Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Acústica Profesor Patrocinante: Dr. George Sommerhoff H. Instituto de Acústica Universidad Austral de Chile Profesores informantes: Sr. Roberto Flores Rosales Instituto de Acústica Universidad Austral de Chile Sr. Rodrigo Torres Alarcón Instituto de Acústica Universidad Austral de Chile

“ESTUDIO TEORICO Y PRÁCTICO DEL COMPORTAMIENTO FONOABSORBENTE DE ELEMENTOS PERFORADOS CON GRANDES CAMARAS DE AIRE” Tesis para optar al grado de: Licenciado en Ciencias de la Ingeniería: Y al Título profesional de: Ingeniero Civil Acústica

JUAN IGNACIO VICENCIO ARRIAGADA VALDIVIA – CHILE 2013

…A mi madre, por su paciencia y apoyo incondicional.

b

ÍNDICE DE CONTENIDOS RESUMEN......................................................................................................................... I ABSTRACT ...................................................................................................................... II 1.INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 1 2.OBJETIVOS ................................................................................................................... 2 2.1.Objetivo general ........................................................................................................... 2 2.2.Objetivos específicos ................................................................................................... 2 3.MARCO TEÓRICO ........................................................................................................ 3 3.1.NORMATIVAS ........................................................................................................... 3 3.1.1.ISO 354: Acoustics – Measurement of sound absorption in a reverberation room .. 3 3.1.2.ISO 9613-1: Acoustics – Attenuation of sound during propagation outdoors. ....... 11 3.2.REVISION BIBLIOGRAFICA ................................................................................. 13 3.2.1.Coeficiente de absorción sonora. ............................................................................ 13 3.2.2.Resonador de Helmholtz ......................................................................................... 16 3.2.3.Resonadores acoplados ........................................................................................... 20 4.MATERIALES Y METODOS ..................................................................................... 26 4.1.EQUIPAMIENTO ..................................................................................................... 26 4.1.1.Laboratorio de ensayos ........................................................................................... 26 4.1.2.Instrumental electroacústico. .................................................................................. 28 4.2.MONTAJE ................................................................................................................. 29 4.2.1.Disposiciones generales .......................................................................................... 29 4.2.2.Elementos sometidos a ensayo. ............................................................................... 32 4.3.ENSAYOS. ................................................................................................................ 38 5.RESULTADOS. ............................................................................................................ 40 6.CONCLUSIONES. ....................................................................................................... 50 6.1.ANALISIS DE LOS RESULTADOS. ....................................................................... 50 6.2.DISCUSION. ............................................................................................................. 52 7.BIBLIOGRAFIA. ......................................................................................................... 53 ANEXOS ......................................................................................................................... 55

RESUMEN El presente estudio se desarrolla en el marco de la solicitud realizada por Knauf Chile para determinar el comportamiento fonoabsorbente de placas de cartón-yeso perforadas Knauf Cleaneo, considerando cavidades interiores lo suficientemente grandes como para simular adecuadamente el montaje de un cielo falso y bajo distintas configuraciones en el posicionamiento de material absorbente poroso al interior de la cavidad. Además de lo mencionado, y para complementar el estudio, se repitieron todos los ensayos utilizando las mismas placas de cartón-yeso Knauf Cleaneo, pero esta vez retirando el velo permeable que incorporan. Por último, se desarrollaron dos configuraciones de elementos perforados en base a listones de pino cepillado, los cuales fueron sometidos a las mismas pruebas. El procedimiento de mediciones se realizó conforme a lo establecido por la normativa ISO 354, para el método de ruido interrumpido. El laboratorio en el cual se realizaron los ensayos corresponde a la cámara reverberante de la Universidad Austral de Chile, la cual cumple con las exigencias de volumen y forma establecidas por la misma normativa. Los resultados mostraron que la absorción es significativa solo cuando se está en presencia de un material absorbente poroso en la cavidad o cuando existe la tela permeable en la cara opuesta de las placas, de lo contrario el porcentaje de energía acústica absorbida por el elemento es despreciable. Además, a medida que se incrementa la cavidad de aire posterior al elemento perforado, las curvas de absorción tienden a ser más estables en todo el rango de frecuencias, con valores que oscilan en torno al 30% aproximadamente. Por el contrario, a medida que la cavidad se hace más pequeña, la curva de absorción comienza a revelar peaks de absorción similares al que generaría un resonador, con la notoria diferencia en el decaimiento de la curva de absorción antes y después del peak, en donde los elementos ensayados mantenían valores de absorción superiores al 20% en todo el rango de frecuencias, lo cual difiere de la característica caída abrupta en los valores de absorción de resonadores convencionales para frecuencias fuera del rango de resonancia. Por otra parte, se observó que existen pequeñas diferencias en la curva de absorción por el hecho de ubicar el material absorbente poroso inmediatamente después de la placa u opuesto contra la losa, la magnitud de las diferencias se debe a la resistencia de flujo que caracteriza el material absorbente poroso utilizado, Fisiterm ST, que presenta un valor muy bajo; sin embargo, al incorporar la resistencia de flujo provista por el velo permeable en la cara posterior de la placa, la curva de absorción sufre un incremento de alrededor de un 20% y el peak de absorción para las configuraciones con cavidades más pequeñas se marca aun más. Por último, se realizó una pequeña revisión de la teoría de absorción en resonadores convencionales. Se encontraron pequeñas similitudes en el comportamiento de la curva teórica de absorción, pero insuficientes para determinar el comportamiento fonoabsorbente de estos sistemas, lo que deja manifiesto la necesidad del desarrollo de un modelo predictivo para estos casos. DESCRIPTORES: Coeficiente de absorción, elementos perforados, resonadores, absorbentes porosos. I

ABSTRACT The present research was developed as part of the request made by Knauf Chile to determine the behavior of sound absorbing plates perforated plasterboard Knauf Cleaneo, considering internal cavities large enough to properly simulate the assembly of a false ceiling and under different configurations in positioning the porous absorbent material inside the cavity. Besides the above, and to complement the study, all measurements were repeated using the same plates Cleaneo Knauf plasterboard, this time removing the permeable fabric that incorporates. Finally, it was developed a punched element composed of brushing pine strips, which was subjected to the same tests. The measurement procedure was performed as established by ISO 354, for the interrupted noise method. The laboratory in which the tests were carried out corresponds to the reverberation room of the Universidad Austral de Chile, which meets the requirements of volume and shape established by the same criterion. The results showed that the absorption is significant only when in the presence of a porous absorbent material in the cavity or there permeable fabric on the opposite side of the plates, otherwise the rate of acoustic energy is absorbed by the element negligible. Also, with increasing the air cavity after perforated plate, the absorption curves tend to be more stable over the entire range of frequencies, with values ranging around 30%. Conversely, as the cavity becomes smaller, the absorption curve begins to reveal similar absorption peaks that would generate the resonator, with the notable difference in the decay of the absorption curve before and after the peak in where the elements tested absorption values remained above 20% throughout the range of frequencies which differs from the characteristic abrupt drop in absorption values of conventional resonators frequencies outside the resonance range. Moreover, it was observed that minor differences in the absorption curve because locating the porous absorbent material immediately after or opposite the plate against the slab, the magnitude of the difference is due to the flow resistance which characterizes porous absorbent material used Fisiterm ST, which has a very low value, however, incorporating the flow resistance provided by the permeable veil on the rear face of the plate, the absorption curve undergoes an increase of about 20% and the absorption peak for configurations with smaller cavities brand even more. Finally, there was a brief review of the theory of absorption in conventional resonators. They found small similarities in the behavior of the theoretical curve of absorption but insufficient to determine the behavior of these systems sound absorbing, leaving out the need for the development of a predictive model for these cases. KEYWORDS: Absorption coefficient, perforated plates, resonant absorbers, porous absorbers.

II

1.

INTRODUCCIÓN

En el área de acondicionamiento acústico, como también en el control de ruido, es usualmente requerido el control del tiempo de reverberación al interior de los recintos para lograr niveles de energía sonora que otorguen una calidad ambiental adecuada o bien para disminuir la energía sonora al interior de los mismos, favoreciendo indirectamente el aislamiento de las salas. Usualmente el consultor acústico recurre a la implementación de elementos fonoabsorbentes sobre las superficies de muros, tabiques, pisos o cielos al interior del recinto en cuestión, no obstante, en recintos con volúmenes importantes, no siempre es posible alcanzar los valores requeridos de tiempo de reverberación con las superficies disponibles, más aun, no siempre es posible revestir los pisos, muros o tabiques con elementos fonoabsorbentes. Bajo esta condición, la alternativa que queda es utilizar el cielo como elemento fonoabsorbente. En el mercado nacional nos podemos encontrar con una variada oferta de elementos fonoabsorbentes, dentro de los cuales se distingue un subconjunto de elementos perforados constituidos por materiales duros tales como madera, metal o cartón-yeso, algunos de los cuales incorporan telas permeables en su interior que incrementan el comportamiento fonoabsorbente de los mismos. Estos pueden ser montados de forma tal de configurar un resonador acústico, el cual resulta en un fonoabsorbente selectivo en banda de frecuencia. La problemática ocurre cuando nos enfrentamos a configuraciones de cielos fonoabsorbentes perforados en donde la cavidad de aire debe ser lo suficientemente grande como para permitir el paso de cañerías, ductos, escalerillas eléctricas, etc. Aquí, la configuración de resonador deja de tener validez debido a que la cavidad interior se deja de comportar como una compliancia acústica y por lo tanto, los algoritmos existentes para predecir el comportamiento acústico fonoabsorbente de resonadores tampoco son válidos. Por las razones mencionadas, el presente estudio pretende determinar empíricamente el comportamiento fonoabsorbente de elementos perforados con grandes cavidades de aire bajo distintas configuraciones, estableciendo de esta forma las bases para futuros desarrollos en el área.

1

2.

OBJETIVOS

2.1.

OBJETIVO GENERAL

Determinar empíricamente el comportamiento fonoabsorbente de elementos perforados con grandes cavidades de aire bajo distintas configuraciones de montaje.

2.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Evaluar el comportamiento fonoabsorbente de placas de cartón-yeso perforadas Knauf Cleaneo, considerando cavidades interiores de 18, 28 y 38 cm, bajo distintas configuraciones en el posicionamiento de material absorbente poroso al interior de la cavidad.  Evaluar las variaciones en el comportamiento fonoabsorbente de elementos perforados con el incremento en la cavidad de aire.  Evaluar las variaciones en el comportamiento fonoabsorbente de elementos perforados con la inserción de material absorbente poroso en distintas posiciones al interior de la cavidad de aire.  Evaluar las variaciones en el comportamiento fonoabsorbente de elementos perforados al incorporar una tela permeable en la cara posterior del elemento perforado.  Realizar estudio de la teoría existente para la predicción del coeficiente de absorción sonora de resonadores perforados con el fin de detectar similitudes con los sistemas ensayados.

2

3.

MARCO TEÓRICO

En el presente capítulo se realiza un resumen de las normativas utilizadas para la obtención del coeficiente de absorción sonora de elementos perforados. Los contenidos expuestos a continuación comprenden solo aquellos utilizados durante el procedimiento de mediciones y posteriormente en el cálculo del coeficiente de absorción sonora de cada elemento sometido a ensayo. Consecutivamente, se desarrolla una pequeña revisión de la teoría para lograr predecir el coeficiente de absorción sonora de resonadores perforados convencionales. Si bien los elementos ensayados no corresponden a resonadores perforados convencionales, el objetivo que se persigue es el de detectar posibles similitudes en el comportamiento fonoabsorbente de los elementos ensayados y la teoría mencionada, que sirvan de base para desarrollos futuros en el área.

3.1.

NORMATIVAS

3.1.1. ISO 354: Acoustics – Measurement of sound absorption in a reverberation room 3.1.1.1.

Alcances

Especifica un método de medición en cámaras reverberantes para la obtención del coeficiente de absorción sonora de materiales acústicos usados como tratamientos de cielos o muros. Los resultados obtenidos pueden ser utilizados con propósitos comparativos o de diseño con respecto a la acústica de salas o el control de ruido. 3.1.1.2.

Referencias normativas

 ISO 266, Acoustics – Preferred frequencies.  ISO 9613-1, Acoustics – Attenuation of sound during propagation outdoors – Part1: Calculation of the absorption of sound by the atmosphere.  IEC 61260, Electroacoustics – Octave-band and fractional-octave-band filters. 3.1.1.3.

Definiciones

 Curva de decaimiento: Representación gráfica del decaimiento de nivel de presión sonora en función del tiempo al interior de una sala, luego de que la fuente de sonido se ha detenido.  Tiempo de reverberación T: Tiempo, en segundos, que es requerido para que el nivel de presión sonora al interior de una sala decaiga 60 dB, luego de que la fuente de sonido se ha detenido. 3

NOTA: La definición de T con un decaimiento de 60 dB en el nivel de presión sonora puede ser alcanzada mediante la extrapolación lineal de rangos de evaluación más cortos, asumiendo que bajo una condición ideal, existe una relación lineal entre el nivel de presión sonora y el tiempo, además de un ruido de fondo lo suficientemente bajo.  Método de ruido interrumpido: Método para la obtención de las curvas de decaimiento mediante la toma directa del decaimiento del nivel de presión sonora luego de haber excitado la sala con ruido de banda ancha o limitada.  Área de absorción de sonido equivalente: Área hipotética de una superficie totalmente absorbente, sin efectos de difracción, la cual resultaría en el mismo tiempo de reverberación de la sala en consideración, de ser la única superficie al interior de la misma. NOTA: Para la cámara reverberante vacía, esta magnitud es denotada por A1; Para la cámara reverberante con el elemento sometido a ensayo en su interior, esta magnitud es denotada por A2.  Área de absorción de sonido equivalente del elemento ensayado, AT: Diferencia entre el área de absorción de sonido equivalente de la sala con y sin el elemento sometido a ensayo.  Área del elemento sometido a ensayo, S: Área del piso o muros cubiertos por el elemento sometido a ensayo.  Coeficiente de absorción sonora, αS: Razón del área de absorción de sonido equivalente del elemento sometido a ensayo dividido por la superficie del mismo. 3.1.1.4.

Principio

El tiempo de reverberación promedio en la cámara reverberante es medido con y sin el elemento sometido a ensayo. De estos valores, el área de absorción de sonido equivalente, AT, es calculado mediante la ecuación de Sabine. Cuando el elemento sometido a ensayo cubre uniformemente una superficie (un absorbente plano o un arreglo de elementos), el coeficiente de absorción es obtenido mediante la división de AT por la superficie tratada. 3.1.1.5.

Rango de frecuencias

Las mediciones pueden ser realizadas en bandas de tercio de octava con las siguientes frecuencias centrales, en hertz, según especifica ISO 266:100,125,160,200,250,315,400,500,630,800,1000,1250,1600,2000,2500,3150,4000,5 000. Mediciones adicionales pueden ser realizadas en bandas de tercio de octava especificadas por ISO 266 fuera del rango. Especialmente en bajas frecuencias (bajo 100 4

Hz), puede ser muy difícil obtener resultados de mediciones exactos debido a la baja densidad modal de la cámara reverberante. 3.1.1.6.

Requerimientos para el ensayo

Referidos al laboratorio 

Requisitos de volumen y forma de la cámara reverberante El volumen de la cámara reverberante debe ser de al menos 150 m³. Para nuevas construcciones, el volumen recomendado es de al menos 200 m³. Cuando el volumen de la sala es superior a los 500 m³, no será posible medir con exactitud el coeficiente de absorción sonora en frecuencias altas debido a la absorción del aire. La forma de la cámara reverberante debe ser tal de cumplir con la siguiente condición: (1) Donde Es la longitud de la mayor línea recta que encaja dentro de los límites de la sala, en metros. Es el volumen de la sala en metros cúbicos. Para alcanzar una distribución uniforme de frecuencias naturales, especialmente en bajas frecuencias, no deberán existir dos dimensiones de la sala que estén en proporción a números enteros pequeños.



Difusión del campo sonoro El decaimiento del campo sonoro al interior de la sala debe ser lo suficientemente difuso. Para alcanzar una difusión adecuada sin importar la forma de la sala, es generalmente requerido el uso de difusores, suspendidos o estacionarios, o álabes rotatorios.



Área de absorción de sonido El área de absorción de sonido equivalente de la sala vacía, A1, determinada en tercios de octava, no debe exceder los valores que se ilustran en la tabla 3.1.

5

Tabla 3.1.- Áreas de absorción de sonido equivalente máximas para salas de volumen 200 m³. Frecuencia, Hz

100

125

160

200

250

315

Área de absorción de sonido equivalente, m²

6.5

6.5

6.5

6.5

6.5

6.5

Frecuencia, Hz

400

500

630

800

1000

1250

Área de absorción de sonido equivalente, m²

6.5

6.5

6.5

6.5

7.0

7.5

1600

2000

2500

3150

4000

5000

8.0

9.5

10.5

12

13

14

Frecuencia, Hz Área de absorción de sonido equivalente, m²

Referidos al elemento sometido a ensayo 

Requisitos de superficie, forma y posicionamiento del elemento sometido a ensayo Para ensayos realizados en laboratorios de 200 m³ de volumen, el elemento sometido a ensayo debe contar con una superficie comprendida entre 10 y 12 m². Debe ser de forma rectangular con una razón de largo por ancho comprendida entre 0.7 y 1. Debe ser ubicado de forma tal de dejar un área libre perimetral de al menos 0.75 mt (idealmente 1 mt).



Requisitos de montaje Tipo E El elemento sometido a ensayo es montado con una cámara de aire posterior. El sufijo de la designación (por ejemplo E-200) corresponde a la distancia, en milímetros, comprendida entre la cara expuesta y la superficie de la sala tras el elemento, redondeado al entero múltiplo de 5mm más cercano. Los accesorios de montaje pueden ser construidos en metal, madera u otro material no-poroso con una densidad superficial de masa de al menos 20 Kg/m². Debe encerrar la cavidad de aire tras el elemento sin ninguna partición interior, salvo que se disponga en el marco de la muestra. Las juntas entre el montaje y la superficie de la sala, como también entre el montaje y el elemento sometido a ensayo, deben ser selladas para prevenir filtraciones de aire entre la cavidad y la sala. Los accesorios de montaje deben cubrir todo el perímetro de la muestra. 6

El montaje Tipo E puede ser ubicado sobre el piso de la sala con el elemento sometido a ensayo apuntando hacia arriba, a menos que la configuración de la muestra afecte la absorción del sonido debido a efectos gravitacionales. Referidos a las condiciones medioambientales 

Temperatura y humedad relativa Los cambios en la temperatura y en la humedad relativa durante el transcurso de las mediciones pueden tener un gran efecto en las mediciones de tiempo de reverberación, especialmente en frecuencias altas y a una baja humedad relativa. Los cambios son descritos cuantitativamente en ISO 9613-1 Las mediciones deben ser realizadas bajo condiciones de temperatura y humedad relativa sin grandes variaciones, por lo que ajustes debido a la absorción del aire no serán significativos. En cualquier caso, la humedad relativa al interior de la sala debe estar comprendida entre un 30% y un 90%. La temperatura debe ser al menos 15 °C durante todo el ensayo. Para cualquier medición, las correcciones debido a cambios en la absorción del aire pueden ser realizadas.

3.1.1.7.

Mediciones

La presente normativa establece dos métodos para la obtención de la curva de decaimiento: el método de respuesta al impulso integrada y el método de ruido interrumpido, siendo este ultimo el utilizado para realizar los ensayos de los sistemas sometidos a inspección. 

Disposiciones y requerimientos del equipamiento Los micrófonos utilizados para realizar la medición deben ser omnidireccionales. La ubicación de los mismos debe respetar un distanciamiento de al menos 1.5 m entre sí, 2 m de cualquier fuente y 1 m de cualquier punto correspondiente al elemento sometido a inspección u otro correspondiente a la superficie de la sala. El ruido al interior de la cámara reverberante debe ser generado por una fuente con patrón de radiación omnidireccional. Las posiciones de la fuente deben respetar una distancia de al menos 3 m entre sí. El número de mediciones espacialmente independientes debe ser de al menos 12. Por otra parte, el número mínimo en el posicionamiento de micrófonos puede ser tres y el mínimo de posiciones de fuentes debe ser 2. En combinación se debe alcanzar un mínimo de 12 mediciones espacialmente independientes con las restricciones descritas. El sistema de control deberá ser un grabador de nivel o cualquier otro sistema adecuado para la determinación de la pendiente media de la curva de decaimiento de

7

tiempo de reverberación correspondiente, incluyendo los amplificadores y filtros necesarios. La constante de tiempo de un instrumento de promediado exponencial debe ser al menos, o en lo posible lo más cercano a T/20. La constante de tiempo de un instrumento de promediado lineal debe ser al menos de T/12. En instrumentos en los cuales la curva de decaimiento es formada como una sucesión de puntos discretos, el intervalo de tiempo entre muestras medidas debe ser menor que el tiempo de promedio del instrumento (150m³; 200 m³ recomendados

V=200 m³

Dimensiones de la sala en proporción de números enteros pequeños.

No existe

Además, cumple con los requerimientos de área de absorción equivalente para sala vacía, de acuerdo a como se ilustra en la tabla 4.2. Tabla 4.2.- Áreas de absorción de sonido equivalente máximas requeridas vs medidas en laboratorio de ensayos. Frecuencia, Hz

100

125

160

200

250

315

Área de absorción de sonido equivalente máxima requerida , m²

6.5

6.5

6.5

6.5

6.5

6.5

Área de absorción de sonido equivalente medida , m²

3.8

2.9

2.4

2.4

2.4

2.2

Frecuencia, Hz

400

500

630

800

1000

1250

Área de absorción de sonido equivalente máxima requerida , m²

6.5

6.5

6.5

6.5

7.0

7.5

Área de absorción de sonido equivalente medida , m²

2.1

2.1

2.2

2.4

2.6

2.9

27

Frecuencia, Hz

1600

2000

2500

3150

4000

5000

Área de absorción de sonido equivalente máxima requerida , m²

8.0

9.5

10.5

12

13

14

Área de absorción de sonido equivalente medida , m²

3.4

4.2

5.1

6.2

7.9

11.2

El tratamiento recomendado de difusión de sonido al interior de la sala no fue realizado debido al incremento de los costos. 4.1.2. Instrumental electroacústico. A continuación se tabulan los instrumentos electroacústicos utilizados durante los ensayos junto con sus principales características. Instrumento

Características principales

Fuente de presión sonora Altavoz BP012 -Dodecaedro omnidireccional Cesva FP120 -Espectro de frecuencias de 50 Hz a 5kHz -Admite hasta 600 W RMS Amplificador AP601 -Generador de ruidos blanco y rosa paramétrico -Dos canales mono -31 bandas de ecualización de tercio de octava -Respuesta de frecuencias desde los 10 Hz hasta los 50 kHz -Rango dinámico de 108 dB Sonómetro Brüel & Kjær -Micrófono clase 1 -Respuesta de frecuencias lineal comprendida entre 4.2 Hz tipo 2250 y 22.4 kH - Rango dinámico de 16.6 a 140 dBA. Ecualizador dbx 231

28

4.2.

MONTAJE

4.2.1. Disposiciones generales Se diseñó un montaje que permitiera variar la cavidad de aire posterior al elemento sometido a ensayo (3 alturas) para así realizar ensayos E-200, E-280 y E-380. Para asegurar el hermetismo y aislamiento al ruido aéreo del montaje, el marco fue compuesto por piezas de madera de pino cepillado 2” de espesor (densidad superficial mayor a 20 Kg/m²) y uniones apernadas más sellador acrílico para evitar puentes acústicos producto de imperfecciones en la madera, de acuerdo a como se ilustra en la Figura 4.2

PERNOS SELLADOR ACRÍLICO PERNOS SELLADOR ACRÍLICO

Figura 4.2.- Fotografía de sellado en marco de resonador perforado. Para variar la altura del montaje, se utilizaron hilos apernados al listón de la base, los cuales sirven como “guías” y anclajes para las piezas superiores, a medida que se aumenta la altura. Al igual que antes, se incorpora sellador acrílico para asegurar el hermetismo (figura 4.3)

29

HILO GUIA

HILO ANCLADO SELLADOR ACRÍLICO

Figura 4.3.- Variación de altura en marco de montaje. Para sostener el elemento sometido a ensayo a las distintas alturas, se diseñó un entramado de madera con listones de 1x2” espaciados a distancias de 50 cm aproximadamente, el cual es soportado a su vez por listones ubicados en cada unión del entramado. La estructura completa se ilustra en la Figura 4.4, para el montaje de mayor altura.

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LISTON DE SOPORTE ENTRAMADO DE MADERA ENTRAMADO DE MADERA

MARCO

MARCO ENTRAMADO DE MADERA LISTON DE SOPORTE ENTRAMADO DE MADERA

LISTONES DE SOPORTE ENTRAMADO DE MADERA PARA LAS TRES ALTURAS DE ENSAYO

Figura 4.4.- Montaje completo para la mayor altura.

31

4.2.2. Elementos sometidos a ensayo. Los elementos sometidos a ensayos fueron construidos utilizando distintas combinaciones de los siguientes materiales.  Elementos perforados -Placas de cartón-yeso Kanuf Cleaneo - Modelo circular rectilínea 8/18 R - Modelo circular aleatoria plus 8/15/20 - Modelo ranurada en bloque tipo Slotline B4 - Placas de cartón-yeso Kanuf Cleaneo sin velo permeable - Modelo circular rectilínea 8/18 R - Modelo circular aleatoria plus 8/15/20 - Modelo ranurada en bloque tipo Slotline B4 -Panel ranurado de listones de pino cepillado 1x2” espaciados en 1cm. -Panel ranurado de listones de pino cepillado 1x2” espaciados en 2cm.  Elemento absorbente poroso - Fisiterm Estándar 5cm de espesor Cada elemento perforado se sometió a ensayo variando la altura del montaje en las tres posiciones mencionadas y variando la ubicación del material absorbente poroso en la cavidad interior (ubicado en la cara posterior del elemento perforado y contra la losa). Además, se realizaron ensayos adicionales sin la incorporación de material absorbente poroso en la cavidad. Todos los elementos sometidos a ensayo contaban con una superficie de 10 m². En las figuras 4.5 a la 4.13 se ilustran las nueve configuraciones utilizadas en los ensayos realizados.

32

40

Listones de madera 1x2” (Estructura soporte) Piezas madera 2” de espesor (Estructura del marco)

Figura 4.5.- Esquema de montaje E-200 sin material absorbente poroso en cavidad interior.

33

185

145

200

Elemento perforado

40 145

185

50 200

Elemento perforado Fisiterm estándar 5 cm

Listones de madera 1x2” (Estructura soporte) Piezas madera 2” de espesor (Estructura del marco)

50

Elemento perforado Fisiterm estándar 5 cm

Listones de madera 1x2” (Estructura soporte) Piezas madera 2” de espesor (Estructura del marco)

Figura 4.7.- Esquema de montaje E-200 con material absorbente poroso en contacto con losa. 34

185

145

200

40

Figura 4.6.- Esquema de montaje E-200 con material absorbente poroso en contacto con placa.

40 265

225

280

Elemento perforado

Listones de madera 1x2” (Estructura soporte) Piezas madera 2” de espesor (Estructura del marco)

Fisiterm estándar 5 cm

Listones de madera 1x2” (Estructura soporte) Piezas madera 2” de espesor (Estructura del marco)

Figura 4.9.- Esquema de montaje E-280 con material absorbente poroso en contacto con placa. 35

265

225

Elemento perforado

280

50

40

Figura 4.8.- Esquema de montaje E-280 sin material absorbente poroso en cavidad interior.

265

225

280

40

Fisiterm estándar 5 cm

50

Elemento perforado

Listones de madera 1x2” (Estructura soporte) Piezas madera 2” de espesor (Estructura del marco)

Listones de madera 1x2” (Estructura soporte) Piezas madera 2” de espesor (Estructura del marco)

Figura 4.11.- Esquema de montaje E-380 sin material absorbente poroso en cavidad interior. 36

365

325

Elemento perforado

380

40

Figura 4.10.- Esquema de montaje E-280 con material absorbente poroso en contacto con losa.

40

50

Fisiterm estándar 5 cm

365

325

380

Elemento perforado

Listones de madera 1x2” (Estructura soporte) Piezas madera 2” de espesor (Estructura del marco)

40

Figura 4.12.- Esquema de montaje E-380 con material absorbente poroso en contacto con placa.

50

Fisiterm estándar 5 cm

Listones de madera 1x2” (Estructura soporte) Piezas madera 2” de espesor (Estructura del marco)

Figura 4.13.- Esquema de montaje E-380 con material absorbente poroso en contacto con losa. 37

365

325

380

Elemento perforado

4.3.

ENSAYOS.

El procedimiento de mediciones se conforme a ISO 354, “Acoustics – Measurement of sound absortion in a reververation room”, para el método de ruido interrumpido. Se realizó un total de 63 ensayos, cada uno con 120 mediciones de curvas de decaimiento. Diez mediciones en tres posiciones de micrófono para cuatro posiciones de fuente, respetando las distancias mínimas permitidas entre fuente, micrófono, superficies de la sala y de la muestra, establecidas por la Normativa. La cantidad de mediciones por posición de micrófono-fuente es la recomendada para eliminar la incerteza de los resultados producto de las desviaciones estadísticas propias del método de ruido interrumpido. La ponderación utilizada para la estimación del Tiempo de reverberación, T, corresponde a T20 (rango dinámico de 20 dB) y la señal (ruido rosa) se mantuvo del orden de los 100 dB durante la excitación de la sala; al menos 65 dB sobre el ruido de fondo. Además de lo anterior, durante el desarrollo de las mediciones se tomaron los valores de Humedad Relativa y Temperatura del ambiente al interior de la sala para estimar la absorción acústica producto del aire, de acuerdo a lo establecido por la normativa ISO 9613-1 “Acoustics – Attenuation of sound during propagation outdoors”. Las distintas posiciones de micrófono y fuente, junto con las dimensiones y superficie “S” del elemento sometido a ensayo, se ilustran en la figura 4.14.

38

S=10.0 m² 3.13 m

3.2 m

POSICIONES DE FUENTE POSICIONES DE MICRÓFONO

ELEMENTO ENSAYADO

Figura 4.14.- Esquema de ubicación de elemento sometido a ensayo e instrumentos de medición.

39

5.

RESULTADOS.

Debido a la gran cantidad de ensayos realizados y para facilitar la expresión de los resultados, se define una nomenclatura que identifica la configuración de los elementos sometidos a ensayo como: ID ELEMENTO PERFORADO / ID TIPO MONTAJE / ID ABSORBENTE Donde ID ELMENTO: corresponde al identificador de la placa sometida a ensayo; ID TIPO MONTAJE: corresponde al identificador del tipo de montaje utilizado conforme a lo establecido en ISO-354; ID ABSORBENTE: Corresponde al identificador que determina la existencia o posición del material absorbente poroso al interior de la cavidad; Las identificaciones correspondientes a cada configuración se exponen a continuación: ID Para elementos perforados Elemento perforado Placas de cartón-yeso Kanuf Cleaneo Modelo circular rectilínea 8/18 R Placas de cartón-yeso Kanuf Cleaneo Modelo circular aleatoria plus 8/15/20 Placas de cartón-yeso Kanuf Cleaneo Modelo ranurada en bloque tipo Slotline B4 Placas de cartón-yeso Kanuf Cleaneo Modelo circular rectilínea 8/18 R sin velo permeable Placas de cartón-yeso Kanuf Cleaneo Modelo circular aleatoria plus 8/15/20 sin velo permeable Placas de cartón-yeso Kanuf Cleaneo Modelo ranurada en bloque tipo Slotline B4 sin velo permeable Panel ranurado de listones de pino cepillado 1x2” espaciados en 1cm Panel ranurado de listones de pino cepillado 1x2” espaciados en 2cm

ID CR CA S CR-SV CA-SV S-SV R1CM R2CM

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ID Para montajes Tipo de montaje Montaje con distancia de 200mm entre la cara expuesta del elemento sometido a ensayo y la losa Montaje con distancia de 280mm entre la cara expuesta del elemento sometido a ensayo y la losa Montaje con distancia de 380mm entre la cara expuesta del elemento sometido a ensayo y la losa

ID E200 E280 E380

ID Para posición absorbente poroso Ubicación del material absorbente Sin material absorbente poroso Con material absorbente poroso en contacto con placa Con material absorbente poroso en contacto con losa

ID SA CAP CAL

A modo de ejemplo, CR-SV / E200 / CAP, corresponde a un elemento perforado compuesto por placas de cartón-yeso Kanuf Cleaneo Modelo circular rectilínea 8/18 R sin velo permeable, sometida a ensayo bajo un montaje tipo E-200 con absorbente poroso Fisiterm en contacto con la placa. Los resultados son agrupados en gráficos por tipo de elemento perforado sometido a las distintas configuraciones de ensayo mencionadas, utilizando código de colores para identificar el tipo de montaje y tipología de línea en la diferenciación de la ubicación del material absorbente poroso. Además, en anexos se entregan las fichas con la información y resultados de cada ensayo de acuerdo con ISO 352.

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5.1.

RESULTADOS EMPIRICOS

Figura 5.1.- Gráficos de coeficiente de absorción obtenidos mediante ensayo.

Figura 5.2.- Gráficos de coeficiente de absorción obtenidos mediante ensayo.

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Figura 5.3.- Gráficos de coeficiente de absorción obtenidos mediante ensayo.

Figura 5.4.- Gráficos de coeficiente de absorción obtenidos mediante ensayo.

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Figura 5.5.- Gráficos de coeficiente de absorción obtenidos mediante ensayo.

Figura 5.6.- Gráficos de coeficiente de absorción obtenidos mediante ensayo.

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Figura 5.7.- Gráficos de coeficiente de absorción obtenidos mediante ensayo.

Figura 5.8.- Gráficos de coeficiente de absorción obtenidos mediante ensayo.

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5.2.

RESULTADOS TEORICOS

Figura 5.9.- Gráficos de coeficiente de absorción teóricos.

Figura 5.10.- Gráficos de coeficiente de absorción teóricos. 46

Figura 5.11.- Gráficos de coeficiente de absorción teóricos.

Figura 5.12.- Gráficos de coeficiente de absorción teóricos.

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Figura 5.13.- Gráficos de coeficiente de absorción teóricos.

Figura 5.14.- Gráficos de coeficiente de absorción teóricos.

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Figura 5.15.- Gráficos de coeficiente de absorción teóricos.

Figura 5.16.- Gráficos de coeficiente de absorción teóricos.

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6.

CONCLUSIONES.

6.1.

ANALISIS DE LOS RESULTADOS.  Modelo teórico.

Las curvas de absorción obtenidas por medios teóricos presentan múltiples y marcadas resonancias, a diferencia de aquéllas obtenidas por medio de ensayo, las cuales resultan bastante estables en todo el rango de frecuencia. La única relación que se advierte entre ambos resultados tiene que ver con el posicionamiento del material absorbente al interior de la cavidad y con la existencia o ausencia de un velo permeable, de esta manera, la configuración con el absorbente poroso junto al elemento perforado presenta valores de absorción moderadamente más altos que aquélla en donde el mismo es ubicado contra la losa. Por otra parte, los valores de absorción se ven incrementados por la incorporación de un velo permeable. A pesar de estas pequeñas similitudes, el modelo teórico de resonadores es claramente inapropiado para la predicción del comportamiento fonoabsorbente de elementos perforados con grandes cavidades de aire.  Análisis del comportamiento fonoabsorbente de elementos ensayados con la incorporación de un velo permeable. Se observa en los resultados que al incorporar una tela permeable en el elemento perforado, las curvas de absorción se incrementan en al menos un 20%, llegando en algunos casos hasta el 40%. Esto se debe principalmente al aumento de la velocidad de flujo del aire al interior y en las proximidades de las perforaciones, provocando una mayor disipación de energía.  Análisis del comportamiento fonoabsorbente de elementos ensayados con la variación en el posicionamiento del material absorbente poroso al interior de la cavidad. Las variaciones observadas en las curvas de absorción al ubicar el material absorbente poroso inmediatamente después de la placa o contra la losa resultaron inferiores al 10%, presentando en general valores superiores aquéllas con el material absorbente cercano al elemento perforado. Las diferencias no son tan marcadas debido a que el material absorbente poroso Fisiterm ST presenta valores de resistencia al flujo especifica muy bajos (del orden de los 320 Rayl’s/m según modelo teórico), característica relacionada directamente con la capacidad de disipar energía sonora en el sistema. Consecuentemente, el no incorporar un elemento disipativo, ya sea absorbente poroso o tela permeable, resulta en curvas de absorción con valores despreciables, inferiores al 10%.

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 Análisis del comportamiento fonoabsorbente de elementos ensayados con la variación de la cavidad de aire. En general, las configuraciones ensayadas revelan un cierto incremento en su comportamiento fonoabsorbente entre las frecuencias de 200 Hz y 800 Hz. Al aumentar la cavidad de aire del sistema, estos “máximos de absorción” se ubican en frecuencias más bajas y con magnitudes inferiores. Este comportamiento es propio de elementos resonadores, aunque como ya se mencionó, la teoría desarrollada no lo refleja para este tipo de configuraciones.  Análisis del comportamiento fonoabsorbente de elementos ensayados con la variación en el porcentaje de perforación. En la única configuración donde se puede descartar el factor de forma de las perforaciones corresponde al compuesto por listones de pino espaciados en 1 y 2 cm. Aquí se observa que el incremento del área libre proporciona un leve aumento en la absorción a partir de la frecuencia de 800 Hz, luego de los “máximos de absorción” mencionados anteriormente. Además, se observa que el comportamiento de las curvas de absorción para las placas perforadas sin velo permeable es bastante similar, donde el incremento en el área de perforación resulta en un leve aumento de la absorción en las frecuencias superiores. En las configuraciones que incorporan el velo permeable, a diferencia de las configuraciones anteriores, se observa que a medida que el área de perforación aumenta, el aumento de absorción se da en los “máximos de absorción” mencionados.

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6.2.

DISCUSION.

Después de realizar el análisis del estudio práctico, notamos que existen claras tendencias en el comportamiento fonoabsorbente de los elementos estudiados; cómo se comporta la curva al incrementar la cavidad de aire, la incidencia que tiene la ubicación del material absorbente, como afecta en los resultados la incorporación de una tela permeable, etc. Todas estas características modifican de una forma determinada el comportamiento fonoabsorbente del elemento a medida que se varían. De aquí, es lógico pensar que existe una manera de predecir el comportamiento fonoabsorbente de esta clase de sistemas por medios teóricos. Cuando pensamos en esto, la primera relación que encontramos con los modelos clásicos de la acústica corresponde a los resonadores perforados convencionales, aunque como quedó demostrado, esta teoría claramente no es aplicable. Las razones son claras, en todo el desarrollo de la teoría de resonadores perforados se asume que la cavidad de aire y la longitud de la perforación (cuello del resonador) son muy pequeñas en comparación con la longitud de onda (inferiores a 1/16 veces), lo que también permite asumir que la propagación de onda es principalmente normal a la superficie, resultando en elementos llamados localmente reactivos. En los sistemas ensayados, estas características se podrían dar solamente en las perforaciones y al interior del material absorbente poroso, pero nunca en la cavidad de aire, en donde la propagación de ondas debería constituir un campo difuso y ser analizado incluso desde el punto de vista de acústica de locales. Es en éste punto donde radica la mayor diferencia. Por otra parte, el estudio teórico de la impedancia y constante de propagación en materiales absorbentes porosos reveló la dificultad que existe a la hora de encontrar un modelo adecuado. Para obtener la impedancia y constante de propagación del material Fisiterm ST por medios teóricos, se utilizó el modelo desarrollado por Garai y Pompoli. Este modelo fue desarrollado a partir de mediciones de múltiples materiales en base a fibras de poliéster, pero las muestras de menor densidad estudiadas correspondían a 12 Kg/m³, el doble del valor presentado por Fisiterm ST. La incidencia que tiene esta característica en la predicción del sistema completo es muy importante, ya que adapta todas las impedancias del sistema. Se presume que esta característica puede constituir un gran factor de error en el modelo predictivo del presente estudio. El estudio empírico muestra que los resultados fonoabsorbentes para este tipo de configuraciones pueden resultar bastante útiles en el acondicionamiento y control de ruido, otorgando cierta maniobrabilidad en las curvas de absorción con la variación de ciertos parámetros. Lo mencionado deja de manifiesto la necesidad de estudios futuros en el desarrollo teórico predictivo de estos sistemas, como también en el cálculo teórico de la impedancia y constante de propagación para materiales absorbentes porosos de baja densidad.

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7.

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ANEXOS A.1. Fichas de ensayos conforme a ISO 352

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