núcleo com melamina (2). Comparação dos resultados experimentais com método de Sharp e Cremer (adaptado) e método de Sharp. ... 44 Fig. 5.10 - Núcleo com gesso cartonado (1). Comparação dos resultados experimentais com método de Sharp e Cremer (adaptado) e método de Sharp. ... 44 Fig. 5.11 – Parede de fachada com melamina (4). Comparação dos resultados experimentais com método de Sharp e Cremer (adaptado). ... 46 Fig. 5.12 – Parede de fachada com gesso cartonado (3). Comparação dos resultados experimentais com método de Sharp e Cremer (adaptado). ... 47 Fig. 5.13 – Curvas de R por bandas de 1/3 de oitava para a parede de fachada com melamina (4), com e sem isolamento na caixa-de-ar. ... 49 Fig. 5.14 – Curvas de R por bandas de 1/3 de oitava para a parede de fachada com gesso cartonado

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 2.1 – Exigências regulamentares para paredes de fachada em edifícios correntes. ... 10

Quadro 3.1 – Características dos materiais constituintes das paredes. ... 18

Quadro 4.1 – Níveis médios de pressão sonora obtidos no local recetor por bandas de 1/3 de oitava. ... 24

Quadro 4.2 - Níveis médios de pressão sonora obtidos no local emissor por bandas de 1/3 de oitava. ... 24

Quadro 4.3 – Correção do ruído de fundo. ... 24

Quadro 4.4 - Valores obtidos para a redução sonora, R, por banda de 1/3 de oitava. ... 25

Quadro 4.5 – Procedimento de ajuste da curva real dos valores de R à curva de referência. ... 26

Quadro 4.6 – Valores de coeficiente de Poisson dos materiais. ... 29

Quadro 4.7 – Características dos materiais adotados para o painel de piso. ... 35

Quadro 4.8 – Características dos materiais adotados para a parede interior. ... 35

Quadro 4.9 – Tabela de cálculo do caminho de transmissão pela ligação da parede de fachada com gesso cartonado (3) com a parede interior. ... 36

Quadro 4.10 - Tabela de cálculo do caminho de transmissão pela ligação da parede de fachada com gesso cartonado (3) com o painel de piso. ... 37

Quadro 4.11 – Obtenção do valor de para a parede de fachada com gesso cartonado. . 37

Quadro 5.1 - Resultados experimentais e teóricos obtidos na análise do núcleo com melamina. ... 45

Quadro 5.2 - Resultados experimentais e teóricos obtidos na análise do núcleo com gesso cartonado. ... 45

Quadro 5.3 - Resultados experimentais e teóricos obtidos na análise das paredes de fachada. ... 47

Quadro 5.4 – Resultados obtidos para paredes com isolamento na caixa-de-ar. ... 48

Quadro 5.5 - Resultados obtidos para paredes sem isolamento na caixa-de-ar. ... 48

SÍMBOLOS,ACRÓNIMOS E ABREVIATURAS

A - Área de absorção sonora equivalente ( ) - Celeridade (m/s) τ - Coeficiente de transmissão ρ - Densidade (kg/ ) h - Espessura (m) d - Espessura da caixa-de-ar (m) d - Espessura do elemento (m) η - Fator de perdas do material f - Frequência (Hz)

fc - Frequência crítica (Hz)

fn - Frequência de ressonância de cavidade (Hz)

- Frequência de ressonância do sistema para elementos duplos (Hz)

- Índice de isolamento sonoro a sons de condução aérea de elementos de fachada,

padronizado (dB)

R - Redução sonora (dB)

R’ - Redução sonora aparente (com transmissões marginais (dB) Rw - Índice de redução sonora (dB)

- Massa específica do ar (kg/ ) m - Massa superficial (kg/ ) E - Módulo de Young (Pa) S - Superfície ( )

T - Tempo de reverberação (s)

- Velocidade de propagação das ondas longitudinais no meio (m/s) V - Volume ( )

ν - Coeficiente de Poisson

RRAE - Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios RGR – Regulamento Geral do Ruído

1

INTRODUÇÃO

1.1 PREÂMBULO

Os desenvolvimentos tecnológico, económico e social conduziram ao aparecimento de novos ruídos, mais intensos, provenientes, por exemplo, do tráfego automóvel, da produção industrial, da construção de obras, de estabelecimentos comerciais e de diversão.

A excessiva exposição ao ruído é prejudicial à saúde humana, podendo provocar surdez, ansiedade, stress e muitos outros problemas de saúde, especialmente do foro psicológico [1]. O ruído passou a ser, então, uma preocupação da população, surgindo, assim, o conforto acústico como uma nova exigência ao nível das habitações.

A competitividade na construção e a crescente preocupação com o ambiente conduziram à criação de novas formas de produzir: mais baratas, mais rápidas e mais sustentáveis. A pré-fabricação em madeira surgiu como resposta a esta necessidade.

Uma vez que a pré-fabricação em madeira, que carece de caracterização acústica, se está a tornar, cada vez mais, um substituto do betão e do tijolo, revela-se importante avaliar os modelos de cálculo existentes para este tipo de elementos.

1.2 ÂMBITO E OBJETIVOS

1.2.1 ÂMBITO

Dada a crescente preocupação, por parte da população, com o conforto acústico, a problemática na área de Acústica passa pela necessidade de haver uma certificação acústica das habitações no que diz respeito aos sons aéreos e de percussão. Estas preocupações foram convertidas em lei no Regulamento Geral do Ruído. Para esta dissertação o estudo vai incidir sobre a caracterização acústica de ruídos de condução aérea.

Relativamente ao tipo de habitações, o estudo vai abordar habitações constituídas totalmente por elementos pré-fabricados em madeira, uma vez que este tipo de construção está a ser cada vez mais utilizado como substituto da fabricação tradicional.

A escolha da madeira tem a ver com o facto de este ser considerado um produto sustentável. Na Fig. 1.1 apresenta-se um organograma exemplificativo do âmbito da dissertação.

Fig. 1.1 – Âmbito da dissertação.

1.2.2 OBJETIVO

Neste trabalho caracteriza-se o isolamento a sons aéreos de elementos de construção pré-fabricada em madeira, mais especificamente paredes exteriores.

O objetivo deste trabalho é identificar, de entre os modelos de cálculo existentes de valores de redução sonora (R) por bandas de 1/3 de oitava, aquele ou aqueles que melhor traduzem o comportamento acústico real de elementos pré-fabricados em madeira. Recorreu-se ao apoio da empresa Portilame e aos sistemas de fabrico que comercializa.

1.3 ENQUADRAMENTO ECONÓMICO, SOCIAL E CULTURAL

1.3.1 ENQUADRAMENTO CULTURAL E SOCIAL

A madeira e a pedra foram dos primeiros materiais a serem utilizados para construção, dada a disponibilidade na natureza. Durante vários anos, a pedra foi considerada como material estrutural de eleição, reservando-se a madeira apenas para compartimentação de espaços.

Com a evolução tecnológica surgiram novos materiais, como o betão e o aço, que foram substituindo o tipo de construção acima referido, assistindo-se, contudo, a uma utilização crescente da madeira quer em elementos estruturais (lamelados colados) quer em painéis pré-fabricados.

A crescente consciencialização para o ambiente e o desenvolvimento da tecnologia na madeira faz com que esta surja novamente no mercado, tornando-a um elemento mais competitivo em relação aos outros materiais. A madeira é considerada um produto natural, renovável, reciclável, mais sustentável no que diz respeito a propriedades que contribuem para a poupança de energia, mais económico, de maior rapidez de execução, e que esteticamente melhor se enquadra no ambiente.

Construção Edifícios Habitação Pré-fabricação Leve Metálica Madeira Pesada

Betão armado e pré-esforçado

Construção tradicional

Estruturas de betão armado Alvenarias resistentes

Edificíos industriais Edifícios de serviços

Em Portugal, a pré-fabricação vai perdendo a conotação negativa no que concerne à qualidade, devido em grande parte à facilidade com que a informação circula.

1.3.2 ENQUADRAMENTO ECONÓMICO

A possibilidade de construir um elemento em fábrica e, no local, fazer apenas a montagem, e o facto de a madeira ser considerada um material sustentável, por ser o único material dentro dos habitualmente utilizados em construção que é biodegradável e reciclável, fazem com que a pré-fabricação em madeira se torne bastante competitiva relativamente a outros tipos de construção. Pelas razões anteriormente referidas, a pré-fabricação em madeira pode ser uma via de investimento na área da Construção Civil, dado o reduzido número de firmas atualmente ligadas a este ramo em Portugal. (Segundo um relatório emitido pelo LNEC, no ano de 2011, haviam 66 empresas de construção de casas em madeira em Portugal [28].)

A pré-fabricação permite industrializar a construção e com isso promover a sua maior rentabilidade e contributo para a economia.

1.4 IDENTIFICAÇÃO DA PROBLEMÁTICA

Proteger as habitações dos ambientes ruidosos é uma necessidade sentida pelas pessoas e, atualmente, uma obrigação legal. Os espaços habitados podem ser construídos com materiais muito diversos, sendo uns barreiras mais eficazes à passagem do som do que outros. Os elementos em que a madeira é o material principal começam agora a ser muito utilizados na construção e há empresas a colocá-los no mercado em estruturas pré-fabricadas. Assim, é importante saber que tipo de barreira estas estruturas constituem à passagem dos sons, para que as empresas que as fabricam possam apoiar os consumidores a optarem por estes materiais com base em dados cientificamente comprovados.

1.5 METODOLOGIA DA INVESTIGAÇÃO

A metodologia nesta dissertação é a metodologia de investigação experimental.

A característica essencial da investigação experimental é o controlo e manipulação, pelo investigador, das variáveis independentes. Neste caso prático, as variáveis independentes vão ser os materiais constituintes dos elementos construtivos em estudo, dos quais se conhecem características como a densidade e a espessura. Esse controlo vai determinar o aparecimento de determinados fenómenos, sendo que, no caso em estudo, esse fenómeno será o desempenho acústico dos materiais, no seu conjunto. O controlo efetuado pelo investigador deve ser rigoroso, para que os resultados obtidos sejam consequência apenas da alteração das variáveis independentes, evitando o aparecimento de outras variáveis que poluam os resultados.

Podem distinguir-se 3 tipos de metodologias de investigação experimental: exploratória, confirmatória e crucial [2]. É a metodologia confirmatória que vai ser aplicada nesta investigação, uma vez que o objetivo passa por estudar o isolamento acústico a ruídos de condução aérea de elementos pré-fabricados em madeira, em laboratório, e verificar se a partir dos modelos teóricos existentes se consegue obter os mesmos resultados.

1.6 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

O trabalho foi estruturado em 6 capítulos:

 Capítulo 2: Esclarece os conceitos acústicos necessários à interpretação desta dissertação;  Capítulo 3: Caracteriza o objeto de estudo, no que concerne ao tipo de estrutura e elementos

constituintes;

 Capítulo 4: Apresenta a metodologia adotada, onde se descreve o procedimento laboratorial e se caracterizam os modelos teóricos existentes;

 Capítulo 5: Apresentam e analisam-se os resultados obtidos;

 Capítulo 6: Apresentam-se as conclusões retiradas deste trabalho e faz-se uma proposta para desenvolvimentos futuros.

Fig. 1.2 – Estrutura da dissertação.

Caracterização acústica de elementos pré-fabricados em madeira

Conceitos acústicos

Objecto de estudo

Análise experimental Análise teórica

Conclusões e desenvolvimentos futuros

2

SÍNTESE DO CONHECIMENTO

2.1 CONCEITOS ACÚSTICOS

Para a melhor compreensão desta dissertação, apresenta-se neste capítulo a definição de alguns conceitos acústicos.

Considera-se que o leitor está familiarizado com os conceitos de frequência, decibel, pressão sonora, níveis de pressão sonora, intensidade sonora e potência sonora, que podem encontrar na bibliografia informação de base e complementar à que se entendeu apresentar.

2.1.1 ISOLAMENTO SONORO

Entende-se por isolamento sonoro a proteção de um espaço (recetor) contra a penetração de ruídos originários de outro espaço (emissor), interior ou exterior. Para se saber a forma de proteção contra esses ruídos, é importante conhecer a natureza dos mesmos [9]. Estes podem, então, distinguir-se em:

 Ruídos de condução aérea: quando a fonte gera o som diretamente no ar, como, por exemplo, a conversação ou a música;

 Ruídos de percussão: quando a fonte atua diretamente sobre a estrutura do edifício, por meio de impactos, como, por exemplo, o arrastar de móveis ou o caminhar sobre o pavimento. Estas duas formas de transmissão podem nem sempre surgir separadas [3].

Nesta dissertação, consideram-se os ruídos de condução aérea.

Fig. 2.1 - Esquema ilustrativo dos dois tipos de transmissão de ruído, adaptado de [10].

2.1.2 REDUÇÃO SONORA (R)

Cyril M. Harris, no seu manual de acústica “Manual de Medidas Acústicas e Control del Ruído”, apresenta uma síntese explicativa do fenómeno de redução sonora que, pela sua assertividade, se entendeu reproduzir: “Quando as ondas sonoras chocam com uma partição, as variações das pressões sonoras que atuam sobre ela fazem com que ela vibre. Uma parte da energia vibratória transportada pelas ondas sonoras é transmitida à partição, cuja vibração põem em movimento o ar situado do outro lado, gerando som. Em partições complexas, por exemplo, constituídas por camadas de materiais e caixas-de-ar, parte da energia das ondas sonoras dissipa-se dentro da partição, reduzindo a energia sonora irradiada para o lado posterior. Por outro lado, se a partição é porosa ou tem orifícios ou fissuras, as ondas sonoras podem atravessá-los.” [4]

Fig. 2.2 – Transmissão da energia sonora através de um elemento.

É a partir da relação entre a energia incidente na parede (no recinto emissor) e a energia por ela transmitida (no recinto recetor) que se estabelece um parâmetro que permite fazer a comparação dos índices de isolamento sonoro aos ruídos de condução aérea de diferentes elementos de construção, como, por exemplo, paredes, pavimentos, portas e janelas. Trata-se do coeficiente de transmissão ( ), que se define por: [9]

, (2.1)

Desta equação deduz-se que a capacidade de isolamento de uma parede aumenta quando este coeficiente diminui.

Utiliza-se mais frequentemente o logaritmo do inverso da expressão (2.1), denominado de redução sonora (R) expresso em dB [9].

, (2.2)

Importa referir que esta expressão é apenas válida para situações em que os elementos são homogêneos. Nos casos de elementos heterogéneos, por exemplo, paredes com janelas, deve

considerar-se um elemento construtivo equivalente homogéneo que represente a mesma quantidade de energia que passa pelo elemento heterogéneo [7].

Em geral, o coeficiente de transmissão e, portanto, a redução sonora dependerão do ângulo de incidência do som incidente [11].

Em construções típicas, as reduções sonoras (R) variam entre 30 e 70 dB [4].

2.1.3 ÍNDICE DE REDUÇÃO SONORA (RW)

O índice de redução sonora Rw é calculado de acordo com a norma EN ISO 717-1, ajustando os valores de R a uma curva de referência (ver Fig. 2.3), até que a soma das diferenças positivas entre as duas curvas seja a maior possível, mas inferior a 32,0dB. O valor de Rw vai corresponder ao valor da curva ajustada na frequência dos 500Hz [4].

Fig. 2.3 – Curva de referência para sons de condução aérea [20].

A partir do valor de Rw não é possível conhecer o comportamento de um elemento construtivo aos sons aéreos por frequência, no entanto, é vantajoso, na seleção de soluções construtivas em fase de projeto, para que se cumpram as imposições regulamentares existentes no Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios – RRAE, que limitam o parâmetro e . (ver 2.3). Estes índices de

isolamento sonoro, ao contrário de Rw, que é uma característica intrínseca do elemento, dependem da arquitetura dos espaços.

2.1.4 TRANSMISSÕES MARGINAIS

A redução sonora (R) é medida em laboratório, onde a transmissão do som do compartimento emissor para o compartimento recetor é feita apenas pelo elemento a ser estudado. No entanto, quando o mesmo elemento é estudado num edifício, o som pode ser transmitido por diferentes caminhos [8], tal como é apresentado na Fig. 2.4. Quando o caminho de transmissão atravessa apenas o elemento de separação de dois compartimentos, designa-se de transmissão direta. A todos os outros chamam-se transmissões marginais.

Fig. 2.4 – Diferentes caminhos de transmissão entre dois compartimentos.

O parâmetro R’ designa-se de índice de redução sonora aparente e é relativo a todos os caminhos de transmissão de som possíveis entre dois compartimentos.

2.2 COMPORTAMENTO TEÓRICO DAS PAREDES

2.2.1 PAREDES SIMPLES

Entende-se por paredes simples aquelas que são constituídas por um painel de um único material [7] ou, quando constituído por vários painéis, estes estejam rigidamente ligados de forma a se comportarem como se de um único elemento se tratasse [8].

A transmissão sonora através de uma parede simples depende sobretudo de três parâmetros [4]:  Massa por metro quadrado;

 Rigidez;

 Amortecimento intrínseco no material e nas bordas do painel.

Na Fig. 2.5 apresenta-se o comportamento típico de uma parede simples em função da frequência das ondas incidentes, distinguindo-se 5 zonas diferentes.

A baixas frequências, o comportamento do painel é controlado pela sua rigidez. Verifica-se que, nesta zona de baixas frequências, a redução sonora diminui à medida que a frequência aumenta e, portanto, o isolamento sonoro também. No entanto, neste estudo, esta zona não é alvo de análises detalhadas, uma vez que se situa fora da gama de frequências audíveis para o ser humano.

Na frequência de ressonância do painel, a transmissão sonora é muito elevada e, consequentemente, a redução sonora chega a um mínimo, determinado em parte pelo amortecimento do sistema.

Para frequências acima da frequência de ressonância do painel, há uma gama de frequências onde a redução sonora passa a ser controlado pela lei da massa, devido à dependência aproximadamente linear da redução sonora da massa do painel. Nessa região, a redução sonora aumenta a uma taxa de 6dB/oitava [11].

A certa altura, quando o comprimento da onda sonora tem uma projeção no plano da parede que coincide com o comprimento de onda da frequência longitudinal das ondas de flexão da própria parede, isto é, quando o estímulo sonoro coincide com a vibração própria da parede, o isolamento sonoro baixa. Este abaixamento ocorre na zona da frequência crítica [22].

Para frequências superiores à frequência crítica, a redução sonora é controlada pelo fator de perdas η apresentando um crescimento da ordem dos 9dB/oitava.

2.2.2 PAREDES DUPLAS

Entende-se por paredes duplas aquelas que são constituídas por dois ou mais painéis, separados por uma caixa-de-ar, com ou sem ligações entre si.

Quando é necessária uma redução sonora mais elevada, aumentar a massa de uma parede simples até se obter esse valor pode traduzir-se numa solução pouco prática no domínio da construção e dos seus custos. Assim, a solução passa pelo recurso a paredes duplas.

A transmissão sonora neste tipo de paredes depende dos seguintes parâmetros [4]:  ligações entre os painéis (se existirem);

 massas dos painéis;  espessura da caixa-de-ar;  material absorvente (se existir).

2.2.2.1 A espessura da caixa-de-ar e a ressonância massa-ar-massa

Em geral, quanto maior for o espaço existente entre dois painéis de uma parede dupla, maior é a sua redução sonora. Contudo, o ar existente nesse espaço atua como uma mola, transferindo energia vibratória de um painel para o outro [4].

Fig. 2.6 – Comportamento mecânico de uma parede dupla.

A interação entre os dois painéis leva a uma descida da curva de redução sonora por frequência. A essa descida denomina-se de ressonância de massa-ar-massa, uma vez que a sua frequência depende essencialmente da massa dos painéis e do espaço de ar existente entre eles. Quanto maior for a massa dos painéis e o espaço entre eles, menor é a frequência em que ocorre a ressonância.

Atualmente, a maior parte das caixas-de-ar encontram-se, no todo ou em parte, ocupadas com isolamento, o que altera o comportamento do som que as atravessa.

2.2.2.2 A existência de material absorvente na caixa-de-ar

Colocar isolamento na caixa-de-ar é uma das soluções adotadas para melhorar o isolamento acústico de uma parede dupla, como já foi referido acima. Segundo Cyril Harris [4], a densidade do material absorvente na caixa-de-ar não se revela significante na redução sonora da parede. Para além disso, preenchendo mais de dois terços do volume da caixa-de-ar obtém-se uma melhoria pouco significativa.

As principais vantagens na colocação de isolamento sonoro na caixa-de-ar estão na melhoria de redução sonora acima da frequência de ressonância e na limitação de efeitos negativos resultantes de eventuais fendas na parede, uma vez que isola bem as altas frequências.

2.2.2.3 Ligações mecânicas entre os painéis

Numa parede dupla, a caixa-de-ar ideal é aquela que não tem ligações rígidas mecânicas entre os dois painéis, caso contrário, a existência de ligações faz com que o som atravesse a parede diretamente através da vibração dos materiais constituintes dessas ligações. No entanto, se as ligações forem suficientemente flexíveis, a transmissão sonora através da vibração mecânica dos materiais será atenuada. [4]

2.3 EXIGÊNCIAS REGULAMENTARES

O Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios (RRAE), “tem como princípios orientadores a harmonização, à luz da normalização europeia, das grandezas características do desempenho acústico dos edifícios e respetivos índices e a quantificação dos requisitos, atendendo, simultaneamente, quer à satisfação das exigências funcionais de qualidade dos edifícios quer à contenção de custos inerentes à execução das soluções necessárias à sua verificação.” [26]

De todas as exigências descritas no RRAE [26], importa destacar aqui os valores limites relativos ao parâmetro (valor único correspondente ao índice de redução sonora medido a 2m da fachada

padronizado, isto é, corrigido para um tempo de reverberação ), apresentados no Quadro 2.1. Este parâmetro pode ser estimado, para efeitos de projeto, a partir do índice de redução sonora , explicado mais à frente.

Quadro 2.1 – Exigências regulamentares para paredes de fachada em edifícios correntes. Edifícios correntes localizados em:

Zonas mistas 33

Zonas sensíveis 28

Em divisórias interiores (dentro de uma habitação) o legislador entendeu não estabelecer limites. Contudo, como critérios de conforto, entende-se que, para habitações, o isolamento entre compartimentos deve no mínimo garantir um índice de isolamento sonoro superior a 40dB.

3

CARACTERIZAÇÃO DOS

ELEMENTOS EM ESTUDO

3.1 INTRODUÇÃO

Os elementos a ser estudados foram disponibilizados pela empresa Portilame, uma empresa que concebe, fabrica e monta todo o tipo de elementos construtivos em madeira, trabalhando também na área da reabilitação.

Foram estudados 2 tipos de paredes duplas de fachada, usualmente utilizados pela firma. As paredes seguem uma estrutura geral, tal como está representado na Fig. 3.1.

3.2 DESCRIÇÃO DOS ELEMENTOS CONSTITUINTES

3.2.1 ACABAMENTO INTERIOR

Estudaram-se dois tipos de acabamentos diferentes seguidamente apresentados.

Painel de gesso cartonado: é constituído por duas lâminas de papel com gesso no seu interior. Depois de aparafusadas as placas aos montantes de madeira, preenche-se as juntas entre as placas e a ligação com a gola com uma massa adequada e aplica-se a pintura para dar o acabamento final. Para o estudo destas paredes considerou-se desprezável o efeito da tinta no isolamento sonoro, logo não foi aplicado esse acabamento final [14].

Na Fig. 3.2 apresenta-se uma fotografia tirada na câmara recetora durante a colocação dos painéis de gesso cartonado. Na Fig. 3.3 está representado o aspeto final do painel de gesso testado, onde é visível, a um tom mais esbranquiçado, a massa que preenche as falhas entre as placas.

Fig. 3.2 - Montagem do painel de gesso cartonado. Fig. 3.3 - Aspeto final da montagem.

Painel de melamina: é constituído por um painel de aglomerado de madeira revestido a melamina. Estas placas, depois de aparafusadas aos montantes de madeira, não necessitam de acabamento final, ficando com espaçamentos entre elas de cerca de 3mm, visível no pormenor da Fig. 3.5. A ligação das placas de melamina com a gola é feita com silicone.

Fig. 3.4 - Aspeto final da parede com placa de

melamina. Fig. 3.5 - Pormenor do espaçamento _{entre as placas de melamina}

3.2.2 MÓDULO BASE

Para facilitar e rentabilizar o processo de montagem, o módulo base (barreira para-vapor + isolamento + estrutura de madeira + OSB – ver Fig. 3.1) foi montado em fábrica de forma a ser encaixado na gola da câmara. Depois de montada, manteve-se esta estrutura durante toda a semana de ensaios, alternando-se apenas os acabamentos interiores e exteriores.

Fig. 3.6 - Montagem do módulo base na gola das câmaras de ensaio. Vista da câmara R1.

Fig. 3.7 - Montagem do módulo base na gola das câmaras de ensaio. Vista da câmara E1.

O módulo base da parede tem a seguinte constituição:

Barreira para-vapor: é uma tela constituída por 3 camadas de polipropileno. É utilizada para reduzir a passagem de ar e vapor de água. Esta tela é agrafada aos montantes de madeira e a colmatação das frinchas da tela é feita recorrendo a fitas adesivas próprias para membranas [15].

Na Fig. 3.8 é visível a aplicação fita adesiva, passo conclusivo da colocação da barreira para-vapor.

Fig. 3.8 – Aplicação da barreira para-vapor.

Estrutura de madeira: o acabamento interior e a placa OSB são ligados através de perfis de madeira de pinho serrada (45×145mm) pregados com espaçamentos de 600mm. A caixa-de-ar é totalmente preenchida com lã de rocha.

OSB (oriented standard board): é um painel constituído por lâminas de madeira orientadas segundo uma determinada direção. Este painel é pregado diretamente na estrutura de madeira e as suas frinchas são seladas com uma fita adesiva adequada. A ligação com a gola é selada com silicone [16].

Fig. 3.10 - Colocação da fita adesiva nas placas OSB. Fig. 3.11 - Pormenor de ligação entre a gola e o OSB com silicone.

3.2.3 ACABAMENTO EXTERIOR

Tela impermeabilizante: É uma tela impermeável, constituída por 3 camadas de polipropileno, e a sua principal função é reduzir a acumulação de condensação. É agrafada diretamente à placa OSB.

Fig. 3.12 - Colocação da tela impermeabilizante sobre a placa OSB.

Perfis de madeira: são perfis de madeira de pinho com dimensões de 30×45mm, pregados à placa OSB com afastamentos de 600mm. De forma a rentabilizar o processo de montagem no laboratório estes perfis foram previamente pregados ao forro de madeira em fábrica, e as placas assim constituídas aplicadas na gola sobre o OSB.

Fig. 3.13 - Duas placas de forro em madeira. São visíveis os afastamentos dos perfis.

Forro em madeira: constituído por perfis de madeira de pinho termicamente tratada com dimensões de 21×118mm “encaixados” entre si. Este forro é pregado à placa OSB através dos perfis de madeira, formando-se uma caixa-de-ar, sem isolamento, com cerca de 30mm entre estes dois elementos. As duas placas de forro, bem com as ligações deste com a gola da câmara, são feitas com silicone [17].

Fig. 3.14 - Finalização da aplicação do forro em madeira. Fig. 3.15 - Pormenor da ligação do forro com a gola, totalmente colmatada com silicone.

3.3 DESIGNAÇÃO ADOTADA PARA AS PAREDES

Para melhor compreensão da influência dos materiais constituintes no comportamento acústico das paredes fez-se uma análise por fases, tendo-se estudado o núcleo base das paredes (módulo base +

acabamento interior) em primeiro lugar e, depois, introduzido o forro em madeira. Assim, estudaram-se 4 paredes diferentes (repreestudaram-sentadas em planta nas figuras estudaram-seguintes), com as características apresentadas no Quadro 3.1 (de acordo com as fichas técnicas fornecidas pelo fabricante).

Fig. 3.16 - Núcleo com gesso cartonado (1). Fig. 3.17 – Núcleo com melamina (2).

Fig. 3.18 – Parede de fachada com gesso cartonado (3).

Fig. 3.19 – Parede de fachada com melamina (4).

Quadro 3.1 – Características dos materiais constituintes das paredes. Material Espessura e (mm) Densidade ρ ) Massa superficial m ) Módulo de Elasticidade E (GPa) Fator de perdas η Gesso cartonado 12,5 625 7,8 2,1* 0,05* Painel de Melamina 16 685 11,0 1,6 0,05* Barreira para vapor 0,65 0,215 0,14 - - OSB 12 600 7,2 3,5 0,05* Forro em madeira 30 480 14,4 10,2 0,05* Tela impermeabilizante 0,7 0,214 0,15 - -

Tipo de ligação Espessura

e (mm) Material absorvente Densidade ρ ) Espaçamento da ligação (mm)

Caixa-de-ar 1 Linear vertical em

Madeira 145 Lã de rocha 70 600

Caixa-de-ar 2 Linear vertical em

Madeira 30 - - 600

* Retirado de [11]

Considerou-se o valor de 0,05 para fator de perdas, pois, dentro dos intervalos de valores apresentados em “Engineering Noise Control”[11], este, que é o valor mais elevado, é o que faz aproximar as curvas teóricas às curvas reais das paredes.

4

METODOLOGIA ADOTADA

4.1 INTRODUÇÃO

Para caracterizar acusticamente paredes pré-fabricadas em madeira, foram realizados ensaios experimentais em câmaras reverberantes, seguindo o procedimento descrito nas normas ISO140, com o objetivo de se obter um espectro de isolamento sonoro a sons aéreos de bandas de 1/3 de oitava. Seguidamente fez-se uma análise comparativa entre estes resultados e os obtidos pelos modelos teóricos existentes.

4.2 MÉTODO EXPERIMENTAL

A determinação experimental do isolamento sonoro a ruídos aéreos foi efetuada nas câmaras reverberantes do Laboratório de Acústica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. A metodologia de ensaio foi realizada segundo as seguintes normas:

 ISO 10140-2: 2010, Acoustics - Laboratory measurement of sound insulation of building elements - Part 2: Measurement of airborne sound insulation.[18]

 ISO 10140-5: 2010, Acoustics - Laboratory measurement of sound insulation of building elements - Part 5: Requirements for test facilities and equipment.[19]

 ISO 10140-4: 2010, "Acoustics - Laboratory measurement of sound insulation of building elements - Part 4: Measurement procedures and requirements".[24]

 NP EN ISO 717-1:2009, Acústica – Determinação do isolamento sonoro em edifícios e de elementos de construção; Parte 1: Isolamento sonoro a sons de condução aérea. [20]

4.2.1 NOÇÕES GERAIS

As características das câmaras reverberantes devem seguir as exigências da norma ISO 10140-5 [19], onde é descrito, entre outros aspetos, que as câmaras devem permitir a formação de um campo sonoro difuso. Um campo difuso é um campo de som onde um grande número de ondas refletidas, a partir de todas as direções, é combinado para que a densidade média de energia seja uniforme em qualquer ponto do campo [21].

Na Fig. 4.1 estão representadas, esquematicamente as câmaras reverberantes.

As paredes foram montadas na gola, com 10 de área, existente entre a câmara recetora R1 e a câmara emissora E1, entre a junta e E1, com o revestimento exterior colocado do lado da câmara E1.

Em laboratório, o som transmitido por qualquer caminho indireto é considerado insignificante em comparação com o som transmitido através do elemento de teste [19]. Assim as câmaras de ensaio foram concebidas de forma a tornarem-se quase independentes, e a única ligação entre elas é uma junta resiliente, como é possível verificar na Fig. 4.1.

4.2.2 EQUIPAMENTOS

Os equipamentos utilizados para efetuar os ensaios foram os seguintes:  Sonómetro 01dB Metravib modelo Solo

 Fonte sonora JBL modelo EON  Termohigrómetro digital

4.2.3 PROCEDIMENTO

Montada a parede, é necessário obter os seguintes dados: Tempo de reverberação:

O tempo de reverberação corresponde ao tempo necessário para que o nível de pressão sonora na câmara tenha um decaimento de 60dB, após a excitação do campo sonoro provocada por uma fonte sonora. Este parâmetro é medido na câmara recetora para calcular a sua área de absorção equivalente. Para tal, mede-se o nível de pressão sonora provocado pela fonte de excitação (balão) em 5 posições diferentes. Repete-se esta ação para 2 posições diferentes da fonte de excitação.

A área de absorção equivalente é determinada a partir da fórmula de Sabine:

(4.1) Sendo: Ruído de fundo:

Com o sonómetro, mede-se o nível de pressão sonora provocado pelo ruído de fundo, durante 15s, em 5 pontos diferentes na câmara recetora. Estas medições são feitas de forma a assegurar que o ruído de fundo não influencia a informação registada na câmara recetora.

Sons como o ruído do lado de fora da sala de teste ou o ruído elétrico do sonómetro contribuem para o nível de ruído de fundo.

O nível de pressão sonora do ruído de fundo deve ter pelo menos 6 dB (e, de preferência, mais de 15 dB) abaixo do nível do som e o ruído de fundo combinados em cada gama de frequência.

As correções são, então, feitas de acordo com:

Sendo:

Níveis de pressão sonora:

É colocada uma fonte sonora na câmara emissora que emite um som branco, isto é, um som com intensidade igual em cada frequência. Com um sonómetro, é medido o nível de pressão sonora em 5 pontos diferentes, durante 15s, em cada uma das câmaras, na gama de frequências dos 100Hz aos 3150Hz. Este procedimento é repetido para 2 posições da fonte na câmara emissora.

A partir da diferença entre os níveis de pressão sonora medidos nas duas câmaras é possível determinar a redução sonora do elemento, por bandas de frequência, tendo em conta a área de absorção equivalente, a partir da expressão:

(4.3) Sendo:

O procedimento para determinar a média dos níveis de pressão sonora, corrigidos pelo ruído de fundo e pelo tempo de reverberação são especificados na ISO 10140-4.

Os resultados da redução sonora são apresentados em decibel, em bandas de 1/3 de oitava.

A transmissão sonora pode ser influenciada pela temperatura, humidade relativa e pressão do ar das câmaras, logo esses dados foram indicados.

Foi importante seguir o processo para medição dos níveis de pressão sonora descrito na Fig. 4.2, para garantir que, qualquer alteração acidental no volume da coluna de som (fonte), durante a mudança de posição da mesma, não influenciasse os resultados finais. Assim é garantido que o nível de pressão sonora medido nas duas câmaras é resultante da mesma intensidade de som produzido pela fonte. Durante a realização dos resultados experimentais, efetuaram-se várias medições de isolamento sonoro aos mesmos elementos de forma a despistar eventuais erros de medição provenientes do operador. Os resultados dessas medições podem ser consultados no Anexo B.

Fig. 4.2 - Processo seguido para medição dos níveis de pressão sonora nas câmaras.

4.2.4 RESULTADOS OBTIDOS E TRATAMENTO DE DADOS

Descreve-se, a título exemplificativo, o processo de tratamento dos dados recolhidos em laboratório, apenas para a parede de fachada com melamina, mais uma vez representada na Fig. 4.3, para melhor compreensão da dissertação. É possível consultar as restantes tabelas de dados no Anexo A.

Realizadas as medições aos níveis de pressão sonora nas câmaras, obtém-se o único valor do nível médio de pressão sonora por bandas de frequência, efetuando uma ponderação da média energética das 10 posições do sonómetro, através da seguinte expressão:

(4.4)

Com:

4.2.4.1 Ensaio de determinação do Rw da parede de fachada com melamina (4)

Fig. 4.3 – Parede de fachada com melamina (4).

•1ª posição da fonte Câmara Emissora •Medição L2 Câmara Recetora •Medição L1 Câmara Emissora •2ª posição da fonte Câmara Emissora •Medição L1 Câmara Emissora •Medição L2 Câmara recetora

Quadro 4.1 – Níveis médios de pressão sonora (dB) obtidos no local recetor por bandas de 1/3 de oitava. f (Hz) 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1K 1,25K 1,6K 2K 2,5K 3,15K 63,9 56,6 57,2 54,3 49,8 51,6 48,9 45,5 42,7 38,6 35,2 31,2 34 31,9 23,8 20,6 59,1 56,6 58,6 54,9 49,4 51,6 49 45,2 42,1 38,5 35,8 31,5 34,1 32 24,5 20,9 61,8 57,6 58,6 54,8 49,7 51,2 50,6 45,8 42,5 38,4 35,5 32 34,1 31,9 24,5 21,1 58,4 54,4 56,9 54,5 47,7 51,2 50,4 45,9 42,4 38,2 35,1 30,9 34,1 31,7 23,9 20 65,1 60,8 59,4 55,9 49,9 50 50,3 45,6 42,9 39,1 35 31,4 34,4 32,2 24,7 20,5 60,3 54,9 58,3 56,3 49,1 50,3 49,9 46,5 42,7 38,6 35,8 30,9 34,5 32,2 24,5 20,6 61,7 57,5 58,2 53,5 49,1 50,6 48,3 46,1 42,6 39 35,6 31,7 34,6 32,3 25,3 21,5 67 57,4 58,1 54,6 49,4 50,3 49,5 45,6 42,9 38,5 36,1 31,5 34,3 32,7 24 20,8 60 56,4 59,6 54,9 50,9 50,9 49,5 45,5 43 38 35,8 31,5 34,1 33 25,1 21,3 62,4 56,8 57,7 54,5 50,7 51,3 49,6 45,1 42,8 38,4 35,9 31 33,9 32,4 25,5 22,7 63,9 56,6 57,2 54,3 49,8 51,6 48,9 45,5 42,7 38,6 35,2 31,2 34 31,9 23,8 20,6

Quadro 4.2 - Níveis médios de pressão sonora (dB) obtidos no local emissor por bandas de 1/3 de oitava. f (Hz) 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1K 1,25K 1,6K 2K 2,5K 3,15K 86 87,2 93,5 93 89,3 93,4 93,1 92,3 91,8 90,5 88,1 86,1 88,5 86,8 84,4 88,1 83,7 87,1 90,8 90,1 90,1 94,2 93,3 92,2 91,7 89,9 89,2 86 88,5 87,2 84,2 88,3 82,3 86,9 90,8 90,8 89,7 92,9 91,9 92,3 91,9 90,9 88,7 86,2 87,8 86,6 84,5 88 84,9 84,8 92 92,1 91,7 95,2 93,5 93,9 92,8 91,8 89,3 86,2 87,9 86,4 84,5 87,8 84,3 85,9 91,5 91,6 89,6 92,4 92,1 92,1 91,9 90,5 89,5 86,1 88 86,8 84,3 87,9 85,1 87 91,9 93,9 89,8 94,1 92,7 92,6 92,4 90,6 88,6 86,3 87,9 86,7 84,3 87,8 85,6 83,2 92,7 90,2 89,7 93,7 92,5 92,3 92,2 90,7 89,7 86,3 88,7 86,7 84,1 88,3 83,9 88,5 91,1 90,1 90 92,5 92,4 91,5 91,9 90,7 88,5 86,4 88,9 86,7 84,5 87,5 83,1 86,5 91,9 90 87 93 93,1 92,6 92,2 91 88,5 86,2 88,2 87,3 84 88 87,1 86,5 90,8 89,7 88,9 92 92,2 92,1 91,6 90,9 88,2 86,2 88,7 87,2 84,1 87,6 86 87,2 93,5 93 89,3 93,4 93,1 92,3 91,8 90,5 88,1 86,1 88,5 86,8 84,4 88,1

A correção do ruído de fundo é efetuada a partir da expressão (4.2)

Quadro 4.3 – Correção do ruído de fundo.

f (Hz) 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1K 1,25K 1,6K 2K 2,5K 3,15K 18,2 12,5 8,3 8,9 10,9 10,5 6,2 4,0 3,1 4,4 4,3 8,8 9,5 7,7 5,9 5,0 62,8 57,2 58,3 54,9 49,7 50,9 49,7 45,7 42,7 38,5 35,6 31,4 34,2 32,2 24,6 21,1 44,6 44,8 50,0 46,0 38,8 40,4 43,4 41,7 39,6 34,1 31,2 22,6 24,7 24,6 18,7 16,1 62,8 57,2 58,3 54,9 49,7 50,9 49,7 45,7 42,7 38,5 35,6 31,4 34,2 32,2 24,6 21,1

Tal como se verifica no Quadro 4.3, para este caso, não foi necessário efetuar nenhuma correção no índice de pressão sonora na câmara recetora, uma vez que os dados registados de ruído de fundo são superiores a 15dB (valor de referência exigido na norma ISO 10140-4 [24]).

Os valores de redução sonora (R) por frequência, apresentados no Quadro 4.4, foram obtidos a partir das expressões (4.1) e (4.3).

Quadro 4.4 - Valores obtidos para a redução sonora, R (dB), por banda de 1/3 de oitava.

f (Hz) 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1K 1,25K 1,6K 2K 2,5K 3,15K 86 87,2 93,5 93 89,3 93,4 93,1 92,3 91,8 90,5 88,1 86,1 88,5 86,8 84,4 88,1 62,8 57,2 58,3 54,9 49,7 50,9 49,7 45,7 42,7 38,5 35,6 31,4 34,2 32,2 24,6 21,1 _{22,0 29,3 33,5 36,5 40,1 42,5 43,1 46,7 49,4 52,2 53,3 54,8 54,1 54,6 59,7 66,9} 10,9 9,3 9,4 8,8 9,6 10,7 10,6 10,3 9,4 8,4 7,6 6,7 6,1 5,3 4,8 4,2 3,2 3,7 3,7 3,9 3,6 3,3 3,3 3,4 3,7 4,2 4,6 5,2 5,7 6,5 7,2 8,2 5,0 4,3 4,3 4,0 4,4 4,9 4,8 4,7 4,3 3,8 3,4 2,9 2,4 1,9 1,4 0,9 27,0 33,6 37,8 40,5 44,5 47,4 47,9 51,5 53,7 56,0 56,6 57,7 56,5 56,5 61,1 67,7

Obtidos os valores de redução sonora por bandas de 1/3 de oitava, é necessário efetuar o ajuste da curva dos R à curva de referência especificada na norma EN ISO 717-1, para obter o índice de redução sonora . O ajuste é efetuado por patamares de 1dB, até que a soma dos afastamentos positivos ( ), obtidos pela equação (4.5), seja a maior possível, sem ultrapassar os 32,0 dB.

(4.5)

Com:

çã çã

O valor de é o correspondente ao valor da curva ajustada, arredondado à unidade, para a banda de frequência dos 500Hz.

Quadro 4.5 – Procedimento de ajuste da curva real dos valores de R à curva de referência. f (Hz) 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1K 1,25K 1,6K 2K 2,5K 3,15K R 27,0 33,6 37,8 40,5 44,5 47,4 47,9 51,5 53,7 56,0 56,6 57,7 56,5 56,5 61,1 67,7 0 3 6 9 12 15 18 19 20 21 22 23 23 23 23 23 35,0 38 41 44 47 50 53 54 55 56 57 58 58 58 58 58 8,0 4,4 3,2 3,5 2,5 2,6 5,1 2,5 1,3 0,0 0,4 0,3 1,5 1,5 - - 36,9 (>32,0!) 34 37 40 43 46 49 52 53 54 55 56 57 57 57 57 57 7,0 3,4 2,2 2,5 1,5 1,6 4,1 1,5 0,3 - - - 0,5 0,5 - - 25,2 (<32,0)

Para este caso, a parede apresenta um índice de redução sonora de 53dB, como se verifica no Quadro 4.5.

Na Fig. 4.4 apresenta-se o gráfico dos valores de R e a curva de referência.

Fig. 4.4 – Curva real e curva de referência da parede de fachada com melamina (4).

4.3 MODELOS TEÓRICOS

4.3.1 PAREDES SIMPLES

4.3.1.1 Método de Bies e Hansen

Sharp (1973) desenvolveu um método simplificado para determinação da redução sonora de painéis, com base na lei teórica da massa. É de notar que na previsão pela lei da massa é assumido que os

20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 55,0 60,0 65,0 70,0 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 R (dB ) f (Hz)

Parede de fachada com melamina (4)

deixará de traduzir bem o seu comportamento. Bies e Hansen desenvolveram um método gráfico baseado no modelo de Sharp, descrito em Engineering Noise Control [11].

A partir desse método é possível determinar o comportamento de painéis isotrópicos e ortotrópicos (ver Fig. 4.5 e Fig. 4.6).

Painéis isotrópicos são aqueles cujas propriedades físicas se mantêm em qualquer direção medida, existindo, para estes, apenas uma frequência crítica. A previsão da redução sonora deste tipo de painéis é feita através do método gráfico representado na Fig. 4.5:

Fig. 4.5 - Método gráfico para determinação dos valores de R por frequência para paredes simples isotrópicas. (adaptado de [11])

Os pontos apresentados nos gráficos são calculados a partir das seguintes expressões:

 Ponto A: (4.6)  Ponto B: (4.7) Com:

Painéis ortotrópicos são aqueles cuja rigidez varia de acordo com a direção da deslocação da onda de flexão. Em painéis ortotrópicos, a frequência crítica depende da direção de incidência da onda sonora. Para este tipo de painéis, a redução sonora é estimada através do método gráfico representado na Fig. 4.6:

Fig. 4.6 - Método gráfico para determinação dos valores de R por frequência para paredes simples ortotrópicas. (adaptado de [11])

Os pontos apresentados nos gráficos são calculados a partir das seguintes expressões:

 Ponto A:

(4.8)

 Entre pontos B e C, inclusive:

(4.9)  Ponto D: (4.10) Sendo:

É possível analisar com mais detalhe as expressões teóricas de cálculo deste modelo em Engineering Noise Control [13], onde se faz referência também a uma correção da redução sonora nas altas frequências, para painéis isotrópicos com espessura superior a 1/6 do comprimento da onda de flexão. A aplicação deste modelo foi efetuada recorrendo ao Engineering Noise Control software. Os dados de entrada introduzidos no software, foram apresentados na página 18 deste documento acrescidos do coeficiente de Poisson (ν) dos materiais:

Quadro 4.6 – Valores de coeficiente de Poisson dos materiais. Material Coeficiente de Poisson

ν OSB 0,34** Gesso cartonado 0,24* Painel de Melamina 0,34** Forro em madeira 0,34** * Retirado de [11] ** Retirado de [15] 4.3.2 PAREDES DUPLAS 4.3.2.1 Método de Sharp

Este método permite obter, de uma forma muito aproximada, o comportamento de paredes leves ao estímulo sonoro. Permite ainda calcular a redução sonora de paredes com ou sem isolamento na caixa-de-ar. No entanto, tem como limitação a impossibilidade de introduzir informação acerca do material existente na caixa-de-ar, tal como a espessura e densidade.

Segundo o método de Sharp, é possível estimar a redução sonora deste tipo de paredes através do método gráfico representado na Fig. 4.7.

Fig. 4.7 - Método gráfico para determinação dos valores de R por frequência para paredes duplas. (adaptado de [11])

Assumindo que o painel 1 de uma parede dupla é aquele com menor frequência crítica, os pontos do gráfico são obtidos através das expressões abaixo indicadas. Apenas se apresentam as expressões para suporte linha-linha, correspondente ao suporte utilizado nas paredes estudadas.

Considerando que e ) são as massas superficiais dos painéis, e são os fatores de perda, d (m) é o espaçamento entre os painéis, b (m) é o espaçamento entre os suportes em linha, h (m)

é a espessura do painel, e que e (m/s) são, respetivamente, a velocidade do som no ar e no painel, determinam-se os pontos no gráfico através das expressões seguintes:

Ponto A:

Obtido a partir da frequência de ressonância :

(4.11)

(4.12)

Ponto B:

Obtido a partir da menor frequência crítica dos dois painéis

(4.13)

Para paredes com material absorvente na caixa-de-ar:

(4.14)

Para paredes sem material absorvente na caixa-de-ar:

(4.15) Ponto C: Se, (4.16) Se, (4.17)

Ponto D:

(4.18)

Entre a frequência de ressonância e a frequência limite , existe uma “frequência de ponte” que resulta da existência de ligações entre os dois painéis, que providenciam uma ponte mecânica para a transmissão de vibrações. Por essa razão, a redução sonora é limitada em 6dB/oit [11].

A curva final de redução sonora para elementos com material absorvente na caixa-de-ar é a representada a cheio na Fig. 4.7. A linha a tracejado entre e é utilizada quando não existe material absorvente na caixa de ar.

4.3.2.2 Método de Goesele [8]

Goesele (1977) propôs um modelo simplificado para previsão da redução sonora R de paredes duplas, quando:

 São conhecidos os valores da redução sonora dos dois elementos simples constituintes e

;

 Não existem ligações físicas entre os seus elementos;  Há isolamento na caixa-de-ar.

A previsão é, então, dada pela seguinte expressão:

(4.19) Onde: (4.20)

é a rigidez dinâmica da caixa-de-ar e d a sua espessura.

4.3.2.3 Método de Meisser

Para além do método de Sharp, o método de Meisser, publicado em 1973, é também um método gráfico, que, no entanto, apresenta melhores resultados para paredes com panos pesados. Este método tem como limitações a não consideração do tipo de ligação entre os painéis e a espessura exata da caixa-de-ar (assumindo apenas 2 valores).

A aplicação deste método faz-se da seguinte forma [22]:

 Calcula-se a redução sonora para a frequência de 500Hz, conforme a seguinte expressão:

(4.21) Sendo:

K = 4 dB, para caixas-de-ar com espessura entre 4 e 5cm, preenchidas com material absorvente;

K = 9dB, para caixas-de-ar com espessuras superiores a 10cm.

 Num gráfico, com o eixo das abcissas em escala logarítmica (eixo das frequências) e o eixo das ordenadas em escala linear (eixo dos índices de redução sonora), traça-se um segmento de reta com declive de 6dB/oitava a passar pelo ponto acima determinado.

 No mesmo gráfico, marcam-se:

o A frequência de ressonância massa-ar-massa ( ), dada pela seguinte expressão:

(4.22)

o As frequências críticas dos dois painéis ( ), obtidas pela expressão (4.13):

o A frequência de ressonância inicial da caixa-de-ar ( ), dada por:

(4.23)

Com:

c – celeridade (m/s)

d – espessura da caixa de ar (m)

 A partir da reta auxiliar traçada inicialmente, fixam-se os seguintes abaixamentos: o 4 dB para

o 5dB para e o 1 dB para

 Definidos os pontos acima, traçam-se segmentos de reta com declive de 10dB/oit, até à interseção da reta auxiliar.

 A partir da reta interseção dos dois segmentos de reta, traçam-se novos segmentos de reta com declive de 8dB/oit.

 Finaliza-se com o traçado de uma reta com declive de -10dB/oit, formando-se assim, uma curva de comportamento do índice de redução sonora.

4.3.2.4 Método de Sharp e de Cremer (adaptado)

Estes métodos de cálculo foram aplicados recorrendo ao software INSUL. Este é um programa de previsão de isolamento acústico a ruídos de condução aérea (de paredes, janelas, pisos e tetos) e a ruídos de percussão. Este software, para além de ter como base estes dois métodos, também adequa resultados reais, medidos em laboratórios, às soluções construtivas que se pretende estudar.

A metodologia de cálculo preconizada pelo software é descrita na informação técnica do mesmo [23].

4.4 CÁLCULO DO

4.4.1 MÉTODO EN12354-1

O índice de isolamento sonoro a sons de condução aérea padronizado, , entre o exterior do

edifício e quartos ou zonas de estar dos fogos, tem limites estabelecidos na norma RRAE [26], como referido em (2.3). É importante calcular o valor deste parâmetro para as duas paredes de fachada analisadas nesta dissertação para verificar se cumprem o regulamento.

Este parâmetro é óbito a partir dos valores de R’ (valores de R com transmissões marginais) corrigido com o tempo de reverberação do compartimento recetor face ao valor de referência , através da expressão (4.24). (4.24) Com:   

A metodologia de previsão das transmissões marginais para obtenção de R’w, é descrito na EN 12354-1 [27]. (4.25) (4.26) (4.27) (4.28) Sendo:

 – índice de redução sonora para o elemento i (dB)  – índice de redução sonora para o elemento j (dB)

 – índice de redução sonora para o elemento de separação (dB)

 – acréscimo de isolamento sonoro no caminho ij (dB) (quando se introduzem revestimentos adicionais)

 – índice de redução de transmissão de vibrações pelo caminho ij (dB)  – área da superfície do elemento de separação

 - comprimento comum entre o elemento de separação e o marginal (m)

Segundo a EN 12354-1, para junções de paredes duplas leves, o valor de é obtido através da expressão apresentada na figura seguinte:

Fig. 4.8 – Representação esquemática de uma ligação de paredes duplas leves. (retirado de [17]).

Com:

(4.29)

4.4.2 CASO DE ESTUDO

Conhecendo a metodologia construtiva das paredes interiores e dos painéis de cobertura e de piso fabricados pela firma (ver Fig. 4.9, Fig. 4.10 e Fig. 4.11 ), aplicou-se o método de cálculo das transmissões marginais a um compartimento tipo, com 30 (4×3×2,5m³), confrontante com o exterior através de uma parede de fachada em madeira.

Os valores de R relativos às paredes de fachada utilizados nos cálculos foram os obtidos pelo método experimental. Não tendo sido testado em laboratório a parede interior e o painel de piso, os valores de R relativos a estes elementos foram estimados, utilizando o método de Sharp e Cremer (adaptado), considerando as características dos materiais apresentadas no Quadro 4.7 e Quadro 4.8.