UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL

Nveis de Rudo no Interior de Trens Metropolitanos - Caso So Paulo

Autora: Jacqueline de Toledo Lage

Campinas, S.P. 2003

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL

Nveis de Rudo no Interior de Trens Metropolitanos - Caso So Paulo

Autora: Jacqueline de Toledo Lage

Orientador: Prof. Dr. Cssio Eduardo Lima de Paiva

Dissertao de mestrado apresentada comisso de ps-graduao da Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Campinas, como parte dos requisitos para obteno do ttulo de mestre em Engenharia Civil, na rea de concentrao de Transportes.

Campinas, S.P. 2003

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL

Nveis de Rudo no Interior de Trens Metropolitanos - Caso So Paulo

Autora: Jacqueline de Toledo Lage

Dissertao de Mestrado aprovada pela Banca Examinadora, constituda por:

Prof. Dr. Cssio Eduardo Lima de Paiva Presidente e Orientador / Unicamp Prof. Dr. Stelameris Rolla Bertoli Unicamp - Campinas Prof. Dr. Maria Cristina Fogliatti de Sinay Instituto Militar de Engenharia Rio de Janeiro

Campinas, 24 de fevereiro de 2003

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DEDICATRIA

minha me e memria de meu pai.

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AGRADECIMENTOSAo meu Orientador , Prof. Dr. Cssio Eduardo Lima de Paiva, por ter confiado na minha capacidade de realizao, pela sua orientao neste trabalho e pela sua amizade; Prof. Dr. Stelamaris Rolla Bertolli, por ter me ensinado todos os segredos da acstica, me orientado nos levantamentos e pelo carinho dedicado; s Profs Drs Maria Lcia Galves e Maria Teresa Franoso, pelo carinho da amizade, alm dos conhecimentos transmitidos; funcionria Paula, da Secretaria da Ps-graduao, por sua dedicao e pacincia; Aos colegas da ps-graduao, Gustavo, Patrcia, Lus, Cleide e Adriana, pela amizade, ajuda e carinho dispensados; CPTM, que concedeu as horas de estudo para que eu pudesse realizar este trabalho, durante trs anos; Aos colegas de trabalho da CPTM e do Metr, que me ajudaram e incentivaram neste trabalho; minha famlia, pelo apoio em todas as horas.

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"Mestre no quem sempre ensina, mas quem, de repente, aprende." Joo Guimares Rosa

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NDICE

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Relao de Figuras ............................................................................... x Relao de Frmulas ............................................................................ xii Relao de Grficos .............................................................................. xiii Relao de Tabelas ............................................................................... xiv Relao de Abreviaturas, Smbolos e Unidades ................................... xviii Resumo ................................................................................................. xx 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.5.1 2.5.2 Introduo ............................................................................................. 1 Consideraes Iniciais .......................................................................... 1 Objetivos .............................................................................................. 3 Escopo .................................................................................................. 3 Importncia do Trabalho ...................................................................... 4 Atividades do Trabalho ........................................................................ 5 Os Meios de Transporte e o Rudo Gerado .......................................... 7 Os Meios de Transporte ....................................................................... 7 Rodovirio ............................................................................................ 8 Aerovirio ............................................................................................. 11 Hidrovirio ........................................................................................... 13 Ferrovirio ............................................................................................ 16 Conceitos Bsicos sobre Ferrovia e Via Permanente ........................... 16 Veculos Ferrovirios ........................................................................... 27vii

3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 5 5.1 5.2 5.3 6 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4

Aspectos Gerais do Rudo e Conceitos Fundamentais de Acstica ..... 31 A Natureza do Som .............................................................................. 31 Propriedades do Som ............................................................................ 32 Magnitudes Acsticas .......................................................................... 34 Espectro de Freqncia ........................................................................ 37 Bandas de Freqncia de Oitava e de 1/3 de Oitava ............................ 37 Propagao Sonora ............................................................................... 39 Absoro Area .................................................................................... 41 Escalas de Ponderao de Presso Sonora ........................................... 43 Medio Sonora .................................................................................... 43 Curvas de Ponderao Sonora .............................................................. 45 O Rudo no Transporte em Geral e suas Conseqncias ...................... 47 Aspectos Gerais do rudo Gerado pelos Meios de Transporte ............. 47 O Rudo Ferrovirio ............................................................................. 53 Normas e Legislaes para Rudos Ferrovirios .................................. 57 Alguns Mtodos para Previso do Rudo Ferrovirio .......................... 65 Os Efeitos do Rudo de Transporte sobre o Ser Humano ..................... 67 Generalidades ....................................................................................... 67 Efeitos sobre a Sade ........................................................................... 68 Efeitos do Rudo sobre o Sono e sobre as Atividades Dirias ............. 71 Perturbao ........................................................................................... 73 Estudo da Exposio do Passageiro Embarcado ao Rudo ................... 76 Passageiro Aerovirio ........................................................................... 76 Passageiro Rodovirio .......................................................................... 80 Passageiro Ferrovirio .......................................................................... 83 O Experimento - Medio do Rudo no Interior dos Trens Metropolitanos ...................................................................................... 94 Condies Gerais .................................................................................. 94 Metodologia .......................................................................................... 95 Levantamento das Linhas ..................................................................... 95 Caracterizao do Material Rodante .................................................... 99 Escolha do aparelho de Medio .......................................................... 101 Medies do Rudo ............................................................................... 103viii

7 7.1 7.2 7.3 7.4 8

Anlise dos Resultados Obtidos............................................................ 106 Linha 1 - Azul, Norte - Sul, Metr de So Paulo ................................. 106 Linha 2 - Verde, Ana Rosa - Via Madalena, Metr de So Paulo ....... 114 Linha C, Osasco - Jurubatuba, CPTM .................................................. 126 Concluses sobre o Experimento ......................................................... 133 Sugestes para Futuras Pesquisas e Concluso Geral .......................... 138 Referncias Bibliogrficas ................................................................... 141 Bibliografia Consultada ........................................................................ 149 Abstract ................................................................................................ 151 Apndice A ........................................................................................... 152 Glossrio ............................................................................................... 156

ix

RELAO DE FIGURAS

N1.1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 3.2 6.2.1 6.2.2 7.1

Figura

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Representao Esquemtica das Atividades do Presente Trabalho ... 6 Assinatura Acstica de um Navio de grande porte ............................ 15 Seo Transversal de uma Via Frrea, em Tangente ........................ 18 Dormente Monobloco de Concreto Protendido, vistas: Lateral, Superior e Transversal ....................................................................... 19 Dormente Bi-bloco de Concreto ........................................................ 20 Dormente de Ao, vistas: Lateral e Superior ..................................... 20 Perfil de um Trilho Vignoli tipo - TR 57 ........................................... 21 Componentes de um Conjunto de Fixao de Trilho para um Sistema de Via com Fixao Elstica sem Massa Mola.................... 22 Foto de Um Aparelho de Mudana de Via - AMV, numa via em Lastro com Dormentes de Concreto Monobloco ............................... 24 Produo de Rudo pelo Contato Roda / Trilho, num trilho corrugado............................................................................................ 26 Absoro do Ar [dB/100 m], em funo da Umidade Relativa ......... 42 Curvas de Ponderao Sonora: A, B, C e D ...................................... 45 Mapa das Linhas dos Transportes Metropolitanos de So Paulo ...... 98 Foto do Aparelho Decibelmetro 2238, Mediator ............................. 103 Distribuio dos Carros na Composio, Linha 1 - Metr ................ 106x

7.2.1 7.2.2 7.3

Distribuio dos Carros na Composio da Srie MAFERSA, Linha 2 - Metr .................................................................................. 114 Distribuio dos Carros na Composio da Srie MILNIO, Linha 2 - Metr .................................................................................. 119 Distribuio dos Carros na Composio, Linha C - CPTM .............. 127

xi

RELAO DE FRMULAS

N3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10

Frmula

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Comprimento de Onda ....................................................................... 32 Velocidade do Som no Ar .................................................................. 33 Nvel de Presso Sonora .................................................................... 34 Intensidade Sonora ............................................................................. 35 Nvel de Intensidade Sonora .............................................................. 36 Nvel de Potncia Sonora ................................................................... 36 Relao entre Intensidade Sonora e Distncia ................................... 40 Nvel de Intensidade Sonora para uma Fonte Puntiforme.................. 40 Nvel de Intensidade Sonora com ndice de Diretividade.................. 40 Nvel de Intensidade Sonora de uma Fonte apoiada numa superfcie altamente reflexiva ............................................................................. 40

xii

RELAO DE GRFICOS

N7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7 7.2.8 7.2.9 7.2.10 7.2.11 7.2.12 7.3.1 7.3.2 7.3.3

Grfico

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Carro 1, Linha 1 - Metr .............................................................. 110 Carro 3, Linha 1 - Metr .............................................................. 110 Carro 4, Linha 1 - Metr .............................................................. 111 Carro 6, Linha 1 - Metr .............................................................. 111 Carro 1 - MAFERSA - Linha 2 - Metr ...................................... 116 Carro 2 - MAFERSA - Linha 2 - Metr ...................................... 116 Carro 3 - MAFERSA - Linha 2 - Metr ...................................... 117 Carro 4 - MAFERSA - Linha 2 - Metr ...................................... 117 Carro 5 - MAFERSA - Linha 2 - Metr ...................................... 118 Carro 6 - MAFERSA - Linha 2 - Metr ...................................... 118 Carro 1 - MILNIO - Linha 2 - Metr ........................................ 121 Carro 2 - MILNIO - Linha 2 - Metr ........................................ 121 Carro 3 - MILNIO - Linha 2 - Metr ........................................ 122 Carro 4 - MILNIO - Linha 2 - Metr ........................................ 122 Carro 5 - MILNIO - Linha 2 - Metr ........................................ 123 Carro 6 - MILNIO - Linha 2 - Metr ........................................ 123 Carro 1 - ESPANHOL - Linha C - CPTM .................................. 129 Carro 2 - ESPANHOL - Linha C - CPTM .................................. 129 Carro 3 - ESPANHOL - Linha C - CPTM .................................. 130

xiii

RELAO DE TABELAS

N2.1 3.1 3.2 3.4 4.1 4.2 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8

TabelaNvel de Rudo de Diferentes Classes de Veculos Urbanos a

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7,5 m de Distncia ....................................................................... 10 Velocidade do Som em Materiais Diversos ................................ 33 Propriedades do Som no Ar ......................................................... 33 Freqncias utilizadas em medidas acsticas [Hz] ...................... 38 Populao exposta ao rudo rodovirio em alguns pases ........... 69 Rudo de Trfego Urbano na Cidade de So Paulo Brasil ....... 75 Rudo no Interior da Cabine de Aeronaves ................................. 77 Rudo Mdio no Interior da Cabine de Aeronaves, em Velocidade de Cruzeiro ............................................................... 78 Rudo Estrutural Mdio no Interior de Carros de Passageiros .... 81 Rudo Mdio do Motor no Interior de Carros de Passageiros ..... 81 Rudo Mdio no Interior de nibus Urbanos da Cidade de Belo Horizonte - Brasil ........................................................................ 83 Nveis de Conforto Acstico para o Ouvido Humano ................. 83 Nveis de Rudo Medidos na Cidade de So Paulo e Valores de Referncia Internacionais ............................................................ 84 Linha 2, Ana Rosa Clnicas do Metr de So Paulo ................ 85xiv

5.9 5.10 5.11 5.12

Linha 1, Norte Sul do Metr de So Paulo ............................... 86 Linha 3, Leste - Oeste do Metr de So Paulo ............................ 87 Variao dos Nveis de Presso Sonora nas Linhas do Metr de So Paulo ..................................................................................... 88 Mdia, Varincia e Nmero de Amostras do Nvel de Presso Sonora em dB(A), feitas no interior da Composio Mk 4, a 200 km/h ...................................................................................... 89

5.13 5.14 5.15 5.16 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.2.1 7.2.2 7.2.3

Nvel de Presso Sonora no interior do ICE em dB(A) ............... 91 Nvel de Presso Sonora em dB(A) e Nvel de Vibrao em dB(V) ........................................................................................... 91 Nvel de Presso Sonora Equivalente Leq dB(A) na Cabina de Comando ...................................................................................... 92 Nvel de Presso Sonora Equivalente Leq dB(A) Interno e Externo ......................................................................................... 93 Caractersticas Construtivas das Linhas ...................................... 99 Frota de Trens do Metr de So Paulo, Ficha Tcnica ................ 99 Ficha Tcnica do Trem "Espanhol" da CPTM, Srie 2100 ........ 100 Parmetros de Calibrao do Decibelmetro 2238 Mediator ...... 102 Carro 1, trafegando pela Via 2 da Linha 1 do Metr de So Paulo ............................................................................................ 107 Resumo dos Resultados dos Carros 1 e 3, Linha 1 - Metr de So Paulo ..................................................................................... 109 Resumo dos Resultados dos Carros 4 e 6, Linha 1 - Metr de So Paulo ..................................................................................... 110 Caractersticas Construtivas da Via Permanente e o Nvel de Presso Sonora Equivalente, Linha 1 - Metr de So Paulo ....... 111 Carro 1, Srie Mafersa, trafegando pela Via 1, Linha 2 do Metr de So Paulo ...................................................................... 115 Resumo dos Resultados dos Carros 1 e 2 da Srie MAFERSA, Linha 2 - Metr de So Paulo ...................................................... 116 Resumo dos Resultados dos Carros 3 e 4 da Srie MAFERSA, Linha 2 - Metr de So Paulo ...................................................... 117

xv

7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7 7.2.8 7.2.9 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.1.5 7.1.6 7.1.7 7.2.10 7.2.11 7.2.12 7.2.13

Resumo dos Resultados dos Carros 5 e 6 da Srie MAFERSA, Linha 2 - Metr de So Paulo ...................................................... 118 Carro 1, Srie Milnio, trafegando pela Via 1, Linha 2 do Metr de So Paulo ................................................................................ 119 Resumo dos Resultados dos Carros 1 e 2 da Srie MILNIO, Linha 2 - Metr de So Paulo ...................................................... 121 Resumo dos Resultados dos Carros 3 e 4 da Srie MILNIO, Linha 2 - Metr de So Paulo ...................................................... 122 Resumo dos Resultados dos Carros 5 e 6 da Srie MILNIO, Linha 2 - Metr de So Paulo ...................................................... 123 Caractersticas Construtivas da Via Permanente e o Nvel de Presso Sonora Equivalente, Linha 2 - Metr de So Paulo ....... 125 Carro 3, Srie 2100, trafegando pelas Vias V1S e V2S, Linha C da CPTM ..................................................................................... 127 Resumo dos Resultados dos Carros 1 e 2, Linha C - CPTM ....... 129 Resumo dos Resultados do Carro 3, Linha C - CPTM ................ 130 Caractersticas Construtivas da Via Permanente e o Nvel de Presso Sonora Equivalente, Linha C - CPTM ........................... 131 Carro 3, trafegando pela Via 1 da Linha 1 do Metr de So Paulo ............................................................................................ 152 Carro 6, trafegando pela Via 2 da Linha 1 do Metr de So Paulo ............................................................................................ 154 Carro 4, trafegando pela Via 1 da Linha 1 do Metr de So Paulo ............................................................................................ 155 Carro 1, Srie Milnio, trafegando pela Via 2, Linha 2 do Metr de So Paulo ................................................................................ 156 Carro 2, Srie Mafersa, trafegando pela Via 1, Linha 2 do Metr de So Paulo ...................................................................... Carro 2, Srie Milnio, trafegando pela Via 1, Linha 2 do Metr de So Paulo ................................................................................ 157 Carro 2, Srie Milnio, trafegando pela Via 2, Linha 2 do Metr de So Paulo ................................................................................ 158 157

xvi

7.2.14 7.2.15 7.2.16 7.2.17 7.2.18 7.2.19 7.2.20 7.2.21 7.2.22 7.2.23 7.2.24 7.2.25 7.3.5 7.3.6

Carro 3, Srie Mafersa, trafegando pela Via 2, Linha 2 do Metr de So Paulo ..................................................................... 158 Carro 3, Srie Milnio, trafegando pela Via 1, Linha 2 do Metr de So Paulo ................................................................................ 159 Carro 3, Srie Milnio, trafegando pela Via 2, Linha 2 do Metr de So Paulo ................................................................................ 159 Carro 4, Srie Mafersa, trafegando pela Via 2, Linha 2 do Metr de So Paulo ...................................................................... 160 Carro 4, Srie Milnio, trafegando pela Via 1, Linha 2 do Metr de So Paulo ................................................................................ 160 Carro 4, Srie Milnio, trafegando pela Via 2, Linha 2 do Metr de So Paulo ................................................................................ 161 Carro 5, Srie Mafersa, trafegando pela Via 1, Linha 2 do Metr de So Paulo ...................................................................... 161 Carro 5, Srie Milnio, trafegando pela Via 2, Linha 2 do Metr de So Paulo ................................................................................ 162 Carro 5, Srie Milnio, trafegando pela Via 1, Linha 2 do Metr de So Paulo ................................................................................ 162 Carro 6, Srie Mafersa, trafegando pela Via 2, Linha 2 do Metr de So Paulo ...................................................................... 163 Carro 6, Srie Milnio, trafegando pela Via 1, Linha 2 do Metr de So Paulo ................................................................................ 163 Carro 6, Srie Milnio, trafegando pela Via 2, Linha 2 do Metr de So Paulo ................................................................................ 164 Carro 1, Srie 2100, trafegando pela Via V1S, Linha C da CPTM .......................................................................................... 164 Carro 2, Srie 2100, trafegando pela Via V2S, Linha C da CPTM .......................................................................................... 165

xvii

RELAO DE ABREVIATURAS, SMBOLOS E UNIDADES

Comprimento de Onda Densidade do Ar C AMV c dB dB(A) dB(V) f [Hz] I [kHz] [km/h] [kN] [kW] LAeq LAmx LAmn LCpk Ldn Graus Centgrados Aparelho de Mudana de Via Velocidade do Som no Ar Escala de Decibis Escala de Decibis na Curva de Ponderao "A" Escala de Decibis, relativa ao rudo secundrio oriundo de vibrao Freqncia Hertz - Freqncia Intensidade Sonora Quilo Hertz - Freqncia Quilmetro por Hora - Velocidade Quilo Newton - Fora Quilo Watts - Potncia Nvel de Presso Sonora Equivalente na Curva de Ponderao "A" Nvel de Presso Sonora Mximo na Curva de Ponderao "A" Nvel de Presso Sonora Mnimo na Curva de Ponderao "A" Nvel de Presso Sonora de Pico na Curva de Ponderao "C" Nvel de Presso Sonora Equivalente Diurno e Noturnoxviii

Leq Leq(24) LI Lmx Lmn Lp Lw [m] [m/s] [m/s] [m] MNS [N/m] p [Pa] [s] SPL [t] TCS TLS TUE's W [W] [W/m]

Nvel de Presso Sonora Equivalente Nvel de Presso Sonora Equivalente para um perodo de 24 horas Nvel de Intensidade Sonora Nvel de Presso Sonora Mximo Nvel de Presso Sonora Mnimo Nvel de Presso Sonora Total Nvel de Potncia Sonora Metro - Comprimento Metros por Segundo - Velocidade Metro por Segundo ao Quadrado - Acelerao Metro Quadrado - rea Medidor de Nvel Sonoro Newton por Metro Quadrado - Presso Presso Sonora Pascal - Presso Segundos - Tempo Nvel de Presso Sonora Toneladas - Peso Trilho Continuamente Soldado Trilho Longo Soldado Trens Unidade Eltricos Potncia Sonora Watt - Potncia Watt por Metro Quadrado - Intensidade

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RESUMO

Lage, Jacqueline de Toledo. Estudo do Rudo no Interior dos Trens Metropolitanos de So Paulo e seu Efeito sobre os Passageiros. Campinas, Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Campinas, 2003. Dissertao de Mestrado.

A passagem das rodas do trem sobre os trilhos (contato roda/trilho) na frenagem, a acelerao, a inscrio nas curvas, a aproximao das estaes e no interior dos tneis, provoca uma excitao na superestrutura da via, que, juntamente com as caractersticas do trecho, geram rudos. Esses rudos so transmitidos por via area e estrutural para as vizinhanas e para o interior dos carros, podendo causar, dependendo da intensidade e do tempo de exposio, desconforto aos usurios e riscos sua sade. Neste trabalho so medidos e avaliados os nveis de rudo gerado e transmitido dentro dos trens metro-ferrovirios da cidade de So Paulo, aos quais o passageiro embarcado permanece exposto durante a viagem. Atravs da avaliao e anlise dos Nveis de Presso Sonora (Lp) atuantes sobre os usurios embarcados, oriundos do trfego de veculos metro-ferrovirios em diferentes tipos de Via Permanente e trechos da Cia. do Metropolitano de So Paulo e da Cia. Paulista de Trens Metropolitanos de So Paulo, verificar-se- quais as possveis alternativas para minimizar os impactos negativos. Palavras Chave: Rudo, Trens, Metr, Ferrovia

xx

1. INTRODUO

1.1 Consideraes Iniciais

Considerando que o incio do desenvolvimento de polticas ambientais voltadas para o abatimento do rudo gerado pelos sistemas de transportes, bem como de pesquisas relacionadas com o tema, surgiu h muito pouco tempo (final dos anos 70 e incio dos anos 80), sabe-se que h muito por fazer ainda dentro dessa rea, cuja prioridade foi dirigida ao transporte rodovirio, por ser aquele que atinge o maior nmero de pessoas em todo o mundo. No setor ferrovirio as pesquisas de rudo foram sendo implementadas pouco a pouco e os estudos nessa rea vm progredindo desde meados dos anos 80 e incio dos anos 90. Com a implantao de linhas de trem de alta velocidade no Japo e na Europa, a partir dos anos 80, no mais se pde ignorar o problema do rudo ferrovirio, em virtude do impacto ambiental causado por esse tipo de sistema.

Antes de iniciarem seus estudos investigando as melhores solues para esse abatimento, pesquisadores precisaram equacionar o problema, recorrendo coleta de dados e a tomadas de medidas de rudo externas, isto , na parte externa dos trens e na lateral das vias ferrovirias. Na dcada de 90, com esses dados j trabalhados, deram seqncia implementao de normas sobre rudos e componentes ferrovirios, especialmente na Europa, bem como ao aprofundamento das pesquisas para identificao das origens do rudo ferrovirio e seus mecanismos de atuao. Esses conhecimentos propiciaram uma atuao direta sobre a fonte do rudo, no se atendo somente adoo de medidas mitigadoras e compensatrias ou ao uso de barreiras acsticas e a proteo acstica dos receptores (edificaes). E, como previsto, as pesquisas evoluram para outros sistemas de transportes sobre trilhos, abrangendo trens de carga, trens urbanos, trens de mdia velocidade (entre 100 Km/h e 180 km/h) e trens subterrneos, os metrs. A grande maioria dessas pesquisas se concentra na transmisso e efeitos do rudo sobre comunidades lindeiras s ferrovias e edificaes vizinhas, no que tange ao transporte urbano. A escassez de material de pesquisa relacionada com o passageiro embarcado nos trens metropolitanos no significa que o tema no seja relevante; mas sim que outros tipos de trens foram priorizados at agora, pelo incmodo que causam populao: os trens de carga e os trens de alta velocidade.

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1.2 Objetivos

O objetivo deste trabalho estudar o rudo no interior dos trens metropolitanos, levantar os estudos realizados e, a partir deles, medir e avaliar o rudo no interior dos carros de trens metro-ferrovirios da Regio Metropolitana de So Paulo, durante a sua circulao em diferentes tipos de via permanente. As propostas deste estudo so: a) verificar quais trechos da via permanente produzem menor e maior rudo dentro da composio e, aps a avaliao, determinar as causas; avaliar a influncia da posio do carro na composio do trem e do usurio no seu interior, no que se refere transmissibilidade e nvel de exposio sonora, comparando os resultados com estudos anteriores; b) aprofundar os estudos realizados anteriormente, centrados na linha mais ruidosa do Metr de So Paulo, e estabelecer uma diretriz para a continuidade das pesquisas, em vista das necessidades e dificuldades aqui evidenciadas.

1.3 Escopo

Analisar e avaliar o rudo atravs da medio dos Nveis de Presso Sonora (Lp), oriundos do trfego de veculos metro-ferrovirios em diferentes tipos de via permanente e de trechos da Companhia do Metropolitano de So Paulo METR e da Companhia de Trens Metropolitanos de So Paulo CPTM, atuantes sobre o usurio embarcado, visando melhorar o conforto acstico dos passageiros dos sistemas metro-ferrovirios da cidade de So Paulo.3

1.4 Importncia do Trabalho

A escolha do trabalho baseou-se na necessidade de expandir o conhecimento na rea de rudo em ferrovias brasileiras, especialmente nas de transporte de passageiros, uma vez que estudos dentro desse segmento, desenvolvidos no Brasil, so escassos, o que resulta em inexistncia de dados consistentes para orientar projetistas, pesquisadores e empresas operadoras. O tema "Nveis de Rudo no Interior de Trens Metropolitanos - Caso So Paulo" vivel de ser efetuado, mediante a proposta desta pesquisa; relevante porque acrescenta novos conhecimentos; oportuno, pois est sintonizado na preocupao global com o homem e o meio ambiente; atual, uma vez que pode gerar um novo enfoque e novas solues, muito adequados ao presente estgio da evoluo cientfica, que, atravs dele, poderia vir a contar com concluses vlidas para equacionar e explicar a realidade dos fatos existentes. Atualmente as preocupaes com as conseqncias da poluio ambiental sobre o ser humano e o prprio meio vm gerando grande discusso e impacto mundial; novas leis so aprovadas, restringindo-se cada vez mais os nveis de poluio permitidos em todos os segmentos, inclusive no controle da emisso de rudos. Os conceitos de qualidade de vida e de empresa cidad imperam nas decises tcnicas de novos projetos; esses conceitos vo se tornando mais abrangentes e exigem o desenvolvimento de novas tecnologias que garantam segurana, conforto, funcionalidade, eficincia e, o mais importante, a sade da populao, que, neste caso, vem a ser a populao dos usurios dos trens metropolitanos de So Paulo.

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1.5 Atividades do Trabalho

O desenvolvimento deste trabalho foi divido em trs partes: a primeira, onde esto compilados dados e informaes pertinentes, disponveis na literatura tcnica especializada, e evidenciados os conceitos bsicos sobre acstica e ferrovia, com vistas a ilustrar e facilitar a compreenso do tema; a segunda, onde so relatadas informaes concernentes ao experimento proposto, metodologia, levantamentos, anlise dos resultados obtidos e concluses sobre o experimento; e a terceira, onde so apresentadas concluses gerais e sugestes para futuras pesquisas. A primeira parte est contida nos captulos 1 a 5, a segunda nos captulos 6 e 7 e a terceira nos captulo 8. As atividades do trabalho esto resumidas na representao esquemtica da figura 1.1.

5

1 Parte - Pesquisa Bibliogrfica

Meios de Transportes Rodovirio Aerovirio Ferrovirio

Aspectos Gerais do Rudo, Gerao e Efeitos sobre o Ser Humano

O Rudo no Sistema Ferrovirio

O Rudo nos Sistemas Rodovirio e Aerovirio

2 Parte - Experimento

Medio do Rudo Atuante sobre os Passageiros Embarcados nos Trens Metropolitanos

Avaliao dos Resultados Obtidos e Concluses sobre o Experimento

3 Parte

Concluses Gerais e Sugestes para Futuras Pesquisas

Figura 1.1 - Representao Esquemtica das Atividades do Presente Trabalho6

2. OS MEIOS DE TRANSPORTE E O RUDO GERADO

2.1 Os Meios de Transporte

Os meios de transportes caracterizam-se pelo tipo de veculo e pelo tipo de via utilizados no deslocamento de pessoas e de cargas de um ponto a outro, origem e destino. A via o meio fsico onde se d o deslocamento e o veculo o meio que contm objetos e pessoas deslocadas. O sistema veculo/via define a modalidade do transporte ou modal. Os principais meios de transporte so: Rodovirio; Aerovirio; Ferrovirio; Hidrovirio.7

O rudo proveniente dos transportes gerado principalmente pelo sistema de propulso do veculo (motor, turbina) e pelo atrito com o meio (veculo/ar) e com a via (contato pneu/pavimento), durante o seu deslocamento e em funo da velocidade, e se expande na rea ao redor do veculo em deslocamento. Os sistemas do tipo hidrovirio produzem rudos, cujos impactos j comeam a ser estudados, e so considerados por muitos como sendo insignificantes, enquanto que o sistema aerovirio produz rudos expressivos, de grande magnitude, sobretudo, nas proximidades dos aeroportos. Nos sistemas terrestres, rodovirio e ferrovirio, todo o rudo gerado pelo deslocamento destes veculos propagado para as reas circunvizinhas s suas faixas de domnio.

2.2 Rodovirio

a modalidade de transporte em que os veculos utilizados so os automveis, nibus, utilitrios e caminhes, e as vias so as rodovias, pavimentadas ou no GUIMARES (21). O modal rodovirio caracteriza-se tambm por ser um transporte de mdia e longa distncia e de cargas com mdio valor agregado; pode ser porta a porta, quanto sua origem e destino, e possui grande variedade de veculos automotores. A fonte de energia utilizada por esses veculos primria e seus motores podem ser oriundos da combusto interna (mais comum) ou eltricos. O rudo de trfego rodovirio resulta do somatrio coletivo do rudo produzido por cada veculo individualmente. Esses veculos variam consideravelmente, dependendo do8

tipo e modo de operao. Carros de passeio formam o maior grupo e a vasta maioria desse grupo constituda de motores a gasolina ou diesel. Veculos de carga so geralmente movidos a diesel, com motores na faixa de 50 a 250 KW de potncia, e possuem uma capacidade de carga que geralmente varia de 3,5 a 38 toneladas. Entre essas duas categorias existem ainda os veculos leves de carga, do tipo peruas e pickups, que podem ser movidas a gasolina ou diesel, e, por fim, as motocicletas, em nmero bem menor, NELSON (46). O rudo gerado por cada veculo depende basicamente dos seguintes fatores: tipo e classe do veculo (carros, caminhes, nibus, motocicletas, etc.); qualidade e quantidade de medidas de controle de rudos utilizadas no projeto dos veculos; condies mecnicas de funcionamento dos veculos (desgaste dos componentes, condio do silenciador de exausto, escapamento, sincronismo das engrenagens, etc.); modo de operao do veculo (velocidade constante, acelerao, desacelerao, equipamentos existentes no veculo, etc.); condies da superfcie de rolamento, do pavimento e dos pneus; condies de propagao sonora (obstculos reflexivos, absorventes, etc.). Vrios estudos j demonstraram que, em termos de emisso de rudo, os carros de passeio, apesar de mais numerosos, so mais silenciosos. Depois destes se encontram os nibus e os caminhes de at 3,5 t, seguidos das motocicletas. Por ltimo, esto os caminhes mais pesados, com mais de 3,5 t, lbid. (46). No Brasil este fator agravado devido grande parte do transporte de carga ser efetuado por meio rodovirio, somado as condies do pavimento das estradas e das9

cidades e da falta de uma legislao eficaz, tanto para a produo de veculos mais silenciosos quanto para o impedimento da circulao de veculos com emisses de rudo acima do nvel permitido em reas residenciais e na proximidade de hospitais, escolas, teatros, igrejas, etc. Existe grande dificuldade em se aplicar medidas de reduo de rudo na fonte quando o modal rodovirio e a causa reside na falta de padronizao de testes e ensaios de carros e caminhes, na legislao internacional, constatando-se tambm que os ensaios no representam a situao dos veculos e do trfego nas vias urbanas e nas estradas, ROO (57). Tabela 2.1 - Nvel de Rudo Emitido por Diferentes Classes de Veculos Urbanos a 7,5 m de Distncia. Tipo de Veculo L50 [dB(A)] Bicicletas Motorizadas 73 Pequenas Motocicletas 82 Motocicletas 78 Carros com Motor a Gasolina 70,5 Carros com Motor Diesel 72 Caminhonetes com Motor a Gasolina 72,5 Caminhonetes com Motor Diesel 75 nibus 80 79,5 Caminhes com Motores 105 KW 82,5 Caminhes com Motores 150 KW 85 Caminhes com Motores 150 KW L5 [dB(A)] 82 88 87 77 78 79 80,5 86 85,5 88,5 90,5

Fonte: Transportation Noise Reference Book, 1987, NELSON (46) Onde: L5 o Nvel de Rudo excedido por 5 % das amostras e L50 o nvel de rudo excedido por 50 % das amostras. Os levantamentos da tabela 2.1 foram realizados fora do Brasil.

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2.3 Aerovirio

a modalidade de transporte na qual os veculos utilizados so as aeronaves e as vias so a atmosfera e os terminais areos (aeroportos). O meio de transporte aerovirio caracteriza-se por ser um transporte de mdia e longa distncia, de cargas com alto valor agregado e por ter muita flexibilidade, isto , no possuir uma nica origem e destino. Distinge-se pela rapidez e pode transportar tanto cargas quanto passageiros. As aeronaves podem ter vrios tipos de propulsores. Os motores a jato podem ser classificados em duas categorias principais: turbojatos e turbofans. Os primeiros consistem de um compressor, uma cmara de combusto e uma turbina, e os segundos so um motor turbojato acrescido de lminas de grande dimetro, situadas geralmente frente do compressor. Um outro tipo de propulsor utilizado nas aeronaves de passageiros o turbohlice. Consiste de uma turbina a jato, que move uma hlice colocada sua frente, e muito utilizado por aeronaves de mdio porte, que voam em faixa de velocidade de 400 a 600 km/h. E, por fim, h os motores a pisto de ciclo Otto, comuns em aeronaves pequenas e de uso privado, GUIMARES (21). Segundo NELSON (46), o problema da perturbao devido ao rudo de aeronaves comeou a difundir-se com a introduo dos motores a jato na aviao comercial no final dos anos 50. Desde a metade da dcada de 1960, a parte dominante do rudo nos aeroportos tem sido do crescimento dos vos subsnicos comerciais e dos jatos particulares de pequeno porte ("Lear Jets"). Existem cerca de 7000 vos comerciais/ano (passageiros), nos Estados Unidos da Amrica, alm de um igual nmero de vos executivos e de transporte de cargas. Em contrapartida, os vos de aeronaves com motores a propulso tem se mantido substancialmente constante em nmero, pelos ltimos 20 anos - em torno de 2000 vos/ano -, enquanto que o nmero de vos de helicpteros civis s agora comea a11

ganhar mais adeptos, especialmente nos grandes centros urbanos, como Nova Iorque, nos Estados Unidos da Amrica, e So Paulo, no Brasil. O aumento dos vos de jatos nos anos 60 acabou por promover uma reao generalizada por parte de legisladores americanos e aes pblicas coletivas no Reino Unido, estabelecendo, assim, uma srie de medidas para o controle de rudos. Nos aeroportos de Heathrow, em Londres, e Kennedy, em Nova Iorque, foram impostos limites de rudo, que so freqentemente monitorados. Em 1966, os Estados Unidos da Amrica, o Reino Unido e a Frana introduziram um processo de aprovao para certificao de rudo nos tipos de medidas aerovirias compensatrias. Conseqentemente, a indstria aeronutica implementou suas atividades de controle, de modo a atender uma nova legislao mais restritiva a partir de 1970. Os aeroportos mais modernos dispem hoje de sistema de embarque e desembarque de passageiros com tneis acoplveis s portas das aeronaves, que conduzem os passageiros para o interior dos terminais, evitando sua exposio ao rudo das aeronaves e dos demais equipamentos circulantes na rea externa. Porm, ainda existem aeroportos em que o avio estaciona numa posio remota e o passageiro deve se deslocar at a aeronave, ficando exposto ao rudo de outras aeronaves que tm seus motores em funcionamento. O trabalho realizado nas duas dcadas subseqentes permitiu o conhecimento das fontes de rudo dos jatos e foi possvel estabelecer seu controle. O rudo produzido por avies varia de acordo com sua categoria e tipo de propulso. De maneira bem simplificada, pode-se assumir que o rudo produzido durante a aterrissagem e decolagem, em um raio de 152 m da aeronave, , em mdia, de: 98 a 139 dB(A), para jatos grandes (Boeing 727-767, Air Bus A300-310) de passageiros; 86 a 121 dB(A), para jatos mdios (Boeing 727-200, Folker 100); de 79 a 118 dB(A), para jatos executivos (Lear Jets); e de 86 a 102 dB(A), para helicpteros, NELSON (46).

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2.4 Hidrovirio

a modalidade de transporte na qual os veculos utilizados so: as embarcaes, os navios, os barcos e os comboios fluviais. Suas vias so: os mares, os rios, os canais e os lagos. O modal hidrovirio caracteriza-se por ser um transporte de mdia e longa distncia e de cargas com baixo custo operacional, porm de alto peso (toneladas), tais como containeres e cargas a granel, GUIMARES (21). Segundo FAS (13), para um navio existem as seguintes categorias de rudo: Rudo Ambiente: a combinao de todos os rudos provenientes do meio ambiente ocenico, ou seja, o mar, a fauna marinha e o navio. Auto-Rudo: o rudo de fundo gerado pelo navio e seu sistema de sonar, que capta e classifica certos rudos como sinais da mar. O auto-rudo usado para descrever o efeito que um navio causa sobre o prprio sonar. Rudo Irradiado: o rudo gerado na estrutura do navio pelo sistema de propulso e pelas mquinas auxiliares. Parte dessa energia transmitida, atravs da estrutura do navio, para o casco, de onde, por sua vez, se transfere para a gua. O rudo irradiado usado para descrever o efeito que o navio causa nos sensores externos ao navio. Alguns navios podem tambm irradiar energia sonora, atravs do sonar, para tentar encontrar submarinos; a combinao do rudo estrutural do navio e do rudo produzido pelo sonar formam a assinatura subaqutica do navio. O rudo irradiado o sinal acstico detectado pelos sonares passivos e permite que navios inimigos possam, alm de detectar o

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navio, interferir com os sonares de outros navios da frota que porventura estiverem servindo de escolta, FAS (13). Dois so os tipos de fontes de rudo em um navio: Sonar: produz rudos passivos que afetam a capacidade de deteco do sistema de sonar do navio. Entretanto, a transmisso ativa dos sinais de um sonar de valiosa importncia na deteco, classificao e localizao de um navio. O controle do rudo do sonar no est associado ao programa de controle de rudo de bordo, tal como o rudo da plataforma. Plataforma: responsvel pelo som irradiado e pelo rudo gerado pela tripulao. Seu controle de vital importncia no monitoramento do rudo de bordo, FAS (13). So consideradas como fontes do rudo de plataforma: a) os rudos do maquinrio do navio que se origina nas vibraes dos equipamentos, sendo transmitido para o casco e deste para a gua; b) o rudo do sistema de propulso, originado fora do casco como conseqncia da ao dos propulsores (hlices) e do movimento do navio na gua. O rudo de propulso pode ser agravado pelo rudo de cavitao, causado pelo colapso do vapor de gua produzido pelas lminas das hlices; esse rudo ocorre apenas em determinadas velocidades, na faixa de 9 a 15 Ns, chamadas de cavitao de velocidade inicial, para navios com jogo constante nos propulsores. Em navios com jogo varivel nos propulsores, tal fenmeno pode ocorrer tanto em baixas como em altas velocidades, a chamada cavitao de livre velocidade pode ocorrer prxima dos 12 Ns, que a melhor velocidade de operao da armada americana. Outro importante rudo do sistema de propulso o "canto das hlices", causado pela ressonncia das lminas das hlices do motor, e geralmente ocorre em uma nica e limitada faixa de velocidade; c) o rudo hidrodinmico, causado pelo rudo externo do fluxo da gua do mar contra o casco no navio e pelo rudo interno do fluxo dos fluidos dentro das canalizaes do navio, que so transmitidos para casco. O fluxo externo da gua contra o casco do navio causa o rudo do chocalhar e vibraes em todo o casco e nas estruturas externas. Outros tipos de rudo de fluxo so: o14

ribombar das ondas quebrando na proa do navio, das ondas causadas pelo movimento do navio e da turbulncia produzida pela cpula do sonar ou pelo aparato rebocado; e d) o rudo eltrico, provocado por interferncias eletromagnticas e captado pelo sonar com sinais eltricos do maquinrio e de equipamentos eletrnicos. A fonte freqente de interferncias eletromagnticas o arqueamento de escovas e motores e os gabinetes de equipamentos eletrnicos com interruptores de alta voltagem, FAS (13). A maior parte dos estudos encontrados sobre rudos de navios se destina

proteo da fauna marinha, dos peixes e, especialmente, de mamferos como baleias, golfinhos e focas, devido perturbao por eles causada, bem como seus efeitos nocivos presena, procriao e comunicao desses animais. Nos documentos acessados no foram encontrados dados disponveis sobre faixas de rudo em decibis. Localizou-se somente grficos (Freqncia X Tempo ou Freqncia X Velocidade) com os espectros caractersticos dos rudos (assinatura acstica), das embarcaes e dos animais, o que ilustra o tipo de anlise realizada nesse campo da acstica, que no tem como objeto de estudo o efeito do rudo sobre o ouvido humano, cuja escala para anlise o decibel.

Tempo [s]

Freqncia [Hz]

Figura 2.1 Assinatura Acstica de um Navio de grande porte Fonte: PIONEER SEAMOUNT ACOUSTICS (55)15

O espectrograma da figura 2.1 mostra a assinatura acstica de um navio de grande porte aproximando-se do hidrofone do laboratrio americano Pioneer Seamount. As linhas brancas, longas e contnuas, ou bandas de freqncia, so criadas pela rotao das lminas da hlice propulsora e as caractersticas dessas linhas podem ser usadas para identificar o tamanho do navio, suas caractersticas, classe e, freqentemente, navios com caractersticas particulares.

2.5 Ferrovirio

2.5.1 Conceitos Bsicos sobre Ferrovia e Via PermanenteA ferrovia um sistema caracterizado por veculos com rodas de ao, guiadas sobre a via tambm de ao, e por uma modalidade de transporte na qual os veculos utilizados so: as locomotivas, os vages de carga e carros de passageiros, que, juntos, formam as composies ferrovirias e a via a ferrovia ou via permanente. O modal ferrovirio se distingue por ser um transporte de mdia e longa distncia e de cargas com baixo custo operacional, porm de alto peso (toneladas), tais como contineres e cargas a granel ou lquidas (vages tanques), GUIMARES (21). Em contraste com o crescimento do transporte rodovirio e aerovirio nas ltimas dcadas, em todo o mundo, o transporte ferrovirio cresceu muito pouco e at declinou em alguns pases. Porm, recentemente verificou-se que h indicaes de que a ferrovia tende a assumir um novo papel. Inspirados pelo grande sucesso dos trens de alta velocidade do Japo e da Frana, vrios pases passaram a planejar o aumento da velocidade de seus trens16

de passageiros, operando linhas com velocidades acima de 160 km/h at 400km/h, ampliando, assim, sua competitividade com o setor aerovirio. Vrias ligaes ferrovirias vm sendo construdas, sobretudo na Comunidade Europia, entre cidades estratgicas dos vrios pases membros. A velocidade e o conforto dessas viagens, mesmo aquelas feitas em trens de velocidades prximas de 200 km/h, atraem cada vez mais usurios e estimula os setores de transportes a investir em novos traados e em tecnologia ferroviria. O grande problema dessas ligaes de alta velocidade o rudo gerado. Usualmente, h necessidade da instalao de altas barreiras acsticas ao longo dos traados que atravessam as reas mais densamente habitadas, sendo que os danos ao meio ambiente e s comunidades devem ser considerados na elaborao do projeto de uma nova ferrovia. Quanto maior a velocidade, maior ser o rudo produzido no interior da cabine. Por exemplo, locomotivas paradas, de 2000 Hp a 3000 Hp, produzem um rudo da ordem de 61 a 68 dB(A). J externamente, isto , a aproximadamente 5 m de distncia, um trem de passageiros tracionado por uma locomotiva eltrica produz rudo de 84 a 90 dB(A), a 64 km/h, e de 88 a 92 dB(A), a 132 km/h. Para trens de carga tracionados por locomotiva diesel, o rudo pode variar entre 82 e 92 dB(A), trafegando a 108 km/h e em nvel, NELSON (46). Oito anos aps a inaugurao da primeira ferrovia aberta ao pblico, com trao a vapor, situada entre Stockton e Darlington, na Inglaterra (1824), teve incio a primeira tentativa para a construo de uma ferrovia brasileira, em 1836, com o Plano de Viao do Estado de So Paulo, que concedia a uma companhia estrangeira o direto de construir e explorar o transporte ferrovirio. Porm, no houve xito no projeto, BISCA (5). A segunda tentativa foi em 1840, quando o mdico ingls Thomas Cochrane recebeu uma concesso para construir a ligao ferroviria entre Rio de Janeiro e So Paulo. Por falta de investidores ingleses, esta tentativa tambm falhou.

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Somente em 1854, por iniciativa do Baro de Mau - Irineu Evangelista de Souza, foi inaugurada a primeira ferrovia brasileira ligando o Porto de Mau (no interior da Baa de Guanabara) Raiz da Serra, em Petrpolis. Essa ligao possua 14,5 km de extenso, que eram percorridos em 23 minutos, a uma velocidade mdia de 38,5 km/h. Desde ento, at o incio do sculo XX, muitas outras ligaes ferrovirias foram construdas no Brasil e no mundo, sempre com os mesmos elementos bsicos e sem grandes diferenciaes tecnolgicas entre si. E este meio de transporte foi consagrado como o mais rpido e eficiente da poca, BISCA (5). A via ferroviria (leito virio) chamada de via permanente e pode ser dividida em Infra-estrutura e Superestrutura. A infra-estrutura tambm chamada de plataforma ou leito ferrovirio e constituise das vrias camadas de terraplenagem, alm dos sistemas de drenagem profunda (drenos, bueiros, etc.). A superestrutura, ou seja, a via permanente, propriamente dita, constitui-se dos elementos sobre os quais os veculos ferrovirios iro trafegar; basicamente, o sublastro, o lastro, os dormentes e os trilhos.

LASTRO

TRILHO

DORMENTE

PLATAFORMA

SUBLASTRO

Figura 2.2 - Seo Transversal de uma Via Frrea, em tangente. Fonte: PAIVA (50).18

A superfcie da plataforma ferroviria pode resultar de camadas de aterro ou de corte e deve ter capacidade portante suficiente para suportar a superestrutura e os esforos decorrentes do trfego ferrovirio, de acordo com o projeto. O sublastro uma camada situada logo acima da plataforma (solo), geralmente de material granular mais fino que o lastro, com a funo de: separar o lastro do solo; servir como camada drenante e proteger o solo; diminuir a espessura do lastro e ainda ajudar na sua capacidade portante. O lastro uma camada de material granular (pedra britada, pedregulho ou escria de alto forno) que suporta a grade ferroviria, composta pelos trilhos e dormentes; suas principais funes so: suportar e manter a estabilidade da grade, para que esta no se movimente lateral e/ou longitudinalmente; servir como material drenante; servir como apoio elstico para oferecer conforto; transmitir uniformemente as tenses dos dormentes para o sublastro e para a plataforma, PAIVA (50). Os dormentes so necessrios para permitir a fixao dos trilhos, garantir a bitola constante (distncia entre as faces internas dos dois trilhos) em toda a extenso da ferrovia, servir de apoio aos trilhos, transmitindo seus esforos ao lastro de forma mais distribuda. Podem ser de madeira, de concreto ou metlicos e diferentes tipos de dormentes geram diferentes tipos de rudo.

Figura 2.3 - Dormente Monobloco de Concreto Protendido, vistas lateral, superior e transversal. Fonte: PAIVA (50).19

Figura 2.4 - Dormente Bi-bloco de Concreto Fonte: PAIVA (50).

Figura 2.5 - Dormente de Ao, vistas lateral e superior. Fonte: PAIVA (50). Segundo PAIVA (50), os trilhos constituem a superfcie de rolamento pela qual trafegam os veculos ferrovirios, superfcie esta composta por dois perfis metlicos (ao). So mantidos paralelos pelos dormentes, e suas principais funes so as de constituir uma superfcie de rolamento dura, lisa e suficientemente resistente para o trfego dos pesados veculos ferrovirios, de suportar os esforos de acelerao, frenagem e carregamento das rodas e transmitir essa carga para os dormentes. O perfil de trilho mais utilizado no mundo atualmente o chamado Perfil Vignole. Desenvolvido por Charles Vignole em 1836, este perfil de trilho compe-se de trs partes: patim ou superfcie de apoio, na parte inferior;20

alma, na sua parte intermediria; e boleto, na parte superior, onde se d o contato com a roda, figura 2.6.

BOLETO

ALMA

PATIM

Figura 2.6 - Perfil de um Trilho Vignole Fonte: PAIVA (50). Alm desses elementos principais, existem os dispositivos de fixao e acessrios, que servem para fixar os trilhos aos dormentes, apoi-los e isol-los eletricamente, e tambm para aumentar o conforto da via, atenuando vibraes. Esses dispositivos devem ser resistentes, de modo a suportar os esforos gerados pela passagem dos trens e manter os trilhos presos aos dormentes. Seus componentes mais conhecidos so: Grampo elstico, Clipe elstico e Tirefond ou Tirefo - materiais metlicos, que prendem o trilho placa de apoio e, no caso do Tirefo, tambm podem prender a placa de apoio ao dormente; Placa de apoio - feita de material metlico e posicionada entre o trilho e o dormente, confere inclinao aos trilhos, geralmente em 1:40 ou 1:20;21

Isoladores - feitos de material isolante, conferem isolamento eltrico aos trilhos, especialmente nos sistemas ferrovirios eletrificados; Almofadas ou placas amortecedoras - feitas normalmente de compostos de borracha, tm a funo de diminuir a vibrao dos trilhos e de minimizar a sua transmisso para os dormentes e para a plataforma (estrutura de apoio); so posicionadas entre os trilhos e a placa de apoio e, por vezes, tambm entre a placa de apoio e a superfcie do dormente.

Figura 2.7 - Componentes de um Conjunto de Fixao de Trilho para um Sistema de Via com Fixao Elstica sem Massa Mola. Fonte: CPTM (11).22

Legenda da Figura 2.7 - Componentes do Conjunto de Fixao 12345678910 11 12 13 14 15 16 Placa de Apoio Grampo Elstico Trilho Isolador Almofada Resiliente sob o Trilho Almofada Resiliente sob Placa de Apoio Bucha Resiliente de Borracha Palmilha Anticontaminante para Sistema sem Massa Mola Placa de Apoio Base para Sistema sem Massa Mola Chumbador de Ancoragem Arruela Lisa Parafuso Sextavado Parafuso Sextavado Arruela Serrilhada Arruela Simples de Presso Combinao de Palmilhas de Nivelamento

Os trilhos so fabricados em barras de comprimento adequadas ao seu transporte (12 ou 18 m). Essas barras so unidas na via por dispositivos de juno, chamados Talas de Juno, que impedem a descontinuidade da via e mantm a solidariedade entre as barras, dando firmeza ao conjunto. Para a melhoria das condies de rolamento da via, os trilhos so unidos por soldagem em suas duas extremidades, passando ento a ser denominados Trilhos Continuamente Soldados - TCS, quando no existem talas de juno, ou Trilhos Longos Soldados - TLS, quando so utilizados tramos (de 126 m ou 260 m, no caso da Cia Paulista de Trens Metropolitanos) de vrias barras soldadas entre si, unidas por talas de juno. Vias com TLS ou TCS so caractersticas de trechos com alta densidade de trfego e de trens de passageiros, especialmente no Brasil. Inicialmente as ferrovias eram, em muitas vezes, construdas sobre uma nica via, impossibilitando a passagem de dois trens ao mesmo tempo. Posteriormente, com uma maior demanda e disponibilidade de trens, os trechos passaram a ter pelo menos duas vias, permitindo a circulao simultnea nos dois sentidos. Para passar de uma via a outra ou para acessar vias de ptios e desvios, foi desenvolvido o Aparelho de Mudana de Via AMV.23

Esses aparelhos possuem partes mveis e fixas. As partes mveis so chamadas de Agulhas, e se deslocam lateralmente fazendo a ligao entre os trilhos de uma via e de outra, permitindo a transposio dos veculos ferrovirios sem que suas rodas saiam dos trilhos. Para assegurar que os veculos no descarrilem, so utilizados contra-trilhos que mantm as rodas alinhadas como em uma guia. Alm disso, compem os AMV's, os trilhos de ligao e o Jacar, dispositivo que permite a circulao cruzada das rodas e que opcionalmente pode ser mvel, facilitando a inscrio das rodas. O deslocamento das agulhas feito por mquinas colocadas junto via, chamadas Mquinas de Chave ou de Manobra, cujo acionamento pode ser eltrico ou manual.

Figura 2.8 - Foto de Um Aparelho de Mudana de Via - AMV, sobre via em Lastro com Dormentes de Concreto Monobloco. Fonte: Catlogo em Mdia Magntica do Fabricante do AMV, BWG, (8). O contato roda/trilho a principal fonte de rudo ferrovirio para velocidades prximas de 80 km/h. Portanto, a planicidade das superfcies do trilho e da roda de vital24

importncia, pois na sua ausncia, as imperfeies geram rudo, uma vez que so duas superfcies metlicas em contato e sujeitas ao atrito. Qualquer defeito, por menor que seja, na regio do contato, tanto nos trilhos como nas rodas, deve ser investigado quando se pretende mitigar o rudo primrio de um dado sistema ferrovirio. Mecanismos associados com a interao da roda e o trilho dominam a produo de rudo de operaes ferrovirias em velocidades convencionais e so bastante significativos nos trens de alta velocidade. O rudo roda/trilho pode ser dividido em trs categorias. O rudo de rolamento, que ocorre em trilhos retos e so predominantemente causados por ondulaes na superfcie das rodas e dos trilhos que induzem uma vibrao vertical relativa. O rudo de impacto, que pode ser considerado uma forma extrema do rudo de rolamento, devido a descontinuidades na superfcie das rodas e dos trilhos, causando tambm uma excitao vertical, porm descontnua. E, finalmente, o rudo de esmerilhamento, que ocorre em curvas de raio apertado, e usualmente induzido por um mecanismo de excitao lateral, THOMPSON e JONES (59). O defeito causador de rudo mais comum nos trilhos a corrugao, isto , ondulaes na superfcie de rolamento (boleto), ocasionadas por problemas nas rodas dos veculos ferrovirios, por desgaste ou escoamento do ao da superfcie do trilho, falta de manuteno, excesso de carga em relao capacidade projetada, ou ainda por tenses residuais existentes nos trilhos. Os problemas de corrugao, oriundos dos veculos ferrovirios so bastante comuns, especialmente em trechos de frenagem, demarragem em rampa ou em curvas de raio pequeno (entre 300 e 1000 m). Porm, a falta de manuteno regular e adequada, que leva os trilhos ao limite de seu desgaste, ocasionando o desprendimento das fixaes, deixando o lastro sujo e sem arestas e as juntas soltas ou desniveladas, tambm contribuem para o aumento do rudo gerado pelo contato roda/trilho.

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Figura 2.9 - Produo de Rudo pelo Contato Roda / Trilho, em trilho corrugado. Fonte: Noise and Vibration from High-Speed Trains, 2001, KRYLOV (38). Existem ainda os defeitos chamados de canoas, que so depresses na superfcie do trilho, e os defeitos denominados calos, que so as protuberncias. Ambos so menos comuns em linhas de alta densidade de trfego, e so causados geralmente por defeitos na soldagem das barras ou por defeitos de fabricao do trilho. De acordo com JANSSEN (31), o Instituto de Fsica Aplicada da Holanda (TNO) elaborou um estudo usando o programa TWINS - Track - Wheel Interaction Noise Software (1990), que promoveu o desenvolvimento de uma estrutura silenciosa para apoio dos trilhos, incorporando o trilho do tipo AS 42 e otimizando as propriedades do material onde o trilho fica embebido. As placas de apoio comum causam um acrscimo de aproximadamente 2 dB(A) na emisso de rudos, enquanto que neste caso a placa de apoio causou uma reduo no rudo de aproximadamente 5 dB(A). Este efeito foi conseguido sem a utilizao de amortecimento adicional ou recurso de absoro ou proteo. Adicionando proteo, a reduo do rudo chega a 12 dB(A), sendo que essas redues se aplicam somente ao rudo produzido pelo trilho. Testes em prottipos, realizados pelo TNO,

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confirmaram que essas placas de apoio implicam reduo da emisso de rudo em mais de 5dB(A).

2.5.2 Veculos FerroviriosVeculo ferrovirio todo aquele que trafega em uma ferrovia, sendo as locomotivas, os vages e os carros de passageiros os mais comuns entre eles. Os vages se destinam ao transporte de cargas, os carros ao transporte de pessoas e as locomotivas destinam-se a tracion-los. O trem ou a composio ferroviria o conjunto formado pelas unidades arrastadas, carros e/ou vages, unidas entre si e unidade tratora, locomotiva ou carro motor. Os trens de carga trafegam geralmente em reas rurais e interurbanas com velocidades menores (30 km/h a 70 km/h), devido carga que transportam. Podem ser formados por uma ou mais locomotivas e por muitos vages, com algumas composies chegando a ter 2000 m de comprimento. A carga por eixo, nesses casos, pode atingir at 32 toneladas, causando um esforo considervel sobre a superestrutura da via e de seus componentes. Os trens metro-ferrovirios ou metropolitanos so trens de passageiros destinados ao transporte de grande capacidade (carregam em mdia de 100 a 300 passageiros por carro), que circulam em regies metropolitanas com alta densidade demogrfica. O tempo de viagem geralmente curto, assim como o intervalo entre seus horrios, propiciando o deslocamento rpido de um grande nmero de usurios dentro da regio prestadora do servio. No transporte metroferrovirio so usualmente utilizados os chamados Trens Unidade Eltricos TUE, que costumam ser formados pelo conjunto de trs ou quatro27

carros, onde um, dois ou todos so dotados de motor de trao eltrica. Esses conjuntos de carros so chamados de unidades. Uma vez acoplados, compem um trem, da o termo Trens Unidade. Os outros tipos de trens de passageiros so os de mdio e longo percursos. Os primeiros se caracterizam pelo transporte de pessoas de regies suburbanas para grandes centros metropolitanos. Possuem, em geral, usurios cativos, com maior freqncia, no incio da manh, para o trajeto em direo metrpole, e, no final do dia, na direo oposta. Esses trens transportam cerca de sessenta passageiros sentados por carro e viajam em velocidade mdia de 100 km/h, levando em torno de uma a duas horas por trajeto. Os trens de longo percurso ligam cidades e at pases. Suas viagens podem levar dias entre a origem e o destino final. Possuem menor capacidade para transportar pessoas, por carro, em relao aos trens de mdio percurso e aos trens metropolitanos, devido demora no tempo da viagem. So mais confortveis do que as outras modalidades, oferecendo duas ou trs classes e opes de leito, restaurante e bar. Nesta categoria esto includos os trens de alta velocidade europeus e japoneses. Conforme discutido no item 2.5.1, o rudo predominante para as velocidades de at 80 km/h proveniente do contato roda trilho e a superfcie da roda deve estar suficientemente plana, regular e uniforme para evitar o aumento do rudo. Os defeitos na superfcie de rolamento das rodas so rugosidades e calosidades ocasionadas especialmente por deficincia do sistema de freios, quando utilizadas sapatas fenlicas. No caso da utilizao de freios a disco, esse problema se torna bastante reduzido, pois o material de atrito no entra em contato com a superfcie de rolamento das rodas. Podem tambm ocorrer problemas na demarragem, ou partida, nas rodas das locomotivas ou dos carros motores dos TUE's, quando no equipados com dispositivos de controle de trao, que impedem o giro, sem contato, de uma ou mais rodas durante a partida devido ao excesso de trao.

28

As rodas podem apresentar defeitos nas laterais internas, ou frisos, que, nas curvas, tocam a lateral do boleto do trilho. Quando o raio da curva pequeno e/ou a base rgida da suspenso primria do carro no compatvel com a geometria da via, a inscrio do trem nas curvas se torna forada, fazendo com que o friso da roda raspe na lateral do boleto, causando o rudo de esmerilhamento, ou seja, do metal da roda sendo atritado contra o metal do trilho. Uma promissora forma de proteo contra o rudo de rolamento a incluso de saias montadas no veculo ferrovirio, combinadas instalao de barreiras baixas na lateral dos trilhos. Entretanto, a performance destas protees de difcil avaliao, tanto terica quanto experimentalmente, uma vez que as protees enclausuram a fonte. Novos mtodos experimentais vm sendo desenvolvidos, para que a soluo acima descrita seja analisada e verificada sob condies estatsticas, possibilitando rpidas comparaes de diferentes configuraes, GEERLINGS e VERHEIJ (18). Tambm est sendo desenvolvido, pela ABB Corporate Research na Sucia, conforme narrado por FRID (15), um mtodo barato e rpido para mitigar o rudo de rolamento lateral ou esmerilhamento nos componentes da roda e do trilho, de forma direta e indireta. A forma direta se refere ao som irradiado do lado de fora dos trilhos e rodas, e a forma indireta se relaciona ao som irradiado do lado de dentro. O mtodo foi demonstrado na passagem dos trens Srie X2000, bem como os benefcios potenciais no amortecimento, absoro e proteo sonora. O 6 Workshop Internacional de Rudo Ferrovirio, realizado em Barcelona, Espanha, em 1998, segundo GAUTIER (17), teve incio com a reviso das pesquisas de rudos e vibraes e resultados alcanados desde o Workshop anterior. As concluses resultaram do desenvolvimento de ferramentas e mtodos relacionados ao projeto de solues para o rudo de rolamento. Neste evento, foi exaustivamente discutido o crescimento da necessidade de um sistema voltado para o suporte de decises, para a busca de uma aplicao mais eficiente, no cenrio econmico, de solues que contemplem os diferentes elementos do veculo ou do sistema de trilho.29

Portanto, conforme descrito, as pesquisas sobre os rudos gerados pelo meio ferrovirio esto em desenvolvimento nos pases com tecnologia ferroviria de ponta. No Brasil, s recentemente, o rudo gerado pelo meio ferrovirio passou a ser considerado nos projetos e pesquisas, sendo que, atualmente, essa rea est em franca evoluo.

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3. ASPECTOS GERAIS DO RUDO E CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE ACSTICA

3.1 A Natureza do Som

A natureza do som pode ser explicada como a sensao do ouvido humano a uma onda sonora no ar produzida pela vibrao de um objeto. Considerando-se o ar prximo da superfcie de um objeto vibrante, e que os movimentos da superfcie so de dentro para fora, as molculas de ar adjacentes ao objeto so empurradas e agregadas (o ar comprimido). O ar no pode retornar imediatamente sua posio inicial, pois, momentaneamente, esse espao est ocupado pelo avano da superfcie do objeto vibrante, de modo que um movimento de ar ocorre frente do objeto, PARKIN e HUMPHRIES, In: MARSH (44). Esse objeto vibrante provocar sucessivas compresses e rarefaes no ar a seu redor, que consistem de pequenas flutuaes na presso do ar transmitidas a partir da fonte,31

a velocidades relativamente altas e que vo se extinguindo gradualmente medida que a energia nelas contida absorvida pelo meio. Chamamos de som sensao produzida pelo ouvido quando estimulado por essas vibraes, MARSH (44). Registrando-se os valores mximos e mnimos de presso em um determinado momento, obtm-se uma onda sonora. Como o som transmitido longitudinalmente no ar, o grfico que mostra uma onda senoidal se refere unicamente s variaes na presso ou compresso do ar, e no ao deslocamento instantneo do ar.

3.2 Propriedades do Som

As propriedades do som so as caractersticas que permitem descrever o movimento de uma onda sonora, a saber: amplitude, freqncia, velocidade e comprimento de onda. Amplitude: refere-se diferena entre os valores mximos e mnimos de presso sonora. Comprimento de Onda ( ): refere-se distncia fsica entre compresses sucessivas, e dependente da velocidade do som no meio, dividido por sua freqncia: =c/f (3.1)

32

Freqncia (f): refere-se ao nmero de flutuaes de pico a pico na presso sonora, e um ponto especfico que percorre o espao em um segundo. Velocidade (c): Refere-se velocidade de viagem da onda sonora. Varia conforme o meio e tambm dependente da temperatura. Pressupondo que o ar um gs ideal, sua velocidade c (em m/s) relaciona-se com a temperatura T (em C), como segue:

c = 331,5 + 0,6 T [m/s]

(3.2)

Em outros materiais, a velocidade do som pode variar substancialmente. A tabela seguinte mostra a velocidade do som em vrios materiais diferentes. Tabela 3.1 Velocidade do Som em Materiais Diversos Velocidade do Som (m/s) 343 6100 5260 3650

Materiais Ar Ao Madeira Tijolo

Tabela 3.2 Propriedades do Som no Ar Temperatura (T): 20 C Freqncia (f): 500 Hz Velocidade (c): 343,7 m/s Comprimento de Onda ( ): 0,6874 m

33

3.3 Magnitudes Acsticas

As magnitudes ou grandezas acsticas so: presso, intensidade e sonoras.

potncia

A presso sonora a quantidade de fora mdia que um determinado som, ou onda sonora, produz sobre uma superfcie por unidade de rea. Embora a presso sonora seja medida em Pascal (N/m), usualmente os nveis de presso sonora so especificados em decibis. Trata-se de uma escala logartmica, bem adaptada ao ouvido humano, que tem um comportamento muito mais logartmico do que linear. Conseqentemente, uma variao no nvel de presso sonora de 5 dB resulta rigorosamente na mesma mudana da sensao auditiva para qualquer nvel que no se situe prximo ao zero (incio da escala), considerando que uma mudana no nvel de presso sonora de 0,01 Pa pode ser equivalente a uma mudana muito subjetiva para baixos nveis, enquanto se torna fortemente perceptvel para os altos nveis, NELSON(46). Uma vez que a presso de referncia aproximadamente igual ao mnimo de presso audvel para 1 kHz, a proporo para um som audvel geralmente maior que uma unidade, e o nvel de presso sonora, em dB, positivo. Zero dB corresponde aproximadamente ao limiar de audio para 1 kHz e a escala de decibis se estende para cima, normalmente at 120 dB, antes que o som se torne to alto que atinja o limiar da dor. A palavra "nvel" comumente associada ao uso da escala de decibis, e o nvel de presso sonora (Lp) definido pela expresso:

Lp = 20 log10 (p/2 x 10 -5)

[ dB ]

(3.3)

34

Onde: Lp o nvel de presso sonora p a presso sonora de resposta 2 x 10 -5 o valor da presso de referncia - p0 2 x 10 -5 p 20 Pa

Para conseguir uma escala conveniente, necessrio dividir o valor da presso de resposta pelo valor da presso de referncia, antes da aplicao do logaritmo. O fator "20" aparece porque originalmente os decibis foram definidos como razes de potncia sonora, e a potncia sonora proporcional ao quadrado da presso sonora. O ouvido humano capta variaes de presso dentro do intervalo acima para a variao de "p" em torno da presso atmosfrica e calibra sua percepo, baseado na presso atmosfrica local. A intensidade sonora de uma fonte a quantidade de energia irradiada numa rea e em um determinado tempo. Existe uma relao simples entre a presso e a intensidade da onda sonora para uma onda que se propaga no espao livre a partir de uma fonte. I = p rms c Onde: I = Intensidade da onda sonora p rms = presso eficaz ( roof mean square) = densidade do ar (1,2 kgm -3, para presso atmosfrica normal) c = velocidade do som no ar (344 m/s, a 20 C) c = impedncia acstica (413 rayls ou Pa s/m)35

[W/m]

(3.4)

O nvel de intensidade sonora (LI) definido como: LI = 10 log ( I/ I 0 ) [dB] (3.5)

Onde: I = 1012

0

-

Intensidade de referncia dada pela expresso 3.4, para p = 2 x 10-5 Pa

No caso de ser prefervel o uso de LI no lugar de Lp, nas anlises acsticas, necessrio utilizar uma escala de decibis adequada para intensidade e potncia. Potncia sonora a quantidade de energia irradiada por uma fonte sonora. Do mesmo modo que o nvel de intensidade sonora, o nvel de potncia sonora (LW) obtido por: LW = 10 log ( W/W0) Onde: W = potncia da Fonte Sonora W0 = 10 -12 [W] = potncia de referncia Os valores de referncia, mximo e mnimo, para a faixa de percepo do ouvido humano, correspondentes presso sonora so: 2 x 10-5 10 -12 10 -12 W I p 20 [Pa] - Presso Sonora 1 [W] - Potncia Sonora 1 [W/m] - Intensidade Sonora [dB] (3.6)

36

3.4 Espectro de Freqncia

A nica forma de descrever a freqncia de um mesmo sinal decompor toda a escala de freqncias em uma srie de bandas contnuas e medir o nvel do sinal em cada banda por perodo de tempo suficiente para obter uma mdia significativa. O resultado dessas mdias de freqncia conhecido como espectro de freqncia. Uma onda sonora simples um tom puro e contnuo de uma determinada e singular freqncia, mas esse tipo de fenmeno raramente ocorre fora do laboratrio. Nem mesmo os instrumentos musicais criam uma onda sonora que consista de vrios harmnicos superimpostos na fundamental. Se analisarmos um sinal sonoro no repetitivo, veremos que ele contm todas as freqncias possveis em uma dada escala. Se uma nica freqncia puder ser filtrada e estudada, sua amplitude pode ser encontrada e variar ocasionalmente com o tempo.

3.5 Bandas de Freqncia de Oitava e 1/3 de Oitava

Agrupar as freqncias numa banda de oitava possibilita uma forma de analisar amplamente as bandas sonoras que no contenham uma freqncia dominante. A freqncia de referncia em qualquer trabalho de acstica , algumas vezes, de 1000 Hz, e esta a freqncia central de uma banda de oitava de 1000 Hz. Outra freqncia central de banda de oitava est relacionada a 1000 Hz pelo fator 100,3 N

, onde N o valor de uma

integral positiva. As freqncias limites (inferior e superior) de uma faixa esto37

relacionadas com a freqncia central pelo fator 10 freqncia de 1000 Hz pelo fator 100,1 N

0,15

. Maiores detalhes podero ser

obtidos na utilizao de bandas de 1/3 de oitava, cuja freqncia central est relacionada , e as freqncias limites da faixa esto0,05

relacionadas com a freqncia de 1000 Hz pelo fator 10

. A tabela 3.4 contm as

freqncias listadas para banda de oitava e banda de 1/3 de oitava. Tabela 3.4- Freqncias utilizadas em medidas acsticas [Hz] Banda de 1/1 de Oitava f inferior 11 f central 16 f superior 22 f inferior 14,1 17,8 22,4 22 31,5 44 28,2 35,5 44,7 44 63 88 56,2 70,8 89,1 88 125 177 112,0 141,0 178,0 177 250 355 224,0 282,0 355,0 355 500 710 447,0 562,0 708,0 710 1000 1420 891,0 1122,0 1413,038

Banda de 1/3 de Oitava f central 16,0 20,0 25,0 31,5 40,0 50,0 63,0 80,0 100,0 125,00 160,0 200,0 250,0 315,0 400,0 500,0 630,0 800,0 1000,0 1250,0 1600,0 f superior 17,8 22,4 28,2 35,5 44,7 56,2 70,8 89,1 112,0 141,0 178,0 224,0 282,0 355,0 447,0 562,0 708,0 891,0 1122,0 1413,0 1778,0

Banda de 1/1 de Oitava f inferior 1420 f central 2000 f superior 2840 f inferior 1778,0 2239,0 2818,0 2840 4000 5680 3548,0 4467,0 5623,0 5680 8000 11360 7079,0 8913,0

Banda de 1/3 de Oitava f central 2000,0 2500,0 3150,0 4000,0 5000,0 6300,0 8000,0 10000,0 12500,0 16000,0 20000,0 f superior 2239,0 2818,0 3548,0 4467,0 5623,0 7079,0 8913,0 11220,0 14130,0 17780,0 22390,0

11220,0 11360 16000 22720 14130,0 17780,0

Tabela 3.4 - Freqncias utilizadas em medidas acsticas [Hz], continuao. Fonte: BERTOLI (4).

3.6 Propagao Sonora

Em espao aberto est evidenciado que o nvel sonoro diminui medida que a distncia da fonte aumenta por si s, para uma disperso geomtrica da potncia sonora, isto , se for considerada uma fonte punti-forme. Em atmosfera tranqila (sem turbulncia) e temperatura uniforme, sem barreiras ou outras obstrues, excluindo a possibilidade de absoro do ar, a potncia sonora total dever passar atravs da superfcie esfrica em volta da fonte. No caso simplista de uma fonte em espao livre, irradiando-se igualmente em todas as direes, a relao entre a Intensidade e a Distncia r ser dada por:39

I = W/4 r [W/m] (3.7) Ou na sua forma logartmica: SPL LI = LW - 11 - 20log r [dB] (3.8)

O termo final do membro direito da equao 3.8 representa a lei do inverso quadrado na acstica. E, atravs dessa equao, pode-se observar que o nvel de intensidade sonora cai em 6 dB, a cada vez que a distncia dobra. Segundo MARSH (44), se a fonte direcional, logo a intensidade sonora no distribuda uniformemente por toda a superfcie esfrica sua volta. O comportamento direcional da irradiao pode ser especificado pelo fator direcional (DF). O DF definido como a proporo da intensidade irradiada em uma dada direo em relao intensidade irradiada por uma fonte semidirecional de mesmo valor de potncia. Se o DF exceder a uma unidade, haver mais perda de intensidade irradiada em algumas direes do que em outras. Tanto, que o valor mdio de DF para uma superfcie esfrica completa corresponde unidade (1). A forma logartmica de DF o ndice de diretividade (DI), o que vem modificar a equao 3.8 para: SPL LI = LW - 11 + DI - 20log r [dB] (3.9)

No caso particular de uma fonte apoiada sobre superfcie altamente reflexiva, com irradiaes regulares para todas as direes de uma superfcie semi-esfrica, DI = 3 dB, a equao passa a ser: SPL LI = LW - 8 - 20log r [dB] (3.10)

Usualmente as fontes tm alguma diretividade e o DI pode ser especificado em funo da direo.

40

3.7 Absoro Sonora Area

Segundo MARSH (44), os efeitos atmosfricos sobre a absoro do som pelo ar (absoro area) podem ser melhor compreendidos separando-se os fatores que nela atuam, conforme descreve-se a seguir: A absoro do som pelas molculas do ar se refere atenuao da intensidade do som como resultado de sua passagem pelo meio, neste caso o ar. Os mecanismos de absoro so bastante complexos, porm, o efeito global pode ser considerado como produto de trs fatores conhecidos: absoro clssica, relaxamento rotacional e relaxamento vibracional. A absoro clssica e o relaxamento rotacional so considerados conjuntamente devido relao linear desses fatores com a freqncia. A absoro clssica expressa como sendo o resultado dos processos de transporte da Fsica Clssica; a saber: a viscosidade do meio, a condutividade trmica, a difuso da massa e a difuso trmica. A absoro rotacional o resultado do relaxamento da energia rotacional dentro das molculas, causada por mudanas de presso induzidas pela onda sonora. O relaxamento vibracional dentro das molculas de um gs o resultado do armazenamento de energia vibracional incidente dentro da molcula, em vez do armazenamento de energia de translao, apesar do deslocamento fsico daquela molcula. Sabe-se que essa energia converte a energia translacional quase que imediatamente, instantaneamente, porm necessrio um curto perodo de tempo para essa converso, o que, conseqentemente, ocasiona um atraso na onda sonora nas mudanas da presso e densidade. E esse atraso causa uma leve reduo na intensidade da onda acstica. Em virtude da natureza das molculas de oxignio e nitrognio, os efeitos do relaxamento vibracional nelas ocorrem em freqncias diferentes. Apenas recentemente os efeitos do nitrognio na poro mais baixa (inferior) do espectro audvel foram adicionados41

s formulas de predio. Assim sendo, em muitos dos mtodos mais antigos, como o de KNESSER e EVANS & BAZLEY In: MARSH (44), a absoro raramente prevista em faixas abaixo de 1 - 2 KHZ. As freqncias de relaxamento vibracional das molculas de nitrognio e oxignio so, para uma pequena extenso, uma funo da presso atmosfrica e da temperatura, sendo o fator mais determinante a concentrao molar de vapor de gua no ar. Embora a quantidade de absoro permanea virtualmente inalterada pelo vapor de gua contido no ar, este vapor afeta substancialmente os tempos de relaxamento das duas molculas, mudando assim a freqncia vibracional dentro do espectro audvel. A concentrao molar presente em um momento especfico governada pela temperatura e pela proporo da presso parcial na presso de vapor na saturao dentro de uma determinada amostra de ar. O coeficiente resultante representa a reduo na intensidade sonora por metro de distncia. O ponto principal a ser considerado sobre a absoro molecular que ela linear em relao distncia, e no logartmica. Deste modo, esses efeitos tendem a ficar muito mais expressivos com o aumento da distncia, considerando-se um espalhamento geomtrico atpico, lbid. (44).

Figura 3.1 - Absoro do Ar [dB/100 m], em funo da Umidade Relativa. Fonte: BERTOLI, (4).42

3.8 Escalas de Ponderao de Presso Sonora

De forma geral, o rudo consiste do som a diferentes freqncias, corrigido para todo o espectro audvel. Como o ouvido humano mais sensvel a algumas freqncias do que a outras, o nvel de perturbao vai depender do espectro de freqncia do rudo. H vrios modos diferentes para se determinar quo ruidoso um som pode ser percebido. Muitos trabalhos foram realizados nesta rea, especialmente no incio dos anos setenta, e h vrias tcnicas aceitas em uso. O ouvido humano muito sensvel a sons no intervalo de freqncia de 500 Hz a 4000 Hz e menos sensvel a sons acima e abaixo dessas freqncias; esta rea de sensibilidade corresponde faixa de freqncia da fala humana. A resposta do ouvido humano no variar uniformemente, conforme o limiar de audibilidade, para sons de diferentes freqncias. Assim, quando se referencia um nvel sonoro especfico, Lp ou LI, apenas em dB, no se esta considerando a resposta do ouvido humano. Para que se considere tal hiptese, necessria uma modificao adicional que corrija os valores de Lp ou LI.

3.9 Medio Sonora

A medio sonora realizada basicamente por dois instrumentos diferentes, o Medidor de Nvel Sonoro - MNS e o Dosmetro.43

O medidor de nvel sonoro um instrumento que mede a intensidade do som em um determinado momento, MARSH (44). Uma vez que o medidor fornece o valor da intensidade sonora para um nico ponto no tempo, geralmente necessrio tomar vrias medidas em momentos diferentes, durante o perodo, para calcular a exposio ao rudo durante uma jornada de trabalho, por exemplo. Se o nvel de rudo oscila, necessrio determinar cada um dos vrios nveis medidos, relativos aos intervalos de tempo restantes. A estimativa do nvel de exposio ao rudo ao qual um trabalhador de fbrica est sujeito realizada usando um Medidor de Nvel Sonoro, sendo necessrio fazer a tomada de vrias medidas em diferentes locais do espao de trabalho. Com as leituras feitas atravs do medidor, mapas de nveis de rudo podem ser elaborados em diferentes pontos do local de trabalho e, considerando conjuntamente a localizao do empregado na rea de trabalho ao longo da jornada diria, pode-se desenvolver estimativas do nvel de exposio individual. Geralmente esse mtodo conhecido como Monitorao de Rudo de uma rea, MARSH (44). Um dosmetro como um medidor de nvel de rudo que, tambm armazena as medidas de nvel sonoro e as integra ao longo do tempo, provendo uma mdia das leituras Leq - Nvel de Rudo Equivalente, para um determinado perodo de tempo, lbid. (44). Corriqueiramente esse tipo de aparelho chamado de Decibelmetro. O dosmetro aquele que, alm dessas funes, possui filtros que possibilitam leituras em vrias faixas de freqncia, fornecendo assim, tambm o espectro de freqncia do rudo medido, lbid (44).

44

3.10 Curvas de Ponderao Sonora

Para comparar sons diferentes e complexos, necessrio medir todo o espectro desses sons. Freqentemente so feitas medidas para cada oitava e que refere ao volume do som (grfico do espectro de freqncia do som). Conforme anteriormente discutido, a resposta do ouvido humano varia de acordo com a freqncia e com o nvel do rudo. Por esta razo, utiliza-se um sistema de curvas de ponderao para estimar a resposta do ouvido humano a um dado rudo. 1/3 de oitava, comeando em 63 ou 125 Hz. Usando o Fon, possvel calcular uma representao grfica

Figura 3.2 - Curvas de Ponderao Sonora: A, B, C e D Fonte: BERTOLI, (4).45

Onde: Curva de ponderao A - usada para nveis de volume sonoro abaixo de 55 fons, unidade de medida [dB (A)]; Curva de Ponderao B - usada para nveis de volume sonoro entre 55 e 85 fons, unidade de medida [dB(B)]; Curva de Ponderao C - usada para nveis de volume sonoro acima de 85 fons, unidade de medida [dB(C)]; Curva de Ponderao D - usada para calcular o aumento na perturbao produzida por sons agudos de alta freqncia, como aqueles gerados pelas freqncias das aeronaves modernas; unidade de medida [dB(D)].

46

4.

O

RUDO

NO

TRANSPORTE

EM

GERAL

E

SUAS

CONSEQNCIAS

4.1 Aspectos Gerais do Rudo Gerado pelos Meios de Transporte

A conseqncia da exposio das pessoas ao rudo provocado por vrios meios de transporte vem sendo estudada em vrios pases. De acordo com NELSON (46), a porcentagem de pessoas expostas ao rudo varia substancialmente de um pas para outro, de acordo com os hbitos da populao e dos meios de transportes mais utilizados. Comumente, a quantidade de pessoas expostas ao rudo de aeronaves sempre menor do que a quantidade de pessoas expostas ao rudo do trfego geral. No Japo, mais de 30% da populao encontra-se exposta a nveis de rudo de trfego superiores a 65 dB (A), enquanto menos de 1% exposta a nveis similares de rudo de aeronaves. No Estados Unidos da Amrica, a distribuio dos percentuais de pessoas expostas a esses dois tipos de rudo mais regular, onde 6% da populao aparece exposta a rudos de trfego superiores a 65 dB(A) e 2% aos mesmos nveis de rudo de aeronaves.47

No Brasil, no foram localizados trabalhos ou dados relativos populao de forma geral; existem alguns estudos especficos em grandes centros urbanos como So Paulo, Curitiba e Florianpolis, que se referem ao nvel de presso sonora verificado em ruas e avenidas, indicando um nvel quase sempre superior a 65 dB(A) [de 80 a 100 dB(A)], porm no relacionado o percentual da populao que estaria exposto a esse rudo e nem por quanto tempo, NELSON (46). O impacto causado por ferrovias geralmente compatvel com os percentuais observados no rudo de aeronaves. Aproximadamente, 1 a 2% da populao de pases desenvolvidos est exposta a nveis de rudo superiores a 65 dB (A), causados pela circulao de trens, lbid. (46). O desenvolvimento de veculos mais silenciosos, especialmente a partir dos anos 90, na Comunidade Europia, tornou-se uma tendncia mundial em funo da legislao, cada vez mais rigorosa, que regulamenta os nveis de emisso de rudo permitidos, adotada pelos pases desenvolvidos. Alm disso, a legislao para a construo de rodovias, ferrovias e aeroportos tambm se tornou mais austera quanto aos impactos ambientais. Suas medidas protecionistas vm melhorando sobremaneira a qualidade de vida da populao, em comparao com os resultados dos critrios vigentes nos anos 70. Ainda que essas legislaes variem de um pas para outro, h uma tendncia comum para tornar os limites mais rigorosos, lbid. (46). Quanto maior o nmero de pesquisas implementadas no sentido de baixar os nveis de rudos produzidos pelos diferentes meios de transportes, maior ser a reduo no nmero de pessoas expostas; estima-se que a reduo na quantidade de pessoas expostas a nveis de rudo superiores a 65 dB (A) possa chegar a 30% na Sucia, 60% na Dinamarca, 50% na Frana e 55% na Noruega, lbid. (46). De acordo com ROO (57), o rudo do trfego rodovirio considerado a maior parcela de rudo provocado por meios de transportes no mundo, e constitui um problema ambiental global, apesar de muitos ambientalistas o verem como um problema localizado.48

Os governos e autoridades rodovirias tendem a tratar o abatimento do rudo de trfego valendo-se de duas medidas: a) reduo da propagao do rudo, por meio de barreiras acsticas e b) proteo do receptor, atravs de edificaes (casas) com paredes isolantes, ROO (57). Nos veculos rodovirios existem duas fontes geradoras de rudo: uma o veculo com suas partes mecnicas mveis, sobre as quais os fabricantes atuam, e a outra o contato entre a roda e a via, lbid. (57). Deste modo, a gerao de rudos dos veculos determinada pelos seguintes fatores: propriedades mecnicas e acsticas do veculo; propriedades mecnicas e acsticas dos pneus; propriedades mecnicas e acsticas da superfcie de rolamento; forma de dirigir do condutor do veculo. Os primeiros dois fatores so inicialmente determinados pelos fabricantes dos veculos, dentro dos limites estabelecidos pelas leis nacionais e internacionais, lbid. (57). A diferena das leis regulamentares sobre emisso de rudo de veculos nos diferentes pases faz com que seus respectivos fabricantes atuem de modo a pressionar as autoridades competentes no sentido de se reduzir as exigncias legais dos diversos mercados. Portanto, somente uma harmonizao das leis regulamentares nesses pases propiciaria efetiva reduo do rudo veicular na fonte. O desenvolvimento e a implementao de padres internacionais viriam a contribuir consideravelmente para essa meta, promovendo uma padronizao na metodologia dos testes (ensaios) e em suas especificaes, lbid.(57).

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Na maioria dos pases Europeus os testes acsticos para aprovao de veculos foram inicialmente baseados na Norma ISO 362 de 1962 (rev. 1981 e 1994), e, desde 1970, a emisso de rudos veiculares vem se submetendo aos regulamentos da Unio Europia (European Union EU) e do Conselho Econmico para as Naes Unidas da Europa (Economic Council for Europe ECE), ROO (57). Nos Estados Unidos e nos pases da sia os limites e os mtodos adotados so similares e tambm baseados nas especificaes da Norma ISO 362. Na Europa os limites vm se reduzindo com o passar dos anos, de 82 dB(A) originais para 74 dB(A), no caso dos carros de passeio, e de 91 dB(A) para 80 dB(A), no caso de caminhes, lbid. (57). Como, ao longo dos anos, os resultados de testes em veculos apresentaram um evidente decrscimo na emisso de rudos, seria de se supor que tal reduo tivesse resultado em reduo equivalente de rudo no trfego dirio de estradas e vias urbanas. Porm, lamentavelmente, no foi o que ocorreu na realidade; as medies feitas em campo comprovaram uma reduo de 0 a 1 dB(A), em veculos de passeio, e de 2 a 4,5 dB(A), nos caminhes, ndices bem abaixo dos resultados dos testes. Isto se deve a diversos fatores que comprometem o grau de representa