ABSORÇÃO SONORA EM CONCRETOS ASFÁLTICOS DRENANTES

Cândido A.L. Astrana Jr* - Leto Momm** *Prefeitura Municipal de Horizontina, Secretaria de Planejamento, Rua Balduíno Schneider 375, Centro, CEP 98920-000 – Horizontina - RS, Brasil, 55 55 3537 3039. candido.astrana@pmhorizontina.com.br **Universidade Federal de Santa Catarina, Depto. de Engenharia Civil, Rua João Pio Duarte Silva, s/n - Córrego Grande, CEP 88040-970 -Florianópolis -SC, Brasil, 55 48 37217761. ecv1lmn@ecv.ufsc.br Resumo: O trabalho objetivou a determinação do coeficiente de absorção sonora de amostras de concreto asfáltico com camada superficial drenante e densa, em função da freqüência. Foram fabricadas amostras de concreto asfáltico confeccionadas com duas e três camadas. Para a avaliação da absorção sonora buscou-se variar a granulometria da camada superficial drenante de 12,5 mm para 9,5 mm e variou-se também o cimento asfáltico utilizado (CAP 50-70, CAP 50-70 modificado com borracha e CAP 50-70 com polímero SBS). O ensaio realizado para a determinação dos coeficientes de absorção sonora foi o do tubo de impedância, executado com o tubo posicionado sobre as amostras de concreto asfáltico. Os resultados das medições mostraram que para todas as amostras fabricadas e ensaiadas, o desempenho acústico foi melhor para aquelas amostras que possuíam camada superficial drenante. Além disso, pode-se constatar que as curvas de absorção sonora foram mais acentuadas em amostras com camada superficial drenante e granulares de tamanho máximo 9,5 mm. 1.Introdução O ruído é atualmente um forte tipo de poluição ambiental, atingindo diretamente um número cada vez maior de pessoas em todo o mundo. Na maioria das situações, o ruído gerado pelo tráfego é considerado o maior contribuinte com relação ao ruído total, afetando as populações de zonas urbanas e de regiões próximas às rodovias. As três principais fontes de ruído, nos carros modernos e caminhões são a interação pneu-pavimento, ruído do trem de força e efeitos de turbulência pelo vento. O ruído do trem de força é composto da contribuição do sistema de transmissão, exaustão e motor. Além disso. O ruído do motor tem contribuições para a geração do ruído, do sistema de injeção e bloco do cilindro. O ruído gerado pelos veículos é problemático tanto para o passageiro do veículo (ruído interno), como também para as populações que vivem as margens de vias de tráfego (ruído externo). Nos carros fabricados atualmente, o ruído do motor e sistema de exaustão tem sido suficientemente suprimido. Com isso, este ruído não é o ruído dominante tanto externa, como internamente ao veículo. Os caminhões pesados, no entanto, possuem o motor normalmente fabricado para funcionarem com diesel como combustível, com isso, a supressão do ruído do motor, para estes veículos torna-se mais difícil. As regulamentações existentes, principalmente em países desenvolvidos, para ruídos emitidos por veículos, levam em consideração o ruído externo, dessa forma este trabalho busca a diminuição deste tipo de ruído. O ruído exterior dominante quando do tráfego de veículos, é o ruído da interação do pneu-pavimento. Esta fonte de ruído é predominante para quase todas as velocidades, mesmo em condições de aceleração, exceto para aceleração em primeira e segunda marcha. Em caminhões, no entanto, até a velocidade de 70 Km/h o ruído do motor e do sistema de exaustão são dominantes. Acima desta velocidade o ruído produzido pelo contato pneu-pavimento torna-se tão importante quanto o ruído gerado pelo trem de força deste tipo de veículo. Os fatos descritos acima tem sido observados experimentalmente, tem-se encontrado, por exemplo, que veículos de passeio produzem ruídos significativamente mais baixos que os ruídos produzidos por caminhões. De uma forma geral, são relatados valores de nível de pressão sonora mais baixos para veículos de passeio em até 15 dB(A), a baixas velocidades e de até 10 dB(A) a médias e altas velocidades. Com isso pode-se afirmar, que a médias e altas velocidades a principal emissão de ruído externo é gerada pelo contato pneu-pavimento. A freqüência e a magnitude do ruído também são muito importantes e devem ser verificadas. Observa-se que para veículos de passeio trafegando a médias e altas velocidades, o nível de pressão sonora máximo está situado na região de freqüência entre 800 a 1000 Hz, para caminhões médios e pesados, o pico máximo de pressão sonora do ruído situa-se a freqüências entre 1200 e 1600 Hz.

Dentre as soluções propostas para a diminuição do ruído gerado pelo tráfego, destaca-se a utilização de materiais a serem utilizados na pavimentação, que possuam boas características de absorção sonora com vistas a diminuir as emissões de ruído de rolagem. Seria preferível não produzir o ruído durante a rolagem dos pneus, como isso é impossível, há que se buscar a mitigação deste ruído através de superfícies mais absorventes acusticamente. Neste contexto, insere-se os concretos asfálticos drenantes, que são aqueles concretos asfálticos que possuem alta percentagem de vazios e cuja forma dos vazios é tal que as águas da chuva circulam entre os mesmos, dessa forma ocorrem melhorias nas propriedades de segurança e aumento do conforto ao dirigir neste tipo de superfície de pavimento, outra característica importante é a diminuição na geração e propagação do ruído gerado pelo contato pneu-pavimento nestas superfícies, por este motivo estes pavimentos também são chamados de pavimentos silenciosos. Uma das formas de se avaliar o desempenho acústico de superfícies de pavimentos é o ensaio de absorção sonora. Este ensaio visa a determinação do espectro de absorção sonora em função da freqüência, fornecendo também a impedância acústica normalizada em função da freqüência e a função coerência em função da freqüência. Na execução tradicional deste ensaio, retira-se em campo, ou fabrica-se em laboratório, amostras de concreto asfáltico que possam ser posicionados dentro do tubo de impedância, sendo este o principal motivo das distorções dos resultados que ocorrem durante a execução do ensaio. Uma forma de execução alternativa e que garante resultados precisos, é a da execução do ensaio de absorção sonora sobre as amostras de concreto asfáltico, desde que se tenha amostras com dimensões apropriadas para tal. Com isso pode-se diminuir as eventuais distorções de resultados verificados no ensaio tradicional, quando do posicionamento das amostras dentro do tubo. 2.0 Propriedades acústicas dos concretos asfáltico drenantes As características de absorção sonora das superfícies dos pavimentos drenantes são afetadas por vários parâmetros. Pode-se destacar: A espessura “l” da camada drenante, a porosidade “h” da camada drenante, a resistividade ao fluxo de ar “R”, a tortuosidade “S”, e a granulometria da mistura de concreto asfáltico drenante. Para misturas de concreto asfáltico denso comuns, a porcentagem de vazios é de aproximadamente 5 %, enquanto que para misturas de concreto asfáltico drenante este valor pode variar de 15 até 30%. A resistividade ao fluxo do ar R, é a resistência experimentada pelo ar quando ele passa através dos poros do pavimento drenante. A tortuosidade ou fator de forma é conhecido como a medida da forma dos vazios dos poros quando da passagem do ar, um sistema com maior tortuosidade terá perdas por atrito viscoso maiores, portanto será mais eficiente acusticamente. 2.1 Curvas granulométricas e teores de CAP das amostras estudadas Para avaliar a absorção sonora foram escolhidas três curvas granulométricas já testadas no trabalho de Meurer Filho (2001), que avaliou as propriedades mecânicas, de vazios comunicantes e de permeabilidade de misturas drenantes. Para a avaliação do comportamento acústico e posterior comparação com as amostras drenantes, utilizou-se uma curva granulométrica de mistura densa, utilizada no trabalho de Momm (1998). Desta forma resultaram curvas granulométricas com os seguintes diâmetros máximos: 9,5 mm, 12,5 mm e 19,0 mm para as misturas drenantes e diâmetro máximo de 12,5 mm para as misturas de concreto asfáltico denso. As granulometrias destas curvas são apresentadas nas figuras 1 e 2.

Figura 1 - Curva Granulométrica das misturas drenantes (MEURER FILHO, 2001).

Figura 2 - Curva Granulométrica da mistura densa (MOMM, 1998).

Os teores de CAP (cimento asfáltico de petróleo) para execução das misturas de concreto asfáltico drenante foram definidas na pesquisa de Meurer Filho (2001), que correspondem, segundo a pesquisa, a bom desempenho quanto à resistência mecânica e maiores valores para vazios comunicantes. E a confecção da mistura densa baseou-se no trabalho de Momm (1998), cujo o teor de CAP escolhido foi aquele que maximizou a resistência mecânica. Com isso ficaram assim definidos os teores de CAP: A mistura densa teve teor de CAP 4,8 %; as misturas drenantes tiveram teor de CAP 4,4 % para as misturas com diâmetro máximo 12,5 e 19,1 mm e teor de CAP de 4,2 % para as misturas com diâmetro máximo 9,5 mm. Cabe também frizar que para o processo de fabricação foram variados os cimentos asfálticos das misturas drenante, onde utilizou-se CAP 50-70, CAP 50-70 com 4 % de polímero SBS (estadieno butadieno estadieno) e CAP 50-70 modificado com borracha moída de pneu no teor de 15 %. 2.2 Amostras executadas

Foram confeccionadas sete amostras de concreto asfáltico com duas camadas (seis amostras com camada inferior em concreto asfáltico denso e camada superior em concreto asfáltico drenante e uma amostra com camada inferior e superior em concreto asfáltico denso) e uma amostra de concreto asfáltico com três camadas (camada inferior em concreto asfáltico denso e duas camadas em concreto asfáltico drenante). 2.3 Fabricação das amostras de concreto asfáltico

As amostras necessárias para a realização do ensaio de absorção sonora foram fabricadas junto ao laboratório de transportes e pavimentação da Universidade de São Pulo (USP). O processo de fabricação foi realizado com a misturas dos materiais pétreos (pó-de-pedra e pedra britada), separados por aberturas de peneira de acordo com cada curva granulométrica, e cimento asfálticos que eram aquecidos a temperatura especificada previamente (ensaio de viscosidade). Para a execução da compactação das amostras foi utilizada a máquina compactadora tipo LCPC, disponível no laboratório de transportes e pavimentação desta mesma Universidade. As dimensões das amostras fabricadas foram de 400 (largura) x 600 (comprimento) x 100 mm (altura), estas dimensões foram necessárias para que se pudesse executar o ensaio de absorção sonora sobre as amostras em três diferentes pontos sobre sua superfície. A tabela 1 mostra as configurações dos c.p. (corpos de prova) fabricados, com relação a espessuras e materiais de mistura.

Tabela 1.0 – Corpos de prova de concreto asfáltico fabricados, espessuras das camadas e materiais de mistura. As figuras 3 e 4 mostram dois corpos de prova fabricados.

Figura 3 – Corpos de prova 1 e 2 fabricados.

Figura 4 - Corpo de prova 3 fabricado. 2.4 Medições das propriedades acústicas das amostras de concreto asfáltico drenante e denso Nesta pesquisa foram realizados ensaios de absorção sonora de amostras de concreto asfáltico com superfície drenante e densa junto ao laboratório de Vibrações e Acústica da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). O equipamento utilizado nos ensaios foi um sistema com tubo de impedância com diâmetro de 97 mm em aço. As freqüências de ensaio mínimas e máximas foram de 256 e 2000Hz, respectivamente. Estes valores são os valores aceitáveis para a validade das medições realizadas e são determinados a partir da configuração do equipamento de ensaio. Além disso, as freqüências de ensaio contemplam a gama de freqüências encontradas em campo para veículos de passeio e caminhões. A figura 5 mostras o esquema de ensaio e a figura 6 mostra a execução do ensaio em uma das amostras.

Figura 5 - Esquema de montagem técnica do microfone para medição da absorção sonora (GERGES, 1992) - Adaptado pelo autor.

Figura 6 – Ensaio de absorção sonora – conjunto: flange – tubo de impedância – caixa sonora, sobre o corpo de prova. 2.5 Resultados Obtidos Para cada amostra, o coeficiente de absorção sonora foi determinado em três diferentes posições, e calculou-se então, através de um programa realizado com o software Matlab, a média destas determinações para cada amostra. Com isso obteve-se como resultado as curvas de absorção sonora média em função da freqüência. A utilização de um valor médio para a determinação da curva de absorção sonora é necessário, pois não há distribuição uniforme da porosidade na superfície de cada amostra. Como relatado anteriormente, as variações experimentadas na fabricação das misturas drenantes foram com relação ao tipo de ligante que compunha a mistura (CAP 50-70, CAP 50-70 com 4% de polímero SBS e CAP 50-70 modificado com borracha no teor de 15%) e variação das granulometrias da camada superficial drenante (9,5 mm e 12,5 mm). De acordo com as curvas de absorção sonora obtidas, pode-se perceber que as diferenças quanto a magnitude do coeficiente de absorção sonora foram mais perceptíveis para o segundo pico de absorção e na freqüência de 1000 Hz. A figura 7 mostra a curva de absorção sonora para a amostra 1 e as figuras 8 e 9 mostram a curva de absorção sonora com a freqüência para as amostras 2 e 5.

Figura 7 – Absorção sonora (α) x Freqüência – Corpo de prova 1.

Figura 8 – Absorção sonora (α) x Freqüência – Corpo de prova 2.

Figura 9 – Absorção sonora (α) x Freqüência – Corpo de prova 5. Experimentou-se também a fabricação de uma amostra com três camadas (corpo de prova 8), onde haviam duas camadas drenantes, uma intermediária e uma camada superior. Desta forma resultou a curva de absorção sonora com a freqüência da figura 10.

Figura 10 – Absorção sonora (α) x Freqüência – Corpo de prova 8. De acordo com os resultados obtidos, constatou-se que o coeficiente de absorção sonora foi mais baixo para aquelas amostras que possuíam em sua configuração camada superficial drenante com granulares de tamanho maior (12,5 mm). Isto possui como explicação o fato de que, apesar de misturas drenantes com agregados de maior tamanho produzirem poros maiores e conseqüentemente capacitam as ondas sonoras a entrar mais facilmente dentro da superfície da amostra, um sistema com poros maiores possui tortuosidade mais baixa. A magnitude da absorção sonora é função da porosidade total, assim como da tortuosidade do sistema, o que aumenta as perdas por atrito. Portanto, na pesquisa realizada a variação da granulometria da camada superficial drenante de 9,5 mm para 12,5 mm fez com que as amostras apresentassem uma porosidade mais alta, mas perdas por atrito viscoso mais baixas (função da tortuosidade mais baixa), assim, amostras com camada superficial drenante com granulometria maior, tende a possuir uma absorção sonora menor. Com os resultados pode-se verificar também a magnitude e a posição dos picos de absorção. A magnitude do pico de absorção é dependente das características da mistura, já a freqüência em que os picos ocorrem é dependente da espessura das amostras. A observação dos resultados desta pesquisa mostra que houve pequena variação quanta a posição dos picos de absorção. A variação maior é observada quando se compara as amostras com camada dupla com aquela amostra (amostra 8) que possui três camadas. 3.Conclusões

Para todas as amostras com superfície drenante, a absorção sonora foi superior a absorção sonora da amostra com superfície densa, independentemente dos diâmetros máximos dos granulares utilizados e independentemente do tipo de cimento asfáltico de petróleo da mistura fabricada. As análises dos resultados do ensaio de absorção sonora nas amostras permitem também as seguintes conclusões: As amostras ensaiadas, que possuíam em sua configuração superfície drenante com tamanhos máximos de agregados menores, obtiveram valores maiores quanto à absorção sonora, este comportamento ficou evidenciado para as freqüências a partir de 1000 Hz. Assim, conclui-se que as misturas drenantes fabricadas com tamanhos máximos menores favorecem a absorção sonora. Para verificação da absorção sonora entre amostras com mesmos tamanhos máximos de agregados na superfície drenante, não se conseguiu verificar a diferenciação do comportamento acústico para os diferentes tipos de cimento asfáltico de petróleo nas misturas asfálticas. Isto leva a inferir que a espessura da película formada em torno das partículas dos agregados não exerce influência maior quando da verificação da absorção sonora. Assim, conclui-se que o parâmetro mais importante para a maximização da absorção sonora das superfícies drenantes estudadas é a diminuição do tamanho máximo dos agregados. A posição dos picos de absorção sonora encontrada nas curvas do espectro de absorção com a freqüência é dependente da espessura das amostras ensaiadas, como comprovado pela observação e comparação entre os dados de absorção sonora das amostras com camada dupla e amostra com camada tripla. Para a freqüência de 1000 Hz observou-se para todas as amostras com superfície drenante que os maiores valores encontrados para o coeficiente de absorção sonora foram daquelas amostras com tamanho máximo do agregado menores, ou seja, também para esta freqüência que é reportada na bibliografia como a que causa o maior incômodo por parte de veículos automotores quando da emissão de ruído, a diminuição do tamanho máximo dos agregados favorece a absorção sonora. A mitigação do ruído advindo dos veículos, mais precisamente o ruído advindo do contato pneu-pavimento pode ser conseguida através de soluções, como o pavimento drenante, que incorporam uma maior tecnologia na concepção, execução e controle da produção de misturas asfálticas. Estas soluções devem levar em consideração, a melhora na qualidade de vida dos cidadãos. Referências

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