Estudo do comportamento de barreiras acústicas sustentáveis com base no conceito de cristais sónicos

Abstract

Ao longo dos últimos anos têm sido desenvolvidos vários trabalhos para estudar a atenuação sonora provocada por estruturas periódicas, às quais se dá o nome de cristais sónicos.Os cristais sónicos consistem na distribuição periódica de elementos semelhantes ao longo de duas ou três direções, formando uma matriz que se repete no espaço. Por efeito de combinação construtiva/destrutiva de ondas sonoras, é gerada atenuação sonora em intervalos de frequência específicos, aos quais se dá o nome de band gap. Alterando a distribuição destes elementos e/ou a sua geometria, é possível fazer variar o intervalo de frequências em que se verifica essa atenuação sonora. Pretende-se, aqui, aprofundar o estudo da aplicação deste conceito em barreiras acústicas para atenuação sonora, procurando-se definir novas geometrias de barreiras para a mitigação do ruído de tráfego. Pretende-se contribuir para o desenvolvimento de um conceito que possa ser materializado com soluções construtivas simples, usando, por exemplo, troncos de madeira, provenientes de operações de limpeza de florestas, como dispersores do cristal sónico.Neste trabalho são avaliadas diversas geometrias utilizando um modelo numérico de elementos finitos, testando diferentes possibilidades como a associação de ressoadores de Helmholtz a cristais sónicos ou o uso de dispersores não simétricos, avaliando o efeito da sua rotação. De modo a verificar a validade dos modelos utilizados, realizaram-se ainda ensaios experimentais em escala reduzida em câmara semi-anecoica existente no DEC-FCTUC. Por fim é sugerida uma ideia/método para a conceção desta tecnologia.Tendo por base a análise de estudos já realizados e os resultados apresentados neste trabalho, pode-se afirmar que as barreiras acústicas com cristais sónicos se apresentam potencial para o desenvolvimento de boas soluções para, a curto/médio prazo, virem a ser utilizadas na mitigação do ruído de tráfego.

Over the past few years, several studies have been developed to study the sound attenuation caused by periodic structures, which are called sonic crystals.Sonic crystals consist of periodic distributions of similar elements along two or three directions, forming a matrix that is repeated in space. As a result of the constructive / destructive combination of sound waves, sound attenuation is generated at specific frequency intervals, which are called “band gaps”. By changing the distribution of these elements and / or their geometry, it is possible to vary the frequency range in which this sound attenuation occurs.It is intended, here, to deepen the study of the application of this concept in acoustic barriers for sound attenuation, seeking to define new barrier geometries for the mitigation of traffic noise. It is intended to contribute to the development a concept that can be materialized with simple construction solutions, using, for example, wood logs, from forest cleaning operations, as sonic crystal scatterers.In this work, several geometries are evaluated using a finite element numerical model, testing different possibilities such as the association of Helmholtz resonators with sonic crystals or the use of non-symmetric scatterers, evaluating the effect of their rotation. In order to verify the validity of the models used, experimental tests were also carried out on small scale in a semi-anechoic chamber at DEC-FCTUC. Finally, a possible strategy for the implementation of this technology is suggested.Based on the analysis of studies already carried out and the results presented in this work, it can be said that the acoustic barriers with sonic crystals present potential for the development of good solutions for the short / medium term to be used to mitigate traffic noise.