Road traffic noise impact on facades of buildings

Buenos Aires – 5 to 9 September 2016
Acoustics for the 21st Century…
PROCEEDINGS of the 22nd International Congress on Acoustics
Environmental Acoustic and Community Noise: FIA2016-84
Road traffic noise impact on facades of buildings
Renata de Brito Rocha(a), Maria Lygia Niemeyer(b)
(a)
(b)
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]
Abstract
Considering that current acoustic scenario of great urban centres has been characterized by
excessive noise, mainly noise from road traffic, the function of buildings’ facade as sound
protection elements has become relevant and must receive attention from designers and
builders. In 2013, got into effect the Brazilian Standard (NBR) 15575 – Residential buildings –
Performance, the first Brazilian standard that defines requirements to residential buildings’
quality considering several aspects, among them acoustic comfort. On its part 4, the standard
sets performance requirements for internal and external partitions. The facade composition is
particularly important because it is the element that manages the interference between the
internal and external environment of the building. For example, the permeability to the wind, to
get natural ventilation, which is extremely important as strategy of comfort in tropical regions,
depending on the sound environment, can result in overexposure noise in the interior of the
buildings. Because facades are elements that have two antagonistic and so important functions
– sealing and permeability, they require a careful study during the project. Thus, this paper aims
to present a method to analyse the impact of noise emitted by road traffic routes on building
facades to be used as a design tool, examining the possibilities of use of natural ventilation
without prejudice to the acoustic comfort.
Keywords: noise map, façade noise exposure, natural ventilation
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Impacto sonoro de tráfego rodoviário em fachadas de
edifícios
1 Introdução
Em todo o mundo, o crescimento das cidades foi acompanhado do adensamento urbano e do
aumento excessivo do fluxo de veículos nas vias de tráfego, fazendo destas as fontes de ruído
mais impactantes em meio urbano e resultando em expressiva elevação da poluição sonora
urbana e exposição dos edifícios ao ruído.
Em um contexto como este, a análise da incidência de ruído sobre as fachadas como subsídio
ao projeto é fundamental para garantir o conforto acústico no interior dos edifícios. A partir
desta informação, é possível não apenas determinar o desempenho mínimo das fachadas para
isolamento dos ruídos externos como também verificar a melhor localização para os vãos de
ventilação.
Atualmente, no Brasil, a única diretriz normativa a definir parâmetros para o desempenho
acústico de fachadas é a norma ABNT NBR 15575 – Edificações habitacionais – Desempenho.
A norma destina-se especificamente a edificações residenciais, definido o desempenho mínimo
dos elementos pertinentes aos aspectos de Segurança, Sustentabilidade e Habitabilidade. O
desempenho acústico de fachadas é tratado em sua Parte 4: Requisitos para os sistemas de
vedações verticais internas e externas – SVVIE [1].
Embora esta norma represente um avanço no que se refere à qualidade acústica de
edificações, já que este tema sempre foi negligenciado no Brasil em comparação aos países
europeus, os parâmetros que ela estabelece para avaliação do desempenho acústico devem
ser compatibilizados com os demais requisitos uma vez que “a ABNT NBR 15575 estabelece
critérios relativos ao desempenho térmico, acústico, lumínico e de segurança ao fogo, que são
atendidos individual e isoladamente pela própria natureza conflitante dos critérios de medições,
por exemplo, desempenho acústico (janela fechada) versus desempenho de ventilação (janela
aberta)” [1].
A ventilação natural é exigência de desempenho térmico da própria NBR 15575, além de ser
estratégia apontada por diversos autores como indispensável para regiões de clima tropical
úmido, sobretudo onde a umidade do ar é elevada [3]. A combinação de temperatura e
umidade elevadas é encontrada em grande parte do território brasileiro e a ventilação natural
vem, cada vez mais, apresentando-se como a solução preferencial para atingir conforto
higrotérmico de forma mais sustentável, seja pela dispensa de condicionamento artificial de ar
ou pela redução de seu uso.
Com efeito, considerando que o ruído proveniente das vias de tráfego rodoviário é
predominante em meio urbano, faz-se necessário um estudo cuidadoso da incidência do ruído
emitido pelas vias sobre as diferentes fachadas, identificando as superfícies mais protegidas
para posicionamento de vãos de ventilação, sem prejuízo do conforto acústico.
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Com relação ao desempenho acústico dos elementos de fachadas, a legislação francesa prevê
níveis diferentes de isolamento em função de dois principais fatores: classificação acústica da
via de tráfego e posição da fachada em relação à via de tráfego [4].
A classificação acústica prevê cinco categorias de vias de tráfego, definidas em função de
níveis sonoros de referência para o período diurno e noturno e relacionadas à faixa afetada
pelo ruído, nos dois lados da via de tráfego (tabela 1).
Tabela 1 – Classificação acústica de vias [4]
Categoria
Nivel sonoro de referencia | em dB(A)
LAeq diurno (6h -22h)
LAeq noturno (22h -6h )
Largura máxima da faixa afetada
pelo ruído
1
L > 81
L > 76
d = 300 m
2
76 < L ≤ 81
71 < L ≤ 76
d = 250 m
3
70 < L ≤ 76
65 < L ≤ 71
d = 100 m
4
65 < L ≤ 70
60 < L ≤ 65
d = 30 m
5
60 < L ≤ 65
55 < L ≤ 60
d = 10 m
A relação entre a via de tráfego e as fachadas do edifício considera não apenas o ângulo de
incidência do ruído, mas também a influência de elementos do entorno que, a depender do
posicionamento, configurem barreira acústica. A partir desta analise são aplicados fatores de
correção sobre o valor de isolamento padrão (figura 2).
Figura 1 – Relação edifício/ via de tráfego [4]
A NBR 15575/parte 4 define valores mínimos de isolamento acústico exclusivamente para
fachadas de dormitórios em função de três classes de ruído. Entretanto, como ainda não existe
no Brasil uma base de dados que permita realizar a classificação sonora das vias a partir de
sua emissão sonora, as classes de ruído são apresentadas de forma descritiva (tabela 2). Para
áreas próximas a aeroportos, ferrovias, estádios e áreas de grandes eventos, a norma indica a
necessidade de estudos específicos.
Tabela 2 – Isolamento mínimo para fachadas de dormitórios [1]
Classe de ruído
I
II
Localização da habitação
Habitação localizada distante de fontes de ruído intenso de quaisquer naturezas
D2m,nt,w
Habitação localizada em áreas sujeitas a situações de ruído não enquadráveis nas
classes I e III
≥ 25
≥ 20
Habitação sujeita a ruído intenso de meios de transporte e de outras naturezas,
≥ 30
desde que esteja de acordo com a legislação.
D2M,NT,W - Diferença padronizada de nível ponderada da vedação externa, a 2 m de distância da fachada
III
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No caso brasileiro, o estudo da incidência de ruído sobre as fachadas assume particular
importância pela necessidade de identificar as fachadas menos expostas para localização de
vãos de ventilação.
2 Objetivo
Apresentar a aplicação da ferramenta mapa de ruído como método de avaliação da incidência
do ruído de tráfego sobre fachadas, buscando identificar possibilidades de compatibilização de
ventilação natural e conforto acústico no interior do edifício. Foram analisadas quatro situações
típicas: edifício totalmente exposto e três outras combinações interpondo elementos
construtivos entre o edifício e a via de tráfego.
3 Método
3.1
Modelos simulados
Foram definidos quatro modelos para simulação (tabela 3) sendo o primeiro com o edifício
totalmente exposto ao ruído da via de tráfego e outras três situações com a combinação de
elementos de proteção baseadas em esquemas gráficos da norma francesa [4].
Tabela 3 – Modelos de simulação
Elementos
Edifício “alvo”, 5 pavimentos/ 15 metros de altura
Edifício barreira, 1 pavimentos/ 5 metros de altura
Barreira acústica, 3 metros de altura.
Via de tráfego, 12 metros de largura.
3.2
Modelo 1
Modelo 2
Modelo 3
Modelo 4
Simulação
Os modelos foram elaborados em Autocad e inseridos no SoundPLAN [2], onde os elementos
receberam os atributos acústicos para simulação. Para atender ao objetivo deste artigo, foram
usados três tipos de saída gráfica para geração das imagens referentes às situações
simuladas: mapa horizontal de ruido (Grid noise map); Corte transversal dos elementos (Cross
section map) e mapa de fachadas (Facade noise map), este último apresentado como uma
perpectiva.
Para a via de tráfego foi atribuído o LAeq diurno de 78 dB(A), que é o nível sonoro médio
correspondente a uma via de tráfego da categoria 2 da norma francesa [4]. Os parâmetros de
cálculo usados na simulação são apresentados na tabela 4.
Tabela 4: Parâmetros de cálculo e simulação
Índice Calculado
Norma de Cálculo
Barreira acústica
Número de reflexões
Malha de cálculo
4
Grid noise map
Cross section map
Facade noise map
LAeq D (6h-22h)
RLS 90
Refletora nas duas faces
3
1 metro
1 metro
0,25 metro
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4 Análise dos resultados
4.1
Simulação - Modelo 1
A figura 2 mostra a simulação da primeira situação, que tem o edifício estudado totalmente
exposto ao ruído emitido pela via.
No mapa (figura 2a), pode-se observar que o ruído chega até à fachada frontal entre 72 dB(A)
e 75 dB(A) . Pelo corte (figura 2b) e pela perspectiva (figura 2c), notamos que este nível sonoro
está na altura do 1º pavimento. Nos quatro pavimentos superiores, o nível sonoro nas fachadas
sobe para valores entre 75 dB(A) e 78 dB(A). A redução de 3 dB no nível sonoro no 1º
pavimento em relação aos pavimentos superiores pode ser atribuída ao efeito da absorção do
solo.
Figura 2: Simulação com o modelo da situação 1 mostrando mapa (a), corte (b) e perspectiva (c).
A perspectiva mostra a variação no nível sonoro na fachada lateral esquerda, exposta a três
faixas de ruído: 72-75 dB(A) ; 69-72 dB(A) ; 66-69 dB(A). Pode-se observar que a simples
mudança da fachada frontal para a lateral faz o nível sonoro cair em 3 dB e que a exposição
sonora da fachada lateral, neste caso, é em média 6 dB menor que a exposição da fachada
frontal. Esta exposição sonora reduzida pode ser interessante para o posicionamento de vãos
de ventilação na fachada lateral, embora, neste caso, a diferença de 6 dB entre as fachadas
frontal e lateral ainda não seja suficiente para tal, já que o nível no ponto médio desta última
ficou entre 69 dB(A) e 72 dB(A), ainda elevado para que se considere a inserção de vãos de
ventilação natural desta fachada.
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Nos casos em que o cenário acústico não seja tão ruidoso quanto o deste modelo, onde os
níveis no eixo da via são superiores a 90 dB(A), uma diferença de 6 dB entre fachada frontal e
laterais pode já ser satisfatória e justificar a setorização dos ambientes no interior do edifício
que permita o posicionamento dos vãos de ventilação de ambientes sensíveis nas fachadas
laterais.
Na fachada posterior, vemos, tanto no mapa quanto no corte, que os níveis sonoros são
bastante reduzidos: abaixo de 48 dB(A) em quase toda a fachada.
4.2
Simulação - Modelo 2
A figura 3 mostra a simulação da segunda situação, que tem o edifício estudado protegido pelo
edifício barreira.
Já através do mapa (figura 3a), pode-se observar que a exposição sonora da fachada frontal
do edifício estudado é bastante variada, o que é confirmado pelo corte (figura 3b) e pela
perspectiva (figura 3c), na qual notamos que a fachada frontal está exposta a seis faixas de
ruído distintas e que a região central da fachada ao nível do 1º pavimento é a área onde os
níveis de ruído são mais baixos, entre 57 dB(A) e 60 dB(A).
Figura 3: Simulação com o modelo da situação 2 mostrando mapa (a), corte (b) e perspectiva (c).
A perspectiva mostra que exposição sonora da fachada frontal aumenta à medida que se
aproxima das bordas e dos pavimentos superiores. Para estes últimos, o edifício barreira, neste
caso, não teve qualquer efeito de proteção. No pavimento intermediário (3º pavimento), a
fachada frontal do edifício estudado neste modelo está com uma exposição sonora 3 dB
menor que no primeiro modelo.
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Ainda pela perspectiva, nota-se que na fachada lateral esquerda a redução da exposição
sonora em relação ao primeiro modelo também se deu na altura dos primeiros pavimentos,
onde os níveis ficaram entre 66 dB(A) e 69 dB(A) em toda a extensão. Percebe-se também que
neste segundo modelo, a fachada lateral novamente não seria favorável para o posicionamento
de vãos de ventilação, pois o nível sonoro no ponto médio desta fachada, assim como na
primeira situação, ficou entre 69 dB(A) e 72 dB(A) e pouco se alterou à medida que se afasta
da fachada frontal e aproxima-se da posterior, o que leva a concluir que o edifício barreira
proporcionou um ganho discreto de atenuação sonora para a fachada lateral.
O corte e o mapa mostram que a presença do edifício barreira não teve qualquer efeito sobre a
exposição sonora da fachada posterior, onde os níveis permaneceram como no primeiro
modelo: abaixo de 48 dB(A).
4.3
Simulação - Modelo 3
Na figura 4 é apresentada a simulação da terceira situação, que tem o edifício estudado
protegido por uma barreira acústica contínua, que está a três metros da margem da via.
Nota-se pelo mapa (figura 4a) que houve incremento sonoro de 3 dB(A) na margem da via
localizada entre esta e a barreira acústica se comparada à outra margem. Isto se deve ao
efeito da reflexão sonora provocada pela barreira acústica, o que pode ser visualizado pelo
corte (figura 4b). Em comparação com o segundo modelo, podemos perceber que os níveis
sonoros que chegam à fachada frontal do edifício estudado são ainda menores que os
observados no segundo modelo. O corte mostra o perfil da propagação sonora, que explica a
proteção mais efetiva que a barreira próxima da via (fonte sonora) proporciona ao edifício
estudado, mesmo sendo esta mais baixa que edifício barreira do segundo modelo.
Figura 4: Simulação com o modelo da situação 3 mostrando mapa (a), corte (b) e perspectiva (c).
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Com efeito, a comparação do corte e perspectiva (figura 4c) do primeiro modelo com os
mesmos elementos deste terceiro modelo mostra resultados mais favoráveis que os do
segundo modelo para a atenuação na exposição sonora da fachada frontal: redução de 12 dB
na altura do 1º e 2º pavimentos; redução de 9 dB no 3º e 4º pavimentos; redução de 3 dB no
5º pavimento.
A perspectiva mostra também que, neste caso, o efeito de atenuação da barreira acústica para
a fachada lateral é considerável: no ponto médio desta fachada, os níveis sonoros estão entre
60 dB(A) e 63 dB(A) , em média 9 dB a menos que no primeiro modelo. Esta exposição
sonora reduzida da fachada lateral já pode permitir a localização de vãos para ventilação sem
prejuízo para o conforto acústico, embora a posição das aberturas de janela deva ser
determina também por alguns outros fatores, como insolação e regime de ventos, por exemplo.
Assim como nos outros modelos, o corte e a planta mostram não haver influência da barreira
acústica na exposição sonora da fachada posterior.
4.4
Simulação - Modelo 4
A simulação com a quarta situação, que tem o edifício estudado protegido pelo edifício barreira
e por uma barreira acústica contínua, é apresentada na figura 5.
O mapa (figura 5a) mostra que, em relação ao terceiro modelo, houve um aumento de 3 dB em
uma pequena área entre a barreira acústica e o edifício barreira, como resultado da reflexão
provocada pela fachada frontal deste último. Nota-se que os níveis sonoros que chegam à
fachada frontal do edifício estudado são menores que os observados no terceiro modelo.
Figura 5: Simulação com o modelo da situação 4 mostrando mapa (a), corte (b) e perspectiva (c).
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Contudo, a observação do corte (figura 5b) e da perspectiva (figura 5c) esclarece que a
atenuação sonora na fachada frontal se dá até o 2º pavimento. A exposição sonora da fachada
frontal entre o 3º e o 5º pavimentos se manteve semelhante à do terceiro modelo.
Comparando-se este quarto modelo com o primeiro, nota-se que a atenuação sonora na
fachada frontal é distribuída da seguinte forma: menos 15 dB no 1º e 2º pavimentos; menos 9
dB no 3º e 4º pavimentos; menos 3 dB para o 5º pavimento.
Assim como no terceiro modelo, aqui os níveis sonoros no ponto médio da fachada lateral
ficaram entre 60 dB(A) e 63 dB(A), sendo a atenuação mais significativa no nível dos primeiros
pavimentos, como influência do edifício barreira, a exemplo do que ocorreu no segundo
modelo. Isto vem mostrar que, neste caso, a contribuição da barreira acústica para a redução
nos níveis sonoros da fachada lateral é preponderante.
Aqui também, os níveis sonoros na fachada posterior não sofreram influência dos elementos de
atenuação, como mostram o mapa e o corte.
5 Considerações Finais
Considerando os parâmetros utilizados neste trabalho para as simulações, os resultados
mostraram alguns pontos já conhecidos, como a maior eficiência de barreiras acústicas mais
próximas à fonte sonora do que do receptor, o que a maior atenuação sonora na fachada
frontal do edifício estudado nas situações 3 e 4 demostraram.
Os mapas, cortes e perspectivas forneceram informações importantes, como o efeito da
inserção de outros elementos no entorno do edifício estudado, a variação na exposição sonora
da fachada frontal e desta para a fachada lateral, que são mais facilmente explicitados e
visualizados através de simulação, o que vem evidenciar a importância desta ferramenta para
auxílio a projetos que pretendam se preocupar com a qualidade acústica.
Os resultados neste trabalho mostraram que, tanto na situação em que o edifício estudado está
desprotegido quanto naquela em que este está protegido por um edifício mais baixo, a redução
na exposição sonora da fachada lateral não seria suficiente para o posicionamento de vãos de
ventilação nesta sem o comprometimento do conforto acústico no interior do edifício. Apenas
nas situações onde houve a presença de barreira acústica contínua, e esta mais próxima da
fonte sonora (via) do que do receptor (edifício estudado), a atenuação do ruído na região da
fachada lateral mostrou que este pode ser um local interessante para receber vãos de
ventilação natural mantendo o conforto acústico nos ambientes sensíveis, embora esta decisão
de projeto dependa de outros fatores importantes, como insolação e regime de ventos.
Apesar da compatibilização de ventilação natural e controle de ruído ser tarefa
reconhecidamente complexa – e nem sempre possível – os projetistas e construtores devem
ter como premissa buscar o atendimento destas duas exigências, que, apesar de antagônicas,
não devem excluir-se uma a outra, pelo menos em um primeiro momento. Isto evidencia a
necessidade de um estudo que expresse com exatidão a situação de exposição sonora das
fachadas, o que poderia possibilitar a escolha mais acertada dos vão de ventilação.
Este trabalho apresenta simulações para quatro situações bastante simples, sendo estes os
primeiros resultados de uma pesquisa que pretende ampliar-se para avaliar cenários acústicos
mais complexos, como aqueles encontrados nas nossas cidades.
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Referências
[1] ABNT – Associação Brasileira de Normas Tecnicas - NBR 15575: Edificações habitacionais –
Desempenho – Parte 4: Requisitos para os sistemas de vedações verticais internas e externas –
SVVIE Rio de Janeiro: ABNT, 2013.
[2] Braunstein + Berndt GMBH. Handbook user's manual. SoundPLAN LLC, 2004. Available in:
<http:www. soundplan.com>. Access in 2012/04/22.
[3] Lamberts, R; Dutra, L.; Pereira, F.O.R. Eficiência energética na Arquitetura, Rio de Janeiro (Brasil),
3ª edição, 2014.
[4] Legifrance - Arrêté du 30 mai 1996 relatif aux modalités de classement des infrastructures de
transports terrestres et à l’isolement acoustique des bâtiments d’habitation dans les secteurs affectés
par
le
bruit
Version
consolidée
au
14
juin
2016
–
disponivel
em
https://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=JORFTEXT000000730884
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