ROBERTO MOJOLLA
FONTE GERADORA DE IMPACTO PADRONIZADO:
CONSTRUÇÃO E QUALIFICAÇÃO
CAMPINAS
2015
RESUMO
Uma das queixas mais frequentes entre moradores de edifícios residenciais é o incomôdo causado por ruídos de impactos nos sistemas piso-teto decorrentes do caminhar ou quedas de objetos. Segundo as normas nacionais e internacionais, avaliar o desempenho acústico destes sistemas depende do uso de equipamentos normalizados e certificados. Para atender aos métodos de avaliação do desempenho acústico sugerido pelas normas, é necessário importar grande parte dos equipamentos recomendados, causando transtornos de diversas ordens. A avaliação da isolação acústica de pisos submetidos a impactos depende do uso de uma fonte de impacto padronizado (Standard Tapping
Machine). Este é o equipamento padronizado para excitação de pisos na avaliação do
nível de pressão sonora de impactos. A norma NBR 15575-3 (2013) indica a utilização do método de medição e avaliação do desempenho acústico de pisos com relação ao ruído de impactos proposto pela ISO 140-7 (1998) e ISO 717-2 (2013). No anexo A da norma ISO 140-7 (1998) são descritas as características e funções que a máquina de impacto padronizado deve cumprir. Esta pesquisa teve como objetivo construir e qualificar para uso uma fonte sonora de impacto padronizado. Para construção da fonte, observando as indicações do Anexo A da norma ISO 140-7 (1998), as partes que compõem o equipamento foram desenhadas, confeccionadas e montadas. Para qualificar o protótipo da fonte foram realizadas medidas em campo do nível de pressão sonora de impacto em sistemas piso-teto compartilhado em edifícios, conforme recomendado pela norma NBR 15575-3 (2013), empregando uma máquina de impactos comercial e repetindo o procedimento com o protótipo construído. A comparação dos níveis de pressão sonora de impacto padronizado, obtidos em função de frequências, validou numericamente a utilização do protótipo nas medições em campo realizadas. Estas medições quantificaram e qualificaram o isolamento sonoro oferecido pelos sistemas piso-teto ensaiados com relação ao ruído de impacto. Foram incorporadas inovações ao protótipo por meio da adoção de rolamentos lineares como guias para queda dos martelos e a inserção de peças resilientes sobre os contados de elevação dos martelos, reduzindo a emissão de ruído aéreo de funcionamento.
Palavras-chave: Conforto em Edifícios, Desempenho Acústico de Pisos, Fonte de
Impacto Padronizado.
ABSTRACT
One of the most frequent complaints among inhabitants of residential buildings is the annoyance caused by noise impacts in the floor-ceiling systems resulting from walking or falling objects. According to national and international standards, assess the acoustic performance of these systems depends on the use of standardized and certified equipment. To meet the methods of assessing the acoustic performance suggested by the standards it is necessary to import most of the recommended equipment, causing disturbances of several orders. Assessment of acoustic insulation flooring subjected to impacts depends on use of a standardized source of impacts (Standard Tapping Machine). This is the standard equipment for floors excitation in the evaluation of sound pressure level impacts. The NBR 15575-3 (2013) indicates the use of the method of measurement and evaluation of acoustic performance levels with respect to noise impacts proposed by the ISO 140-7 (1998) and ISO 717-2 (2013). In Annex A of ISO 140-7 (1998) the features and functions are described that the machine must meet standardized impacts. This research aimed to construct and qualify to use a sound source of standardized impacts. For construction of the source, checking the indications in Annex A of ISO 140-7 (1998), the component parts of the equipment are designed, made and assembled. To qualify the prototype of the source were carried out measures in the field of sound pressure level of impact in floor-ceiling shared systems in buildings, as recommended by the standard 15575-3 (2013), using a commercial impact machine and repeating the procedure with the prototype built. Comparison of sound pressure levels of standardized impacts, obtained as a function of frequency, numerically validated the use of the prototype in measurements performed in the field. These measurements quantify and qualify the sound insulation provided by floor-ceiling systems tested with respect to the impact of noise. Innovations were incorporated into the prototype through the adoption of linear bearings as guides for the fall of the hammers and the inclusion of resilient pieces on the numbered elevation of hammers, reducing the emission of airborne noise operation.
Keywords; Comfort in Buildings, Floors Acoustic Performance, Standardized Impact Source
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 1
2.1 Pesquisas sobre conforto e ruído de impacto ... 6
2.2 Normatização sobre desempenho acústico de pisos ... 8
2.3 Sistema de pisos e o isolamento sonoro para impacto ... 10
2.4 Fonte sonora de impacto padronizado ... 14
3. METODOLOGIA ... 19
3.1 Método para o desenvolvimento do protótipo ... 19
3.2 Método para determinação do nível de pressão sonora de impacto padronizado ... 22
3.2.1 Incertezas de medição na avaliação do desempenho acústico para impactos ... 30
4. CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO ... 33
4.1 Desenvolvimento e aquisição de peças para o protótipo ... 33
4.2 Desenhos e identificação de peças do sistema estrutural ... 36
4.3 Desenhos e identificação de peças do sistema mecânico ... 41
4.4 Desenhos e identificação de peças do sistema eletromotriz... 50
4.5 Integração de sistemas e ajustes para o funcionamento ... 53
5. QUALIFICAÇÃO DO PROTÓTIPO... 57
5.1 Ensaios 1 e 2 - Edifícios Residenciais ... 60
5.2 Ensaios 3 e 4 - Edifícios FEC ... 79
5.3 Validação do uso do protótipo ... 93
6. CONCLUSÕES ... 95
REFERÊNCIAS ... 99
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer à minha esposa Rose pelo incentivo, o apoio incondicional e a compreensão às faltas demonstradas ao longo desta etapa do meu
desenvolvimento. Ao meu filho Felipe pelo carinho e inspiração para o aprendizado. À Profa. Dra. Stelamaris Rolla Bertoli pela oportunidade de ser seu orientando e pelo conhecimento oferecido em todos os momentos que desfrutei de sua presença. Aos meus pais e irmão Eduardo pelo suporte emocional incondicional. À toda minha família e amigos pelo incentivo e momentos de felicidade proporcionado. Ao Departamento de Projetos Mecânicos da Faculdade de Engenharia Mecânica da UNICAMP, pelo suporte ao projeto e pela disponibilidade oferecida por seus técnicos e professores. Às
empresas citadas neste trabalho pelo profissionalismo e cooperação nas fases de desenvolvimento e execução do projeto. Gostaria também de expressar minha gratidão pela ajuda inestimável durante as medições dos meus amigos Obadias Jr. e Daniel Celente, técnicos do Laboratório de Conforto Ambiental e Física Aplicada. Ao Departamento de Arquitetura e Construção da Faculdade de Engenharia Civil,
Arquitetura e Urbanismo da UNICAMP, na figura de seus professores e servidores por todas as facilidades oferecidas. À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) pelo suporte financeiro para a execução desta pesquisa.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Composição de camadas que formam o sistema de piso. ... 11 Figura 2. A evolução da Tapping Machine em cinco décadas. ... 16 Figura 3. Gráficos representativos do sinal produzido pela atuação da fonte sonora de impactos
sobre uma superfície. ... 17 Figura 4. Representação da excitação de um sistema piso-teto. ... 18 Figura 5. Fonte Sonora de Impacto Padronizado Modelo B&K 3207 da Brüel & Kjær, referência
para o estudo do protótipo ... 21 Figura 6. Representação de ambientes e parâmetros necessários para determinação do nível
de pressão sonora de impacto padronizado segundo a ISO 140-7 (1998). ... 27 Figura 7. instrumentação sugerida para atender aos métodos de ensaio de campo das normas:
NBR-ABNT 15575 (2013); ISO 140-7 (1998). ... 29 Figura 8. Vista lateral da Fonte Sonora de Impactos com identificação de peças e sistemas. .. 35 Figura 9. Base inferior do equipamento especificado para confecção em alumínio... 37 Figura 10. Base média especificada em liga metálica leve. ... 38 Figura 11. Suporte vertical representado com o trabalho de recorte, furo e dimensões ... 39 Figura 12. Conjunto de peças componentes do protótipo da fonte sonora de impacto
padronizado ... 40 Figura 13. O corpo do martelo (1) montado com a guia de elevação (2) e dois eixos-guia (3) .. 42 Figura 14. Ilustração com dimensões da guia de elevação, peça componente do martelo. ... 43 Figura 15. Detalhe dos amortecedores de impacto do curso de martelo ... 44 Figura 16. Haste de acionamento do sistema de elevação do martelo... 46 Figura 17. Rolamento com flange, parte do sistema de rotação do eixo principal do protótipo.. 47 Figura 18. Rolamento linear adotado como guia vertical dos martelos do protótipo ... 48 Figura 19. Conjunto de transmissão formado pelas polias e pela correia dentada. ... 50 Figura 20. Conjunto de motor e motorredutor mecânico, acoplados modelo MR710 ... 51 Figura 21. Circuito condicionador de energia e controlador de velocidade modelo CVE2005 ... 52 Figura 22. Protótipo funcional de fonte sonora de impactos ... 55 Figura 23. Apartamentos residenciais utilizados para ensaio de medição ... 61 Figura 24. Representação dos ambientes componentes do apartamento (62) e os pontos de
emissão de impactos ... 62 Figura 25. Representação dos ambientes componentes do apartamento (52) e os pontos
recepção do ruído de impactos ... 63 Figura 26. Desenho da sala receptora as posições fonte (F) e receptor (P) para determinação
do tempo de reverberação e nível de pressão sonora ambiente (B)... 65 Figura 27. Comparação gráfica dos valores Li,com e Li,prot com o nível de pressão sonora para
o som residual (B). ... 67 Figura 28. Comparação gráfica entre os níveis de pressão sonora de impacto padronizado,
obtidos no emprego de cada uma das fontes de impacto... 69 Figura 29. Determinação do desempenho do piso quanto ao isolamento de ruído de impacto
padronizado ponderado (L´nT,w), com emprego do protótipo – Ensaio 1. ... 70
Figura 30. Determinação do desempenho do piso quanto ao isolamento de ruído de impacto padronizado ponderado, com emprego da fonte comercial – Ensaio 1. ... 70 Figura 31. Área do edifício utilizada na segunda avaliação acústica de isolamento ao ruído de
impacto ... 72 Figura 32. Representação dos ambientes da edificação avaliada com localização de (a) pontos
emissores e (b) pontos receptores. ... 73 Figura 33. Representação dos pontos de emissão e captação para determinar o tempo de
Figura 34. Comparação gráfica entre os valores de nível de pressão sonora de impacto em função de frequência (Li) com os valores do nível de pressão sonora (B) do som residual. 75 Figura 35. Comparação gráfica entre os níveis de pressão sonora de impacto padronizado,
obtidos no emprego de cada uma das fontes de impacto... 77 Figura 36. Determinação do desempenho do piso quanto ao isolamento de ruído de impacto
padronizado ponderado, com emprego do Protótipo – Ensaio 2 ... 78 Figura 37. Determinação do desempenho do piso quanto ao isolamento de ruído de impacto
padronizado ponderado, com emprego da fonte comercial – Ensaio 2 ... 78 Figura 38. Fachada do edifício da FEC destinado a salas de aula, com o destaque das salas
ensaiadas ... 79 Figura 39. Pontos de emissão de ruído de impacto que foram alternados entre o protótipo e o
modelo comercial para a excitação do sistema piso-teto... 80 Figura 40. Pontos de recepção do ruído de impacto na sala CA22. ... 81 Figura 41. Representação dos pontos de emissão e captação para determinação do tempo de
reverberação da sala receptora... 82 Figura 42. Comparação gráfica entre os níveis de pressão sonora de impacto (Li) produzidos
por cada fonte de impacto empregada e os níveis de pressão sonora para o som residual (B). ... 83 Figura 43. Comparação dos níveis de pressão sonora de impacto padronizado L´nT, obtidos
com as duas fontes empregadas. ... 84 Figura 44. Determinação do desempenho do piso (L´nT,w) quanto ao isolamento de ruído de
impacto padronizado, com emprego do protótipo – Ensaio 3 ... 85 Figura 45. Determinação do desempenho do piso (L´nT,w) quanto ao isolamento de ruído de
impacto padronizado, com emprego da fonte comercial – Ensaio 3 ... 85 Figura 46. Fachada do segundo edifício da FEC avaliado com destaque em amarelo para os
pavimentos ensaiados ... 86 Figura 47. Representação dos ambientes emissores, com a localização dos pontos de emissão
utilizados pelas duas fontes de impactos. ... 87 Figura 48. Representação dos ambientes ensaiados com a localização dos pontos de recepção
usados para o posicionamento do medidor de nível de pressão sonora. ... 87 Figura 49. Representação dos pontos de emissão e captação para medida de tempo de
reverberação da sala. ... 89 Figura 50. Comparação gráfica entre os níveis (B) de pressão sonora do ambiente e os níveis
(Li) de pressão sonora de impacto. ... 90 Figura 51. Comparação entre os resultados de L´nT obtidos com protótipo e com a fonte de
impactos comercial. ... 91 Figura 52. Determinação do desempenho do piso (L´nT,w) quanto ao isolamento de ruído de
impacto padronizado com emprego da fonte comercial – Ensaio 4. ... 92 Figura 53. Determinação do desempenho do piso (L´nT,w) quanto ao isolamento de ruído de
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Comparativo de desempenho para diferentes revestimentos de piso. ... 13
Tabela 2. Requisitos e critérios aplicados pela ISO 140 para a Tapping Machine ... 20
Tabela 3. Medida da massa do conjunto de cada martelo pertencente ao protótipo. ... 45
Tabela 4. Medida do diâmetro da superfície de impacto de cada um dos martelos... 45
Tabela 5. Distribuição dos ensaios de medição para avaliação do desempenho acústico para impactos em pisos. ... 58
Tabela 6. Resultados dos níveis de pressão sonora de impacto padronizado L’nT em função de frequências discriminado por fonte sonora de impacto utilizada ... 68
Tabela 7. Valores L’nT calculados para cada uma das fontes de impacto utilizadas ... 76
Tabela 8. Valores L’nT calculados para cada uma das fontes de impacto utilizadas ... 84
Tabela 9. Níveis de pressão sonora de impacto padronizado L´nT, em função de frequências, obtidos para o emprego do protótipo e da fonte de impactos comercial. ... 91
APÊNDICE A
Tabela A 1. Níveis de pressão sonora (L) e nível de pressão sonora de impactos (Li) medidos e
calculados com o emprego do protótipo - Ensaio 1 106
Tabela A 2. Níveis de pressão sonora (L) e nível de pressão sonora de impactos (Li) medidos e calculados com o emprego da fonte de impactos comercial – Ensaio 1 106 Tabela A 3. Tempos de reverberação em função de frequências e respectivas médias obtidas
para o ambiente receptor – Ensaio 1 106
Tabela A 4. Níveis de pressão sonora e respectiva média obtida para o som residual (B) na sala
receptora – Ensaio 1 106
Tabela A 5. Níveis de pressão sonora (L) em função de frequências com respectiva média (Li)
obtidos com o emprego do protótipo – Ensaio 2 106
Tabela A 6. Níveis de pressão sonora (L) em função de frequências com respectiva média (Li) obtidos com o emprego da fonte de impactos comercial– Ensaio 2 106 Tabela A 7. Tempos de reverberação em função de frequências (T) e suas respectivas médias
obtidos na sala receptora – Ensaio 2 106
Tabela A 8. Níveis de pressão sonora em função de frequências e seus respectivos valores
médios obtidos para o som residual (B) – Ensaio 2 106
Tabela A 9. Níveis de Pressão sonora (L) em função de frequências e seus respectivos valores médios (Li) medidos e calculados quando empregada a fonte de impacto comercial – Ensaio
3 106
Tabela A 10. Níveis de Pressão sonora (L) em função de frequências e seus respectivos valores médios (Li) medidos e calculados quando empregado o protótipo – Ensaio 3 106 Tabela A 11. Tempos de reverberação e respectiva média de valores (T) em função de
frequências determinados para a sala receptora – Ensaio 3 106 Tabela A 12. Níveis de pressão sonora em função de frequências medidos e respectivos
valores médios (B) o som residual – Ensaio 3 106
Tabela A 13. Níveis sonoros em função de frequência medidos com o uso da fonte de impactos
construída (protótipo) - Ensaio 4 106
Tabela A 14. Níveis sonoros em função de frequência medidos com o uso da fonte de impactos
comercial – Ensaio 4 106
Tabela A 15. Tempos de reverberação e média de valores em função de frequências medidos
(T) na sala receptora – Ensaio 4 106
Tabela A 16. Níveis de pressão sonora medidos e respectivo valor médio em função de
frequências (B) para o som residual – Ensaio 4 106
Tabela A 17. Teste F aplicado para verificação de compatibilidade entre variâncias – Ensaio 2 106 Tabela A 18. Teste F aplicado para verificação de compatibilidade entre variâncias – Ensaio 1
106 Tabela A 19. Teste F aplicado para verificação de compatibilidade entre variâncias – Ensaio 4
106 Tabela A 20. Teste F aplicado para verificação de compatibilidade entre variâncias –Ensaio 3
LISTA DE QUADROS
Quadro 1. Resumo das avaliações de desempenho acústico com relação a impactos –
Edifícios Residenciais ... 79
Quadro 2. Resumo das avaliações de desempenho acústico com relação a impactos – Edifícios FEC ... 93 Quadro 3. Comparação entre resultados L´nT,w ,com e L´nT,w, ,prot obtido em cada ensaio ... 94
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
A Àrea de absorção média
A0 Área de absorção média padronizada para habitações ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
αi Coeficiente de absorção de objetos ASTM Americam Society for Testing and Materials
B Som residual (Backgound Noise) BS British Standards Instituition dB DeciBel
EVA Etileno Acetato de Vinila F Força
FEC Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo GUM Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement Hz Frequência em Hertz
ISO International Organizaton for Standardization kHz Quilohertz
L Nível de pressão sonora
L´nT,w Nível de pressão sonora de impacto padronizado ponderado L´nT,Prot Nível de pressão sonora de impacto padronizadoo (protótipo) L´nT,com Nível de pressão sonora de impacto padronizado (comercial)
L´nT,w, prot Nível de pressão sonora de impacto padronizado ponderado (protótipo) L´nT,w, com Nível de pressão sonora de impacto padronizado ponderado (comercial)
L’n Nível de pressão sonora de impacto normalizado L’nT Nível de pressão sonora de impacto padronizado LACAF Laboratório de Conforto Ambiental e Física Aplicada
LAMPA Laboratório de Arquitetura, Metodologia de Projeto e Automação
LProt Nível de pressão sonora (protótipo)
LCom Nível de pressão sonora (fonte comercial) Li Nível de pressão sonora de impactos
Li,Com Nível de pressão sonora de impactos (fonte comercial) Li,Prot Nível de pressão sonora de impacto (protótipo)
LProt Nível de pressão sonora (protótipo) m Metros
ms Milisegundos NBR Norma Brasileira T Tempo de reverberação
T0 Tempo de reverberação padronizado para habitações UNICAMP Universidade Estadual de Campinas
V Volts
VAC Volts para corrente alternada W Watts
1. INTRODUÇÃO
A política de aceleração econômica adotada na primeira década do século XXI pelos órgãos governamentais brasileiros facilitou uma movimentação mais acelerada do mercado da construção civil, principalmente para atender inicialmente a demanda reprimida para a habitação. Passada essa fase inicial e com a implantação de políticas e programas de qualidade surgiu, principalmente por parte dos grandes financiadores de obras, como a Caixa Econômica Federal, a necessidade de parâmetros que classifiquem o desempenho dos diversos elementos componentes de uma edificação.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) propôs um conjunto de normas definidas como NBR 15575 (2013) - Edificações habitacionais – Desempenho, composta por seis partes. Cada uma das partes refere-se aos sistemas componentes da edificação e a avaliação do desempenho destes sistemas quanto aos requisitos: acústico, térmico, lumínico e de segurança ao fogo entre outros.
O conforto acústico em uma edificação habitacional depende diretamente do desempenho acústico dos elementos e sistemas construtivos das partes internas e externas da edificação, no que diz respeito à transmissão e a absorção sonora.
A parte três norma NBR 15575 (2013) é ordenada por itens e trata do desempenho do sistema de pisos quanto ao atendimento de seus requisitos. O item doze trata, especificamente, do requisito “Desempenho Acústico”. O desempenho acústico do sistema de piso pode ser avaliado utilizando dois métodos: método de engenharia (o mais preciso) e método simplificado de campo.
O desempenho do sistema piso pode ser avaliado quanto ao atendimento de dois critérios: Isolamento de ruído aéreo dos sistemas de pisos e isolamento de ruído de impacto em sistema de pisos, ambos considerados entre unidades habitacionais distintas, mas que compartilham a mesma estrutura.
Os critérios estabelecidos no item doze da norma NBR 15575 (2013) permitem mensurar e classificar o desempenho acústico dos elementos de uma edificação,
verificando o atendimento de seus critérios mínimos assim como indicando os níveis considerados como desempenho superior. O atendimento aos critérios da norma para classificar o desempenho de um determinado conjunto de sistemas componentes de uma edificação pode ser previsto mediante simulação computacional mas deve ser validado
in loco, mediante ensaio de medição e avaliação acústica na edificação construída.
A proposta da norma NBR 15575 (2013) é assegurar o atendimento aos critérios de desempenho acústico dos elementos e do conjunto de elementos que separam internamente e externamente os ambientes da edificação. Oferecer uma forma para classificar o desempenho acústico proporcionado pelos elementos construtivos que separam as dependências de uma mesma unidade habitacional. Classificar o desempenho acústico do conjunto de elementos construtivos que separam unidades habitacionais distintas mas que compartilham a mesma estrutura predial.
O anexo “E” da Norma NBR 15575-3 (2013), sugere em duas tabelas as três faixas de valores para classificar o desempenho acústico de ruído de impacto e o desempenho acústico de ruído aéreo oferecido pelos pisos, a saber: (M) mínimo; (I) Intermediário e (S) superior, sendo que o valor mínimo (M) é o valor exigido. As classificações atribuídas para o nível do desempenho acústico de pisos são propostas por meio de requisitos (qualitativos), critérios (quantitativos ou premissas) e obtidos por métodos de avaliação.
Segundo texto da norma NBR 15575 (2013), Parte 1 – Requisitos gerais, para o Ruído de Impacto em piso o requisito é “Propiciar condições mínimas de desempenho acústico no interior da edificação, com relação a fontes padronizadas de ruído de impactos...”. O critério proposto na Parte 3 desta norma define que o nível de pressão sonora de impacto padronizado ponderado (L´nT,w) seja o descritor para a classificação do desempenho acústico oferecido pelo piso.
A norma brasileira NBR 15575 (2013), propõe na sua parte 3 o uso da metodologia internacional normatizada pela “International Organization For
de impacto padronizado em pisos de edifícios. Segundo esta norma, o cálculo para a obtenção do número único de desempenho acústico, deve ser realizado segundo o prescrito pela norma ISO 717-2 (2013). Esta norma prevê o cálculo do descritor do isolamento acústico por meio de um número único representativo, derivado da análise e ponderação de frequências em bandas de terço de oitava entre 100 Hz e 3,15 kHz ou em bandas de oitava entre 125 Hz e 2 kHz.
Os equipamentos necessários para a realização da avaliação do isolamento sonoro de impacto em pisos são descritos na norma internacional ISO 140- 7 (1998). A fonte sonora de impacto padronizado (Standard Tapping Machine) é o equipamento recomendado para excitação de pisos para a medição e avaliação da transmissão sonora de impactos no sistema piso-teto da edificação.
As especificações dos componentes da máquina, assim como a forma de seu funcionamento, são descritas no anexo A (normativo) da ISO 140-7 (1998). Neste anexo encontram-se as especificações das tolerâncias dimensionais, os requisitos funcionais e os valores exigidos como padrão para o projeto do equipamento.
Observa-se que países como Estados Unidos, Dinamarca, Inglaterra, Espanha e Itália, que adotam a avaliação de desempenho acústico similar às normas internacionais ISO, desenvolveram seus parques industriais e produziram equipamentos e sistemas de análise acústica objetivando atender, prioritariamente, a demanda de seus mercados internos. Nesse cenário é imprescindível contar com mão de obra e equipamentos especializados e qualificados em padrão nacional e internacional, para que as empresas do mercado brasileiro de construção civil avaliem corretamente o desempenho acústico de suas edificações, atendam as recomendações mínimas propostas em norma ou ofereçam produtos de classificação superior.
Fontes geradoras de ruído de impacto padronizado, assim como outros equipamentos que compõem um sistema de avaliação acústica de desempenho, só podem ser adquiridas mediante importação direta ou através de empresa representante no Brasil. Esta situação impõe sérias dificuldades com relação à manutenção, reposição
de peças e calibração, quando necessária, para o funcionamento adequado do equipamento ou sistema de avaliação acústica.
A construção de uma fonte de impacto padronizado representa uma opção para o atendimento desta demanda, oferecendo um equipamento nacional com padrão internacional para empresas de construção, financiadores e empresas de serviços em acústica, instituições governamentais e de ensino para qualificação profissional.
Este trabalho teve como objetivo construir e a qualificar uma fonte sonora de impacto padronizado que atenda a norma internacional e consequentemente a norma nacional, utilizando principalmente materiais e serviços de origem nacional.
O texto desta dissertação foi estruturado na forma de capítulos, apresenta tópicos sobre o conforto acústico e sua relação com as normas para avaliação do desempenho acústico de pisos em edifícios. Nos capitulos 1 e 2, a fonte sonora de impacto padronizado é apresentada e contextualizada, justificando o objetivo do trabalho. No capítulo 3 são apresentados o método adotado para construção do protótipo e o método utilizado para qualificar o equipamento.
O capítulo 4 trata do projeto e construção da fonte de impacto apresentando os tópicos relativos ao desenvolvimento de cada um dos sistemas componentes do protótipo. Neste capítulo as peças componentes de um cada dos sistemas são identificadas por meio de desenhos e descritas detalhando suas características dimensionais e funcionais.
No capítulo 5 são descritas as medições de campo com o emprego de duas fontes de impacto distintas e são apresentados os resultados para os sistemas pisos-teto dos edificios ensaiados. No mesmo capitulo, a utilização do protótipo em campo é validada mediante comparação entre os resultados das avaliações de desempenho para cada fonte de impacto empregada.
No capítulo 6 são apresentadas as conclusões referentes ao projeto e o emprego em campo da fonte de impacto construída para medições de desempenho acústico de
um sistema piso-teto com relação a impactos oferecido por uma edificação., conforme sugerido pela norma NBR 15.575-3 (2013).
2. CONFORTO ACÚSTICO EM EDIFICAÇÕES
O conforto acústico em edifícios residenciais multifamiliares vem sendo estudado no Brasil e no exterior, nas últimas décadas, de forma bastante intensa e variada, visto que o conforto é um dos itens desejados pelos consumidores e que também agrega valor ao imóvel.
Na classificação do conforto geral de uma habitação, o conforto acústico é um dos componentes mais importantes e os estudos direcionados a este item também tem se multiplicado ao longo do tempo. Esses estudos visam caracterizar os ruídos, as formas como são produzidos na vida cotidiana dos habitantes e como esses ruídos se transformam em incômodos ao serem transmitidos para ambientes diferentes de sua origem. A qualidade do isolamento acústico dos elementos que compõe as edificações reflete diretamente em melhorias na qualidade de vida dos moradores proporcionando maior conforto e privacidade para as unidades habitacionais.
O nível de desempenho acústico oferecido pelo sistema piso-teto, que separa duas unidades habitacionais distintas, classifica por meio de um número único a transmissão sonora do ruído impacto pelos elementos construtivos e pela estrutura do edifício. O parâmetro classificador do desempenho acústico pode ser determinado por meio de ensaios de campo e laboratório com a utilização de equipamentos específicos. O desempenho acústico com relação a impactos pode ser avaliado por meio de medições e cálculos aplicáveis a um ambiente especificamente ou a um conjunto de ambientes componentes de uma edificação.
A concorrência entre empresas da construção civil que objetivam oferecer produtos melhores a seus clientes induz a aplicação de técnicas construtivas que contemplam o conforto acústico desde a fase de projeto da edificação. Realimentando
um ciclo positivo, as empresas fabricantes de materiais para construção civil investem em pesquisa para o desenvolvimento constante de novos materiais e composições de materiais para atender a demanda crescente.
2.1 Pesquisas sobre conforto e ruído de impacto
As pesquisas e os artigos científicos oferecem informações significativas quanto ao incômodo e as propostas para limitar os níveis da transmissão sonora de ruído de impacto em pisos, pois revelam a preocupação entre as relações de conforto, privacidade e incômodos em edificações. Entre estes trabalhos pode-se destacar o trabalho de Schultz (1964) que traça um histórico da adoção pela Federal Housing Administration (FHA) da Norma Internacional (ISO) para avaliação da isolamento sonoro de impacto em edifícios habitacionais. Olynyk (1968) analisou a representatividade do espectro sonoro de uma fonte padronizada na simulação de passos em ambientes separados por lajes de concreto. Sobre o mesmo tema Ford e Warnok (1974) expuseram os resultados de medições e críticas quanto à avaliação subjetiva do ruído provocado por passos e a adoção da tapping machine no continente norte americano.
Grimwood (1997) realizou uma pesquisa sobre o nível de incômodo nas habitações inglesas como consequência da deficiência no isolamento acústico. Para isso classificou as atividades cotidianas como fontes sonoras aéreas e de impacto assim como o grau de incômodo reportado pela vizinhança para cada tipo de atividade. Dentre os itens que causaram desconforto acústico, quase a totalidade dos moradores reportaram incômodo com o ruído de impacto causado em piso decorrente de caminhamento, queda de objetos e bater de portas e outros impactos que são propagados pela estrutura do edifício.
A preocupação sobre a representatividade do ato de caminhar e outros impactos leves sobre pisos que separam ambientes foi dominante durante mais de três décadas. O desempenho acústico oferecido num sistema piso-teto continua sendo pesquisado e seu conhecimento evolui por meio das diversas abordagens oferecidas pelo tema. Atualmente é estudada a influência da presença de móveis na degradação do
conforme descrito no trabalho apresentado por Silva e Patrício ao Congresso Ibero-Americano de Acústica, realizado em 2012 .
Barry (2008), afirma que um recinto de uma edificação deve proporcionar ao usuário conforto e privacidade acústica condizentes à finalidade do ambiente, sobretudo quando este se destina ao repouso ou ao trabalho intelectual. As pesquisas sobre isolamento sonoro de impactos em lajes realizadas pelo holandês Eddy Gerretsen entre a segunda metade da década de 70 e início da década de 80, foram pioneiras e criticavam a metodologia para avaliação adotada pela comunidade científica nesta época. No trabalho intitulado A new system for rating impact sound insulation, Gerretsen (1976), comparou a fonte geradora de ruído de impacto padronizado com outros mecanismos e formas de geração de impactos, inclusive com o caminhar de pessoas. O autor concluiu que o equipamento sugerido pelas diretrizes da ISO apresentava-se como a melhor opção de fonte sonora de impactos para avaliação acústica. Considerou como vantagens adicionais a facilidade de operação em condições de campo e o nível de sinal elevado produzido pela fonte sonora de impacto padronizado. O nível de sinal elevado foi considerado como um item desejável, principalmente em ambientes onde o som residual1 é suficientemente alto para prejudicar a medição do nível de pressão sonora emitido por outro tipo de fonte sonora de impacto.
O trabalho apresentado por Scholl (2001), expõe críticas com relação à representatividade oferecida pelo espectro sonoro gerado pela fonte padrão adotado pela ISO em diferentes pisos. Explica que as diferenças dos valores encontrados nas medições do nível de isolamento sonoro de impacto, realizadas em diferentes pisos com a “tapping machine” deve-se a diferença na impedância mecânica característica de cada construção. Scholl (2001) propõe como solução um ajuste no peso individual dos martelos. Este ajuste considera a impedância mecânica do piso ao ato de caminhar e, como resultado, aproxima o espectro sonoro gerado pela fonte padrão ao espectro sonoro real produzido pelo caminhamento.
1 Som Residual – Termo sugerido pela ABNT no projeto de norma 196:000.00-001 (2014) - Acústica – Terminologia para referir-se à parcela do som adicionada ao som específico da medição. Forma similar às outras nomenclaturas
2.2 Normatização sobre desempenho acústico de pisos
A quantificação e classificação do desempenho acústico oferecido por sistemas piso-teto compartilhados em uma edificação é um dos temas tratados em várias normas internacionais. Pode-se citar a “International Organization For Standardization”, a “American Society for Testing and Materials” e a “British Standards Institution”, como organizações tradicionais no desenvolvimento de normas técnicas para todo setor produtivo.
No Brasil, a ABNT vem nas últimas décadas elaborando e propondo as diretrizes para avaliação do conforto acústico, bem como estabelecendo valores referenciais para classificação do desempenho acústico das edificações e dos elementos que compõem uma edificação. Os valores referenciais trazem subsídios técnicos e parâmetros de comparação na análise do grau do conforto acústico propiciado por um empreendimento imobiliário.
Podem-se citar como exemplos destes documentos a norma brasileira ABNT- NBR 10151 – Avaliação do ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade (2000), que fixa as condições exigíveis para a avaliação do incômodo provocado por ruído em comunidades.
A norma ABNT-NBR 10152 – Níveis de ruído para conforto acústico (1987), fixa os valores para os níveis de ruído de modo a compatibilizá-los ao conforto acústico nos mais diversos ambientes. Atualmente estas normas passam por revisões e atualizações oferecendo consultas públicas que induzem a um debate nacional, os diversos setores da sociedade no objetivo de aperfeiçoar e disseminar sua aplicação.
No ano de 2013 foi publicada a revisão e atualização da norma brasileira ABNT-NBR 15575 (2013) – Edificações habitacionais – Desempenho, que trata do desempenho oferecido pelos sistemas da edificação sob o aspecto de dezoito itens (ou capítulos) abordados em seis partes. O item doze de cada parte desta norma trata do desempenho acústico para os sistemas construtivos componentes de uma edificação.
A normatização para desempenho é de extrema importância ao país e a ABNT-NBR 15.575 (2013) foi a primeira norma criada com este propósito, refletindo a preocupação dos órgãos governamentais em melhorar a qualidade dos edifícios, gerando reflexos tanto para os produtores, como para construtores e usuários. Os produtores de materiais e construtores terão que adequar seus produtos aos padrões de qualidade especificados pela norma, caso contrário estas poderão ter problemas judiciais. Por outro lado, os usuários terão conhecimento do desempenho mínimo exigido para as edificações. Esta norma foi elaborada no sentido de aprimorar tecnicamente as qualidades mínimas requeridas para a análise e oferta de financiamento imobiliário residencial. Ela é aplicável para o projeto e execução de edificações que sejam suportados economicamente por instituições financiadoras (NETO, 2009).
A norma internacional ISO 140-7 (1998) trata, especificamente, da medição em campo do isolamento sonoro dos pisos no que se refere aos ruídos provocados por impactos. Esta Norma tem origem na regulamentação realizada pela R140 (1960), que foi elaborada pelo Comitê Técnico 43 (ISO∕TC43). Este comitê dividiu os temas de Acústica Geral e Acústica Arquitetônica (áreas internas) em duas secretarias responsáveis por criar e gerenciar os grupos de trabalho: A primeira secretaria foi composta por grupos de trabalho dedicados a estudos mais amplos e variados dentro da acústica, como o ruído ambiental, industrial e de tráfego; riscos do ruído ocupacional, especificação de equipamentos e ferramentas de medição, caracterização de fontes sonoras e medição de potência sonora, propondo também os métodos para medição e avaliação acústica. A segunda secretaria criou grupos de trabalho concentrados na acústica arquitetônica pesquisando e desenvolvendo requisitos, critérios e métodos para a obtenção de parâmetros acústicos. Estes parâmetros são utilizados para avaliar e classificar o comportamento acústico interno de uma edificação, quantificando e qualificando a interação acústica entre ambientes distintos que compartilham uma mesma estrutura ou elemento construtivo. Para isso normalizaram os procedimentos para coleta dos dados necessários para o cálculo do tempo reverberação, dos coeficientes de absorção, reflexão e transmissão sonora dos materiais e dos elementos construtivos.
O Comitê Técnico Internacional ISO/TC43 utilizou como base de dados na elaboração das normas as diversas pesquisas científicas, produzidas à partir da década de sessenta, para especificar as características técnicas necessárias à uma máquina de impacto padronizado ou Standard Tapping Machine.
Esta fonte de impactos deve simular, da forma mais abrangente possível, todos os ruídos cotidianos de edificação causados por impactos “leves” nos pisos (caminhar, com ou sem sapatos, com diferentes tipos de solados, quedas de objetos diversos, batidas de portas e janelas).
As pesquisas realizadas na Europa nas décadas de 60, 70, 80 e 90, referenciadas pela norma ISO 717-2 (2013) efetivaram o emprego da fonte geradora de ruídos de impacto padronizado como excitador padrão do ruído de impacto para medir, avaliar e classificar o nível de isolamento acústico de impactos em sistemas piso-teto de uma edificação.
2.3 Sistema de pisos e o isolamento sonoro para impacto
A norma ABNT-NBR 15575-3 (2013), descreve o sistema de pisos de uma edificação como uma composição de camadas que são destinadas a atender as funções de estrutura, seja ela horizontal ou inclinada, associada à capacidade de vedação entre áreas e que permite tráfego sobre sua superfície. Uma composição destas camadas é ilustrada como modelo pela Figura 1. Nesta ilustração a camada estrutural é o elemento da edificação resistente às cargas aplicadas, em sua superfície deve ser realizado o serviço para aplicação da camada de impermeabilização. Sobre a camada de impermeabilização devem ser executados os serviços para aplicação das camadas de isolação térmica e acústica.
Figura 1. Composição de camadas que formam o sistema de piso.
Fonte: ABNT-NBR 15575-3 (2013).
O texto técnico elaborado por Barros (1991) para produção de contra pisos residenciais, analisa e exemplifica a produção da camada de contra piso indicando e ilustrando técnicas para adequação da composição da argamassa desta camada em função do projeto do edifício e do revestimento do piso. No texto são atribuídas as funções principais e secundárias desta camada, como por exemplo, a de adequar a superfície para aplicação de revestimento, oferecendo também suporte para embutimento, caimento ou declividade. A camada do contra piso, portanto, deverá proporcionar uma superfície coesa e uniforme para suportar o uso interno da habitação durante a sua vida útil.
A espessura e o número de camadas do contra piso podem variar, sendo que suas superfícies inferior e superior poderão estar ou não conectadas diretamente ao revestimento do piso ou à superfície da laje. Dependendo da existência e dos detalhes do projeto relacionado às funções de isolamento, poderão ser empregadas técnicas construtivas adequadas à aplicação de camadas intermediárias como as destinadas ao isolamento acústico, térmico e hidráulico (impermeabilização).
A camada de acabamento é o revestimento do piso, a superfície final pronta para uso que deve proporcionar conforto, segurança e atendimento estético ao ambiente
construído. Esta camada normalmente é composta por camadas extras para regularizar a superfície de contato e para fixar os componentes do revestimento, quer seja ele cerâmico, pétreo, polimérico ou têxtil, através dos materiais adesivos apropriados para cada tipo de acabamento de piso.
Barros, Flain e Sabattini (1993) alertam para a importância do revestimento do piso ao apontar que o acabamento desta superfície terá contato direto com os usuários, respondendo às solicitações de naturezas diversas durante todo o seu ciclo de vida na edificação. As características da camada de acabamento e a interação desta com as demais camadas componentes do sistema de piso exercem uma influência significativa no desempenho do piso, assim como determina a classificação para o atendimento ou não de seus requisitos. Estudando as características desejáveis dos revestimentos para piso, os mesmos autores trazem no anexo A do texto, uma tabela comparativa do desempenho oferecido por diferentes tipos de revestimento de piso no atendimento de requisitos como resistência, conforto e segurança.
A Tabela 1, adaptada para este trabalho, apresenta a classificação do desempenho de diferentes tipos de revestimento de piso, numa escala de “A” (melhor) até “D” (pior). Conforme as linhas em destaque da Tabela 1, o aspecto da transmissão ou absorção sonora do ruído aéreo ou de impacto é claramente vinculado à maior ou menor rigidez do revestimento, conferindo para os pisos de superfície mais rígida (pétreos e cerâmicos) o pior desempenho quando comparados a outros tipos de revestimento de superfície resiliente. Outras pesquisas, como os trabalhos de Scholl e Maysenholder (1999) e Davern (1988), abordam o ruído de impacto em piso como ferramenta para comparar técnicas construtivas e o emprego de materiais entre a camada estrutural e a camada de revestimento, incluindo revestimentos de madeira trabalhada com tratamento acústico, ou madeira revestida com materiais fono-absorventes.
Tabela 1. Comparativo de desempenho para diferentes revestimentos de piso.
Requisitos Tipos de revestimento
Pétreos Cerâmicos Poliméricos Têxteis
Resistencia ao desgaste A/B A/B B C
Coforto termo-tátil D D B A
Transmissão de ruido de impacto D D B/C A
Absorção acústica D D B/C A
Resistencia a ação da água A/B/C A/B B D
Resistencia química A/B B/C A D
Durabilidade (vida útil) A/B A/B B C
Segurança (antideslizante) B/C A/B/C A A
Fonte: Adaptado de Barros, Flain e Sabattini, 1993.
Ao avaliar um conjunto de diferentes tipos de pisos em edifícios residenciais de Florianópolis, Cornacchia (2009) concluiu não haver evidencias que o sistema construtivo da laje (maciça, nervurada ou pré-moldada) contribua de forma significativa para o isolamento sonoro entre dois pavimentos. Entretanto ressalta a importância do tipo de piso, do seu método construtivo, da rigidez da superfície e a rigidez do contato entre o piso e a laje.
Ferraz (2008) estudou a atenuação da transmissão sonora estrutural de edificações residenciais caracterizando e comparando o desempenho acústico oferecidos pelos pisos flutuantes em diversas combinações de técnicas construtivas e emprego de materiais. Neste estudo é ressaltado que a rigidez do material de acabamento do piso tem por efeito produzir um número maior de reflexões no ambiente emissor, aumentando o nível do ruído interno, entretanto a rigidez do acabamento poderá ser menos significativa para a transmissão do ruído pela estrutura quando se tratar de “pisos flutuantes”. Nesta modalidade de técnica construtiva procura-se utilizar do efeito massa-mola para atenuar a transmissão sonora de um elemento ao outro. O contra piso com o revestimento é isolado da estrutura por materiais resilientes que atuam tanto no apoio (laje), como também da vedação vertical (paredes).
2.4 Fonte sonora de impacto padronizado
A fonte sonora de impacto padronizado começou a ser usada no continente europeu por recomendação da norma internacional ISO R140 (1960). O anexo A, presente em quatro partes (6, 7, 8 e 11) das dezoito partes que compõe a norma ISO 140 refere-se à fonte geradora de impacto padronizado. O anexo A é normativo e estabelece os requisitos e critérios que o equipamento deve atender. Este anexo descreve o equipamento como um conjunto de cinco cilindros de aço rígido que são posicionados de maneira linear, espaçados igualmente entre si e que impactam de maneira sincronizada e perpendicular à superfície a ser excitada (ambiente emissor).
O anexo A da norma ISO 140-7 (1998), especifica as formas, as dimensões, o peso e velocidade de trabalho de cada martelo, sugerindo que sua superfície de impacto deva ser cilíndrica, plana e com diâmetro de trinta milímetros. Cada um dos martelos deve possuir uma massa efetiva de quinhentos gramas e deve ser elevado de maneira a provocar uma queda livre de quarenta milímetros até o ponto de contato. A distância do centro de um martelo até o centro do martelo vizinho deve ser de cem milímetros. O funcionamento do conjunto deve ser automático permitindo que o tempo médio entre cada impacto seja de cem milissegundos com tolerância de cinco milissegundos. O tempo de percurso do martelo entre o impacto e sua elevação deverá ser menor que oitenta milissegundos.
O sistema de apoio (pés) do equipamento na superfície também deve atender aos requisitos no anexo A da norma ISO 140-7 (1998), sendo que os pontos de aderência da fonte de impactos com a superfície impactada deverão ser feitos de material flexível com características vibro-absorvente. Os pontos de fixação dos (pés) suportes à base do equipamento deverão manter a distância de cem milímetros até o centro do martelo mais próximo do apoio.
O Anexo A da Norma ISO 140-7 (1998) possibilita, por meio de requisitos, que o projetista do equipamento tenha liberdade para criar ou incorporar mecanismos ou outros dispositivos com o propósito de atender os critérios estabelecidos. O objetivo da norma
é padronizar o sinal emitido pela fonte sonora de impactos, independente do modelo ou do fabricante do equipamento. Entretanto, o que se constata atualmente mediante pesquisa de mercado é um número reduzido de fornecedores deste equipamento para atender a demanda nacional por ensaios de medição. São empresas estrangeiras que se empenharam em desenvolver esse tipo de fonte, mas nenhuma das empresas pesquisadas e contatadas produz esta fonte no Brasil.
Os representantes das empresas estrangeiras importam o equipamento de suas matrizes no exterior. O processo de importação é oneroso e moroso, notoriamente para a aquisição de peças de reposição, trazendo muitas vezes prejuízo para a rotina de manutenções que os equipamentos necessitam para seu funcionamento adequado. A dependência destes processos não contribui para o crescimento tecnológico, pois pode atrasar a aplicação da norma NBR 15575 (2013) de forma mais abrangente nas construções realizadas dentro do território nacional.
Cinco décadas após adoção da fonte pelas Normas ISO nos anos 60, foi possível encontrar alguns poucos modelos de fonte geradora de ruído de impacto padronizado, conforme mostra a Figura 2. Nos primeiros equipamentos, ainda nos estágios iniciais de desenvolvimento dos projetos, notam-se a forma rústica e os poucos recursos embarcados. Ao logo do tempo, com os resultados de suas aplicações em campo, os aspectos operacionais e estéticos foram refinados, incorporando os avanços tecnológicos de cada período.
Figura 2. A evolução da Tapping Machine em cinco décadas.
Fonte: Autor
Quando é acionado, o mecanismo da fonte geradora de impacto padronizado produz um ciclo de elevação e de queda para os martelos. Num ciclo completo de funcionamento, cada um dos martelos realiza o impacto no piso duas vezes por segundo (2 Hz). De modo sequencial os cinco martelos são alternados para produzir os impactos vibrando o pavimento. As vibrações produzidas são interpoladas enquanto são propagadas pelo sistema piso-teto e irradiadas para o ambiente receptor. devido a propagação oferecida pela estrutura e pelas vedações verticais (paredes). O ruído de impacto produzido no ambiente emissor e transmitido para o ambiente receptor pode ser mensurado e avaliado segundo os métodos normatizados
Segundo Gerges (2000), o pavimento se comporta como uma placa e a excitação resultante da sequência de impactos induzem todo o sistema do pavimento a vibrar produzindo frequências harmônicas.
Hopkins (2007) apresenta a Tapping Machine descrevendo matematicamente a transformação da energia produzida pelos impactos em vibrações e ruído aéreo. A Figura
3a apresenta de maneira gráfica os pulsos de energia produzida com os impactos dos martelos na superfície do piso em função do tempo. Uma parte da energia produzida pela sucessão de impactos induz vibração ao sistema piso teto. A superfície do piso pode transmitir essa vibração pela estrutura da edificação. A Figura 3b apresenta o gráfico de intensidade das frequências produzidas pela fonte sonora de impacto padronizado. Neste gráfico nota-se que a intensidade da força (F) é praticamente constante em baixas e médias frequências, sofrendo uma leve redução gradual em altas frequências.
Figura 3. Gráficos representativos do sinal produzido pela atuação da fonte sonora de impactos sobre uma superfície.
Fonte: Rabold et. al. (2010)
A rigidez no contato do sistema piso-laje é um fator determinante para a maior ou menor transmissão das vibrações pela estrutura. A vibração provocada à partir da superfície do piso é transmitida pela estrutura e irradiada na forma de ruído aéreo para o ambiente receptor. Este ruído pode ser registrado e avaliado por alguns tipos de medidor de nível de pressão sonora que contenham dispositivos analisadores de espectro, fornecendo os dados da medição para o cálculo do nível de pressão sonora de impacto padronizado (L’nT).
A Figura 4 ilustra os caminhos e a forma de propagação sonora do impacto pela estrutura de um edifício. A linha pontilhada representa a parcela de som direto emitido pelo sistema piso-teto excitado pela fonte de impactos, enquanto que setas representam o caminho percorrido pelas transmissões laterais e conexões estruturais.
Fonte: Autor
A norma NBR 15575-3 (2013) classifica o desempenho acústico oferecido pelo sitema piso-teto em situação de impactos por meio de um número único dado em dB. No método de cálculo deste número são utilizados os dados de campo dos níveis de pressão sonora de impacto padronizado (L’nT) em função de frequência.
O número único do nível de desempenho acústico para impactos é ponderado por meio de cálculos segundo as recomendações da norma ISO 717-2 (2013). O valor obtido por esses cálculos é o descritor do desempenho acústico proporcionado pelo sistema piso-teto divisor dos ambientes e denominado como nível de pressão sonora de impacto padronizado ponderado (L’nT,w). Nas avaliações de desempenho acústico oferecidos pelo sistema piso-teto com relação a impactos, o valor obtido mediante ensaio de campo é comparado com um dos três níveis de desempenho sugeridos no anexo “E” da norma NBR 15575-3 (2013) para estabelecer a classificação do sistema piso-teto da edificação entre os três níveis de desempenho normatizados pela ABNT.
3. METODOLOGIA
Esta pesquisa tem como propósito alcançar dois objetivos, sendo o primeiro a construção de uma fonte de impacto padronizado (protótipo) e o segundo a qualificação do protótipo. A qualificação do protótipo foi efetuada pela comparação dos resultados dos níveis sonoros de impacto padronizado, medidos em campo utilizando a fonte construída (protótipo) e o equipamento comercial importado, pertencente ao Laboratório de Conforto Ambiental e Física Aplicada (LACAF).
A qualificação do protótipo foi obtida mediante análise dos resultados em que ambas as fontes realizaram de forma idêntica os procedimentos e condições de medição do nível de pressão sonora de impactos em campo Li. Os valores referentes aos parâmetros do tempo de reverberação (T) e nível de pressão sonora ambiente (B) foram utilizados de forma idêntica para as correções do nível obtido com emprego do protótipo (Li,prot), com o emprego da fonte de impactos comercial (Li,com) e na determinação do descritor acústico L’nT,w para os sistemas piso-teto avaliados no presente trabalho.
3.1 Método para o desenvolvimento do protótipo
O planejamento que deu início ao trabalho de construção do protótipo da fonte sonora de impacto padronizado envolveu pesquisas sobre as normas nacionais e internacionais que tratam do tema desempenho acústico de impactos em pisos, sobre as técnicas aplicadas ao desenvolvimento de projetos, contemplando a realidade do mercado nacional e sua adaptabilidade aos padrões que caracterizam a fonte de impactos. Estas pesquisas foram realizadas na fase inicial do trabalho e foram apresentadas em reuniões para discussão do projeto, estabelecendo rede de contatos de trabalho com técnicos e especialistas da UNICAMP, facilitando a especificação de materiais, de peças e serviços necessários para a construção da fonte sonora de impacto padronizado.
Para desenvolver um protótipo de uma fonte sonora de impacto padronizado é necessário observar os requisitos e atender os critérios estabelecidos no anexo A da
norma ISO 140-7 (1998). Estes requisitos e critérios são descritos na Tabela 2 e estabelecem as metas a serem alcançadas para que a fonte geradora de impacto padronizado tenha um funcionamento adequado.
Tabela 2. Requisitos e critérios aplicados pela ISO 140 para a Tapping Machine
Para construir um equipamento que atenda aos requisitos da norma ISO 140-7 (1998), foi necessária a pesquisa de referências internacionais sobre os modelos existentes, seus fabricantes, as características dos componentes bem como a interação entre componentes que formam o sistema eletromecânico da fonte de impactos. A partir destes resultados foram estabelecidos os critérios para decidir qual equipamento comercial seria utilizado como modelo para o protótipo.
Uma fonte sonora de impacto padronizado que atende as prescrições do anexo A da norma ISO 140-7 (1998) é o modelo comercial 3207 da empresa Brüel & Kjær, apresentado na Figura 5. Este equipamento foi utilizado como referência para definir as características dos materiais e a integração entre as partes componentes dos sistemas do protótipo de fonte geradora de impactos construída neste trabalho. O equipamento, pertencente ao LACAF-UNICAMP, foi fotografado e filmado em funcionamento para registrar e verificar a atuação de seus mecanismos.
Foram utilizados os laboratórios especializados da Faculdade de Engenharia Mecânica da UNICAMP para executar o levantamento dos formatos e das dimensões das peças que formam os sistemas estruturais e mecânico, utilizando instrumentos adequados para fornecer a precisão requerida pela norma ISO 140-7 (1998). Tais ações
Requisitos Anexo A ISO 140-6,7,8 Unidades
Massa do martelo 500 ± 6 ou 12* g
Diâmetro do martelo 30 ± 0,2 mm
Raio de curvatura 500 ± 100 mm
Desvio do ângulo normal 0 ± 0,5 º
Velocidade de Impacto 886 ± 33 ou 22* mm/s
Intervalo entre impactos 100 ± 20 Tempo (ms)
Medio entre impactos 100 ± 5 Tempo (ms)
* Quando a massa do martelo é 500±6 g - Tolerância de velociadade 33mm/s Quando a massa do martelo é 500±12 g - Tolerância de valocidade 22mm/s
foram possíveis mediante a disponibilização de assessoria técnica especializada na área de projeto e construção de equipamentos mecânicos.
Os formatos com as respectivas dimensões de cada peça componente do sistema estrutural e do sistema mecânico destinadas à usinagem foram transcritas para o software Solidworks da empresa Dassault Systèmes com a finalidade de modelagem e desenho digital. Foram adquiridos os materiais necessários à confecção das peças e os desenhos foram encaminhados para execução de trabalhos em metal por uma empresa especializada. As peças mais complexas como rolamentos, polias e correia dentada, motor e motorredutor, assim como as peças componentes do sistema eletromotriz foram selecionadas em catálogos comerciais disponíveis no mercado nacional.
Figura 5. Fonte Sonora de Impacto Padronizado Modelo B&K 3207 da Brüel & Kjær, referência para o estudo do protótipo
Fonte: Autor
O anexo A da norma ISO 140-7 (1998) prescreve que o equipamento deve conter cinco martelos dispostos de maneira linear e que a distância compreendida entre os eixos centrais de martelos vizinhos deve ser de (100+/-3) mm. A distância entre os pontos de fixação dos suportes e os martelos vizinhos a estes pontos devem ser de pelo menos 100 mm.
O suporte do equipamento deverá ser equipado com almofadas isolantes de vibração nos pontos de contato com a superfície de apoio. Cada martelo deve ser cilíndrico com a superfície de impacto medindo (30+/- 0,2) mm de diâmetro e curvatura esférica de (500+/-100) mm. O peso total do martelo deve ser de (500+/-12) g. Ele deve ser elevado a uma altura de 40 mm e sofrer queda livre perpendicular à superfície com tolerância de 5%, para desempenhar no momento do impacto uma velocidade de 866 mm/s. O atrito produzido pelo contato das guias de condução no percurso deverá ser levado em consideração para ajustar a velocidade da queda.
Para reproduzir o movimento de elevação e queda de forma padrão, o anexo A da norma ISO 140-7 (1998) exige que o tempo entre a elevação e queda do martelo deva ser menor que 80 ms. O tempo médio entre os impactos dos martelos deve ser de (100+/-5) ms, enquanto que o tempo entre os impactos sucessivos deve ser de (100+/-20) ms.
3.2 Método para determinação do nível de pressão sonora de impacto padronizado
As medições relativas ao nível de isolamento sonoro de impacto propostas neste trabalho foram realizadas em campo, seguindo o método normatizado pela ISO 140
Acoustics — Measurement of sound insulation in buildings and of building elements. Part 7: Field measurements of impact sound insulation of floors. É o método indicado pela
norma brasileira, ABNT-NBR 15575-3 (2013), descrito como método de engenharia realizado em campo para medir o desempenho acústico de pisos com relação a impacto padronizado.
O procedimento para medição do nível de pressão sonora do ruído de impacto em função de frequências, utiliza dois ambientes de uma edificação, posicionados em pavimentos distintos compartilhando uma área da vedação horizontal (lajes) e outros elementos estruturais, como paredes, vigas e pilares.
O elemento de vedação horizontal que separa os dois ambientes deve atuar como sistema piso-teto, sendo considerado também a existência ou não de elementos intermediários, como por exemplo, a presença de pisos flutuantes ou revestimentos de teto no ambiente do pavimento inferior. Seguindo o método descrito na norma ISO 140-7 (1998), o ambiente do pavimento superior é chamado de emissor e o ambiente do pavimento inferior é chamado de sala receptora ou ambiente receptor.
O método para medição consiste na excitação do sistema piso-teto-paredes do ambiente receptor por emissão de impacto padronizado na superfície do piso do ambiente emissor, em no mínimo, quatro pontos distintos.
O ruído produzido pela atuação da fonte de impacto em cada ponto de emissão deve ser captado pelo medidor de nível de pressão sonora em, no mínimo, quatro pontos distintos no ambiente receptor.
O valor médio do nível de pressão sonora (L) é determinado para um ponto de emissão de impacto por meio da média espacial dos valores dos níveis de pressão sonora em decibel (dB) em função do número de pontos de recepção (Lj) medidos dentro de um
ambiente conforme Equação 1.
𝐿 = 10 ∗ 𝑙𝑜𝑔 [ 1 𝑛∑ 10 𝐿𝑗/10 𝑛 𝑗=1 ] (1)
O nível de pressão sonora de impacto (Li) é determinado pelo valor médio dos
níveis de pressão sonora (L) em função frequência em bandas de 1/3 de oitava entre todos os pontos de emissão de impacto (E) medidos na sala receptora, quando o sistema piso-teto compartilhado entre os ambientes avaliados é submetido à excitação por uma fonte sonora de impacto padronizado.
O nível de pressão sonora de impacto normalizado (L’n) apresentado na Equação
2 é obtido mediante a correção dos valores de (Li), aplicando uma adição referente a
influência da taxa de absorção sonora das superfícies componentes do ambiente receptor. A taxa de absorção sonora é obtida na divisão do valor medido da área de
absorção sonora média na sala receptora (A), em metros quadrados, por um valor de referência definido pela norma ISO 140-7 (1998), (A0 = 10 m2).
𝐿´𝑛 = 𝐿𝑖 + 10 ∗ 𝑙𝑜𝑔 𝐴
𝐴𝑜 (𝑑𝐵) (2)
Quando a emissão da energia irradiada pela fonte sonora é interrompida, a energia sonora existente na sala não desaparece imediatamente e sim decresce gradualmente. A razão desse decaimento é ditada pela quantidade de energia sonora absorvida no ambiente. A permanência do som audível no ambiente é chamada de reverberação. O tempo dessa permanência do som é tradicionalmente associado às características acústicas do ambiente ensaiado.
O tempo de reverberação (T) é o parâmetro que caracteriza acusticamente um ambiente, sendo normalmente associado aos conceitos de crescimento e decaimento sonoro. Quando uma fonte de ruído é acionada em um ambiente, a energia sonora medida em um determinado ponto crescerá na razão de uma série de pequenos incrementos, relativos às reflexões advindas das superfícies presentes no ambiente, até atingir um estado de equilíbrio tal que a energia sonora absorvida pelas superfícies seja igual a energia irradiada pela fonte sonora.
O tempo de reverberação determinado para um ambiente (T) é definido como o tempo que o som leva para decair em 60 dB após cessar o som direto emitido (EGAN, 2007). Dos estudos realizados por Sabine no final do século XIX, concluiu-se que o som em um determinado ambiente era influenciado por dois fatores: o volume do ambiente e a quantidade em área de material de absorção dentro deste ambiente. Segundo Sabine, o tempo de reverberação pode ser calculado pela Equação 3:
𝑇 = 0,16 ∗𝑉
𝐴 (𝑠)
onde: T= Tempo de reverberação em função da frequência; V= Volume interno do ambiente;
A= Área de absorção média dada por:
𝐴 = Σ𝑆𝑖α𝑖 + Σ𝑎𝑖 + 𝑥𝑉 (3.1) onde: Si = área das superfícies de absorção;
αi = coeficiente de absorção;
ai = coeficiente de absorção de objetos; x = coeficiente de absorção do ar; V = Volume do ambiente.
Conforme descreve a norma ISO 140-7 (1998), o nível de pressão sonora de impacto padronizado (L’nT) é obtido mediante a correção dos valores do nível de pressão
sonora de impacto em função de frequências (Li ), por um termo dado em decibel (dB)
referente a influência do tempo de reverberação do ambiente receptor. A influência da reverberação do ambiente pode ser determinada pela razão do tempo de reverberação medido no ambiente em segundos (s), por um valor de tempo de reverberação de referência definido para habitações (T0 = 0,5 s). Na Equação 4 apresenta-se a expressão para o cálculo de L’nT.
𝐿´𝑛𝑇 = 𝐿𝑖 − 10 ∗ 𝑙𝑜𝑔 𝑇
𝑇𝑜(𝑑𝐵) (4)
As instruções normativas da norma ISO 3382-2 (2013) propõem o estudo do tempo de reverberação em bandas de oitava entre as faixas de 125 Hz a 4.000 Hz. Como opção para um estudo mais aprofundado, pode-se alterar a faixa de frequência e utilizar bandas de frequência de 1/3 de oitava entre 100 Hz e 5000 Hz.
Durante a realização do ensaio de medição para determinação do tempo de reverberação em função de frequências dos ambientes receptores foram seguidas as diretrizes da norma ISO 3382 (1997), que prevê a utilização da fonte de ruído aéreo omnidirecional amplificada e de um analisador de nível de pressão sonora em função de frequências com filtro de 1/3 de oitava. Para a realização das medidas desses
