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Freno a los ruidos
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Una revisión de los factores que se consideran en países como España para la instalación de barreras acústicas en las carreteras y autopistas.
Revista Nº 85 marzo-abril 2007
Da gusto circular por las autopistas concesionadas de Santiago. Las diferencias en confort con avenidas y calles son abismales. Ausencia de hoyos, posibilidad de circular a 100 k/h, viajes más cortos y menos consumo de combustible son algunas de las ventajas de estas modernas vías. De esta manera casi no duele meterse la mano al bolsillo y pagar por su uso.
Y fueron tan bien diseñadas, que incluso minimizan la contaminación por ruido que ocasiona la circulación masiva de vehículos. ¿Cómo? A través de la instalación de barreras o pantallas acústicas. Por ejemplo, Vespucio Sur y la Costanera Norte las emplazaron frente a centros educacionales, hospitales y lugares de culto.
Chile, por cierto, no está entre los primeros países del mundo que han empleado esta tecnología. Es uno de los tantos ámbitos en los que Europa nos lleva la delantera. Por ejemplo, en España se deben tener en cuenta numerosos factores antes de la colocación de estas estructuras. Si quiere conocer mayores antecedentes, a continuación revise los acápites principales de un reciente informe elaborado por tres consultores de Málaga.
Uso Creciente
Dado que el ruido del tráfico es uno de los agentes contaminantes que más deterioran la calidad de vida de los ciudadanos de España, durante los últimos años se ha incrementado el uso de barreras acústicas a lo largo de las vías de acceso y circunvalación de sus grandes ciudades. El principal motivo es la concienciación de los ciudadanos y de las administraciones ante dicho problema.
No obstante lo anterior, la comunidad científica estudia las posibles soluciones a los impactos acústicos de ese tipo hace más de 30 años.
Para determinar la viabilidad de una pantalla antirruido en una carretera es necesario analizar, entre otras cosas, el binomio costo-eficacia, dada las grandes superficies a cubrir en la Madre Patria. Y como análisis previo a su instalación, debe determinarse la topografía de los emplazamientos del emisor y del receptor, así como las características acústicas del terreno y los condicionantes climatológicos y atmosféricos de dicho lugar, debido a que todo eso repercutirá en la eficacia final de la pantalla.
Fenómenos del Sonido
Para comprender el funcionamiento básico de una barrera acústica hay que considerar los fenómenos que experimenta el sonido en su encuentro con un cambio de medio físico.
Cuando una onda sonora se propaga a través de un medio y encuentra a su paso una superficie de separación con otro medio, se origina una onda reflejada en el medio de origen y una onda transmitida en el segundo.
Por regla general, una onda acústica experimentará una reflexión siempre que exista una discontinuidad o un cambio en el medio a través del cual se propaga la onda. Así, se denomina “sonido directo” al que viaja por el camino más corto, y “sonido reflejado” a aquel que, tras chocar con el obstáculo entre emisor-receptor, vuelve al punto de recepción.
De esta manera, si suponemos sólo la influencia del terreno en la propagación del sonido entre un emisor y un receptor en espacio abierto, se observarían dos posibles caminos en ausencia de una pantalla. Al receptor llegaría el “sonido directo”, a lo que habría que sumarle la contribución energética proveniente del “sonido reflejado” en el terreno. Esta fenomenología comenzó su estudio en los años 50.
Según algunos entendidos, el margen de frecuencias en los que se produce una interferencia destructiva depende de forma crítica de la resistividad al flujo de aire de la superficie del terreno, que es la causante de los cambios de fase debido a la reflexión de la onda esférica incidente.
Existe, además, otro fenómeno conocido como refracción del sonido, definido como el cambio de dirección de las ondas incidentes al pasar de un medio a otro con una cierta velocidad de propagación. La ley de propagación rectilínea de las ondas sonoras no es rigurosamente válida, sino que, en alguna medida, las ondas sonoras se curvan en las cercanías de los obstáculos.
Para observar este efecto, se tienen que comparar las dimensiones del obstáculo con la longitud de onda de las ondas sonoras, ya que si ésta es mucho mayor que las dimensiones del obstáculo, este fenómeno es muy difícil de apreciar. Un ejemplo frecuente es la curvatura de las ondas sonoras tras chocar contra una abertura.
Como resultado de la difracción aparecen zonas de sombra sonora. Es por eso que en el caso de las pantallas acústicas como técnica de control de ruido, es importante considerar la relación entre la longitud de onda, las propiedades direccionales de una fuente y, sobre todo, una correcta modelización del terreno.
Estudiando el caso detenidamente, cuando se interpone una pantalla antirruido entre un emisor y un receptor, la contribución de la onda directa se reemplaza por la onda difractada sobre la cumbrera de la barrera, con lo que reduce su acción.
La influencia de la onda reflejada ya no resultará tan significativa, debido a que su camino queda interrumpido por la interposición de la pantalla. Se ha demostrado experimentalmente la ocurrencia de estos hechos, por lo que, en ciertas circunstancias, la interposición mal estudiada de una pantalla puede producir los efectos contrarios a los deseados.
La solución analítica del problema requiere una modelización adecuada de la impedancia del terreno donde se produce la reflexión.
Otro dato a tener en cuenta en dichos algoritmos de predicción son las propiedades direccionales de la fuente (en carreteras, vías férreas, industrias y otras instalaciones).
Dichas propiedades dependen de la relación entre la longitud de onda del sonido radiado y las dimensiones de la fuente sonora, en tanto que la efectividad de una barrera en la protección de un punto a un lado de la barrera del ruido procedente de una fuente en el otro lado, depende de la relación entre la altura de la barrera y la longitud de onda del sonido.
Por eso es importante conocer cada uno de los casos concretos en los cuales se va a instalar la pantalla acústica y analizar así todos los parámetros necesarios para optimizar la altura y extensión de la misma en función de las fuentes, el tipo de sonido, topografía del terreno, distancias y otros factores.
Otros Aspectos
Para la elaboración de un proyecto de instalación de pantallas acústicas se requiere tener en cuenta no sólo la valoración de la efectividad acústica de éstas, sino también la posibilidad de su construcción en el emplazamiento estudiado.
Asimismo, para que la superficie del material de la barrera absorba energía acústica será necesario tener en cuenta dos factores:
• Que la superficie del material sea relativamente transparente al sonido.
• Que el medio sea capaz de transformar casi completamente la energía vibratoria de las ondas en energía calorífica de fricción.
Las pérdidas de energía acústica en los materiales se pueden caracterizar mediante un coeficiente de absorción acústica, entendiendo por tal a la relación entre la energía acústica absorbida por un material y la energía acústica incidente sobre dicho material, por unidad de superficie, y que puede variar desde un 1 ó 2 % al 100% para diferentes materiales. En el primer caso la reflexión es total y en el segundo lo es la absorción.
El coeficiente de absorción acústica de un material depende de la naturaleza del mismo, de la frecuencia de la onda y del ángulo con el que la onda incide sobre la superficie.
Un elemento que interviene en la absorción acústica, principalmente en el campo de las bajas frecuencias, es el espesor del volumen de aire existente entre la cara del material y la superficie rígida que lo soporta.
El coeficiente de absorción de cualquier material varía considerablemente con el ángulo de incidencia de las ondas sonoras. En el caso de las pantallas acústicas en la carretera, el estudio de la proyección de la onda es relativamente sencillo, dado que la fuente de ruido principal es el contacto del rodamiento de los vehículos con la carretera. Sin embargo, en instalaciones industriales se necesita realizar un estudio más detallado.
Uno de los aspectos más importantes para el cliente que quiere instalar adecuadamente una pantalla acústica en una carretera o en una industria es la estética que ésta tenga. Es por eso que, además de comprobar que cumpla con las características técnicas mínimas que exige la legislación actual y que tenga una correcta funcionalidad acorde con los parámetros que se diseñaron en el proyecto para cada caso particular, hay que intentar conseguir una integración paisajística en el entorno donde va a ser instalada.
De ahí que en el diseño de la barrera se deban considerar una serie de cálculos mínimos (tanto de estructuras, soportes, cálculos de absorciones, etc.) para que cumpla tanto acústica como constructivamente. También hay que tener en cuenta el material con el que se construirá el armazón que la recubre.
Obra Civil
Otro factor muy importante en la instalación de pantallas acústicas es la forma en que se ejecuta la obra. No se conseguirán buenos resultados si, pese a emplearse materiales con muy buenas condiciones acústicas, no se realizan todos y cada uno de los pasos necesarios para el correcto emplazamiento de las barreras: estudio topográfico, cimentación, colocación-nivelación de perfiles, instalación de las estructuras y colocación de juntas, angulares y otros elementos.
La fase de topografía sólo se realiza en los casos que se ubiquen las pantallas en carreteras, vías férreas o en instalaciones industriales que tengan grandes discontinuidades en el terreno.
Tras el análisis de los resultados, se obtendrá una primera aproximación de la distribución de las pantallas sobre el terreno y del dibujo final. Esta fase sirve para que el cliente escoja, a priori, tanto la estética que va a tener la estructura (en cuanto a colores) como el escalonado final de la misma.
El siguiente paso será el replanteo de las zapatas (elementos de cimentación). A partir del estudio topográfico previo y del planning de obra se señalizan los lugares exactos en que irá la perforación para cada uno de los pilares. Existen distintos tipos de cimentaciones dependientes de cada caso en particular: Perforación por pilotes, zapata cuadrada, zapata cilíndrica y anclaje con pernos.
Para cada una de estas cimentaciones, se deberá tener en cuenta la profundidad de las zapatas, los diámetros de las mismas, el tipo de hormigón a utilizar y las características del terreno que se tiene, entre otros aspectos.
La elección de las vigas que van a soportar la pantalla debe estar dada, principalmente, por la altura de la misma, el tipo de terreno sobre el que se instale y el peso de los elementos. Todo lo anterior debe justificarse mediante cálculos estructurales para cada uno de los proyectos.
Otro paso importante es la correcta nivelación de los perfiles antes del hormigonado de las zapatas. Si esta labor no se realiza correctamente, la instalación de la pantalla será más difícil.
La colocación de las barreras se realiza mediante el encaje y deslizamiento de éstas sobre los perfiles ya nivelados. Cabe tener en cuenta que los puntos de encuentro de cada una de las pantallas deben estar separados por juntas especiales para evitar escapes acústicos.
Por último, se procede al ajuste de angulares en caso de que la pantalla sea acrílica, inclusión de juntas de neopreno para fijar los perfiles, revisión final de toda la instalación y limpieza de la zona.
Maquinaria y Terreno
Entre la maquinaria necesaria y más usada para ejecutar una obra de instalación de pantallas acústicas se encuentran: minicargadoras, manipuladoras telescópicas, camiones pluma, grúas, camiones de bombeo mixto, estático y pluma de 42 metros, martillos hormigón y bobcats.
Otro detalle a tener en cuenta es el tipo de terreno sobre el que hay que trabajar. Existen terrenos rocosos, arenosos, arcillosos y de muchos otros tipos, para cada uno de los cuales se realiza un tipo de perforación acorde siempre con la altura y el tipo de pantalla a instalar, con una maquinaria determinada.
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