CONTRIBUȚII PRIVIND ÎMBUNĂTĂȚIREA CONFORTULUI ACUSTIC … (Oancea)/rezumat... · 7.3.1 Descrierea sistemului de achiziție și prelucrare a datelor 53 7.3.2 Prezentarea înregistrărilor

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAȘI

Facultatea de Construcții și Instalații

CONTRIBUȚII PRIVIND ÎMBUNĂTĂȚIREA CONFORTULUI

ACUSTIC URBAN

REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT

Doctorand,

arh. Irina Ștefan (Oancea)

Conducător de doctorat,

Prof. univ. dr. ing. Mihai Budescu

- IAȘI, 2018 -

UNIVERSITATEA TEHNICA "GHEORGHE ASACH!" DtN tASt

RECTORATUL

Cdtre

Vd facem cunoscut c5, in ziua de 26 octombrie 20L8,la ora 10,00, in in Sala de consiliu O.1,

Corp R, de la Facultatea de Constructii si lnstalatii, Bdul. D Mangeron nr. 43, va avea loc suslinerea

publicd a tezei de doctorat intitulatS:

,,coNTRlBUTil PRtVtND iTUeUNATAIREA CONFORTULUT ACUSTTC URBAN',

elaboratd de doamna $TEFAN IRINA ICASATOnITA OANCEA)1n vederea conferirii titlului gtiinlific de

doctor.

Comisia de doctorat este alcStuiti din:

1. Conf.univ.dr.ing.Ciocan Vasilici Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din lasi

2. Prof.univ.dr.ing. Budescu Mihai Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din lasi3. Prof.univ.dr.ing.Vicdreanu Sorin Radu - Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti4. Prof.univ.dr.ing.Manea Daniela Lucia - Universitatea Tehnica Cluj

5. Conf.univ.dr.ing.Vasilache Maricica Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din lasi

pregedinte

conducitor de doctoratreferent oficialreferent oficialreferent oficial

Cu aceastd ocazie vi invitdm si participati la sustinerea publici a tezei de doctorat.

cA$CAVAL Secretafi u naversitate,

Urllng.Cfistiha Nagit

Is1#,

3

CUPRINS

1 INTRODUCERE 7

1.1 Aspecte generale asupra confortului 7

1.2 Motivația cercetării 7

1.3 Conținutul tezei 8

2 DEZVOLTAREA SUSTENABILĂ 10

2.1 Sustenabilitatea aglomerărilor urbane 10

2.1.1 Definiția sustenabilității 10

2.1.2 Orașul viitorului în contextul sustenabilității 10

2.1.3 Necesitatea regenerării urbane 11

2.1.4 Parcursul orașelor până la urbanismul sustenabil 11

2.2 Omul în centrul dezvoltării sustenabile 14

2.2.1 Strada în context urban 14

2.2.2 Natura în context urban 15

2.3 Orașe sustenabile în Europa 15

2.3.1 Frankfurt 15

2.3.2 Copenhaga 15

2.3.3 Paris 2050 16

2.4 În loc de concluzii 16

3 NOȚIUNI PRIVIND PROPAGAREA UNDELOR 17

3.1 Aspecte generale 17

3.1.1 Zgomotul 17

3.1.2 Vibrațiile 17

3.2 Propagarea undelor sonore 17

3.2.1 Unde sonore plane 17

3.2.2 Viteza sunetului 18

3.2.3 Caracteristici fizice și perceptive ale undelor sonore 19

3.2.4 Niveluri sonore 21

3.2.5 Analiza frecvenței sunetului – spectrul Fourier și 1/n octavă 22

3.2.6 Fenomene caracteristice propagării undelor 22

3.3 Noțiuni privind propagarea vibrațiilor 23

3.3.1 Noțiuni introductive despre vibrații 23

3.3.2 Descrierea vibrațiilor 24

3.3.3 Vibrațiile sistemelor discrete cu un grad de libertate 24

3.3.4 Transmisibilitatea vibrațiilor 25

3.3.5 Nivelul de intensitate al vibrației 25

3.3.6 Nivelul de tărie al vibrației 26

4 CONFORTUL URBAN DIN PUNCT DE VEDERE AL ZGOMOTULUI ȘI VIBRAȚIILOR 27

4.1 Aspecte generale privind mediul urban 27

4

4.2 Acustica urbană 27

4.3 Zgomotul ambiental urban 28

4.3.1 Surse de zgomot și vibrații în mediul urban 28

4.3.2 Caracteristicile fizice ale zgomotului urban 29

4.3.3 Atenuarea zgomotului urban 29

4.4 Terminologie specifică acusticii urbane 29

4.5 Limite admisibile ale nivelului de zgomot și al vibrațiilor, prevăzute în legislația românească și europeană 30

4.5.1 Reglementări privind zgomotul 30

4.5.2 Reglementări privind vibrațiile 31

5 INFLUENȚA UNDELOR ASUPRA STĂRII DE SĂNĂTATE 32

5.1 Perceperea undelor sonore de către urechea umană 32

5.1.1 Sistemul auditiv uman 32

5.1.2 Curbele izofonice 32

5.1.3 Curbele de nivel egal de tărie (curbe de zgomot) 32

5.1.4 Efectul de mascare a sunetelor 32

5.2 Efectele poluării sonore asupra omului 33

5.2.1 Efectele sunetului asupra omului, în funcție de frecvență 33

5.2.2 Efectele nivelului sunetului asupra stării de sănătate 33

5.2.3 Efectele timpului de expunere asupra stării de sănătate 34

5.3 Efectele vibrațiilor asupra omului 34

5.3.1 Vibrațiile întregului corp 35

5.3.2 Perceperea vibrațiilor în funcție de frecvență 35

5.3.3 Curbe de ponderare a vibrațiilor 36

5.3.4 Evaluarea expunerii la vibrații transmise în întregul corp uman 36

6 STUDIU DE CAZ PRIVIND NIVELUL DE ZGOMOT RESIMȚIT ÎNTR-O ZONĂ REZIDENȚIALĂ A MUNICIPIULUI IAȘI 37

6.1 Aspecte generale 37

6.2 Caracteristicile zonei studiate 37

6.3 Măsurători ale nivelului de zgomot 37

6.3.1 Măsurători efectuate în lungul străzii 37

6.3.2 Măsurători efectuate perpendicular pe stradă 39

6.4 Concluziile studiului de caz 40

6.5 Simularea implementării unor măsuri de atenuare a zgomotului 40

6.6 Măsuri urbanistice pentru diminuarea nivelului de zgomot 47

6.6.1 Tipuri de măsuri 47

6.6.2 Tipuri de bariere de zgomot 48

6.6.3 Caracteristici determinante în alegerea tipului de barieră de zgomot 48

7 STUDIU DE CAZ PRIVIND TRANSMITEREA VIBRAȚIILOR ÎNTR-O ZONĂ REZIDENȚIALĂ A MUNICIPIULUI IAȘI 51

7.1 Aspecte generale asupra vibrațiilor în mediul urban 51

5

7.1.1 Propagarea undelor prin teren 51

7.1.2 Măsurarea vibrațiilor in situ 51

7.1.3 Vibrații produse de trafic și efectele acestora asupra mediului 52

7.1.4 Studiul vibrațiilor în apropierea căilor ferate 52

7.2 Descrierea zonei studiate 53

7.3 Măsurători ale nivelului de vibrații 53

7.3.1 Descrierea sistemului de achiziție și prelucrare a datelor 53

7.3.2 Prezentarea înregistrărilor efectuate 55

7.3.3 Analiza perceperii vibrațiilor înregistrate 59

7.4 Nivelul de zgomot înregistrat în zonă 63

7.5 Concluziile studiului de caz 63

7.6 Metode de atenuare a vibrațiilor 64

7.6.1 Metode directe de izolare vibratorie și seismică a construcțiilor 64

7.6.2 Metode indirecte de izolare vibratorie a construcțiilor 66

8 CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND REALIZAREA UNOR BETOANE CU ADAOSURI RECICLABILE PENTRU BARIERE ANTIZGOMOT 70

8.1 Problematica utilizării deșeurilor 70

8.1.1 Tipurile de deșeuri utilizate în cercetările experimentale 70

8.2 Caracteristicile mecanice ale unor microbetoane cu deșeuri 71

8.2.1 Descrierea tipurilor de microbetoane analizate 71

8.2.2 Caracteristicile mecanice ale microbetoanelor analizate 72

8.2.3 Analiza comparativă a rezultatelor 73

8.2.4 Curba caracteristică completă a betoanelor analizate, supuse la compresiune 74

8.2.5 Concluzii privind caracteristicile mecanice ale microbetoanelor analizate 75

8.3 Caracteristicile acustice ale unor materiale sustenabile 75

8.3.1 Noțiuni introductive privind absorbția sunetului 75

8.3.2 Metoda de determinare a coeficientului de absorbție acustică 76

8.3.3 Descrierea materialelor testate și rezultatele obținute 78

8.3.4 Analiza coeficienților de absorbție acustică determinați 80

8.3.5 Concluzii privind caracteristicile acustice ale microbetoanelor sustenabile analizate 83

9 CONCLUZII. CONTRIBUȚII PERSONALE. DISEMINAREA REZULTATELOR 84

9.1 Concluzii 84

9.2 Contribuții personale 89

9.3 Diseminarea rezultatelor 90

BIBLIOGRAFIE SELECTIVA 92

7

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

1.1 ASPECTE GENERALE ASUPRA CONFORTULUI

Confortul este o noțiune subiectivă. Fiecare om și-l definește singur, în funcție de istoricul său, modul de viață și de aspirațiile sale personale. Nevoia de confort se reflectă în deciziile pe care le ia fiecare om, în ceea ce privește modul de locuire, de transport, locul de muncă, dar și în deciziile ce țin de latura ludică a fiecăruia: de nevoia de integrare socială, de relațiile inter-umane.

Noțiunea de confort este direct legată de cea de poluare. Factorii de mediu (apa, aerul, solul, flora, fauna) suferă modificări continue sub influența activității umane. Pe parcursul dezvoltării așezărilor umane, natura a fost din ce în ce mai supusă limitărilor și constrângerilor impuse de modul în care s-au extins orașele.

Omul este, în prezent, supus factorilor de risc ce se asociază acestui tip de dezvoltare urbană actuală, care pune accentul pe transport rapid, nu pe crearea unui spațiu destinat omului, și anume: poluarea aerului, fenomenul de insulă de căldură urbană, zgomotul, aglomerația, lipsa spațiilor verzi și ritmul din ce în ce mai alert al vieții cotidiene. Creșterea gradului de confort se asociază unui mediu mai puțin poluat, din toate punctele de vedere. Calitatea mediului urban nu constă însă doar într-un mediu nepoluat din punct de vedere fizic, ci și într-un mediu urban care să ofere omului posibilitatea de a trăi, de a parcurge, de a se relaxa într-un mediu exterior în care să se simtă confortabil. Creșterea calității vieții, un deziderat al oricăruia dintre noi, este corelată cu creșterea gradului de confort.

1.2 MOTIVAȚIA CERCETĂRII

Termenul de confort urban nu se referă doar la calitățile fizice ale acestuia, la calitatea apei sau a aerului, ci și la calitatea mediului înconjurător, la capacitatea acestuia de a ne face să ne simțim confortabil. Confortul acustic este o componentă a confortului urban, a cărui importanță este recunoscută în special de către medici, și care a devenit o preocupare din ce în ce mai importantă atât pentru ingineria civilă cât și pentru proiectarea urbană. Stresul fonic și cel datorat vibrațiilor nu este perceput de oameni ca un pericol direct, iminent, dar este un pericol care macină, după care se duce în zona de „bugetul sănătății”.

Există o legătură continuă, o interdependență între sustenabilitate, spațiul urban, confortul urban și implicațiile pe care le au necesitățile oamenilor asupra dezvoltării urbane prezente și viitoare.

Principalele obiective ale acestei cercetări au fost: determinarea nivelului de zgomot și de vibrații resimțite la nivelul trotuarului de către pietoni, analizarea unor metode de diminuare a poluării fonice, și analiza unor tipuri de materiale ce pot fi folosite la barierele antizgomot, urmărind principiile sustenabilității.

Intenția acestei cercetări este de a înțelege legătura dintre confortul acustic și dezvoltarea urbană, implicațiile zgomotului în viața cotidiană, precum și metodele de diminuare a poluării sonore, astfel încât spațiul urban să redevină un spațiu confortabil, ce favorizează explorarea și contemplarea lui, un spațiu destinat oamenilor și conexiunilor sociale.

Contribuții privind îmbunătățirea confortului acustic urban

8

1.3 CONȚINUTUL TEZEI

Conținutul tezei de doctorat urmărește obiectivele acestei cercetări, cu conexiuni în mai multe domenii, și care a implicat studiul fenomenelor undelor sonore și vibratorii, consecințele pe care acestea le au asupra stării de sănătate și asupra confortului urban, determinarea nivelului de zgomot și de vibrații din mediu urban și metode de diminuarea a acestora. Astfel, teza de doctorat este structurată pe nouă capitole, după cum urmează:

Capitolul 1 – Introducere – face o scurtă descriere a noțiunii de confort și prezintă motivațiile principale ale cercetării.

Capitolul 2 – Dezvoltarea sustenabilă – pornește de la definiția sustenabilității și caracteristicile acestei noțiuni, ca mai apoi să fie prezentate necesitatea implementării principiilor sustenabilității la nivel urban și necesitatea regenerării urbane. Este făcută o scurtă istorie a dezvoltării orașelor și principiilor urbane ce le-a influențat, fiind prezentate câteva exemple actuale și viitoare de dezvoltare sustenabilă urbană.

Capitolul 3 – Noțiuni privind propagarea undelor – face o prezentare a principalelor caracteristici ale undelor sonore și vibratorii. Sunt prezentate caracteristicile fizice și perceptive ale undelor sonore, modalitățile de analiză ale acestora, fenomenele caracteristice ale propagării undelor, precum și caracteristicile vibrațiilor. Acest capitol cuprinde partea teoretică fundamentală pentru înțelegerea propagării și percepției undelor, în general.

Capitolul 4 – Confortul urban din punct de vedere al zgomotului și vibrațiilor – face o trecere în revistă a ceea ce înseamnă mediu urban și acustica urbană, prezintă sursele de zgomot și vibrații în mediul urban, precum și modalitățile de descriere cantitativă a zgomotului exterior. De asemenea sunt prezentate noțiunile teoretice importante pentru acustica urbană și limitele impuse de legislația în vigoare în ceea ce privește nivelul de zgomot și vibrații.

Capitolul 5 – Influența undelor asupra stării de sănătate – prezintă modalitatea de percepere a undelor sonore de către urechea umană, efectele poluării sonore asupra omului fiind analizate în funcție de frecvența sunetului, de nivelul acestuia și de timpul de expunere. În partea a doua sunt prezentate efectele vibrațiilor asupra omului, în special vibrațiile întregului corp, acestea fiind analizate în funcție de frecvență. Este explicitată modalitatea de evaluare a expunerii la vibrații, fiind prezentate ultimele cercetări din acest domeniu.

Capitolul 6 – Studiu de caz privind nivelul de zgomot resimțit într-o zonă rezidențială a Municipiului Iași – în prima parte a acestui capitol se prezintă o zonă obișnuită, ce se regăsește cu siguranță în mai toate orașele mari ale țării, și anume, o zonă rezidențială traversată de o stradă de legătură, cu patru benzi de circulație. Sunt prezentate nivelurile de zgomot măsurate pe parcursul unei zile obișnuite din timpul săptămânii. Măsurătorile au fost efectuate atât în lungul străzii, în direcția parcurgerii acesteia de către pietoni, precum și perpendicular pe stradă, pentru a determina eficacitatea barierei antizgomot existente. Deoarece măsurătorile au arătat un nivel al zgomotului peste limitele maxime admise de normele în vigoare, în partea a doua a capitolului sunt prezentate câteva tipuri de măsuri urbanistice ce pot fi implementate pentru diminuarea nivelului de zgomot dintr-o zonă urbană, diferitele tipuri de bariere antizgomot și materialele utilizate la acestea. Pornind de la analiza situației prezentate în prima parte a capitolului, au fost


9

făcute o serie de simulări pentru o zonă urbană similară cu cea reală. Simulările au urmărit analiza introducerii unor măsuri de atenuare a zgomotului și optimizarea acestora.

Capitolul 7 – Studiu de caz privind transmiterea vibrațiilor într-o zonă rezidențială a Municipiului Iași – cuprinde mai multe părți. În prima parte sunt prezentate aspecte generale asupra vibrațiilor în mediul urban, propagarea și măsurarea acestora, precum și efectele vibrațiilor produse de trafic asupra mediului. Partea a doua cuprinde descrierea zonei în care au fost realizate măsurători ale nivelului de vibrații. Este vorba de o zonă rezidențială, adiacentă căii ferate ce traversează orașul, și în apropierea căreia se află amplasată o școală primară. Sunt prezentate modul de achiziție a datelor, tipurile de teste efectuate, precum și rezultatele înregistrărilor. A fost calculat factorul de percepere a vibrațiilor, care a evidențiat faptul că în această zonă, vibrațiile produse de trenuri sunt puternic perceptibile și influențează negativ confortul urban resimțit la nivelul trotuarului și lângă școală. Se impune astfel luarea unor măsuri de diminuare a acestora. În partea a treia a capitolului sunt prezentate metode de atenuare a vibrațiilor, directe și indirecte, precum și diferite materiale ce pot fi utilizate la barierele antivibratorii.

Capitolul 8 – Cercetări experimentale privind realizarea unor betoane cu adaosuri reciclabile pentru bariere antizgomot – pornește de la prezentarea problematicii utilizării deșeurilor, urmărind principiile dezvoltării sustenabile, ca mai apoi să fie prezentate caracteristicile mecanice ale unor microbetoane cu deșeuri (granule din polistiren și PET), în proporții variate. Pornind de la acest studiu, în urma analizei rezultatelor obținute, s-a decis realizarea a cinci materiale diferite, din beton cu diverse tipuri de deșeuri (granule de polistiren, din PET, granule din știuleți de porumb tratați și din tulpină de floarea soarelui, și ghemotoace din lână) cu o proporție de substituție de 50%. Pentru aceste materiale au fost determinați experimental coeficienții de absorbție acustică, dovedind că pot fi utilizate cu succes la realizarea de bariere antizgomot, rezultatele obținute fiind superioare caracteristicilor betonului clasic.

Capitolul 9 –Concluzii. Contribuții personale. Diseminarea rezultatelor – enumeră concluziile generale ce se desprind din această cercetare, subliniind importanța ce trebuie acordată diminuării nivelului de zgomot și a vibrațiilor generate de trafic, și implicațiile acestora în gradul de confort urban. În cadrul aceluiași capitol sunt prezentate contribuțiile autoarei și modul în care au fost valorificate rezultatele obținute din măsurătorile in situ și din cercetările experimentale efectuate în cadrul programului de cercetare doctorală.


10

CAPITOLUL 2

DEZVOLTAREA SUSTENABILĂ

2.1 SUSTENABILITATEA AGLOMERĂRILOR URBANE

2.1.1 Definiția sustenabilității

În 1987, The World Commission of Environment and Development (WCED) a publicat un raport “Our Common Future” în care a definit dezvoltarea sustenabilă ca “dezvoltarea ce garantează că îndeplinește nevoile generațiilor prezente, fără a compromite abilitatea generațiilor viitoare de a le satisface pe ale lor” (***WCED, 1987). Elementele: planeta, oamenii, demnitatea, prosperitatea, justiția și parteneriatul, sunt corelate, interdependente și definitorii pentru dezvoltarea de durată, (***ONU, 2014).

Prin Agenda 2030 “Transforming our world: The 2030 Agenda for Sustainable Development”, statele membre ONU își iau următorul angajament: “Suntem determinați să protejăm planeta de degradare, inclusiv prin consum și producție sustenabilă, management sustenabil al resurselor naturale, și să acționam urgent pentru combaterea schimbărilor climatice, astfel încât să putem suporta nevoile generațiilor actuale și viitoare”, (***ONU, 2015).

Punctul de legătură între planetă și oameni, adică între mediul înconjurător natural și mediul construit este confortul urban și creșterea calității vieții în spațiul urban contemporan.

2.1.2 Orașul viitorului în contextul sustenabilității

Dezvoltarea urbană sustenabilă este una dintre dezideratele actuale și viitoare, fiind crucială pentru creșterea calității vieții. Trebuie avut în vedere scăderea impactului orașelor asupra sistemului climatic global, atât prin reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, folosirea responsabilă a resurselor, protejarea biodiversității, reducerea impactului negativ al activităților urbane, cât și prin estimarea și îndrumarea direcțiilor de dezvoltare ale localităților.

Consiliul Arhitecților din Europa (ACE), Uniunea Internațională a Arhitecților (UIA), Consiliul Național al Ordinului Arhitecților din Franța (CNOA) și Consiliul Internațional al Arhitecților Francezi (CIAF) au semnat un Manifest care exprimă angajamentul arhitecților de a aborda provocările determinate de schimbările climatice. Manifestul a fost prezentat oficial și discutat în cadrul conferinței internaționale “Arhitectura, climatul viitorului”, care a avut loc la Cité de l’ Architecture et du patrimoine din Paris. În cadrul acestui manifest este exprimată încrederea arhitecților într-un viitor mai bun, dacă vor fi luate măsuri concrete și inovatoare pentru promovarea unui mediu construit cu emisii mai scăzute de carbon, adaptat noilor condiții climatice. Principalele măsuri privind atât concepția clădirilor durabile, cât și dezvoltarea unor orașe durabile și reziliente, pe care arhitecții se angajează să le promoveze sunt prezentate schematic în figura 2.1.

Astfel, domeniul dezvoltării sustenabile, trece de la studiul de obiecte (clădiri verzi) la aplicabilitatea principiilor sustenabilității pe zone mari, urbane. Din acest punct de vedere, ținta este de a limita dezvoltarea necontrolată a zonelor urbane, și de a refolosi ceea ce avem deja în interiorul orașelor (Ștefan (Oancea), 2016-a).


11

Fig. 2.1 Conexiuni între om și orașul sustenabil (Ștefan (Oancea), 2016-a)

2.1.3 Necesitatea regenerării urbane

Lunga perioadă de industrializare forțată prin care trece Romania în perioada socialistă dă naștere vastelor ansambluri de locuit, cartiere muncitorești, așa-numitele „cartiere dormitoare”, asociate zonelor industriale nou dezvoltate. Gândirea socialistă constă în egalizarea zonelor de locuit, în nivelarea oamenilor și a spațiilor urbane. În ultimii 25 de ani, România, ca și alte țări post-comuniste, a trecut printr-o perioadă de multiple transformări sociale, politice, a modului de viață, care au condus și la schimbări în modul de utilizare al terenurilor. Transformările stilului de viață, precum și creșterea demografică și migrarea populației către zone urbane a creat un consum de terenuri inițial neconstruite. S-a ajuns astfel la o vastă suburbanizare, în timp ce, în interiorul orașelor, a rămas părăsită sau ineficient folosită o mare suprafață de terenuri.

Reutilizarea terenurilor “uitate” urbane poate contribui la dezvoltarea sustenabilă a localităților. Gândită corect, această reutilizare poate aduce avantaje atât din punct de vedere al coeziunii sociale, al reducerii problemelor de poluare a mediului, cât și a creșterii calității vieții, influențele acestor tipuri de dezvoltare urbană urmând a se resimți și asupra zonelor adiacente.

Se poate deschide calea către o schimbare în modul de percepere a urbanului, de la un spațiu închis, sigilat, către un spațiu de coexistență om – om și om – natură. Modul în care aceste terenuri se pot reintegra în oraș trebuie să urmărească tendințele urbanismului sustenabil. Totodată trebuie găsite metode de a îmbunătăți spațiile publice din ansamblurile rezidențiale, astfel încât spațiul urban să reintre în viața socială a oamenilor.

2.1.4 Parcursul orașelor până la urbanismul sustenabil

Revoluția industrială – Orașele, ca aglomerări urbane așa cum le considerăm în zilele noastre, au apărut în secolul al XIX-lea, odată cu revoluția industrială, când din ce în ce mai mulți oameni au plecat din zonele rurale către noile fabrici din orașe. Astfel, condițiile de adăpostire oferite de orașele pre-industriale, au fost în scurt timp depășite de acest aflux de populație.

Cerdà – planul pentru Barcelona – În a doua jumătate a secolului XIX, Ildefons Cerdà, urbanist spaniol, se dedica îmbunătățirii orașelor, cea mai importantă realizare a sa fiind „extensia”


12

Barcelonei. În acest plan, el promovează o serie de principii de urbanism revoluționare la acea vreme: locuințe luminoase și aerisite, spații verzi în interiorul cartierelor, dezvoltarea rețelelor edilitare, precum și o rețea de legături stradale pentru multipli utilizatori: pietoni, căruțe, tramvaie cu cai și linii ferate urbane. Este o idee nouă, de răspuns atât la nevoile de ordin material, de adăpostire și siguranță, cât și la cele de ordin psihologic, de incluziune socială și confort. Din păcate, viziunea urbanistului Cerdà, care propusese clădiri cu două sau trei laturi construite și spațiu destinat publicului între aceste laturi, a suferit modificări, rezultatul, din cauza intervențiilor realizate în timpul lui Franco, fiind unul ce contrastează puternic cu ideile promovate de Cerdà: spațiile verzi publice devin spații închise, destinate în special parcărilor.

Ebeneezer Howard – Orașul grădină – ideea promovată de Howard la începutul anilor 1900, deși nu a fost aplicată decât la două orașe grădină, datorită limitării numărului de oameni ce puteau trăi într-un asemenea oraș, a inspirat mulți urbaniști. Ideea în sine constă în crearea unor orașe în care omul să trăiască în comuniune cu natura, orașe dezvoltate concentric. Zona centrală era destinată comerțului și activităților culturale, zona mediană locuințelor, pe când zona periferică avea destinație industrială, tot orașul fiind înconjurat de un cordon verde de vegetație. În viziunea lui Howard, orașele erau conectate între ele prin linii de tren, ideea acestuia fiind de a crea un oraș în care să se regăsească avantajele vieții rurale.

Le Corbusier – La Ville Radieuse – Urbanismul funcționalist - În prima jumătate a secolului XX, Le Corbusier propune un model de oraș funcțional, în care separa principalele funcțiuni ale acestuia. Astfel, apar zone diferite pentru industrie, comerț, locuire, recreere. Aceste zone sunt separate între ele prin zone de vegetație, pentru a limita efectul poluării și sunt conectate prin străzi largi care să permită o deplasare rapidă cu autoturismul. Începe astfel tendința de a subordona dezvoltarea urbană modului de deplasare cât mai rapid și facil între diferitele funcțiuni din oraș. Urbanismul funcționalist a pus accent pe separarea funcțiunilor industriale și comerciale, nocive pentru oameni, de cele de locuire și recreere, acestea din urmă fiind tratate ca spații bine delimitate, separate de celelalte, pe eficientizarea transportului cu mașina personală, neglijând esența urbanității și anume aglomerarea creativă, nevoia de socializare a oamenilor, de spații publice care să favorizeze interacțiunile umane. Orașul funcționalist dă naștere la segregare, izolare, la străzi folosite doar de autoturisme, nu și de pietoni, el pierzându-și astfel rolul social pe care îl are.

La mijlocul anilor ’90 s-au desprins două idei cu implicații în modul de gândire și concepere urbanistică: urbanism peisagistic și ecologie urbană.

Premisa pentru urbanismul peisagistic constă în faptul că peisajul este baza conceperii orașelor. În urbanismul tradițional, dezvoltarea se baza pe structuri (pereți, clădiri, străzi). Spațiile verzi erau spațiile rămase neconstruite sau cele folosite ca amenajări. Urbanismul peisagistic este un concept relativ nou și cu puține lucrări realizate. Unul dintre acestea este High Line Project din Manhattan, New York. Proiectanții (James Corner Field Operations și Diller Scofidio+Renfro) au propus ca o cale ferată abandonată, ce traversa o parte din New York să fie transformată într-un parc de 2,7ha. cu scop de amenajare recreațională, atracție turistică și generator de dezvoltare economică.

Proiectul constă într-o promenadă în care se întrepătrund limitele dintre suprafețele plantate și cele pavate, ducând la crearea unui ecosistem în interiorul urbanului. Este un model de succes pentru modul în care teritoriile urbane abandonate pot fi transformate în interesul comunității.


13

Ecologia urbană studiază interacțiunile complexe între mediul construit și cel natural, și procesele ecologice, sociale, economice și hidrologice dintre acestea. Adaptabilitatea înseamnă echilibru și stabilitate. Ecologia urbană se prezintă ca un domeniu interdisciplinar ce ne ajută să înțelegem urbanismul peisagistic. Alberti spune că ecosistemele urbane sunt sisteme complexe de conectare între uman și natural (Alberti, 2008).

Combinând cele două idei, cea de urbanism peisagist și ecologie urbană, Mohsen Mostafavi (2010) a propus conceptul de urbanism ecologic (Mostafavi & Doherty, 2010). Cercetările din ecologia urbană exprimă ceea ce ar trebui să fie evident: oamenii interacționează cu alți oameni și cu alte specii, precum și cu mediul înconjurător construit și natural. Orașul este un ecosistem dominat de om. Scopul urbanismului ecologic este de a planifica orașe care să accentueze beneficiile aduse de ecosisteme, adică beneficiile pe care le primim de la natură, printre care: resurse (hrană, apă, energie), servicii de reglare (sisteme de purificare a apei, înmagazinarea dioxidului de carbon, echilibrarea climatică), servicii culturale (experiențe recreaționale, ecoturism și cercetări științifice).

Ducând mai departe această relație între mediul urban și ecosisteme, urbanismul verde încearcă să creeze comunități ce aduc beneficii atât oamenilor cât și mediului natural. Urbanismul verde este un model de gândire pentru spații urbane cu zero emisii de gaze cu efect de seră și zero deșeuri. Acest concept promovează dezvoltări urbane compacte, eficiente energetic, căutând să regenereze zonele post-industriale, și promovează dezvoltarea sustenabilă socială și de mediu, (Beatley, 2000).

Orașul viitorului, în viziunea lui Steffen Lehmann, trebuie să ofere o suprapunere de activități diverse, spații de locuire și de muncă intercalate, sisteme de infrastructură pentru energie regenerabilă, transport public și clădiri eficiente energetic. Acesta definește urbanismul verde ca un proces interdisciplinar ce are nevoie de cooperarea dintre arhitecți, peisagiști, ingineri, urbaniști, ecologiști, fizicieni, sociologi, economiști etc., (Lehmann, 2010 - a). Steffen Lehmann prezintă o listă cu 15 principii de urmărit în proiectarea urbană, principii bazate în special pe trei scheme “zero”, și anume: zero-utilizare a combustibililor pe bază de cărbune, zero-deșeuri și zero-emisii. Principiile elaborate de Lehmann, printre care: utilizarea energiei regenerabile pentru a diminua emisiile de CO2, economisirea apei, colectarea apei de ploaie, introducerea biodiversității în mediul urban, dezvoltarea unui transport public nepoluant, încurajarea utilizării bicicletelor și mersul pe jos, utilizarea materialelor de construcții locale, regenerarea urbană, conduc către o dezvoltare de durată, către orașe compacte, comunități cu un grad ridicat de calitate a vieții. Lehmann numește urbanismul verde ca fiind urbanismul “de bun simț”, (Lehmann, 2010 - b).

Premisele apariției acestui urbanism “de bun simț” stau în dezindustrializare, fenomen care în Statele Unite a apărut în anii ’60. Jane Jacobs, jurnalist contestat, fără studii în urbanism, a avut o importantă contribuție în modul de a privi orașul. În cartea sa “Moartea și viața marilor orașe americane”, Jacobs a intuit că fiecare dintre funcțiile de bază ale orașului: transportul, locuirea, economia, cultura, mediul, etc. sunt interconectate, militând pentru amestecarea funcțiilor urbane în toate cartierele unui oraș, (Jacobs, 1961). Ea a pledat pentru orașe pentru oameni, fiind totodată și unul dintre promotorii urbanismului participativ. Jan Gehl continuă această teorie și spune că, în opinia lui, cel mai important element al unui oraș este omul, iar prioritatea unui arhitect sau urbanist este cum să îi facem pe oameni să se simtă cât mai bine în mediul construit. În viziunea


14

lui Gehl, orașul trebuie să aibă următoarele caracteristici: să fie vivace, sigur, durabil și sănătos, aceleași ca ale unui oraș sustenabil, (Gehl, 1987).

Diferitele moduri de înțelegere urbanistică prezintă o aplicabilitate limitată din punct de vedere urban. Urbanismul sustenabil trebuie să treacă de viziunea ideală prezentată de “noul urbanism”, gândire ce se poate aplica doar noilor dezvoltări suburbane și care exclude diversitatea economică. De asemenea, trebuie să promoveze ideile susținute de curentul numit “dezvoltarea inteligentă”, care militează pentru dezvoltări urbane compacte, îndreptate către pieton, și protecția zonelor rurale. Pentru a putea îndeplini cerințele de sustenabilitate, zonele urbane trebuie să își îndrepte atenția către oameni, aflați în centrul dezvoltărilor urbane. Trebuie reconsiderate relațiile interumane și create spații care să încurajeze coeziunea socială.

Arhitectul și urbanistul Douglas Farr, cel care a introdus termenul de urbanism sustenabil (Farr, 2007), pledează pentru orașe pietonale, combinând elemente de urbanism ecologic, infrastructură urbană sustenabilă, utilizarea eficientă a resurselor și satisfacerea tuturor nevoilor în interiorul orașelor, ceea ce conduce către o creștere a calității vieții.

Elementele definitorii pentru urbanismul sustenabil, o parte dintre acestea regăsindu-se și în celelalte viziuni despre urbanism, sunt: compactitatea, biofilia, coridoare sustenabile promovarea clădirilor performante, implementarea infrastructurii performante.

2.2 OMUL ÎN CENTRUL DEZVOLTĂRII SUSTENABILE

2.2.1 Strada în context urban

Strada pare a avea o dezvoltare recursivă. Inițial aceasta a avut rol de legătură facilă, completată de spații publice destinate interacțiunii sociale, aceste elemente urbane raportându-se la scara umană. Odată cu trecerea timpului, dimensiunile străzii s-au modificat în funcție de modul de parcurgere a acesteia, de la străzi înguste, pietonale, la unele mai largi, destinate căruțelor, până la diversitatea pe care o regăsim în orașele noastre.

Odată cu apariția autoturismului, considerat un triumf al tehnicii, la începutul secolului XX, acesta a influențat dezvoltarea urbană, fiind integrat în viziunea orașelor gândite de urbaniștii vremii respective (de exemplu Le Corbusier). Chiar dacă au existat multe critici, orașele adoptă tiparul modernist, funcționalist, devenind orașe destinate mașinilor. Jan Gehl spunea că „mai mult asfalt înseamnă mai mult trafic”. Printre cele mai evidente dezavantaje ale „orașului pentru mașini” se numără aglomerația, poluarea, dispariția spațiilor verzi, transformarea spațiilor publice sau a celor libere dintre clădiri în parcări, scăderea din punct de vedere economic a zonelor lipsite de trafic pietonal.

Urbanismul sustenabil are în centrul său omul și scara umană, iar elementul urban în strânsă legătură cu acesta este strada (Ștefan (Oancea), 2016-b). Orașele compacte, pe lângă beneficiile aduse de diminuarea poluării (printr-o utilizare scăzută a transportului auto individual, datorită distanțelor relativ mici), favorizează interacțiunile umane prin promovarea rolului străzii, fapt ce conduce la creșterea calității vieții, cu rol important în definirea unui oraș ca fiind “potrivit pentru trai”. Spațiul public este un fel de suflet al orașului, este locul în care înțelegem mai bine lumea din jurul nostru și, astfel, ne simțim mai confortabil. “Pe termen lung, viața spațiilor publice este mult mai relevantă și mai interesantă de contemplat decât orice combinație arhitecturală de beton și planuri înclinate”, (Gehl, 1987).


15

2.2.2 Natura în context urban

Majoritatea mediilor urbane nu sunt parcurile, ci sunt străzile, aleile, spațiile de parcare. Aceste spații “uitate” pot juca un rol important în sustenabilitatea urbană. Locurile pe unde mergem și ne petrecem o bună parte din timp sunt străzile, cu mult mai multe decât parcurile. De aceea trebuie să se reintroducă natura în orașe. Trebuie găsite soluții pentru corectarea acestei segregări a naturii de mediul urban.

La nivel mondial există o tendință de renaturare (se reactivează natura, se dorește aducerea vegetației în spațiul urban). În orașe avem puține zone cu parcuri și trebuie gândite posibile trasee verzi. Aceste culoare verzi sunt necesare pentru a vedea natura ca pe o parte integrantă din oraș. Pe parcursul dezvoltării urbane ne-am detașat de natură prin modul în care am gândit clădirile și mediul înconjurător în care trăim și muncim. Argumente pentru reconectarea mediului urban cu natura, folosindu-ne de spații vitrate mari, lumină naturală, ventilație naturală, plante și zone verzi, materiale naturale, sunt foarte multe, printre care starea de sănătate atât fizică cât și psihică pe care ne-o dă conexiunea cu natura.

Pornind de la toate aspectele discutate mai sus, se pot configura aspectele esențiale ale urbanismului sustenabil: eficiența formei urbane, caracterul complet dat de utilizarea mixtă, conectivitate, sensibilitatea ecologică, spațiul public și identitatea acestuia, modul de viață sustenabil.

2.3 ORAȘE SUSTENABILE ÎN EUROPA

Raportul întocmit de Arcadis în 2015 privind indexul orașelor sustenabile situează pe primul loc orașul Frankfurt, urmat de Londra și Copenhaga. Acest top al sustenabilității orașelor se schimbă în fiecare an, datorită măsurilor implementate de fiecare oraș în parte. În determinarea indexului și, implicit a clasamentului, s-au luat în considerare următoarele categorii: oamenii, planeta,

profitul.

2.3.1 Frankfurt

Orașul a fost recunoscut ca fiind “orașul european al copacilor” în 2014, fiecare copac din oraș fiind înregistrat și monitorizat. Frankfurt se bucură și de cea mai mare pădure urbană din Germania, cu o suprafață de 8000 de hectare. Centura verde, care se întinde în jurul orașului, nu este doar o zonă de recreație ci reprezintă și motivul pentru care Frankfurt este un oraș compact, cu distanțe mici de parcurs (15% din deplasări făcându-se cu bicicleta).

2.3.2 Copenhaga

Orașul Copenhaga, Danemarca, a stabilit ținta de a deveni “Prima capitală din lume neutră din punct de vedere al emisiilor de carbon” până în 2025, obiectiv în conformitate cu “Viziunea de Eco-Metropolă” a orașului, stabilită în noiembrie 2007. Viziunea are patru teme principale:

cel mai bun oraș din lume pentru cicliști; capitala climei; o capitală verde și albastră; un oraș mare, curat și sănătos.

În anii ’70, Copenhaga se dezvoltă urmând o gândire ce avea în centrul său automobilul. Urbanistul Jan Gehl a fost cel care a schimbat această tendință de motorizare, creând zone extinse pietonale,


16

inclusiv pietonalul Stroget, cea mai lungă stradă din lume destinată pietonilor. De-a lungul timpului, multe loturi de parcare au fost transformate în spații publice. Astăzi, infrastructura pentru transport a orașului are în centrul său omul, peste 50% din locuitori deplasându-se la locul de muncă sau școală cu bicicleta.

În 2014, Copenhaga a fost numită Capitala Verde a Europei, primind laude în special pentru realizările sale în materie de eco-inovare și mobilitate durabilă, dar și pentru calitatea crescută a vieții locuitorilor săi. Influența lui Jan Gehl asupra structurii orașelor a depășit limitele orașului Copenhaga, atât prin lucrările sale efective, cât și prin influența ideilor sale, regăsindu-l în Europa, America de Nord, Australia, Singapore, New York, precum și în planul pentru transformarea zonei istorice din Istanbul în zonă pietonală.

2.3.3. Paris 2050

Un exemplu de gândire sustenabilă este viziunea lui Vincent Callebaut pentru Paris 2050, ce propune clădiri înalte, multifuncționale, pozitive din punct de vedere energetic, cu rol activ în reducerea semnificativă a emisiilor de gaze cu efect de seră până în 2050. Clădirile integrează diverse tehnologii pentru a îndeplini țintele energetice propuse, dar și pentru a încuraja locuitorii să adopte un stil de viață ecologic. Chiar dacă structurile propuse sunt avansate din punct de vedere tehnologic, această viziune leagă bogata istorie arhitecturală a Parisului de potențialul de a promova un viitor mai sănătos, diminuând impactul pe care orașele îl au asupra mediului. Fiecare dintre clădirile înalte propuse se integrează în oraș folosind structurile existente. Formele arhitecturale sunt inspirate de natură, iar în interiorul pereților săi au loc procese naturale (ventilare pasivă, colectarea apei de ploaie). Inserțiile de spațiu verde, atât la nivelul terenului cât și ca grădini suspendate, aduc efectele purificatoare a vieții rurale în interiorul orașului, și îi încurajează pe rezidenți să se implice în cultivarea unui stil de viață sustenabil.

2.4 ÎN LOC DE CONCLUZII

Din istoria dezvoltării orașelor se observă că acestea, precum și mentalitățile și preocupările oamenilor se înscriu într-o cunoscută caracteristică a evoluției, în general, și anume aceea că omenirea are anumite cicluri de dezvoltare, sinusoidale și repetitive.

Astfel, se observă tendința de a ne întoarce către natură, către confortul individului, către o viață mai simplă. Oamenii se reîntorc către o viață liniștită oferită de zonele mai puțin urbanizate, au tendința de a se distanța de viața agitată pe care le-o oferă mediul urban actual. Trebuie recunoscute beneficiile unui mediu urban față de unul rural, ce constau în multitudinea de facilități pe care le oferă, atât din punct de vedere tehnic, cât și ca accesibilitate la servicii. Totodată, trebuie recunoscute beneficiile din punct de vedere social și psihologic al micilor comunități extraurbane.

Sustenabilitatea promovează implementarea unor principii de dezvoltare care să permită unificarea celor două medii, urban și natural. Aceasta unificare va avea consecințe pozitive din punct de vedere al vieții sociale în mediul urban, dând naștere unor spații destinate în special omului, orașul și străzile acestuia devenind spații care invită la parcurgerea lor într-un ritm mai lent decât cel cu care ne-am obișnuit.

Limitând agresiunea diverșilor factori de poluare urbană, atât din punct de vedere al calității mediului, al nivelului de zgomot, cât și din punct de vedere psihologic, de limitare a posibilităților de întreținere a relațiilor inter-umane, se va ajunge la creșterea confortului în mediul urban.


17

CAPITOLUL 3

NOȚIUNI PRIVIND PROPAGAREA UNDELOR

3.1 ASPECTE GENERALE

Sunetul reprezintă o vibrație care se propagă de obicei ca un val de presiune sonoră, printr-un mediu de transmisie ( gaz, lichid sau solid). Dacă vorbim de sunet din punct de vedere fizic, ca o mișcare a undelor, sunetul este un stimul. Sunetul poate fi, de asemenea, privit ca o excitație a mecanismului auditiv care are ca rezultat percepția sunetului. Astfel, din punct de vedere fiziologic, sunetul este o senzație.

3.1.1 Zgomotul

Zgomotul este un sunet nedorit considerat a fi neplăcut, tare sau perturbator al auzului. Din punct de vedere fizic, zgomotul nu poate fi distins de sunet, deoarece ambele sunt vibrații printr-un mediu de propagare. Diferența apare din punct de vedere fiziologic, atunci când creierul primește și percepe un sunet pe care îl asociază cu un fenomen deranjant.

Pentru a putea înțelege sunetul și propagarea acestuia, trebuie studiați factorii ce influențează producerea, transmisia și perceperea acestuia, precum și caracteristicile fizice și fiziologice ale sunetului.

3.1.2 Vibrațiile

Conform “Dicționarului explicativ al limbii române” (DEX–1998), vibrația este o “mișcare periodică a unui corp sau a particulelor unui mediu, efectuată în jurul unei poziții de echilibru”. Oscilația este “variația periodică în timp a valorilor unei mărimi care caracterizează un sistem fizic, însoțită de o transformare a energiei dintr-o formă în alta”. Caracteristicile vibrațiilor sunt amplitudinea, pulsația și faza. Vibrațiile sunt fenomene dinamice întâlnite în viața de zi cu zi, pornind de la bătăile inimii, mersul pe jos și alergatul, până la mișcarea clădirilor la seism, precum și vibrațiile instrumentelor muzicale.

Precum zgomotele, vibrațiile sunt în general mișcările nedorite, ce provoacă disconfort. În afară de efectele negative asupra organismului uman și a activității umane, vibrațiile armonice sunt utilizate cu succes în terapia cu vibrații elastice, terapia cu vibrații electromagnetice și terapia cu vibrații mecanice.

3.2 PROPAGAREA UNDELOR SONORE

3.2.1 Unde sonore plane

Undele sonore plane pot fi definite ca unde care au aceleași proprietăți acustice în orice poziție pe o suprafață plană trasată perpendicular pe direcția de propagare a undelor (Pierce, 1981).

Dacă se ia în considerare o perturbare a fluidului dintr-un element transversal subțire, într-un tub, se poate obține o descriere matematică a mișcării presupunând că:

cantitatea de fluid din tub este conservată; forța longitudinală este echilibrată de inerția fluidului din element;


18

procesul de compresie din element este adiabatic (adică nu există nici un flux de căldură în sau din element);

fluidul neperturbat este staționar ( nu există flux de fluid).

Plecând de la ecuația de mișcare definită de Newton:

∗ ∗ ∗ 3.1

rezultă:

3.2

Astfel, poate fi obținută următoarea ecuație de mișcare:

1

3.3

unde p este presiunea acustică, x este coordonata (direcția de propagare), t este timpul și c este viteza de propagare a undei sonore.

Această ecuație este cunoscută ca ecuația unidimensională a mișcării sau ecuația undelor acustice.

Ecuația undelor din punct de vedere al presiunii acustice în ecuația (3.3) este probabil cea mai utilă, deoarece presiunea acustică este acea cantitate acustică ce este cel mai ușor de măsurat și reprezintă perturbarea acustică pe care o simțim cu urechile noastre. Presiunea sonoră p este definită ca perturbarea presiunii acustice sau fluctuația în jurul presiunii de referință, p0.

Undele sonore sunt de obicei fluctuante sau constante în timp, acestea din urmă având o importanță deosebită în acustică: undele create de către surse (de exemplu o boxă, un piston, sau o structură mai complicată ce vibrează cu o frecvență unghiulară ω), produc vibrații sinusoidale în timpul t și pe direcția x (fig 3.1).

3.4

Fig. 3.1 Unde plane cu oscilație simplă armonică

3.2.2 Viteza sunetului

Viteza undelor sonore, c, este dată pentru un gaz ideal, sau aer, de relația:

3.5

La o temperatură de 20°C relația (3.8) poate fi aproximată astfel:


19

331.4 0.6 ∗ 343 / 3.6

În apă, viteza sunetului este mult mai mare decât în aer.

3.2.3 Caracteristici fizice și perceptive ale undelor sonore

Unei unde armonice simple sau sinusoidale îi corespunde o singură frecvență f. Aceasta frecvență depinde de frecvența de vibrație a sursei sunetului și este independentă de materialul prin care este transmisă vibrația.

Perioada T a unei unde este definită ca timpul în care se produce un singur ciclu complet (oscilație) al undei, sau ca timpul scurs între trecerea vârfurilor succesive pentru o undă armonică simplă.

Frecvența este inversa perioadei și reprezintă numărul de oscilații complete dintr-o secundă:

1

3.7

Sunetul are o gamă foarte largă de frecvențe, cu toate acestea, se consideră marja sonoră perceptibilă de urechea umană între 20 Hz și 20.000 Hz (20kHz). La frecvențe joase, particulele de aer vibrează lent, producând tonuri grave, de bas, în timp ce frecvențele înalte produc vibrații rapide, care provoacă tonuri acute. Datorită dependenței de frecvență a înălțimii s-au putut defini cele trei tipuri de sunete:

infrasunete (1Hz -20Hz) sunete (20Hz - 20KHz) ultrasunete (20KHz - 200MHz) hipersunete ( > 200 MHz).

Timpul necesar deplasării pe o lungime dublă față de lungimea corzii este de:

2

3.8

unde:

T = perioada de timp (secunde) L = lungimea corzii (metri) c = viteza undei (m/s)

Lungimea de undă (λ) a unui sunet este un parametru important în determinarea comportării și propagării undelor sonore. Relația dintre lungimea de undă și viteza sunetului pentru o undă armonică simplă este:

3.9

unde:

λ = lungimea de undă (metri) c = viteza undei (m/s) f = frecvența (Hz)

În fig. 3.2 sunt reprezentate schematic aceste caracteristici, pentru o undă sinusoidală.


20

Fig. 3.2 Reprezentarea undei sinusoidale

Amplitudinea este caracteristica undelor sonore pe care o percepem ca volum.

Cu cât amplitudinea unei unde este mai mare, cu atât moleculele lovesc mai puternic timpanul urechii și sunetul este auzit mai puternic.

Una dintre calitățile perceptive ale sunetului este înălțimea. Această caracteristică este în strânsă legătură cu frecvența sunetului, și este determinantă pentru capacitatea de a distinge sunetele grave (cu frecvență joasă) de cele mai acute (cu frecvență mare).

Presiunea sonoră reprezintă variația de la valoarea medie a presiunii mediului elastic într-un anumit punct al spațiului și într-un timp definit. Aceasta se notează, de obicei, cu p și se măsoară în Pascal [Pa].

Presiunea statică este presiunea sonoră atunci când nu se produce nici o perturbație în masa unui gaz. Presiunea statică pentru aer este chiar presiunea atmosferică și are valoarea 105 N/m2 (1 bar).

Viteza particulelor reprezintă o abatere de la valoarea medie a vitezei particulelor într-un mediu elastic, într-un anumit punct al spațiului și într-un timp definit. Aerul este, de obicei, presupus ca fiind static, cu câteva excepții, ca de exemplu prezența unui sistem de aer condiționat. Se utilizează simbolul v și se măsoară în m/s.

Întrucât propagarea prin mediul elastic al sunetului nu este un flux de particule, ci propagarea unor unde, mărimile fizice ce se referă la mișcarea aerului și diferențele de presiune sunt strict legate de o relație cauză-efect.

Astfel,

,1

, 3.10

ceea ce înseamnă că viteza particulelor într-un punct x, la un moment t depinde de presiunea sonoră din acel punct, la acel moment, și impedanța acustică a mediului elastic (Z= ρc).

Impedanța acustică în aer este:

∗ ~ 407∗

3.11


21

Intensitatea este o mărime vectorială care măsoară fluxul unei mărimi fizice pe o suprafață; în special intensitatea sunetului este definită ca energia care trece printr-o suprafață de 1m2, într-o secundă. Pentru o undă sonoră plană, rezultă:

3.12

În general, se folosește valoarea RMS (root mean square = rădăcina pătratului valorii medii) pentru a evalua amplitudinea medie a valorilor presiunii și vitezei, deoarece valoarea medie simplă a acestor dimensiuni, într-o perioadă de timp, nu ne dă nicio informație, deoarece este zero.

Tăria sunetului este caracteristica perceptivă a acestuia, legată de intensitatea sunetului, cea care face distincția între sunetele puternice și cele slabe.

Timbrul sunetului este acea calitate perceptivă care permite deosebirea a două sunete de aceeași intensitate și frecvență, dar emise de două surse diferite.

3.2.4 NIVELURI SONORE

Deoarece valorile intensității sonore percepute de urechea umană variază între limite foarte largi, s-a adoptat o scară logaritmică, definindu-se astfel nivelul de intensitate acustică (nivel sonor), prin relația:

10 [dB] 3.13

măsurat în decibeli (dB), în care: Iref = 10 -12 W/m2, reprezintă valoarea de referință (valoarea minimă a intensității sonore ce poate fi percepută).

Nivelul de presiune sonoră (sound pressure level - SPL) sau nivelul de presiune acustică este o măsură logaritmică a presiunii efective a unui sunet față de o valoare de referință. Nivelul presiunii acustice, denumit Lp și măsurat în dB, este definit de:

10 [dB] 3.14

în care pref are valoarea pref = 2*10-5 [Pa] reprezentând pragul minim al presiunii sonore ce poate fi percepută de urechea umană. Astfel, pragul minim al nivelului de presiune sonoră este de 0 dB, atunci când p=pref. Limita superioară a nivelului de presiune sonoră este atinsă când presiunea sunetului este egală cu presiunea atmosferică p0=105 Pa. Astfel, nivelul maxim al presiunii sonore este de cca. 197dB, această limită superioară a auzului fiind experimentată o singură dată pe Pământ, în anul 1883, la explozia vulcanului Krakatau din Indonezia, când sunetul exploziei a fost auzit de la 4800km distanță.

Nivelul de presiune sonoră echivalent, Leq, a fost și este intens folosit în multe state, în ultimii 25 de ani, pentru evaluarea zgomotului industrial, a zgomotului urban în apropierea aeroporturilor, a străzilor și a căilor ferate. Nivelul de presiune sonoră echivalent este definit de:

10 10 ∑ 10 [dB] 3.15


22

3.2.5 Analiza frecvenței sunetului – spectrul fourier și 1/n octavă

Analiza Fourier se bazează pe o teoremă matematică introdusă de J. B. Fourier. Această teoremă poate fi rezumată după cum urmează: orice formă de semnal periodic poate fi interpretată ca suprapunerea oscilațiilor discrete, periodice sinusoidale și cosinusoidale cu frecvențe și amplitudini diferite. Aplicațiile practice ale acestei teoreme pot fi găsite în Transformarea Discretă Fourier (DFT) și Rapida Transformare Fourier (FFT). Rezultatele DFT și FFT furnizează spectre de frecvență discrete ale semnalului în funcție de timp.

Un spectru al unui semnal este o diagramă care are frecvențele pe abscisă, în timp ce ca ordonată are nivelul de presiune acustică în dB; tonurile simple au spectre compuse doar dintr-un număr mic de "linii spectrale", în timp ce sunetele complexe au de obicei un "spectru continuu".

Analiza de bandă constantă prevede împărțirea benzii de frecvențe în mai multe segmente înguste, egale cu celelalte, de lungime predefinită. Algoritmul se aplică, de obicei, la un semnal digital eșantionat, din care se ia un segment scurt, cu o lungime (în eșantioane) egală cu un multiplu de 2 (1024, 2048, 4096 eșantioane etc.), deoarece în acest fel calculul spectrului este foarte rapid.

Nodurile de frecvență de pe scara de frecvență liniară sunt distribuite în mod echidistant, în timp ce pe scara de frecvență logaritmică sunt situate mai aproape una de cealaltă, cu frecvențe mai mari.

Analiza în benzi de 1/n octavă se referă la împărțirea benzii de frecvență în mai multe segmente diferite unul de celălalt: în cazul benzilor de octavă, fiecare bandă are o lățime care este dublă față de cea precedentă (1 → 2 → 4 ...). Se etichetează fiecare bandă după frecvența sa centrală (fc), definită ca valoarea medie geometrică între extremele superioare (fsup) și inferioare (finf) ale benzii analizate:

Filtrele cu o octavă sau filtrele de 1 / n - octavă nu au o lățime de bandă constantă absolută, dar o lățime de bandă relativă constantă, adică benzile de frecvență sunt echidistante pe o scară logaritmică. Afișată pe o scară de frecvență liniară, lățimea de bandă a filtrului crește logaritmic.

3.2.6 Fenomene caracteristice propagării undelor

Înainte de a vorbi despre confort acustic urban și influența acestuia asupra stării de sănătate, trebuie să înțelegem principalele fenomene caracteristice propagării undelor, acestea fiind: reflexia, refracția, interferența, difracția, difuzia și absorbția.

Atunci când unda întâlnește suprafața dintre două medii diferite, apar două fenomene, în general simultane: reflexia și refracția (sau transmisia).

Reflexia este fenomenul de întoarcere a undei în mediul din care a provenit (fig. 3.3).

Refracția sunetului se poate produce când unda se propagă într-un mediu neomogen sau când apare o diferență de temperatură ori de salinitate (fig 3.4).

Interferența este fenomenul de suprapunere a două sau mai multe unde, în formare de maxime și de minime a intensității rezultante.

Difracția este fenomenul de ocolire (aparentă) a obstacolelor (orificii, ecrane) de către unde (fig. 3.5).

Difuzia este fenomenul de împrăștiere a undelor de către obstacole (fig. 3.6).


23

Fig. 3.3 Reflexia undelor Fig. 3.4 Refracția undelor

Fig. 3.5 Difracția undelor Fig. 3.6 Difuzia undelor

Absorbția apare la trecerea undelor în anumite medii (numite disipative) și constă în scăderea intensității undelor cu distanța parcursă, datorită pierderii de energie în timpul propagării (fig. 3.7). Energia este absorbită de mediul de propagare și se transformă în căldură. Coeficientul de absorbție depinde în general atât de natura mediului și a undei, cât și de lungimea de undă.

Fig. 3.7 Absorbția și transmiterea undelor

3.3 NOȚIUNI PRIVIND PROPAGAREA VIBRAȚIILOR

3.3.1 Noțiuni introductive despre vibrații

Procesul complex al vibrației mecanice poate fi divizat în patru etape principale. Prima etapă - generarea - cuprinde originea unei oscilații, adică a mecanismului din spatele acesteia. A doua, transmisia, constă în transferul energiei oscilatorii de la mecanismele de generare la o structură


24

(pasivă). În structură, fie ea parte pasivă a sursei, fie o structură atașată, are loc a treia etapă, propagarea, constând în distribuția energiei în întregul sistem structural. A patra etapă se datorează faptului că orice componentă structurală care vibrează într-un mediu fluid (aer) va ceda energie acelui fluid, prin procesul denumit radiație, care poate fi percepută ca un sunet. Această subdiviziune servește ca bază pentru activitățile de control ale vibrațiilor mecanice.

3.3.2 Descrierea vibrațiilor

Vibrațiile mecanice sunt reprezentate în mod frecvent în domeniul frecvențelor prin intermediul

funcțiilor spectrale. Funcțiile sunt de obicei rapoarte la două variabile complexe având aceeași

dependență de timp, de exemplu, ejωt. O încercare dinamică se bazează pe măsurarea mai multor

cantități ale efectelor forțelor de excitație aplicate pe structură. Măsurarea forței de excitație și a

răspunsului într-un număr de puncte de pe întregul domeniu al frecvențelor este suficient pentru a

putea descrie comportarea structurii. Informația poate fi prezentată prin desenarea raportului dintre

răspuns și acțiune ca o funcție de frecvență. Răspunsul poare fi măsurat în deplasări, viteze sau

accelerații și în consecință se utilizează diferiți termeni pentru raportul dintre răspuns și acțiune.

Funcția de răspuns în frecvență (FRF) reprezintă raportul complex dintre spectrul de ieșire (răspuns)

și spectrul de excitație:

)= )

)

3.16

unde (j) spectrul răspunsului

F(j) spectrul excitației

H(j) funcția de transfer (funcția de răspuns în frecvență )

Funcția de răspuns în frecvență poate fi reprezentată sub una dintre formele de mobilitate (Y= / ), receptanță (R = / F), acceleranță (A = / F) și impedanță mecanică (Z = F / ).

3.3.3 Vibrațiile sistemelor discrete cu un grad de libertate

Un sistem cu un grad de libertate este cel mai simplu dintre sistemele dinamice. Sistemul dinamic se compune din trei elemente: masa (măsura inerției), m, rigiditatea (caracteristica elastică), k și amortizarea (capacitatea de disipare a energiei), c. De obicei, parametrii de inerție (masa) și cei elastici (rigiditatea) sunt identificați din caracteristicile fizice, în timp ce coeficientul de amortizare este estimat din încercări experimentale (prin măsurare). Ecuația diferențială care descrie mișcarea sistemului cu un grad de libertate este obținută din cea de-a doua lege a lui Newton și are forma:

3.17

unde x(t) este deplasarea masei față de poziția de echilibru, este viteza, este accelerația,

iar f(t) este forța exterioară aplicată masei.

Cei trei termeni din partea stângă a ecuației reprezintă forța de inerție, forța de amortizare și forța elastică (de revenire).

Vibrațiile libere ale sistemului cu un singur grad de libertate corespund unei acțiuni externe nule, f(t)=0, este descrisă prin soluții ale relației (3.17) și determinată în mod unic de condițiile inițiale.

Dacă x0 = x(0) și 0 sunt deplasarea și viteza la momentul inițial t=0, soluția generală pentru vibrațiile libere la momentul t>0 este:


25

3.18

Vibrații forțate. Dacă, pe lângă condițiile inițiale, un sistem cu un singur grad de libertate este acționat de forța externă f(t), mișcarea lui este suprapunerea a două componente: vibrația liberă (3.18) și vibrația cauzată de f(t) și numită vibrație forțată. În cel mai simplu caz, forța variază armonic în timp și este reprezentată sub forma complexă:

3.19

unde ω este o frecvență arbitrară și f este amplitudinea complexă; componenta forțată a răspunsului sistemului este, de asemenea, o funcție armonică de aceeași frecvență ω. Atunci când este reprezentată în forma complexă similară, această componentă se caracterizează prin amplitudinea deplasării complexă:

1 3.20

unde p = ω / ωo, k(ω) este rigiditatea dinamică complexă a sistemului, iar η0 este valoarea factorului de pierdere:

2 3.21

3.3.4 Transmisibilitatea vibrațiilor

Transmisibilitatea vibrațiilor poate fi definită ca raportul dintre forța FT transmisă sistemului de rezemare și amplitudinea forței exterioare perturbatoare F0 :

3.22

unde FT are expresia:

1 4 3.23

Transmisibilitatea vibrațiilor când se consideră amortizarea este:

1 4 3.24

iar fără luarea în considerare a amortizării transmisibilitatea acesta devine:

11

3.25

Pentru ca sistemul dinamic să nu transmită forțe sistemului de rezemare este necesar ca T < 1,

condiție care poate fi îndeplinită

√2.

3.3.5 Nivelul de intensitate al vibrației

În mod similar cu definirea nivelului de intensitate acustică se poate defini nivelul de intensitate al vibrației, Iv:

10 3.26


26

unde P este puterea medie a perioadei în timp de ¼ perioadă, iar P0 este puterea de referință.

Accelerația maximă are expresia:

2 3.27

Majoritatea studiilor făcute evaluează vibrațiile prin cele trei mărimi cinematice – accelerații, viteze, deplasări - precum și prin frecvențe. Frecvența influențează deosebit de mult reacția organismului, mai ales la vibrațiile de frecvență ridicată, care se transmit mai ușor prin țesuturi, însă ea singură nu poate fi considerată un factor determinant în acțiunea fiziologică a vibrațiilor.

După Zeller, intensitatea vibrației este

320

420 16 fxf

aZ cm2/s3 3.28

unde a0 este amplitudinea vibrației, x0 este deplasarea și f – frecvența vibrației.

3.3.6 Nivelul de tărie al vibrației

Nivelul de tărie al vibrației, ca și nivelul de tărie al zgomotului, este o mărime subiectivă și depinde de modul cum este percepută vibrația de om, respectiv de capacitățile senzoriale ale fiecăruia. Pentru evaluarea nivelului de tărie al vibrației se definește unitatea de măsură pal. Pentru frecvența de referință de 1 Hz, nivelul de tărie al vibrațiilor este egal cu nivelul de intensitate al acestora (vibrări).

Pragul limită inferior și pragul de nocivitate determină domeniul de percepere a vibrațiilor:

Se admite ca limită pentru perceperea vibrației la frecvența de 1 Hz, amplitudinea A = 8・10-5 m

(A=0,008 cm) ce corespunde unei accelerații de referință a = 3,16・10-3 m/s2 = 0,316 cm/s2.

Limita de nocivitate corespunde unei amplitudini A= 0,8 m.

Perceperea vibrațiilor și efectele acestora asupra organismului uman sunt dependente de poziția corpului, de tipul vibrației, precum și de nivelul de tărie al acestora. În tabelul 3.1 sunt prezentate efectele și perceperea vibrațiilor de către organism, la frecvența de 1 Hz (Ene & Pavel, 2012).

Perceperea vibrațiilor și efectele acestora asupra organismului uman Tabelul 3.1Nivelul de tărie

a vibrației în pali

Percepția și efectul asupra organismului

0 - 10 Vibrații la pragul de percepere, în funcție de poziția corpului 10 - 20 Vibrații percepute în mod clar, admisibile pentru încăperi de locuit 20 - 30 Vibrații produse datorită traficului, admisibile pentru oamenii aflați în

clădiri 30 - 40 Vibrații pe care le suportă omul aflat în vehicule cu mers liniștit. Vibrații

neplăcute 40 - 50 Vibrații supărătoare, produse de autovehicule și de mersul ascensoarelor 50 - 60 Vibrații puternice produse de vehicule, suportabile fără a dăuna sănătății,

dacă acționează un timp foarte scurt 60 - 80 Vibrații care produc vătămări fizice, rău de mare, dureri la atingere, în

special la frecvențe ridicate


27

CAPITOLUL 4

CONFORTUL URBAN DIN PUNCT DE VEDERE AL

ZGOMOTULUI ȘI VIBRAȚIILOR

4.1 ASPECTE GENERALE PRIVIND MEDIUL URBAN

Tindem cu toții să trăim în orașe sustenabile, chiar dacă nu folosim acest termen. Tindem să trăim în orașe confortabile, în care viața noastră să se desfășoare nu numai la locul de muncă și acasă, iar strada să fie doar locul prin care trecem de nevoie. Strada trebuie să redevină spațiu public, în așa fel încât relațiile interumane, ce ne definesc ca oameni să se poată desfășura într-un mediu plăcut, atrăgător. De aceea, trebuie să analizăm elementele ce definesc confortul, pentru a putea limita și corecta elementele disturbatoare ale confortului nostru.

Astăzi, zonele urbane sunt zone complexe: rezidențiale, industriale, culturale, administrative, științifice, de învățământ, comerciale. Factorii de risc asociați urbanizării constau în: poluarea aerului; zgomotul; accidentele de trafic; stresul și problemele legate de schimbarea stilului de viață.

Calitatea mediului urban poate fi privită din mai multe puncte de vedere:

din punct de vedere fizic, vorbim despre calitatea aerului, a apei potabile, gestionarea deșeurilor, nivelul de zgomot resimțit, suprafața de spațiu verde aferentă unui locuitor, nivelul temperaturii resimțite de oameni, elemente ce pot fi clar definite, măsurate, evaluate;

din punct de vedere psihologic-social, vorbim despre impactul pe care îl are poluarea, de orice fel, în viața socială a oamenilor; este unul din motivele principale pentru care străzile au devenit simple treceri către locul de muncă sau casă;

din punct de vedere al sănătății populației, vorbim despre influența pe care o au acești factori de poluare asupra sănătății fizice și psihice a oamenilor din mediul urban.

4.2 ACUSTICA URBANĂ

Acustica poate fi definită ca știința sunetelor. Numele de acustică provine din grecescul ”akoustikos” care înseamnă a auzi, a asculta. Acustica se poate remarca prin natura sa multidisciplinară.

Acustica în domeniul tehnic se ocupă de conceperea și implementarea soluțiilor tehnice pentru studiul producerii, propagării și izolării fonice între spații cu diferite utilizări.

Acustica arhitecturală studiază distribuția și propagarea undelor sonore în interiorul spațiilor închise și în mediu exterior și influența pe care o au elementele ce definesc spațiul (volumetria, materialele, decorațiunile etc.) asupra propagării acestora. Aria de desfășurare a acusticii arhitecturale cuprinde fără deosebire toate programele: de la clădiri de birouri, fabrici, școli, spitale, hoteluri și mai ales locuințe, până la spații urbane deschise sau închise.

Acustica ambientală sau a mediului înconjurător studiază managementul și protecția împotriva zgomotului care este produs de surse fixe (industrie, spații de învățământ, spații pentru divertisment, parcări etc) și/sau mobile (trafic subteran, terestru, aerian), precum și posibilitatea creării unor zone urbane cu un puternic caracter ecologic, bazat pe senzațiile resimțite de oameni


28

în aceste spații. Este vorba de modificarea voită a sunetelor pe care le percepem într-un spațiu, astfel încât acesta să pară mai natural, având beneficii în starea de spirit a utilizatorilor spațiului respectiv (soundscape).

Această temă de cercetare are ca obiectiv principal studiul nivelului de zgomot ambiental resimțit de pieton, la nivelul străzii, determinarea gradului de confort acustic stradal, precum și stabilirea unor metode de diminuare a agresiunii acustice.

4.3 ZGOMOTUL AMBIENTAL URBAN

Zgomotul este definit ca o suprapunere aleatorie a sunetelor, de frecvențe și intensități diferite, care produc o senzație neplăcută și agresivă. Zgomotul este o consecință a activității industriale, a activității de transport, în urma cărora sunt produse undele mecanice (vibrații) și undele sonore ce au o acțiune dăunătoare asupra stării de sănătate a omului. Există moduri diferite de definire a zgomotului: fizicienii definesc zgomotul ca o suprapunere dezordonată de sunete cu frecvențe și intensități diferite, iar fiziologii consideră zgomotul, orice sunet supărător care produce o senzație dezagreabilă.

4.3.1 Surse de zgomot și vibrații în mediul urban

În acustică, formele de bază ale surselor de zgomot sunt:

sursa sferică - o sferă pulsatoare, alternativ crescând și scăzând în diametru, ce radiază sunetul uniform în toate direcțiile;

sursa liniară - o sursă liniară este definită de lungimea ei în raport cu distanța de separare dintre sursă și receptor; sursele liniare tipice includ conductele, trenurile și traficul rutier continuu;

sursa plană - o sursă plană ideală (zonă) este o suprafață plană infinită care radiază sunetul, iar în practică este definită prin dimensiunile sale față de distanța de separare dintre sursă și receptor; de exemplu, o fațadă sau un acoperiș al unei clădiri, sau un loc de joacă, pot fi adesea considerate o sursă plană.

Majoritatea activităților omenești sunt generatoare de zgomote. Poluarea sonoră poate proveni din surse naturale și surse artificiale.

Vibrațiile sunt mișcările unui sistem material față de poziția sa de echilibru.

Fenomenele vibratorii și efectele asociate ale acestora sunt importante, deoarece vibrațiile pot fi dăunătoare atât omului, cât și elementelor de rezistență ale clădirilor. Dintre sursele de vibrații ce produc efecte negative asupra structurilor de rezistență ale construcțiilor sau mașinilor pot fi enumerate:

mișcările seismice și vântul; exploziile; mișcarea de rotație a unor mașini sau subansambluri cu mase neechilibrate; utilajele supuse unor șocuri (sarcini variabile de scurtă durată); sarcinile mobile (poduri rulante, .convoaie de vehicule pe poduri etc.).

Zgomotul ambiental urban este o trăsătură a orașelor zilelor noastre și este totodată un factor major ce duce la scăderea calității vieții în orașe. Această problemă s-a accentuat de-a lungul timpului datorită dezvoltării necontrolate a orașelor și a creșterii intensității traficului auto. În cadrul unui raport recent al Organizației Mondiale a Sănătății (WHO) se arată efectele zgomotului


29

urban asupra sănătății, printre care boli cardiovasculare, boli ale sistemului nervos, boli ale sistemului auditiv.

Zgomotul exterior are în componența sa un zgomot de fond, permanent, ce este maxim ziua și minim noaptea. Acutele sonore sunt produse în special de mijloacele de transport, ce constituie una din cele mai importante surse de zgomot în mediul urban. De aceea zgomotul produs de mijloacele de transport este în strânsă legătură cu zgomotul ambiental urban.

Zgomotul produs de traficul rutier este principala sursă a zgomotului ambiental. În Europa, cca. 55% din populație este expusă unui nivel de zgomot pe perioada unei zile, mai mare de 55dB, (European Environment Agency, 2009). Pentru diminuarea nivelului de zgomot urban pot fi luate o serie de măsuri: pentru dezvoltările urbane noi, măsuri ce țin de o planificare urbană integrată, corelând utilizarea terenurilor cu infrastructura rutieră, gândire cu rol în prevenirea poluării acustice, iar pentru dezvoltările urbane existente, măsuri ce țin de corectarea problemelor de zgomot urban (amplasarea de panouri fonoabsorbante, managementul îmbunătățit al traficului, pavimente cu nivel de zgomot scăzut) (World Road Association, 2013).

4.3.2 Caracteristicile fizice ale zgomotului urban

Străzile și căile ferate sunt asociate unei surse liniare de zgomot și implicit unui câmp cilindric de transmitere a undelor sonore. Astfel, se poate considera o sursă singulară care se mișcă în timp pe o traiectorie liniară (de exemplu: mașini pe o stradă) ca un eveniment continuu, care dispersează puterea totală a sunetului pe o suprafață cilindrică. Această corelare permite o abordare mai ușoară a problemelor de acustică.

La fiecare dublare a distanței (r) va rezulta o scădere cu 3dB a nivelului de zgomot.

4.3.3 Atenuarea zgomotului urban

În realitate, între sursă și receptor, există adesea obstacole și factori care cauzează atenuări suplimentare ale nivelului sonor. Acești factori sunt în principal:

prezența aerului; prezența vegetației, frunzișului etc. condiții meteorologice (gradienți de temperatură, gradienți de viteză a vântului, ploaie, zăpadă,

ceață etc.) obstacole (dealuri, clădiri, bariere fonice etc.).

4.4 TERMINOLOGIE SPECIFICĂ ACUSTICII URBANE

Pentru nivelul de zgomotul care fluctuează în timp, este util să se definească nivelul echivalent de presiune acustică echivalentă Leq, care este nivelul de presiune acustică ponderat în medie pe o perioadă de timp T. Acest nivel mediu al presiunii acustice ponderate A este dat de:

101

/ 4.1

unde pA este presiunea sonoră instantanee măsurată utilizând un filtru de ponderare în frecvență A și pref este presiunea sonoră de referință 20 μPa. Timpul T poate fi ales și specificat, variind de la secunde la minute sau ore.


30

Indicatorul de zgomot pentru zi-seară-noapte, Lzsn (Lden = day-evening-night level), ia în considerare, separat, nivelul de zgomot pe durata zilei, diferențiat de cel pe durata serii, la care se adaugă 5dB(A), precum și nivelul de zgomot pe timp de noapte, la care se adaugă 10 dB(A). În prezent utilizat pe scară largă în Europa, Lzsn este definit ca:

10124

12 ∗ 10 4 ∗ 10 8 ∗ 10 4.2

Astfel, L10 reprezintă nivelul de zgomot de vârf, depășit într-o perioadă ce reprezintă 10% din intervalul de timp considerat. La nivel urban, măsurătorile se realizează într-un punct A, situat la 2,00 m distanță față de frontul de clădire și la o înălțime de 1,50 m.

Similar cu indicatorul L10, L50 reprezintă nivelul de zgomot mediu, depășit într-o perioadă ce reprezintă 50% din intervalul de timp considerat.

L90 reprezintă nivelul de zgomot de fond, depășit într-o perioadă ce reprezintă 90% din intervalul de timp considerat.

Pe baza indicatoarelor de zgomot descrise mai sus, se poate determina indicele de zgomot de trafic, TNI (traffic noise index), care exprimă mai pregnant gradul de disconfort provocat de un zgomot aleatoriu în funcție de distribuția statistică a nivelurilor de zgomot în perioade caracteristice:

4 30 4.3

4.5 LIMITE ADMISIBILE ALE NIVELULUI DE ZGOMOT ȘI AL VIBRAȚIILOR, PREVĂZUTE ÎN LEGISLAȚIA ROMÂNEASCĂ ȘI EUROPEANĂ

Limitele admisibile ale nivelului de zgomot și al vibrațiilor, precum și metodele de măsurare și determinare ale acestora sunt descrise într-o serie de acte normative și reglementări, dintre care, cele mai importante din punctul de vedere al prezentei cercetări sunt cele ce urmează a fi prezentate în continuare.

4.5.1 Reglementări privind zgomotul

Următoarele reglementari prevăd limitele admisibile ale nivelului de zgomot, precum și câteva direcții de proiectare privind dezvoltările viitoare:

Directiva 2002/49/CE, adoptată în 2002 de Uniunea Europeană, referitoare la evaluarea și controlul zgomotului ambiental.

STAS 10009-88: “Acustică urbană: Limite admisibile ale nivelului de zgomot”; SR EN ISO 11654: „Acustică. Absorbanți acustici utilizați în clădiri. Evaluarea absorbției

acustice.” Normativ C-125-2013. „Normativ privind acustica în construcții și zone urbane.” STAS 10144/1-90 – „Străzi - profiluri transversale - prescripții de proiectare.” Ordinul Ministerului Sănătății nr. 119/2014 – stabilește limitele admisibile în exteriorul

locuințelor, Leq=55dB(A) în timpul zilei și Leq=45 dB(A) în timpul nopții (OMS 119, 2014).

Conform (C 125 – 2013), nivelul de zgomot înregistrat la distanța de 2,00 m. față de fațada unei clădiri cu destinație rezidențială trebuie să fie cel mult 50 dB(A).

Limite admisibile ale nivelului de zgomot exterior pe străzi, măsurate la bordura trotuarului ce mărginește partea carosabilă (tabel 4.1), stabilită în funcție de categoria tehnică a străzilor, respectiv de intensitatea traficului (conf. STAS 10009-88):


31

Limite admisibile ale nivelului de zgomot exterior pe străzi Tabelul 4.1Tipul de stradă Limita admisibilă

a Leq, dB(A)

Limita admisibilă a nivelului de zgomot de vârf L10 , dB(A)

Stradă de categorie tehnică IV, de deservire locală 60 70 Stradă de categorie tehnică III, de colectare 65 75 Stradă de categorie tehnică II, de legătură 70 80 Stradă de categorie tehnică I, magistrală 75 85

În urma adoptării Directivei 2002/49/CE, au fost realizate o serie de hărți de zgomot ale mediilor urbane. O hartă de zgomot a Municipiului Iași a fost elaborată și reactualizată în aprilie 2014, evidențiind zonele de liniște ale orașului, dar și zonele în care nivelul de zgomot înregistrat pe perioada unei zile (24 ore) depășește limita admisă cu 5-10 dB(A). Un dezavantaj al acestor hărți de zgomot este faptul că înregistrările se fac la înălțimea de 4,0 m față de cota terenului amenajat, ceea ce din punct de vedere al pietonului, nu este relevant, nivelul înregistrat la înălțimea de 1,70 m, determinant pentru confortul acestuia, fiind mai mare.

4.5.2 Reglementari privind vibrațiile

Reglementările privind vibrațiile au în vedere efectele produse de trafic sau utilaje, în special asupra locuințelor, clădirilor și persoanelor din interiorul acestora. Astfel:

STAS 12025/1-81 – „Efectele vibrațiilor produse de traficul rutier asupra clădirilor și părților de clădire (Metode de măsurare)”

SR 12025/2-94 – „Acustica clădirilor. Efectele vibrațiilor asupra clădirilor și părților de clădiri (Limite admisibile)”;

Directiva 2002/44/CE – tratează cerințele de sănătate și siguranță din punctul de vedere al expunerii oamenilor la vibrații, la locul de muncă, și stabilește valorile de expunere zilnică (ce impun aplicarea unor proceduri de protecție – 0,5mm/s pentru vibrația întregului corp), precum și valorile limită de expunere zilnică (ce nu trebuie depășite – 1,15mm/s pentru vibrația transmisă întregului corp).

Se poate concluziona că, în ceea ce privește confortul în mediul urban, din punct de vedere al reglementarilor în vigoare, nivelul de zgomot admis este clar stipulat. În schimb, vibrațiile sunt explicitate în special când este vorba de vibrațiile de la locul de muncă, resimțite pe perioada unei zile, sau de vibrațiile transmise clădirilor, cu efectele acestora asupra structurilor. Nivelul vibrațiilor nu este clar delimitat dacă vorbim despre vibrații periodice, cu o scurtă durată de timp, resimțite în mediu urban, așa cum sunt cele generate de trecerea trenurilor sau a tramvaielor. Influența acestora poate că este mică asupra stării de sănătate, fiind evenimente aleatorii, dar au influențe negative asupra gradului de confort al pietonilor.


32

CAPITOLUL 5

INFLUENȚA UNDELOR ASUPRA STĂRII DE SĂNĂTATE

5.1 PERCEPEREA UNDELOR SONORE DE CĂTRE URECHEA UMANĂ

5.1.1 Sistemul auditiv uman

Sistemul auditiv uman nu înseamnă doar urechea, ca organ al corpului omenesc, ci și modul acesteia de a capta sunetele și modul de procesare a acestora de creier.

Urechea este alcătuită din trei părți: urechea externă, urechea medie și cea internă.

Sunetele cu frecvențe înalte ajung mai repede la creier decât cele cu frecvențe joase, datorită sistemului nervos și a modului în care creierul procesează sunetele, dar și datorită conformației sistemului auditiv. Acesta transmite către creier mai întâi sunetele cu frecvențe înalte, și apoi pe cele cu frecvențe mai scăzute. Astfel, sensibilitatea urechii umane nu este liniară, fiind mai puțin sensibilă la frecvențe joase și foarte mari. De aceea urechea umană percepe diferite intensități, pentru același nivel de presiune sonoră, la frecvențe diferite.

5.1.2 Curbele izofonice

Pentru a stabili ce nivel de presiune sonoră este necesar pentru a percepe aceeași intensitate a sunetului, în foni, la diferite frecvențe, au fost introduse curbele izofone Fletcher-Munson. Fonul este o unitate de măsură a tăriei sunetelor, egală cu tăria unui sunet a cărei intensitate auditivă este de 1,26 ori mai mare decât intensitatea pragului auditiv inferior. Prin definiție, 1 fon

este egal cu 1dB la frecvența de 1 kHz.

Conform acestor curbe a fost stabilit pragul de audibilitate, pentru frecvența de 1000 Hz, ce se caracterizează printr-o valoare minimă a intensității sunetului de 10-12W/m2, ce corespunde unui nivel de presiune acustică de 2*10-5 N/m2, pragul sensibilității auzului normal fiind de 0 dB la 1kHz. Noi curbe standardizate au fost introduse în ISO 226 din 2003. Conform acestora, tăria unui sunet de 40 dB la o frecvență de 1000 Hz este egală cu tăria unui sunet de 64 dB la 100Hz (ISO 226, 2003).

5.1.3 Curbele de nivel egal de tărie (curbe de zgomot)

Pentru a putea face o aproximare a variației sensibilității urechii umane în funcție de frecvența sunetului, au fost definite un număr de curbe de nivel de zgomot, în benzi de opt octave, între 63 și 8000 Hz, reprezentând nivelele de intensitate ce produc același disconfort acustic. Aceste curbe de zgomot (Cz) sunt numerotate între 0 și 130. Numărul fiecărei curbe corespunde nivelului de presiune sonoră, în dB, al unui sunet, pe frecvența de 1000 Hz. Astfel, curba Cz 60, va indica o valoare de 60dB, la frecvența de 1000 Hz.

5.1.4 Efectul de mascare a sunetelor

Mascarea pe o perioadă de timp este un fenomen în care un sunet puternic ascunde temporar sunete mai slabe. Cea mai relevantă cauză este contracția mușchiului stapedius. O altă cauză este că atunci când un sunet puternic produce vibrația membranei cohleare, un alt sunet mai slab ca intensitate care încearcă să vibreze în același loc nu va fi perceput. Deci, după un sunet puternic, pentru un timp, sistemul auditiv rămâne "surd" la sunete mai slabe.


33

5.2 Efectele poluării sonore asupra omului

Acțiunea zgomotului asupra organismului este în funcție de următorii factori: intensitatea zgomotului, frecvența și timpul de expunere la zgomot. Există numeroase studii privind impactul zgomotului de lungă sau scurtă durată asupra stării de sănătate a oamenilor, inclusiv o teză de doctorat ce tratează această problemă din Municipiul Iași, elaborată de bioing. Drug Gabriel. Concluzia unuia dintre studiile prezentate de acesta este ca „disconfortul locatarilor expuși poluării fonice s-a manifestat prin adormire dificilă (24%), treziri repetate (23%), oboseală mintală (21%), cefalee (18%), insomnie (15%), nervozitate (14%)”, (Drug, 2011). Acțiunea nocivă a zgomotului este accentuată când:

zgomotul acționează sub formă de impulsuri; apariția zgomotului este intempestivă; acțiunea zgomotului este în bandă largă de frecvențe; în spectrul frecvențelor apar sunete joase; zgomotul este însoțit și de vibrații mecanice.

5.2.1 Efectele sunetului asupra omului, în funcție de frecvență

Infrasunetele și sunetele cu frecvență joasă (LFN) provoacă în special o senzație de „iritare”, datorată perceperii acestora ca un zumzet. În ceea ce privește performanța, aceste sunete cu frecvență joasă provoacă stări de somnolență, oboseală și dureri de cap, precum și deprecierea eficienței și a calității muncii efectuate. Din punct de vedere fiziologic, infrasunetele și LFN pot duce la modificarea ritmului cardiac și a ratei de respirație, modificări endocrine și tulburări ale sistemului nervos central. Ultrasunetele au frecvențe mai mari de 20kHz. La om ultrasunetele distrug globulele roșii din sânge, apar migrene, greață sau chiar pierderea echilibrului, dar doar la niveluri de presiune sonoră mari.

5.2.2 Efectele nivelului sunetului asupra stării de sănătate

Studiile și cercetările recente au evidențiat faptul că, dacă nivelul de intensitate sonoră depășește pragul de audibilitate cu 40dB, în organismul uman apar modificări în funcționarea și starea unor organe. Zgomotul puternic poate conduce la: diminuarea acuității auditive; creșterea tensiunii arteriale; creșterea tensiunii intracraniene; diminuarea acuității vizuale; oboseală, astenii, dereglări ale somnului (nivelul de zgomot în timpul somnului ar trebui să fie de cca.30 dB dar nu mai mult de 45 dB);

De asemenea, dacă nivelul de intensitate sonoră depășește 80 dB(A) se dezvoltă comportamentul agresiv. Dacă organismul este expus mai mult de 6 ore/zi la intensități sonore mai mari de 80-90 dB atunci se pot produce și modificări ale sistemului nervos vegetativ. Ultrasunetele produc leziuni în țesuturi și celule datorate mișcărilor vibratorii, fenomenului de cavitație și încălzirii în mediile lichide din organismul uman.

Pragul critic care pune în pericol totuși auzul se situează la 85 de decibeli. Pierderea auzului sub efectul poluării sonore este de obicei temporară. Pierderea auzului poate deveni ireversibilă dacă persoana este expusă fie la un zgomot foarte puternic (mai mult de 140 decibeli) sau la un zgomot mai puțin puternic (în jur de 85 decibeli), dar îndurat pe o perioadă mai lungă.

Diminuarea capacității de muncă. Cercetările experimentale au demonstrat că zgomotul afectează acele activități care necesită o atenție deosebită și îndeosebi activitatea intelectuală.


34

Problemele de concentrare. În interiorul școlilor este necesar un nivel scăzut al zgomotului deoarece zgomotul poate conduce la dificultăți în procesul de învățare.

Copiii expuși zgomotelor puternice suferă de dificultăți de concentrare și de atenție, probleme de memorie și în general au performanțe scăzute la învățătură.

Efectele sociale și economice. Toate cele prezentate mai sus au urmări grave în starea de sănătate ceea ce conduce la un consum mare de medicamente. S-a demonstrat că dependența de consumul de somnifere în zonele liniștite este de cca.4% . Numărul persoanelor afectate de zgomot care consumă zilnic somnifere crește la 15% în zonele unde nivelul de intensitate sonoră este între 55-60 dB. De asemenea are loc o migrație a populației din zonele centrale către zone mai liniștite sau chiar în alte localități unde poluarea sonoră nu este atât de nocivă.

Efectele imediate și pasagere sunt afecțiunile cardiovasculare (creșterea ritmului cardiac și a

tensiunii arteriale), diminuarea atenției și a capacității de memorare, agitația, reducerea câmpului

vizual, afecțiuni gastro-intestinale.

Efectele pe termen lung însă, duc la oboseală fizică și nervozitate, insomnie, bulimie, scădere în

greutate, hipertensiune arterială cronică, anxietate, comportament depresiv și chiar agresiv.

Cercetările actuale au demonstrat că un nivel foarte mare al zgomotului acționează într-adevăr

negativ, dar și liniștea foarte apăsătoare este cauzatoare de neliniște. Prin urmare, sunetele cu o

anumită intensitate sunt necesare. Fiecare persoană are un anumit nivel de toleranță la zgomot

intrând acum în joc factori precum vârsta, starea de sănătate sau chiar temperamentul.

5.2.3 Efectele timpului de expunere asupra stării de sănătate

Timpul de expunere este măsurat pe o perioadă de 8 ore, pentru a simula un mediu de lucru

standard. Uniunea Europeană a stabilit o limită legală de 80 dB(A) pe parcursul unei zile de lucru

de 8 ore. Peste această limită trebuie luate măsuri de protecție. În plus față de zgomotele nocive

constante și pe termen mai lung, vârfurile de zgomot pot fi la fel de periculoase.

5.3 EFECTELE VIBRAȚIILOR ASUPRA OMULUI

Vibrațiile sunt fenomene dinamice frecvent întâlnite în viața oamenilor, cu implicații pozitive (bătăile inimii, legănatul copacilor în bătaia vântului, vibrațiile produse de instrumentele muzicale), dar și negative (trepidațiile clădirilor la cutremure sau cele produse de mijloacele de transport).

Atât vibrațiile mecanice, cât și cele acustice pot deveni periculoase pentru om peste anumite limite. Studiile asupra acțiunii dăunătoare a vibrațiilor asupra organismului uman arată că vibrațiile produc o serie de efecte nocive, atât fiziologice, cât și fizice. De exemplu expunerea pentru timp îndelungat la vibrațiile cu o frecvență joasă, între 5 si 15 Hz, pot duce la deplasări relative ale diferitelor organe, hemoragii pulmonare, etc. (Ene & Pavel, 2012). Studiile care investighează disconfortul arată că vibrațiile din trafic generează disconfort, supărarea crește odată cu creșterea nivelului de vibrații și acestea sporesc efectul deranjant al zgomotului. În plus, vibrațiile și zgomotul sunt legate de tulburările de somn raportate de persoanele expuse traficului feroviar și duce la schimbări ale ritmului cardiac.


35

5.3.1 Vibrațiile întregului corp

Expunerea la vibrațiile întregului corp poate provoca daune fizice permanente sau poate perturba sistemul nervos. Expunerea zilnică la vibrațiile întregului corp pe parcursul a câtorva ani poate duce la vătămări corporale grave, de exemplu ischemie lombară. Expunerea la vibrațiile întregului corp poate perturba sistemul nervos central, poate afecta confortul omului, performanța în activități precum și sănătatea. Corpul uman este un sistem mecanic complex care, în general, nu răspunde la vibrații la fel ca o masă rigidă: există mișcări relative între părțile corpului care variază cu frecvența și direcția vibrațiilor aplicate. Dinamica corpului afectează toate răspunsurile umane la vibrații.

5.3.2 Perceperea vibrațiilor în funcție de frecvență

Corpul uman, considerat ca un sistem mecanic, este complicat datorită faptului că:

fiecare parte a corpului are cea mai mare sensibilitate în diferite intervale de frecvență; corpul uman nu este simetric; doi oameni nu răspund la vibrații în același mod.

Cu toate acestea, au fost dezvoltate modele bio-mecanice adecvate pentru a simula răspunsul organismului uman la vibrații. Percepția vibrațiilor și a zgomotului diferă foarte mult de la individ la individ, care este funcție de capacitatea percepției senzoriale și poate fi legată de dimensiunea și greutatea organelor interne (fiecare organ având propriile caracteristici), fig. 5.1.

Fig. 5.1 Caracteristicile dinamice ale corpului uman

adaptare după (Rasmussen, 1983)

În funcție de frecvență, efectele vibrațiilor asupra organismului sunt diferite (Biriș, 2012):

vibrațiile sub 10 Hz specifice vehiculelor (automobile 1,5÷2 Hz, camioane 2÷4 Hz, tren 3÷8Hz), la expunere prelungită pot duce la disconfort general, dureri în piept, dureri abdominale;


36

vibrațiile cu frecvențe cuprinse între 10 și 40 Hz pot produce dureri de cap și probleme cu echilibrul și mersul.

5.3.3 Curbe de ponderare a vibrațiilor

Sensibilitatea organismului uman la vibrațiile mecanice este dependentă atât de frecvența, cât și de direcția excitației. Acești factori trebuie luați în considerare în cazul în care trebuie evaluate efectele dăunătoare ale unei vibrații. ISO (Organizația Internațională pentru Standardizare) a elaborat curbe de ponderare care pot fi folosite pentru a lua în considerare factorii menționați, atunci când se evaluează nocivitatea unei vibrații (ISO-2631-1, 2001).

5.3.4 Evaluarea expunerii la vibrații transmise în întregul corp uman

Există patru factori fizici importanți care trebuie luați în considerare atunci când se evaluează efectul unui mediu vibratoriu asupra corpului uman, și anume:

valoarea accelerației echivalente (aeq) a vibrației; diferitele frecvențe care alcătuiesc vibrația; direcția propagării vibrației; timpul de expunere la vibrații.

Limitele pentru pragul de oboseală se dau, în funcție de valoarea eficace a accelerației. Dieckmann a introdus un coeficient de percepere K, luat ca măsură a efectului vibrațiilor asupra omului. Valoarea lui K se poate determina utilizând relațiile:

1 ⁄ 5.1

unde: - aef reprezintă accelerația eficace [m/s2]; - vef – viteza eficace [m/s]; - xef – deplasarea eficace [m]; - f – frecvența vibrației [Hz]; - f0 = 10 Hz – frecvența de referință; - α = 18 s2/m;

În tabelul 5.1 se dau treptele de percepere și modurile de percepere, funcție de valorile lui K, așa cum apar în standardul german VDI – Richtlinien 2057.

Treptele de percepere și modurile de percepere, funcție de coeficientul de percepere K

Tabelul 5.1

Coeficientul de percepere K Treapta Modul de percepere (senzația)

0 - 0,1 A Imperceptibilă

Pragul percepției 0,1 - 0,25 B Abia perceptibilă 0,25 - 0,63 C Perceptibilă 0,63 - 1,6 D Bine perceptibilă

1,6 - 4 E Puternic perceptibilă (supărătoare) 4 - 10 F

Neplăcută 10 - 25 G 25 - 63 H

Dureroasă > 63 I

Motivele expuse justifică necesitatea studiului vibrațiilor pentru combaterea și reducerea efectelor dăunătoare ale vibrațiilor asupra organismului uman.


37

CAPITOLUL 6

STUDIU DE CAZ PRIVIND NIVELUL DE ZGOMOT RESIMȚIT ÎNTR-O ZONĂ REZIDENȚIALĂ A MUNICIPIULUI IAȘI

6.1 ASPECTE GENERALE

Poate că cel mai important element în peisajul acustic urban îl are nivelul de zgomot de la nivelul străzii. Având în vedere expunerea continuă a locuitorilor la zgomotul stradal și potențialul de nocivitate asupra sănătății, ar trebui implementate măsuri de control ale acestuia, precum și acordată o atenție sporită în evaluarea lui. Harta de zgomot a Municipiului Iași, reactualizată în 2014, prezintă modalitatea de culegere a datelor, menționând că înălțimea receptorilor s-a adoptat de 4 metri, cu mult peste înălțimea pietonilor. Studiul acesta își propune să evalueze nivelul de zgomot resimțit de pieton la nivelul străzii.

6.2 CARACTERISTICILE ZONEI STUDIATE

Zona de studiu aleasă este o stradă cu trafic intens, ce face legătura între două zone mari ale orașului Iași, România. Strada Nicolina este o stradă de categoria II, conf. STAS 10144/1-90, având patru benzi de circulație, și fiind totodată mărginită de locuințe colective pe ambele părți, cu regim de înălțime P+4E. Zona pe care au fost făcute măsurătorile este cuprinsă între intersecția Străzii Nicolina cu Aleea Rozelor, până la punctul maxim de înălțime al podului peste calea ferată, prezent în parcursul acestei străzi, (fig. 6.1).

Fig.6.1 Zona studiată

În anul 2015 au fost terminate lucrările de reabilitare a podului și străzii. Odată cu această reabilitare a fost amplasată o barieră de protecție, cu rol și în limitarea propagării zgomotului rutier. Datele tehnice, în special proprietățile acustice ale acestui tip de panou nu au putut fi furnizate de Primăria Iași. Figura 6.2 prezintă poziționarea barierei față de stradă.

6.3 MĂSURĂTORI ALE NIVELULUI DE ZGOMOT

6.3.1 Măsurători efectuate în lungul străzii

Au fost efectuate măsurători ale nivelului de zgomot pe parcursul unei zile de lucru, în timpul orelor de vârf și a orelor cu trafic mai redus, în intervalul orar 07.00 – 19.00, pentru a stabili nivelul


38

de zgomot echivalent pe perioada orelor de zi (Lzi). Măsurătorile au fost efectuate în trei zone caracteristice ale traseului străzii, la nivelul bordurii:

locația 1 – în dreptul semaforului, cu mijloacele de transport aflate în repaus; locația 2 – la mijlocul rampei, zona de accelerație maximă a autovehiculelor; locația 3 – la capătul rampei, așa cum este arătat în fig. 6.3.

Fig.6.2 Poziție barieră

Fig.6.3 Poziția punctelor de măsurare

Măsurătorile au fost efectuate cu un sonometru Testo 816, utilizând curba caracteristică A de ponderare în frecvență, ce corespunde nivelului de presiune acustică perceput de urechea umană.

Au fost efectuate măsurători la interval de 5 minute, pe fiecare interval notându-se nivelul minim și cel maxim al nivelului de presiune acustică pe durata înregistrării (Lmin și Lmax), acestea fiind cuprinse între 55 dB(A) și 93 dB(A) (Ștefan (Oancea) & Budescu, 2016).

Utilizând aceste înregistrări, a fost determinat nivelul de zgomot echivalent pe perioada orelor de zi (Lzi). Tabelul 6.1 prezintă nivelurile medii înregistrate în cele trei puncte de măsurare.

Nivelul de zgomot echivalent în cele trei puncte de măsurare Tabelul 6.1Nivel de zgomot dB(A) media Lmin media Lmax Leq

Loc. 1 - intersecție 58.83 85.12 71.98

Loc. 2 – mijlocul rampei 60.05 86.14 73.10

Loc. 3 – sfârșitul rampei 61.27 86.19 73.73

În fig. 6.4 sunt prezentate valorile obținute în aceste puncte de măsurare, comparativ cu limitele standardizate admise.


39

Fig.6.4 Nivel de zgomot pe timp de zi – valoarea minimă, maximă, medie ponderată și maximă legală, în cele trei puncte de-a lungul străzii

Din fig. 6.4 se poate observa că doar valorile minime înregistrate pe parcursul unei zile respectă limitele legale, valorile medii depășind aceste limite. Din măsurătorile efectuate, se constată că 15% din valorile înregistrate depășesc pragul de 80 dB(A) și numai 1% au valori mai mici de 60 dB(A).

Din aceste date se poate concluziona că gradul de confort acustic urban din această zonă este foarte scăzut.

6.3.2 Măsurători efectuate perpendicular pe stradă

Au fost efectuate măsurători și perpendicular pe drum, la nivelul bordurii (loc. 2), în spatele barierei de protecție (loc. 4), în apropierea fațadei blocului către stradă (loc. 5) și în spatele blocului (loc. 6), pentru a determina eficacitatea barierei de protecție. Pentru aceasta, măsurătorile au fost efectuate la interval de 30 de secunde, pe o perioadă de 10 minute, în fiecare din cele patru locații. Locațiile 5 și 6 au fost stabilite la distanța de 2,00m față de fațada clădirii, la înălțimea de 1,50 m, conform normativului C125/2013. Utilizând aceste înregistrări, a fost determinat nivelul de zgomot echivalent pe perioada orelor de zi (Lzi), în locațiile 2, 4, 5 și 6 (tabelul 6.2).

Nivelul de zgomot echivalent pe perioada orelor de zi (Lzi) Tabelul 6.2Nivel de zgomot dB(A) media Lmin media Lmax Leq

Loc. 2 – la bordură 64.83 83.52 74.17 Loc. 4 – în spatele barierei 57.20 74.05 65.62 Loc. 5 – în fața blocului 45.52 67.98 56.75 Loc. 6 – în spatele blocului 43.60 56.85 52.77

Conform normativului C 125 – 2013, nivelul de zgomot înregistrat la distanța de 2,00m față de fațada unei clădiri cu destinație rezidențială trebuie să fie cel mult 50 dB(A). După cum se observă din măsurători, doar valorile minime din locațiile 5 și 6 sunt sub această limită.

Pentru o mai bună percepere a rolului acestei bariere acustice, montajul acesteia ar fi fost recomandat să fie la marginea trotuarului către stradă, nu după acesta. În acest mod, pietonul ar fi fost mult mai bine protejat de nocivitatea zgomotului rutier în parcurgerea podului, acesta aflându-se în conul de umbră creat de barieră (fig. 6.5).


40

Fig. 6.5 Implicațiile poziționării barierei acustice la marginea trotuarului

Calculând atenuarea zgomotului datorită prezenței ecranului la marginea trotuarului, cu considerarea un ecran linear, cu lungime practic infinită, caracterizat printr-un indice de izolare la zgomot aerian Rw>30 dB, cu ajutorul ecuației 6.1:

10 ∗ 20 3 6.1

în care N = 2σ / λ, unde σ = (a + b) – c, iar pentru calculul nivelului global, în dB(A), se ia valoarea lui λ corespunzătoare frecvenței f = 500 Hz (λ = 0,68m), și luând în considerare distanțele dintre sursă (situată la înălțimea de 1,50m pe axul drumului), bariera acustică (cu înălțimea de 2,00m) și receptor (cu înălțimea de 1,70m), exemplificate în fig. 6.9, se obține:

8,04 1,03 9,00 0,07 6.210 ∗ 20 ∗ 2 ∗ 0,07/0,68 3 8,52 6.3

Se poate afirma, deci, că această poziționare a barierei acustice este de preferat celei adoptate în situația existentă pe strada Nicolina, simpla mutare a acesteia, astfel încât zona trotuarului să fie protejată, duce la o scădere a nivelului de zgomot cu 8,52 dB.

6.4 CONCLUZIILE STUDIULUI DE CAZ

Din analiza datelor înregistrate se poate concluziona că 15% din nivelurile de zgomot de pe această stradă sunt mai mari de 80 dB(A) și 62% au valori cuprinse între 70 dB(A) și 80 dB(A), determinând astfel un grad de confort acustic foarte scăzut în această zonă.

Din măsurătorile efectuate pentru a stabili eficacitatea barierei din punct de vedere acustic, se poate concluziona că aceasta influențează pozitiv nivelul de zgomot înregistrat în zonă, însă poziția acesteia nu este cea mai bună variantă. Totuși, se poate face recomandarea montării unor astfel de bariere și pe alte străzi cu nivel de zgomot ridicat, cu scopul de a diminua influența negativă asupra stării de sănătate a oamenilor, și creșterea calității vieții.

6.5 SIMULAREA IMPLEMENTĂRII UNOR MĂSURI DE ATENUARE A ZGOMOTULUI

Pornind de la analiza situației reale, prezentată mai sus, a fost simulată o zonă urbană cu aceleași caracteristici: clădirile au înălțimea de 16 m, aceeași cu a unui bloc de locuințe cu 4 etaje; distanța dintre cele două fronturi de clădiri este de 40 m;


41

strada, a fost considerată de categorie II, de legătură, cu câte două benzi pe sens și linie de tramvai;

distanța dintre stradă și clădiri este de 12.00 m.

Conform Normei tehnice din 27.01.1998, privind proiectarea și realizarea străzilor în localitățile urbane, pentru o stradă de categoria II se ia în considerare o intensitate a traficului de 360-600 automobile / oră / bandă. În cadrul simulărilor a fost luat în calcul numărul minim de automobile prevăzut de normă. Numărul tramvaielor ce tranzitează zona a fost considerat de 1 tramvai / 30 minute. Simulările au luat în considerare doar perioada de zi. Acestea au fost realizate cu ajutorul programului SoundPlan (varianta free, dezvoltată de SoundPlan GmbH).

Scopul acestor teste nu a fost acela de a determina exact nivelul de zgomot din zonă, ci de a simula introducerea unor măsuri de atenuare a zgomotului, și evidențierea diferenței dintre nivelul zgomotului la nivelul trotuarului, lângă clădire, la înălțimea pietonului, de 1,70m, pentru fiecare dintre teste. Pietonul a fost considerat la distanța de 2,00 m de clădire.

Figura 6.6 prezintă situația simplă, de stradă cu 4 benzi de circulație și linie de tramvai, fără măsuri de atenuare a zgomotului. Se observă că nivelul de zgomot înregistrat în apropierea clădirilor este între 74 și 76 dB(A).

Testul următor prevede amplasarea unui spațiu verde cu lățimea de 5 m și înălțimea de 1,50m. Se observă o diminuare a nivelului de zgomot, acesta având valori între 70 și 72 dB(A) lângă clădire (fig. 6.7).

Fig. 6.6 Simulare nivel de zgomot pentru o stradă cu 4 benzi, tramvai, fără măsuri de atenuare a zgomotului

Al treilea test prevede amplasarea unei bariere antizgomot la marginea trotuarului, cu înălțimea de 2,00m. Programul are opțiunea de a alege o bariera puțin absorbantă, cu o scădere a nivelului de zgomot de 4 dB(A). În cadrul acestui test, se observă o diminuare a nivelului de zgomot înregistrat lângă clădire, acesta având valori între 68 și 70 dB(A) (fig. 6.8).

Al patrulea test ia în considere amplasarea ambelor măsuri de diminuare a zgomotului (spațiu verde cu înălțimea de 1,50m și barieră antizgomot cu înălțimea de 2,00m), rezultând un nivel al zgomotului între 66 și 68 dB(A). Se poate observa că implementarea ambelor protecții împotriva


42

zgomotului au cel mai mare impact asupra acestuia, scăderea nivelului de zgomot fiind de cca. 8 dB(A) (fig. 6.9).

A doua serie de simulări testează impactul pe care îl poate avea scăderea capacitații traficului din zonă, transformând strada într-una cu doar 1 bandă de circulație pe sens, spațiul fiind cedat trotuarului (fig. 6.10). Această modificare duce la un nivel al zgomotului, lângă clădire, de 70-72 dB(A), cu 4 dB(A) mai puțin decât în situația cu 4 benzi.

Ca și în prima serie de teste, au fost implementate, pe rând, următoarele variante de atenuare a nivelului de zgomot:

spațiu verde cu lățimea de 5m și înălțimea de 1,50m (fig. 6.11); barieră antizgomot cu înălțimea de 2,00m (fig. 6.12); ambele măsuri de protecție (fig. 6.13).

Fig. 6.7 Simulare nivel de zgomot pentru o stradă cu 4 benzi, tramvai, cu spațiu verde (h=1,50m)

Fig. 6.8 Simulare nivel de zgomot pentru o stradă cu 4 benzi, tramvai, cu barieră antizgomot (h=2m)


43

Fig. 6.9 Simulare nivel de zgomot pentru o stradă cu 4 benzi, tramvai, cu spațiu

verde (h=1,50m) și barieră antizgomot (h=2m)

Fig. 6.10 Simulare nivel de zgomot pentru o stradă cu 2 benzi, tramvai, fără măsuri

de atenuare a zgomotului


verde (h=1,50m)


44

Fig. 6.12 Simulare nivel de zgomot pentru o stradă cu 2 benzi, tramvai, cu barieră

antizgomot (h=2m)



Din aceste teste se poate concluziona că, dacă se consideră micșorarea suprafeței carosabile la doar două benzi, nivelul înregistrat (fără măsuri de protecție) este cu 4 dB(A) mai mic decât în situația străzii cu 4 benzi de circulație. În cazul implementării spațiului verde și a barierei antizgomot, nivelul înregistrat de pieton este de 64-66 dB(A).

Pentru optimizarea atenuării nivelului de zgomot, s-a decis simularea acelorași situații, dar cu implementarea unui spațiu verde cu înălțimea de 3,00m. Această modificare a condus la următoarea distribuție a nivelului de zgomot, prezentată separat pentru strada cu 4 benzi (fig. 6.14) și pentru cea cu două benzi (fig. 6.15).


45





Realizând profilurile transversale ale acestor situații, se observă un nivel minim al zgomotului de 62 dB(A) – pentru strada cu 4 benzi, și 58 dB(A) – pentru strada cu 2 benzi (fig. 6.16 și 6.17).

Fig. 6.16 Evidențierea nivelului de zgomot - profil transversal stradă 4 benzi, barieră și spațiu verde (h=3,00m)


46

Fig. 6.17 Evidențierea nivelului de zgomot - profil transversal stradă 2 benzi, barieră și spațiu verde (h=3,00m)

Din toate aceste teste se poate concluziona că implementarea unui spațiu verde cu înălțimea de 3,00m și a unei bariere antizgomot cu înălțimea de 2,00m, fără a considera un material foarte absorbant, duce la o scădere a nivelului de zgomot înregistrat de pieton de cca. 12 dB(A), valoarea acestuia fiind de 58-60 dB(A).

Dacă înălțimea spațiului verde este de doar 1,50m (înălțimea medie a unui gard viu), influența asupra nivelului de zgomot este nesemnificativă. În situația unui spațiu verde cu înălțimea de 3,00m, nivelul minim de zgomot este de 58 dB(A), pe când, în situația în care spațiul verde are înălțimea de 1,50m, nivelul minim de zgomot este de 64 dB(A). Pentru a avea un impact pozitiv din punct de vedere al confortului acustic, spațiul verde trebuie să depășească semnificativ înălțimea barierei acustice.

Figurile 6.18 și 6.19 prezintă comparativ toate profilurile transversale ale acestei străzi, cu evidențierea nivelului de zgomot obținut în cadrul simulărilor. Comparând profilurile transversale pentru acest tip de stradă, cu distanța dintre axul drumului și frontul de clădiri de 20m, se observă că, cel mai mare impact asupra nivelului de zgomot a fost obținut în cazul diminuării traficului și implementării unor măsuri de protecție împotriva zgomotului: barieră antizgomot cu o mică capacitate de absorbție (diferența de nivel de zgomot de 4 dB(A)) și spațiu verde cu înălțimea de 3,00m.

Fig. 6.18 Profil transversal cu evidențierea nivelului de zgomot pentru toate simulările, stradă cu 4 benzi


47

Fig. 6.19 Profil transversal cu evidențierea nivelului de zgomot pentru toate simulările, stradă cu 2 benzi

Din aceste simulări se poate concluziona că pentru a ajunge la un nivel de zgomot confortabil, care să respecte nivelul maxim admis de norme, se recomandă scăderea intensității traficului (prin diferite intervenții asupra capacitații suprafeței carosabile, promovării transportului în comun, etc.), implementarea unor bariere antizgomot din materiale cu o mare capacitate de absorbție sonoră și a unui spațiu verde cu o înălțime care să depășească înălțimea barierei antizgomot și să aibă o densitate mare de frunze.

6.6 MĂSURI URBANISTICE PENTRU DIMINUAREA NIVELULUI DE ZGOMOT

6.6.1 Tipuri de măsuri

Pentru diminuarea nivelului de zgomot resimțit de om, pot fi luate o serie de măsuri ce privesc:

diminuarea emisiei de zgomot - scăderea nivelului de zgomot generat de surse, prin evoluția tehnologiei autovehiculelor de transport; utilizarea vehiculelor electrice, a anvelopelor silențioase, etc.;

mărirea absorbției sunetelor pe distanța dintre sursă și receptor, prin utilizarea unor tipuri de suprafețe de uzură fonoabsorbante, cu un potențial ridicat în reducerea zgomotului;

protejarea receptorului, prin măsuri de natură urbanistică:

amplasarea de ecrane artificiale sau naturale între sursa de zgomot și pietoni;

restricționarea și regândirea traficului pe arterele de circulație urbane;

crearea unei zone de protecție acustică a pietonilor prin reabilitarea profilurilor transversale ale străzilor, această protecție putând fi din elemente vegetale, unde situația permite, sau artificiale.

Din punct de vedere al traficului rutier urban, în ultimii ani au fost luate o serie de măsuri în diverse orașe europene, printre care: reducerea traficului greu de marfă, orientarea traficului către zone mai puțin sensibile, îmbunătățirea și omogenizarea traficului, promovarea transportului în comun, implementarea unui sistem de tip „park & ride”, încurajarea utilizării bicicletelor, reproiectarea profilului transversal al străzilor.

O problemă la fel de mare ca traficul rutier, din punct de vedere al zgomotului generat, este traficul feroviar, existând un număr mare de persoane afectate de acesta, datorită unui parc de vagoane învechit (atât pentru tramvaie cât și pentru trenuri), infrastructurii nereabilitate, precum și lipsei unor măsuri de protecție fonică (prin utilizarea panourilor fonoabsorbante).


48

Reducerea zgomotului emis de circulația trenurilor se poate realiza prin: reducerea zgomotului emis la contactul șină – roată, reducerea zgomotului și vibrațiilor vagoanelor și locomotivelor prin schimbarea acestora cu vehicule mai silențioase, reducerea vitezei în zonele afectate de zgomot, montarea unor bariere fonice ce pot reduce substanțial zgomotul. Barierele trebuie amplasate fie lângă calea ferată, fie lângă clădirile care urmează să fie protejate.

6.6.2 Tipuri de bariere de zgomot

Barierele de reducere a nivelului de zgomot pot fi definite. ca fiind un dispozitiv amplasat între sursa. de zgomot (traficul rutier). și receptor (ansambluri de construcții, autostrăzi, populația aflată în apropierea. căilor de comunicații) care modifică semnificativ propagarea undei sonore și care. prin reflexie, refracție. și absorbție reduc. nivelul de zgomot.

Bariera de reducere a nivelului zgomot este o structură care. blochează sau micșorează nivelul de zgomot. al surselor sonore. În funcție de tipul suprafeței. lor, barierele pot reflecta parțial. sau în totalitate. zgomotul incident.

Denumirea de barieră fonoabsorbantă este folosită corect doar atunci când se face referire. la o structură. care conține componente. fonoabsorbante, iar termenul .de barieră de zgomot este utilizat pentru orice tip. de structură care. are rolul de ecranare a zgomotului.

În continuare sunt prezentate exemple de ecrane. acustice, alcătuite dintr-o structură portantă. rigidă, pe care se amplasează panouri (plăci) distincte. Construcția rezultată formează un sistem care poate fi considerat ecran fonoizolator atunci când îndeplinește cerințele de mai sus. Materialele utilizate la panourile sunt diverse, printre care:

panouri. de sticlă acrilică; panouri din beton armat; barierele de zgomot. din materiale plastice; barierele de zgomot metalice; bariere de zgomot din vegetație naturală; bariere de zgomot cu captare de energie solară; materiale fonoabsorbante (fibre de lemn. liate cu ciment, granule de cauciuc. sau vată minerală); materialele compozite; utilizarea granulelor. de cauciuc reciclat. din anvelopele uzate.

6.6.3 Caracteristici determinante în alegerea tipului de barieră de zgomot

Când se dorește proiectarea. și alegerea unui. anumit tip de barieră. de zgomot trebuie să se țină cont de unele caracteristici care sunt prezentate. în continuare:

a) .Locul de amplasare. a barierei în. raport cu. sursa de zgomot. Pentru o eficiență maximă ecranul acustic trebuie. amplasat cât mai. aproape de sursa. de zgomot.

b) .Greutatea proprie. a structurii ecranului acustic; c) .Încărcarea datorată vântului; d) .Natura și tipul fundației; e) .Alegerea materialului trebuie să țină cont de:


49

Transmisibilitatea - unda sonoră ajunge. de la sursă la. receptor datorită fenomenul de transmisie. Pentru ca protecția. receptorului să fie. asigurată, trebuie ca energia. transmisă să. fie cât. mai mică, și deci indicele de atenuare. a zgomotului să aibă. valori cât mai mari; absorbția și izolarea acustică; alte caracteristici fizice, precum:

Porozitatea (h), reprezintă raportul. dintre volumul porilor. deschiși și volumul. total al materialului.

Rezistența la trecerea. curenților de aer (σ), este una dintre cele. mai importante calități. a unui material. fonoabsorbant, influențând în. mod direct absorbția. sunetului. Proprietățile. materialelor, din. punct de vedere. acustic, sunt dependente. în mare măsură. de rezistența la curenții. de aer ai. materialului.

Tortuozitatea (α∞), sau factorul de formă a structurii, este proprietatea fizică care descrie. cât de bine. împiedică structura materialului. curgerea directă a aerului.

Grosimea materialului, influențează. coeficientul de absorbție. a sunetului cu frecvențe joase. Conform studiilor în domeniul. absorbției sunetului, s-a ajuns la concluzia că un material. poros este eficient. din punct de vedere al absorbției. sonore atunci când grosimea este de aproximativ o zecime. din lungimea de undă. a sunetului incident. De aici se poate trage concluzia că absorbția sunetului crește. dacă sunetul parcurge. un drum mai lung. prin material, crescând astfel. și pierderile de energie.

f) Forma și înălțimea ecranului. Practica a dovedit că valoarea optimă. a acestui parametru este acea valoare pentru care. receptorul este situat, în. totalitate, în zona de. umbră din spatele ecranului

O barieră obișnuită de zgomot poate avea cea mai simplă formă, de obicei un ecran vertical. Principala cerință este ca ecranul să fie înalt și suficient de lung pentru a maximiza zona de umbră. Reducerea zgomotului în practică poate fi de până la 15 dB, în condiții bune.

În figura 6.19 sunt diferențiate zonele de umbră acustică: zona de umbră 1, creată de undele directe, și zona de umbră 2, creată de undele difractate de marginea superioară a barierei. Scopul acestor bariere de zgomot este de a mări suprafața acestor zone de umbră. O modalitate de a spori efectul unei bariere verticale este de a folosi materiale ce absorb undele sonore. Acest lucru poate atenua intensitatea undei incidente și, prin urmare, poate reduce efectele reflexiilor care contribuie la nivelul sonor din vecinătate. Barierele de zgomot fonoabsorbante sunt eficiente atunci când acestea sunt amplasate pe ambele părți ale drumului și absorb undele reflectate ce se creează între un vehicul aflat în mișcare și ecran (fig. 6.20).

Cercetările au arătat că un ecran înclinat spre interiorul drumului nu aduce nici o reducere suplimentară în comparație cu un ecran vertical de aceeași înălțime. Pe de altă parte, atunci când vine vorba de ecrane paralele, adică pe ambele părți ale drumului, un ecran înclinat spre exterior este o soluție bună, deoarece sunetul este reflectat departe de clădiri.

Pentru a reduce efectul reflexiilor între ecrane, pot fi folosite și barierele dispersive. Acest tip de barieră este mai bun decât ecranul obișnuit, deoarece energia este reflectată în toate direcțiile, adică sunetul se răspândește mai mult și dacă ajunge la o clădire, energia sa este redusă.


50

Fig. 6.20 Unde reflectate între două ecrane acustice verticale și între un vehicul și ecran

Barierele cu marginea superioară modificată sunt o variantă utilă atunci când este de dorit limitarea înălțimii barierei, efectul acesteia constând în faptul că linia imaginară dintre sursă și marginea barierei (unda directă) este direcționată mai departe de receptor. Există diferite tipuri de bariere cu marginea superioară modificată: în formă de „T”, cu formă rectangulară, cu margine cilindrică, în formă de „Y”, „vârf de săgeată”, sau cu marginea cu formă aleatorie (fig. 6.21).

Fig. 6.21 Diferite forme ale marginii superioare

Concluzionând, în alegerea unei bariere antizgomot trebuie să se țină cont de multiplele aspecte ce țin de absorbție, reflexie, transmitere a sunetului, de confortul vizual pe care îl generează, dar și de relația beneficiu (diminuarea nivelului de zgomot și astfel creșterea confortului urban) – cost (incluzând aici: costurile efective de producție, de montare și întreținere, dar și costurile simbolice ce țin de implicațiile degajării de gaze cu efect de seră rezultate din producția acestor bariere).


51

CAPITOLUL 7

STUDIU DE CAZ PRIVIND TRANSMITEREA VIBRAȚIILOR ÎNTR-O ZONĂ REZIDENȚIALĂ A MUNICIPIULUI IAȘI

7.1 ASPECTE GENERALE ASUPRA VIBRAȚIILOR ÎN MEDIUL URBAN

Vibrațiile mecanice transmise clădirilor de diferite surse de vibrații pot produce diferite deteriorări: fisurări ale zidurilor, fisurări ale tencuielilor, căderea acestora, tasări ale fundațiilor, etc. sau chiar colapsul întregii clădiri. Efectele vibrațiilor asupra construcțiilor pot fi ușor evaluate măsurând, cu ajutorul aparaturii existente, diferiți parametri ai vibrațiilor (amplitudinea, viteza sau accelerația) necesari determinării nivelului de intensitate a vibrațiilor.

Vibrațiile transmise în mediul înconjurător, în funcție de sursa și de intensitatea lor, influențează negativ nu doar clădirile ci și utilizatorii acestora, scăzând gradul de confort al oamenilor, fie că vorbim de confort în interiorul clădirilor, sau în spațiul exterior.

7.1.1 Propagarea undelor prin teren

Vibrațiile datorate traficului se pot propaga prin teren, prin unde de volum și unde de suprafață (Henwood & Haramy, 2002). Undele de volum sunt unde primare (sau unde de compresiune, notate cu P) și unde secundare (unde de forfecare, notate cu S). Undele de suprafață (undele Rayleigh, notate cu R și undele Löve, notate cu L) se propagă în lungul suprafeței terenului,

Vibrațiile datorate traficului se propagă în mediul din apropiere prin intermediul undelor de suprafață. Amplitudinea acestor unde se diminuează odată cu îndepărtarea de sursa de vibrație, această atenuare fiind legată de tipul terenului, umiditatea acestuia și temperatură.

În propagarea undelor de suprafață diversele obstacole pot conduce la modificări ale caracteristicilor acestora sau chiar la absorbția lor aproape în totalitate. Diferite structuri ale terenului pot genera amplificări ale intensității undelor.

7.1.2 Măsurarea vibrațiilor in situ

Parametrul care descrie. intensitatea vibrației este numit amplitudinea vibrației și se poate cuantifica în diverse moduri:

valoarea vârf-vârf este acea valoare care indică extensia maximă a formei de undă, atunci când deplasările pot lua. valori critice corespunzătoare unor tensiuni sau deplasări maxime admise;

valoarea vârf este în particular folosită în cazul mișcărilor cu o durată scurtă de timp, cum ar fi cazul șocurilor - valoarea vârf așa cum se poate observa și din fig.7.3 este cea care arată nivelul maxim atins, fără a ține cont de evoluția în timp a semnalului vibrator;

valoarea medie este cea care ia în considerare evoluția în timp a vibrației valoarea RMS este cea mai relevantă măsură a amplitudinii vibrației pentru că ia în

considerare variația în timp a acesteia, dar, în același timp, este și direct legată de energia distructivă a ei (fig. 7.1).


52

Mișcarea vibratorie se mai poate descrie prin deplasare, viteză sau. accelerație și pentru toți. cei trei parametri, forma de undă. și perioada rămân aceleași. Diferența dintre cei trei parametri constă. în existența defazajelor. dintre formele lor de. undă amplitudine-timp.

Fig. 7.1 Valori ale amplitudinii vibrației

Cel mai folosit aparat pentru măsurarea vibrațiilor este, în prezent, accelerometrul piezoelectric.

Accelerometrul se montează astfel încât axa. pe care sensibilitatea sa. este maximă să .coincidă cu direcția pe. care se dorește să. se facă măsurarea. Măsurarea. vibrației unui obiect. dictează și poziția punctului. de măsurare.

7.1.3 Vibrații produse de trafic și efectele acestora asupra mediului

Luarea în considerare a vibrațiilor datorate traficului a devenit o problemă tot mai importantă în dimensionarea și proiectarea sistemelor de trafic. În trecut, clădirile rezidențiale erau mai dispersate, dar în prezent orașele s-au extins, sistemul de trafic dezvoltându-se atât subteran, cât și suprateran. În marile orașe au apărut zone rezidențiale chiar în apropierea zonelor de trafic. Vehiculele produc vibrații, acestea afectând nu doar confortul și sănătatea pasagerilor, dar și structurile situate în apropierea zonelor de trafic.

În tabelul 7.1 se prezintă factorii ce influențează intensitatea vibrațiilor produse de trafic și perceperea acestora în interiorul clădirilor, în funcție de sursă, calea de transmisie și receptor.

Factorii ce influențează intensitatea vibrațiilor din trafic Tabelul 7.1SURSĂ CALEA DE TRANSMISIE RECEPTOR

- tipul de trafic; - parametrii vehiculului; - viteza de deplasare a vehiculelor.

- distanța dintre sursă și receptor;- absorbția solului; - configurația terenului.

- parametrii structurii; - locația structurii.

Vibrațiile produse de trafic generează pentru structurile adiacente vibrații care pot fi amplificate dacă frecvența predominantă a acestora este apropiată de frecvența proprie a terenului. Dacă cele două frecvențe coincid, apare fenomenul de rezonanță, ceea ce va duce la amplificarea vibrațiilor.

7.1.4 Studiul vibrațiilor în apropierea căilor ferate

Vibrațiile datorate traficului feroviar pot avea efecte negative asupra comunităților situate în apropierea liniilor de cale ferată. Sunt tot mai frecvente situațiile în care vibrațiile pot produce deteriorări structurale asupra clădirilor, dar cel mai important lucru este efectul asupra oamenilor din interiorul acestora (Kouroussis, et al., 2014).

Propagarea undelor depinde de o serie de factori, ca de exemplu calitatea infrastructurii căii de rulare, greutatea mijlocului de transport, numărul de vagoane, viteza de deplasare a trenului și stratificația terenului (Monteiro, 2009). Amplitudinea undelor generate de traficul feroviar crește


53

gradual și descrește funcție de numărul de vagoane, iar viteza de propagare este corelată cu distanța dintre calea de rulare și punctul în care este receptată.

7.2 DESCRIEREA ZONEI STUDIATE

În acest studiu de caz a fost măsurat nivelul vibrațiilor generate de trenuri și s-a determinat impactul asupra zonei adiacente. Datorită dezvoltării orașului fără a ține cont de problemele ce pot apărea datorită căii ferate, s-a ajuns în situația nefericită în care orașul Iași este traversat de o importantă rețea de căi ferate, situații similare fiind întâlnite în majoritatea orașelor din România.

Zona studiată a fost aleasă datorită prezenței lângă calea ferată a unor importante zone rezidențiale, dar mai ales a unei școli, fapt ce influențează confortul fizic și psihologic al copiilor pe durata studiului. Această influență negativă este datorată atât vibrațiilor de suprafață induse de trenuri, cât și zgomotului generat de acestea. Figura 7.2 prezintă localizarea căii ferate și a zonelor adiacente (Ștefan (Oancea), et al., 2017-a).

Confortul uman, sub acțiunea vibrațiilor ce se pot simți în clădirile rezidențiale, este de asemenea o problemă. Este astfel imperativ să se reducă transmiterea vibrațiilor către clădiri până la nivele acceptabile prin intermediul proiectării unui sistem eficient de prevenire a acestora. Important este de asemenea și confortul la nivelul trotuarului, inclusiv în incinta școlii, pornind de la ideea că viața oamenilor nu se desfășoară doar în interiorul clădirilor.

Încorporarea unui sistem de prevenire a transmiterii vibrațiilor dinspre sursă către zonele învecinate va avea ca efecte îmbunătățirea confortului atât la nivel urban, cât și în interiorul clădirilor.

Fig. 7.2 Zona studiată

7.3 MĂSURĂTORI ALE NIVELULUI DE VIBRAȚII

7.3.1 Descrierea sistemului de achiziție și prelucrare a datelor

În vederea studierii amplitudinii vibrațiilor și a efectului acestora asupra corpului uman s-au făcut o serie de măsurători în zona Podului Nicolina, la nivelul solului, lângă calea ferată, trotuar și lângă școala din apropierea căii ferate (fig. 7.3). Măsurătorile au fost realizate cu 6 accelerometre montate astfel: 3 accelerometre orizontale (Acc 0, Acc 2 și Acc 4) și 3 verticale (Acc 1, Acc 3 și Acc 5), câte unul în zona de lângă calea ferată, unul la nivelul trotuarului și unul lângă școală.


54

Distanța dintre accelerometre a fost de aproximativ 16,50m, acestea fiind amplasate în spațiu verde (fig. 7.4). Distanța dintre accelerometre a fost de aproximativ 16,50m, acestea fiind amplasate în spațiu verde (fig. 7.5). Vibrațiile produse de acțiunea trenurilor sunt un semnal aleatoriu, nestaționar, evolutiv, variațiile sale fiind variabile în timp.

Fig. 7.3 Amplasarea accelerometrelor

Fig. 7.4 Distanțe între elementele principale ale zonei și între accelerometre

Pentru analiza acestor semnale softul ESAM Traveller folosește transformata Fourier. Cea mai importantă proprietate a transformatei Fourier este cea de filtraj (semnalul rezultă prin filtrarea cu un filtru cu răspuns la impuls

Fig. 7.5 Montaj accelerometre 4 (orizontal) și 5 (vertical)

În tabelul 7.2 (Ștefan (Oancea), et al., 2017-a) se prezintă tipurile de trenuri ce au circulat în timpul efectuării măsurătorilor și pentru care au fost înregistrate amplitudinile vibrațiilor produse.


55

Tipurile de trenuri din timpul măsurătorilor amplitudinilor vibrațiilor Tabelul 7.2Nr. Descriere test

Test 1 Achiziție în gol Test 2 Tren-săgeata albastră Test 3 Tramvai Test 4 Locomotivă Test 5 Locomotivă + 1 vagon Test 6 Locomotivă + 2 vagoane Test 7 Locomotivă + 3 vagoane Test 8 Locomotivă + 4 vagoane Test 9 Locomotivă + 2 vagoane

Test 10 Locomotivă + 6 vagoane

Trebuie menționat faptul că toate trenurile au fost trenuri pentru călători, în perioada efectuării înregistrărilor nefiind nici un tren cu vagoane de marfă ce au o greutate mai mare și care, implicit, ar fi produs vibrații cu amplitudini mai mari decât cele pentru călători.

7.3.2 Prezentarea înregistrărilor efectuate

Dintre cele 10 teste efectuate, pentru exemplificarea transmiterii undelor prin sol, a fost ales testul 8, acesta prezentând nivelul cel mai ridicat al amplitudinii vibrațiilor înregistrate.

În figurile 7.6 – 7.17 sunt prezentate înregistrările efectuate lângă școală, pentru fiecare accelerometru, prezentându-se accelerația în funcție de timp, precum si dependența dintre accelerație și frecvență, utilizând transformata Fourier (Ștefan (Oancea), et al., 2017-b).

Fig. 7.6 Înregistrarea accelerație-timp – accelerometrul 0 (poziție orizontală)

Fig. 7.7 Spectrul Fourier – accelerație-frecvență – accelerometrul 0 (poziție

orizontală)


56

Fig. 7.8 Înregistrarea accelerație-timp – accelerometrul 1 (poziție verticală)


verticală)



orizontală)


57



verticală)



orizontală)


58



verticală) În vederea urmăririi propagării undelor, pentru acest test s-au realizat comparații între înregistrările efectuate la nivelul căii ferate, la nivelul trotuarului și cele efectuate lângă școală, fiind prezentate ca analiză a spectrului Fourier, aferent direcției orizontale (fig. 7.18), cât și celei verticale (fig. 7.19).

După cum se poate observa, nivelul vibrațiilor scade semnificativ de la nivelul căii ferate la școală. O primă cauză ar fi distanța dintre calea ferată și școală (35 metri). O altă cauză ar fi și stratificația terenului din zonă. Valorile cele mai mari ale amplitudinilor s-au obținut în domeniul de frecvență 20-30 Hz, valorile maxime fiind înregistrate în vecinătatea frecvenței de 25 Hz, care poate afecta în mod special capacitatea de concentrare (capul). Testul 8, spre deosebire de celelalte teste înregistrează valori ridicate pe un domeniu mai mare de frecvență, respectiv 15-35Hz.

Fig. 7.18 Spectrul Fourier pe direcție orizontală – accelerometrele 0, 2, 4


59

Fig. 7.19 Spectrul Fourier pe direcție verticală – accelerometrele 1, 3, 5

7.3.3 Analiza perceperii vibrațiilor înregistrate

Pentru cele 10 teste au fost înregistrate amplitudinile vibrațiilor, frecvențele acestora fiind între 0-40 Hz. Această gamă a frecvențelor a fost împărțită în 3 intervale (0-15Hz, 15-25Hz, 25-40Hz), pentru o raportare concludentă a amplitudinilor vibrațiilor și s-au centralizat valorile maxime ale amplitudinilor vibrațiilor pentru fiecare interval de frecvență. Pentru valorile obținute s-au calculat intensitatea vibrației Z și coeficientul de percepere, K.

Astfel, au fost obținute rezultatele din tabelul 7.3, în care au fost marcate valorile coeficientului de percepere ce depășesc valoarea 4, adică vibrații foarte puternic perceptibile. În acest rezumat sunt prezentate valorile obținute, doar pentru testul 8. Pe baza acestor rezultate, au fost întocmite graficele din figurile 7.20 – 7.25 (Ștefan (Oancea), et al., 2017-a) în care sunt prezentate valorile coeficientului de percepere pentru cele 10 teste, pentru fiecare interval de frecvență, diferențiate pe direcția de măsurare, orizontală și verticală.

Coeficienții de percepere a vibrațiilor, pentru toate testele efectuate Tabelul 7.3test 8

accelerometru amplitudinea maximă frecvența intensitatea vibrației Z coeficientul de percepere K

0 - 15 Hz 1 1.037 13.798 0.077937 10.9537883 0.320 13.116 0.007807 3.4923245 0.327 7.628 0.014018 4.6798910 0.721 8.117 0.064043 10.0763522 0.124 7.932 0.001938 1.7486854 0.423 13.779 0.012986 4.472168

15 - 25 Hz 1 4.610 21.426 0.991884 35.0944943 1.306 21.364 0.079837 9.9658455 1.333 20.744 0.085658 10.4192460 3.308 24.722 0.442637 22.3279612 0.414 24.479 0.007002 2.8181594 1.015 18.6 0.055388 8.651484

25 - 40 Hz 1 5.368 25.519 1.129175 35.2534503 1.457 26.233 0.080923 9.3416165 0.521 27.535 0.009858 3.2012680 6.893 27.654 1.718140 42.1926772 0.848 26.252 0.027392 5.4335514 0.554 26.252 0.011691 3.549749


60

Fig. 7.20 Variația perceperii vibrației, în funcție de poziția accelerometrului față de

sursă – domeniu 0-15Hz, direcție orizontală






61


sursă – domeniu 0-15Hz, direcție verticală





Din aceste măsurători, ies în evidență testele 2, 7 si 8.


62

În dreptul școlii, pe direcția orizontală (fig. 7.26), pentru testul 2 (tren-săgeata albastră) se observă o reducere a coeficientului de percepere între 50% și 89%, acesta având valori de peste 2 (puternic perceptibil) pentru intervalele de frecvență 0-15Hz și 25-40Hz, și peste 7 (foarte puternic perceptibil) pentru intervalul 15-25Hz. Pentru testul 7, această reducere este între 38% și 85%, acesta având valori de peste 2 (puternic perceptibil) pentru intervalele de frecvență 0-15Hz și 15-25Hz, și 0,9 (bine perceptibil) pentru intervalul 25-40Hz. Pentru testul 8, reducerea coeficientului de percepere, pe orizontală, este între 55% și 91%, acesta având valori de peste 3 (puternic perceptibil) pentru intervalul de frecvență 25-40Hz, peste 4, respectiv 8 (foarte puternic perceptibil) pentru intervalele 0-15Hz, respectiv 15-25Hz.

Fig. 7.26 Reducerea procentuală a coeficientului de percepere, între linia de tren și scoală, pe direcție orizontală

Fig. 7.27 Reducerea procentuală a coeficientului de percepere, între linia de tren și scoală, pe direcție verticală

În dreptul școlii, pe direcția verticală (fig. 7.27), pentru testul 2 se observă o reducere a coeficientului de percepere între 79% si 94%, acesta având valori de peste 2 (puternic perceptibil) pentru intervalele de frecvență 0-15Hz și 25-40Hz, și peste 4 (foarte puternic perceptibil) pentru intervalul 15-25Hz. Pentru testul 7, aceasta reducere este între 55% și 77%, acesta având valori de


63

peste 2 (puternic perceptibil) pentru intervalele de frecvență 0-15Hz și 15-25Hz, și 1,5 (bine perceptibil) pentru intervalul 25-40Hz. Pentru testul 8, reducerea coeficientului de percepere, pe verticală, este între 57% și 90%, acesta având valori de peste 3 (puternic perceptibil) pentru intervalul de frecvență 25-40Hz, peste 4 (foarte puternic perceptibil) pentru intervalul 0-15Hz, și peste 10 pentru intervalul 15-25Hz.

7.4 NIVELUL DE ZGOMOT ÎNREGISTRAT ÎN ZONĂ

În timpul efectuării înregistrărilor pentru determinarea nivelului de vibrații și transmiterea acestora, au fost efectuate înregistrări și pentru stabilirea nivelului de zgomot resimțit în timpul trecerii trenurilor.

Măsurătorile au fost efectuate la 2,00 metri de fațada scolii, la înălțimea de 1,50m. Timpul în care au fost efectuate măsurătorile a fost limitat la 60 de secunde, perioada traversării zonei școlii. Astfel, nivelul maxim al intensității zgomotului a fost de Lmax = 95dB, iar nivelul echivalent de zgomot pe perioada de 60 de secunde, Leq60 = 80dB.

7.5 CONCLUZIILE STUDIULUI DE CAZ

Problema vibrațiilor datorată traficului a devenit destul de importantă datorită urbanizării zonelor din apropierea căilor ferate. Din această cauză este necesar a se determina nivelul acestor vibrații și influența acestora asupra clădirilor și a populației aflate în interior, dar și de a găsi metode de reducere a acestora.

Din studiul efectuat rezultă un nivel ridicat al vibrațiilor, în accelerații, la nivelul școlii. Atenuarea datorată distanței reduce amplitudinile componentelor spectrale cu circa 50%, în condițiile în care pe perioada efectuării încercărilor, circa 6 ore, nu a trecut nici un tren de marfă.

Important de reținut este faptul că aceste vibrații au domeniul frecvențelor componente cuprinse între 15 - 35 Hz ceea ce poate afecta, pe termen lung de expunere, toate organele interne ale copiilor, utilizatori ai școlii din imediata apropiere a căii ferate. Aceeași situație se poate întâlni și în cazul tuturor locuințelor colective situate în lungul acestei căi ferate.

Atât pe direcție orizontală, cât și pe direcție verticală, valoarea coeficientului de percepere calculat lângă școală, se reduce mult pe toate intervalele de frecvență, având totuși valori ce arată că vibrațiile sunt puternic perceptibile. Pentru domeniul de frecvență 0-15 Hz, cele la care suntem mai sensibili și care au o puternică influență negativă asupra stării de confort, coeficientul de percepere scade în medie cu 65% pe direcție verticală și cu 56% pe direcție orizontală. Cu toate acestea coeficientul de percepere K are valori cuprinse între 2 și 4, ceea ce înseamnă că vibrațiile sunt puternic perceptibile.

Suprapunerea perceperii vibrațiilor cu nivelul de zgomot puternic, repetitiv, înregistrat în momentul trecerii trenurilor, atât de către locuitorii din zonă cât și de către elevii Școlii primare „Vasile Conta”, are o puternică influență asupra confortului resimțit de aceștia.

În aceste condiții, și luând în considerare că în zona căii ferate există și construcții rezidențiale, trebuie luate o serie de măsuri privind izolarea zonei de trafic prin diverse procedee. Acestea pot fi: modernizarea componentelor sistemului de transport feroviar, o sistematizare verticală a zonei adiacente căii ferate care să participe la diminuarea transmiterii vibrațiilor, utilizarea unor izolatori


64

anti-vibrații, astfel încât gradul de percepere al acestora, în zona urbană adiacentă să fie redus, iar gradul de confort să crească.

7.6 METODE DE ATENUARE A VIBRAȚIILOR

Reducerea intensității vibrațiilor se poate face prin adoptarea unor măsuri de diminuare a intensității vibrațiilor produse de surse, prin izolarea antivibratorie a clădirilor (realizându-se astfel o protecție a utilizatorilor din interiorul acestora), precum și prin adoptarea unor măsuri de limitare a transmiterii vibrațiilor produse de trafic în mediul înconjurător (cu implicații directe în gradul de confort resimțit în mediul urban).

Reducerea vibrațiilor produse de trafic poate rezulta prin modificarea și îmbunătățirea căii de rulare (adoptarea unor structuri rutiere și feroviare prevăzute cu sisteme de atenuare a vibrațiilor), prin reducerea nivelului de vibrații ce apar la contactul dintre calea de rulare și sistemul de rulare (implementarea de noi tehnologii și materiale utilizate la sistemele de rulare ale vehiculelor, ce limitează producerea vibrațiilor), etc.

Dintre metodele ce implică adoptarea unor măsuri de diminuare a vibrațiilor resimțite, se pot deosebi două mari categorii:

i. metode directe – ce se referă la izolarea vibratorie și seismică a construcțiilor;

ii. metode indirecte – ce se referă la amplasarea unor bariere ce reduc nivelul vibrațiilor înainte de a ajunge la construcții.

7.6.1 Metode directe de izolare vibratorie și seismică a construcțiilor

Metodele de izolare a construcțiilor s-au dezvoltat de-a lungul vremii odată cu dezvoltarea tehnicilor și a materialelor de construcții. Astfel, inițial s-a urmărit izolarea clădirilor la acțiunea seismelor. O structură izolată seismic are în alcătuirea sa un sistem de mecanisme care asigură desprinderea construcției de teren. Acest lucru se poate realiza prin intermediul unui „lagăr”, ce permite structurii deplasarea liberă față de fundație. Astfel, energia indusă de cutremur nu va antrena decât fundația și numai în mică. măsură suprastructura; astfel se vor diminua substanțial efectele asupra ansamblului (fig. 7.28) (Budescu, 2005).

a. b.

Fig. 7.28 Efectele izolării seismice a. clădire obișnuită b. clădire izolată seismic (Budescu, 2005)

În 1870, francezul Jules Touaillon a brevetat, la Biroul de Invenții. din San Francisco, California, un sistem de izolare a structurii. clădirii de fundație prin intermediul unui „lagăr" cu bile, fiecare rostogolindu-se. liber în spațiul ei, care. ar fi modelată ca. o cupă inversată.

Acest sistem de izolare seismică cinematic anticipează numeroase alte. sisteme de izolare seismică. existente în lume sau doar brevetate, printre care:


65

tampon de sfere. de metal ca strat de izolare, propus de Jakob Bechtold în 1906; construirea. clădirilor pe un strat .de nisip fin, mică. și din talc care. permite structurii să.

alunece în cazul. mișcărilor severe, propusă de J.A. Calantarients în 1909; încorporarea unor rulmenți. cu bile și plăci. de fier cu suprafețe. elipsoidale de către John

Milne în 1885.

Odată cu dezvoltarea materialelor de construcții, acestea au fost încorporate ca reazeme pentru izolarea bazei clădirilor, la acțiunea seismică. Printre acestea sunt reazemele din elastomeri. Prima utilizare. a reazemelor din elastomeri, a. fost în 1969, la o școală. din Skopje, Macedonia, la care însă s-au utilizat reazeme pentru poduri, care au dus la apariția unor tasări diferențiate și în final la degradarea structurii.

La noi în țară, a doua clădire izolată seismic pe reazeme din elastomeri este Primăria Capitalei din București. Aceasta a fost reabilitată, implementându-se un sistem de reazeme, produse de firma Freirom, filiala Fressine din Franța (fig. 7.29).

Fig. 7.29 Reabilitarea sediului Primăriei Capitalei, București

Un elastomer trebuie să îndeplinească următoarele aspecte, potrivit definiției oferite de Societatea Americană pentru Testare și Materiale (ASTM):

nici o parte din elastomer nu trebuie să se rupă dacă este întins aproximativ 100%; după ce a. fost întins 100%, ținut timp de. 5 minute și apoi. eliberat, aceasta trebuie. să se

retragă. până la 10%. din lungimea inițială. în timp de 5 minute. de la eliberare.

Pe lângă reazemul .clasic din elastomeri, format .din straturi alternante .din elastomer și .tole metalice, au .fost realizate și .alte tipuri de reazeme, .cum este cel .cu lunecare. Acest reazem a .fost brevetat în Franța (1977) și în USA (1978) și constă în .introducerea unei suprafețe .de lunecare .între reazem și .suprastructură, realizată dintr-o .tolă din oțel .inoxidabil și o .suprafață de teflon.

Izolarea vibratorie a construcțiilor. Prima construcție protejată de vibrațiile din trafic a fost Grand Central Station din New York, realizată în 1915. Clădirea a fost așezată pe reazeme din azbest cu plumb. Una dintre construcțiile izolate la vibrații, pe reazeme din elastomeri este Grand Arche din Paris din zona Defense (fig. 7.30). Baza acesteia constă în 12 piloți cu capiteluri la partea superioară, pe care sunt amplasate reazemele din elastomeri. Rolul principal al reazemelor este reducerea vibrațiilor din traficul generat de metrourile care traversează spațiul dintre piloți.


66

Un alt tip de sistem pentru izolarea vibratorie este sistemul GERB ce folosește arcuri elicoidale cu caracteristici de deformare mari și amortizori vâsco-elastici. Firma GERB a dezvoltat sisteme de susținere elastice (fig. 7.31).

Una dintre cele mai spectaculoase clădiri la care au fost utilizate aceste sisteme GERB cu arcuri elicoidale, este Bosco Verticale, din Milan.

Fig. 7.30 Grande Arche din Paris, Franța

Fig. 7.31 Sisteme de amortizare GERB

Protecția prin mase adiționale perturbatoare (protecție adaptivă). Adaptarea structurii în vederea izolării seismice se poate realiza prin decuplarea unor legături sau prin introducerea unor legături, ca limitatori, prin așa-numitele mase adiționale acordate „tuned mass damper” sau TMD-uri. Sistemele cu TMD-uri sunt foarte utilizate la nivel mondial, cele mai multe fiind proiectate pentru adaptarea structurii la acțiunea vântului. Primele aplicații ale TMD-urilor au fost la .clădirile înalte, pentru diminuarea deplasărilor și vibrațiilor din acțiunea vântului.

O structură interesantă ce utilizează acest principiu, este Centerpoint Tower, din Sydney, Australia, cu înălțimea de 324,8m, realizată în 1987. TMD-ul este situat la .cota 256m și este constituit dintr-un .rezervor inelar de apă .și o masă suplimentară .de 40 de tone, situată. la 165m, la nivelul inelului .intermediar de ancoraj .cu cabluri. Măsurătorile efectuate asupra .răspunsului la acțiunea vântului au arătat reduceri .ale acestora cuprinse între 40 și 50%.

Adaptarea TMD-urilor și pentru aplicații seismice a dus la dezvoltarea unor sisteme de control activ sub numele de disipatori activi cu masă acordată, AMD (active mass dampers). Sistemele active de disipare a energiei au avantajul că sunt independente de sursele externe de energie, datorită utilizării unor materiale inteligente.

Pe lângă clădiri, în lume, există numeroase poduri echipate cu TMD-uri. Rolul acestor dispozitive este de a disipa energia din trafic și evitarea fenomenului de rezonanță. În fig. 7.32 este prezentat podul pietonal de pe Sena din fața bibliotecii François Mitterrand din Paris, dotat cu un TMD amplasat la mijlocul deschiderii.

7.6.2 Metode indirecte de izolare vibratorie a construcțiilor

O altă metodă de atenuare a vibrațiilor și a zgomotului este "controlul căii", reprezentând metodele indirecte de izolare vibratorie a construcțiilor prin bariere „wave barriers”. Instalarea unei bariere de undă poate minimiza semnificativ vibrațiile prin teren prin împiedicarea transmiterii undelor de


67

suprafață (Luong, 1994). Astfel, barierele absorb sau reflectă undele de suprafață propagate de sursă și reduc energia undei propagate la structurile amplasate dincolo de acestea.

Fig. 7.32 Podul pietonal din Paris de pe Sena dotat cu un TMD

Bariere pot fi șanțuri (deschise sau umplute cu diverse materiale), șiruri de diafragme de beton, pereți cu miez din beton și materiale ce absorb și disipă vibrațiile, șiruri de piloți etc.

Șanțurile situate în apropierea sursei de vibrații sunt denumite sisteme de izolare activă (aproximativ 1 și 1,5 lungimi de undă de la sursa de vibrații), în timp ce șanțurile distanțate față de sursă sunt numite sisteme pasive. Sistemele pasive plasate în câmpul îndepărtat de sursă sunt proiectate să protejeze propagarea undelor de suprafață (fig. 7.33).

a. b. Fig. 7.33 Sistem de izolare vibratoriu indirect: a - activ și b - pasiv (Woods, 1968)

Adâncimea barierei este unul dintre cei mai importanți parametri pentru proiectarea șanțului. Având în vedere caracteristicile propagării undelor de suprafață, în cazul șanțurilor deschise, adâncimea trebuie să fie egală sau mai mare decât lungimea de undă a undei de suprafață. În consecință, utilizarea șanțurilor deschise este oarecum limitată la o adâncime mică până la medie, deoarece pot apărea probleme legate de instabilitatea terenului și acumularea de apă subterană (Woods, 1968).


68

Materiale utilizate la bariere de izolare. Multe studii au arătat o bună performanță a șanțurilor umplute și s-au referit la influența materialelor de umplere a acestora. Cele mai utilizate materiale de umplutură sunt amestecurile din beton. Alte materiale, cum ar fi polistirenul expandat (EPS) și mixtura asfaltică cu cauciuc, au fost folosite pentru umplerea șanțurilor (Zeng, et al., 2001) (Zhong, et al., 2002) (Itoh, et al., 2005).

De-a lungul anilor, odată cu dezvoltarea unor noi tipuri de materiale, acestea au fost încorporate și în barierele de undă, datorită proprietăților acestora de disipare a energiei. Printre acestea, interesant este sistemul ce îmbină un perete de beton cu perne de gaz (Massarsch, 2005).

În 2011, Uniunea Europeană a inițiat un proiect de dezvoltare sub numele de RIVAS ("Railway Induced Vibration Abatement Solutions" – „Soluții de reducere a vibrațiilor induse de căi ferate") în cadrul celui de-al 7-lea Program-cadru european. Proiectul de cercetare a avut ca obiectiv elaborarea unor măsuri inovatoare pentru reducerea semnificativă a efectelor negative ale vibrațiilor din traficul feroviar asupra mediului, menținând în același timp competitivitatea căilor ferate în Europa. Soluții inovatoare au fost dezvoltate, proiectate și testate. Firma Keller, în calitate de contractor specializat în ingineri de fundație, a fost membru al acestui grup de cercetare și a contribuit la dezvoltarea și testarea diferitelor soluții. Una dintre acestea este utilizarea unei bariere subțiri, din cauciuc, ce este recomandată în cazul solurilor rigide (fig. 7.34).

Fig. 7.34 Barieră subțire din cauciuc, Keller

O altă soluție, denumită „Soilcrete” constă în injectarea unor coloane din beton, utilă în cazul în care rigiditatea terenului este mică.

Bariere vibratorii pe principiul TMD. În ultimele două decenii, studiile asupra interacțiunii teren-oraș au subliniat o schimbare substanțială în mișcarea undelor de suprafață și răspunsul dinamic al clădirilor în mediu urban. (Kham, et al., 2006) au arătat că energia undelor de suprafață într-un oraș este redusă cu până la 50% datorită perturbării induse de clădirile rezonante. Motivele acestui fenomen care reglementează efectele teren-oraș se bazează pe interacțiunea denumită structură-sol-structură (SSSI) (Warburton, et al., 1971) (Luco & Contesse, 1973). (Warburton, et al., 1971) au studiat răspunsul dinamic al două mase rigide într-un subspațiu elastic, arătând influența unei mase în raport cu cealaltă.

Beneficiile rezultate din prezența altor clădiri în reducerea vibrațiilor structurale nu au fost încă exploatate ca un instrument pentru controlul vibrațiilor. (Cacciola & Tombari, 2015) prezintă pentru prima dată un dispozitiv nou, denumit barieră vibratorie (ViBa), care are ca scop reducerea vibrațiilor structurilor datorită transmiterii acestora prin sol, prin exploatarea fenomenului SSSI. Toată această teorie se bazează pe principiul de funcționare al unui TMD.


69

În mod analog cu tehnologia amortizorului de masă (TMD), mai multe sisteme de bariere vibratorii (ViBa) ar putea fi încorporate în sol pentru a răspunde corespunzător unei mari varietăți de unde vibratorii transmise prin sol, în funcție de sursa acestora.

Bariere vibratorii cu metamateriale. Ca extensie teoriea metamaterialelor acustice, vine propunerea unui grup de cercetători din cadrul Institutului Fresnel, că metamaterialele seismice pot redirecționa undele Rayleigh de suprafață și chiar undele volumetrice de forfecare și presiune. Metamaterialele seismice se bazează pe modulul de masă negativ și modulul Young negativ, precum și pe densitatea de masă negativă. Acest lucru este realizat prin rezonanțele locale ale celulelor elementare care duc la parametri materiali de dispersie foarte înalți. Au fost încercate alternative pentru a reduce impactul undelor seismice asupra clădirilor, cum ar fi consolidarea solului sau diferite tipuri de soluții tampon. Modificarea caracteristicilor solului în zona din jurul unui obiectiv protejat al infrastructurii, o conductă, de exemplu, cu un aranjament regulat de materiale, ne poate conduce la formarea undelor seismice. Pentru moment au fost propuse trei soluții pentru a ajunge la acest fapt: rezonatoare inerțiale 3D, metamateriale auxetice și conceptul Metacity (fig. 7.35) (Brûlé, et al., 2017).

Fig. 7.35 Analogie între un metamaterial electromagnetic și un meta-oraș

(sursa: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs41062-017-0063-x.pdf)


70

CAPITOLUL 8

CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND REALIZAREA UNOR BETOANE CU ADAOSURI RECICLABILE PENTRU

BARIERE ANTIZGOMOT

8.1 PROBLEMATICA UTILIZĂRII DEȘEURILOR

În ultimele decenii, utilizarea deșeurilor în obținerea materialelor de construcție a preocupat cercetătorii și s-au obținut noi materiale de construcție. O mare varietate de deșeuri a fost utilizată la prepararea diferitelor materiale de construcție (ciment, tencuială, beton, cărămidă, materiale compozite, etc.), incluzând produse secundare industriale (fumul de siliciu, zgură, cenușă zburătoare etc.), precum și deșeuri vegetale și organice (lemn, plută, păr, lână, etc.). Deșeurile au fost utilizate ca materiale de substituție pentru ciment sau agregate, sau ca adaosuri în amestec pentru îmbunătățirea caracteristicilor materialelor, pentru obținerea unor anumite proprietăți mecanice sau pentru îmbunătățirea durabilității acestora. Unele deșeuri au fost utilizate pentru obținerea de betoane ușoare, pentru îmbunătățirea proprietăților termice ale betonului (granule de polistiren, lână etc.), sau pentru îmbunătățirea capacitații de izolare acustică (granule de cauciuc, polistiren).

8.1.1 Tipurile de deșeuri utilizate în cercetările experimentale

Una dintre cercetările prezentate în continuare se referă la capacitatea de absorbție a undelor sonore a unor materiale compozite realizate din beton ce încorporează diverse materiale reciclabile. De aceea este importantă prezentarea unor caracteristici acustice ale materialelor considerate deșeuri, așa cum apar ele în literatura de specialitate.

Pentru o comparație mai ușoară între diferite materiale, este util să folosim un singur număr pentru a descrie coeficienții de absorbție a sunetului pentru fiecare material. Din acest motiv, a fost introdus conceptul de Coeficient de Reducere a Zgomotului (Noise Reduction Coefficient - NRC), având valoarea egală cu media aritmetică a coeficienților de absorbție a sunetului în funcție de frecvență. Coeficientul NRC al unui material este destinat a fi un indicator simplificat și poate fi considerat un procent.

Amestecurile minerale, cum ar fi fumul de siliciu, cenușa zburătoare (fly ash) și zgura de furnal îmbunătățesc în general proprietățile betonului, atunci când sunt utilizate ca aditivi minerali sau înlocuiesc parțial cimentul. Granulele de polistiren (EPS) au o structură de celulă închisă constând în esență din aer (98%).. NRC pentru un strat de 50 mm din polistiren expandat granular este de 0,32. PET este unul dintre cele mai utilizate materiale plastice, în industria ambalajelor și a sticlelor. Cantitatea de PET utilizată a devenit o problemă majoră de mediu, deoarece moleculele sale au o viteză lentă de descompunere naturală. Betonul cu PET are rezistența la compresiune și la întindere mai redusă decât betonul standard. Totodată, utilizarea granulelor sau fibrelor din PET duce la obținerea unui beton ușor cu rezistența la îngheț, rezistența la impact și duritatea mai bune decât betonul clasic. Deșeurile vegetale și animale sunt în general arse sau utilizate ca umpluturi, provocând poluarea mediului și contaminarea solului. Cu toate acestea, trebuie menționate eforturile depuse pentru recuperarea acestor deșeuri de biomasă. Există numeroase studii care se referă la tehnologii alternative: piroliza cu microunde care evaluează potențialul deșeurilor


71

vegetale care urmează a fi transformate în bio-carburanți cu proprietăți potrivite pentru utilizarea acestora în aplicații multiple, modele de gazeificare a biomasei, mecanismul de digestie anaerobă a algelor asupra producției de biometan.

Știuleții de porumb reprezintă aproximativ 15% din producția totală de porumb (Ashour, et al., 2013). Printre aplicațiile știuleților de porumb în industria materialelor de construcție se numără utilizarea lor ca agent de formare a porilor în cărămizi, realizarea blocurilor din beton ușor cu o durabilitate îmbunătățită la procesul de îngheț-dezgheț sau obținerea unui beton ușor, cu o densitate de aproximativ 382 kg/m3. Agregatele din tulpini de floarea soarelui au o densitate foarte scăzută. Datorită densității scăzute și porozității ridicate, particulele de floarea-soarelui au un coeficient foarte bun de absorbție a sunetului de peste 0,8, similar cu fibra de sticlă, un alt material utilizat în absorbția undelor sonore. Lâna de oaie este folosită în special ca material de izolare termică, dar acest material prezintă, de asemenea, proprietăți acustice bune și poate fi folosit ca un absorbant de zgomot, barieră de zgomot sau izolator de vibrații.

Prin urmare, studiul de caz prezentat în subcapitolul 8.3 este axat pe determinarea caracteristicilor mecanice și evaluarea coeficienților de absorbție a sunetului pentru materiale compozite din beton și a deșeurilor integrate prezentate mai sus.

8.2 CARACTERISTICILE MECANICE ALE UNOR MICROBETOANE CU DEȘEURI

8.2.1 Descrierea tipurilor de microbetoane analizate

În cadrul acestui experiment, publicat în Revista Română de Materiale (Ștefan (Oancea), et al., 2018), s-au introdus în beton trei tipuri de deșeuri (cenușă zburătoare, granule de PET și granule de polistiren), iar caracteristicile mecanice au fost analizate pentru diferite doze de substituție a cimentului și agregatelor.

Amestecurile de micro-beton cu deșeuri au avut cenușă zburătoare ca înlocuitor al cimentului (în proporție de 10%). Ca înlocuitor pentru agregatul de 0-4 mm au fost utilizate granule de polistiren și granule de PET.

Agregatele au fost înlocuite în proporție de 30%, 60% și 100% cu deșeuri în același volum corespunzător.

Componența microbetoanelor analizate - procentual Tabelul 8.1

Denumirea rețetei de beton

Ciment Agregat

fin (0-4mm)

Agregat grosier

(4-8mm)

Cenușă zburătoare

Granule de polistiren

Granule de PET

(%) (%) (%) (%) (%) (%) MC 100 100 100 0 0 0

MC PO1 90 70 100 10 30 0 MC PO2 90 40 100 10 60 0 MC PO3 90 0 100 10 100 0 MC PET1 90 70 100 10 0 30 MC PET2 90 40 100 10 0 60 MC PET3 90 0 100 10 0 100

Valorile prezentate în continuare reprezintă media valorilor obținute pentru cele trei eșantioane.


72

8.2.2 Caracteristicile mecanice ale microbetoanelor analizate

Densitatea betonului întărit. Conform testelor efectuate, densitatea betonului întărit, cu ambele tipuri de deșeuri, este mai mică în comparație cu betonul de control. Pentru ambele tipuri de beton densitatea a scăzut odată cu creșterea procentului de agregat înlocuit. Pentru obținerea de beton ușor, substituția agregatului trebuie să fie mai mare de 30%, pentru ambele tipuri de deșeuri.

Rezistența la compresiune. Valorile rezistenței la compresiune obținute pe eșantioanele experimentale sunt prezentate în tabelul 8.2 și sunt reprezentate în fig. 8.1. Valorile rezistenței la compresiune pentru ambele tipuri de micro-beton cu substituție din deșeuri au fost mai mici decât cele ale amestecului de control. Valoarea cea mai mare a rezistenței la compresiune (fc = 24,00 N/mm2) a fost obținută pentru MC PET 1, în comparație cu cea a MC PO1 care a fost fc = 19,69 N/mm2.

Fig. 8.1 Variația rezistenței la compresiune a rețetelor de beton testate

Fig. 8.2 Variația rezistenței la întindere din încovoiere a rețetelor de beton testate

Rezistența la întindere din încovoiere. Valorile obținute pentru rezistența la întindere din încovoiere sunt date în tabelul 8.2 și sunt reprezentate în fig. 8.2. Valoarea cea mai mare a fti = 1,61 N/mm2 a fost obținută pentru MC PET 1, în comparație cu cea a MC PO1 care a fost fti = 1,38 N/mm2. Pe baza acestor rezultate se poate afirma că amestecurile de beton cu granule din PET au comportarea la întindere din încovoiere apropiată de cea a amestecului simplu de beton.

Rezistența la întindere prin despicare. Valorile obținute pentru rezistența la întindere prin despicare sunt date în tabelul 8.2 și sunt reprezentate în fig. 8.3.

Fig. 8.3 Variația rezistenței la întindere prin despicare a rețetelor de beton testate

Valorile rezistenței la întindere prin despicare pentru ambele tipuri de micro-beton cu substituire din deșeuri au fost mai mici decât cele ale amestecului de control. Valoarea cea mai mare a ftd = 1,15 N/mm2 a fost obținută pentru MC PET2, în comparație cu cea a MC PO1 care a fost ftd = 0,95


73

N/mm2. Se poate observa că și în cazul rezistenței la întindere prin despicare, comportarea betonului cu amestec de granule din PET este apropiată de cea a betonului simplu.

8.2.3 Analiza comparativă a rezultatelor

Media valorilor pentru toate rezultatele obținute pentru cele trei eșantioane se regăsesc în tabelul 8.2.

Rezistențele mecanice ale microbetoanelor analizate Tabelul 8.2

Denumirea rețetei de beton

Densitatea betonului întărit

kg/m3

Rezistența la compresiune fc - N/mm2

Rezistența la întindere din încovoiere fti - N/mm2

Rezistența la întindere prin

despicare ftd - N/mm2

Control - MC 2273 36.1 2.19 1.72 MC PO1 2042 19.69 1.38 0.95 MC PO2 1694 11.51 1.28 0.92 MC PO3 1243 5.02 0.67 0.43 MC PET1 2102 24 1.61 1.14 MC PET2 2020 22.82 1.49 1.15 MC PET3 1608 10.02 1.44 1.11

Figura 8.4 prezintă relația dintre rezistențele la compresiune (reprezentate în axa Y) și densitățile corespunzătoare ale probelor de beton, după 28 de zile (reprezentate în axa X). Se poate observa că scăderea densității probelor de beton este asociată cu scăderea rezistenței sale la compresiune. Din fig. 8.4 se observă de asemenea că pentru ambele tipuri de betoane studiate cea mai mare valoare pentru rezistența la compresiune s-a obținut pentru betoanele cu densitățile cele mai mari (MC PET1, MC PET 2 și MC PO1). Pentru betonul cu cea mai mică densitate (MC PO3) s-a obținut cea mai mică valoare a lui fc. Analizând relația dintre rezistența la compresiune și rezistența la întindere din încovoiere (fig. 8.5) se observă că în cazul micro-betonului cu PET dozajul de agregat înlocuit nu influențează semnificativ valoarea rezistenței la întindere din încovoiere, valorile fiind apropiate chiar pentru rezistențe la compresiune mici (de exemplu MC PET3).

Fig. 8.4 Relația dintre densitatea betonului întărit și rezistența la compresiune

Fig. 8.5 Relația dintre rezistența la compresiune șrezistența la întindere din încovoiere

Din fig. 8.6 se observă că în cazul microbetonului cu PET, rezistența la întindere prin despicare nu depinde de valoarea rezistenței la compresiune, pentru toate tipurile analizate valorile rezistenței la întindere prin despicare au fost foarte apropiate chiar dacă rezistența la compresiune a scăzut


74

semnificativ. La micro-betonul cu polistiren, până la dozaje de 60% valorile lui ftd nu scad semnificativ cu scăderea lui fc, ci doar pentru valori foarte reduse ale acesteia.

Fig. 8.6 Relația dintre rezistența la compresiune și rezistența la întindere prin despicare

8.2.4 Curba caracteristică completă a betoanelor analizate, supuse la compresiune

Au fost determinate și curbele de solicitare completă a tensiunilor pentru amestecurile de beton analizate în cadrul acestui studiu. Programul experimental a fost realizat folosind un dispozitiv de testare dezvoltat și patentat la Facultatea de Construcții și Instalații de la Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi" din Iași.

Rezultatele obținute sunt prezentate sintetic în figura 8.7, pentru amestecurile de beton cu granule din polistiren și în figura 8.8, pentru amestecurile de beton cu granule din PET (Ștefan (Oancea), et al., 2018).

Fig. 8.7 Curbele caracteristice complete la compresiune pentru rețetele de beton cu adaos

de granule din polistiren

Fig. 8.8 Curbele caracteristice complete la compresiune pentru rețetele de beton cu adaos de

agregate din PET

Analizând curbele caracteristice complete ale materialelor testate, se poate observa că odată cu creșterea conținutului de material reciclat din beton de la 30% la 100% se obține o scădere a rezistenței la compresiune. În același timp, se observă o creștere a deformației specifice axiale ce corespunde tensiunii de vârf. Valorile cele mai mari ale deformației specifice au fost înregistrate pentru amestecurile MC PO. În cazul amestecurilor MC PET, scăderea rezistenței la compresiune este mai pronunțată atunci când procentul de înlocuire a agregatului natural fin atinge valoarea de 100% (MC PET3). Prin urmare, și capacitatea de disipare a energiei descrește odată cu creșterea procentului de înlocuire a agregatelor, valoarea cea mai mică fiind înregistrată în cazul


75

eșantionului MC PO3. În consecință, curbele caracteristice complete ale amestecurilor de beton analizate care încorporează materialele considerate și deșeuri menționate mai sus, în condiții de încărcare, prezintă o capacitate îmbunătățită de absorbție a energiei în comparație cu amestecul de beton obișnuit. Astfel, în cazul betonului obișnuit supus la compresiune, deplasarea specifică corespunzătoare tensiunii maxime nu depășește 3 ‰, în conformitate cu (Budescu, et al., 2015), în timp ce betonul cu granule din PET prezintă valori ale deplasării între 6-9 ‰, iar betonul cu granule de polistiren, are valorile deplasărilor între 13-16 ‰.

8.2.5 Concluzii privind caracteristicile mecanice ale microbetoanelor analizate

Pentru ambele tipuri de substituție a deșeurilor, rezistențele mecanice au fost mai mici decât cele ale amestecului de control. Dintre probele de micro-beton cu substituție din deșeuri, cele cu PET au prezentat valori mai ridicate pentru toate rezistențele mecanice, în comparație cu cele ale granulelor de polistiren.

Pentru dozele mai mici de substituție cu deșeuri în ambele cazuri de beton, rezistențele mecanice au fost mai mari. Este obținut beton ușor pentru doze mai mari de substituire cu deșeuri pentru ambele tipuri de deșeuri. Microbetonul cu substituție din PET a prezentat o rezistență bună la compresiune pentru o substituție a agregatului de 30%, comparabilă cu aceea a betonului structural. Rezistențele la întindere prin încovoiere și despicare nu descresc odată cu scăderea rezistenței la compresiune, ele având valori apropiate până la dozaje de 60% de înlocuire a agregatului pentru ambele tipuri de deșeuri utilizate. Curbele caracteristice complete ale amestecurilor de beton analizate care încorporează materialele de deșeu menționate, în condiții de încărcare, arată capacitatea îmbunătățită de absorbție a energiei în comparație cu amestecurile obișnuite de beton.

Microbetonul cu înlocuitor de PET al nisipului a prezentat valori mai ridicate ale rezistențelor mecanice, decât microbetonul cu polistiren, pentru dozaje mici de deșeu putând fi utilizat la elemente din beton armat cu rol structural. Micro-betonul cu înlocuire cu polistiren, având valori mai mici ale caracteristicilor mecanice, este recomandat pentru elemente nestructurale.

Prin prisma densităților, betoanele cu înlocuire de agregat cu densități mici pot fi considerate ca variante de betoane ușoare la care preponderentă să fie analiza comportării termice și acustice.

8.3 CARACTERISTICILE ACUSTICE ALE UNOR MATERIALE SUSTENABILE

8.3.1 Noțiuni introductive privind absorbția sunetului

Absorbția acustică este caracterizată de ”coeficientul de absorbție acustică, α” definit prin raportul subunitar între energia totală (aparent) “absorbită” și energia totală incidentă a undelor sonore, exprimat pe frecvențe standardizate sau prin clase de absorbție.

Coeficientul de absorbție poate fi definit ca fracțiunea din energia incidentă, care nu este

reflectată:

1 8.1

De asemenea, se definește coeficientul de reflexie r, ca fiind raportul dintre amplitudinea undei reflectate și amplitudinea unei incidente. Unda sonoră fiind o undă de presiune, pentru coeficientul de reflexie acustică se poate scrie relația:


76

8.2

unde pr și pi sunt amplitudinile undei de presiune reflectată, respectiv incidentă.

Între coeficientul de absorbție acustică α pentru unda plană și coeficientul de reflexie r, există următoarea dependență:

1 | | 8.3

unde|…| indică modulul unei mărimi complexe.

| |/| | 8.4

unde raportul | |/| | este raportul de undă staționară, în care amplitudinile | | și | | sunt măsurate la o frecvență dată.

8.3.2 Metoda de determinare a coeficientului de absorbție acustică

O altă metodă este bazată pe interferometrul acustic, pe tubul Kundt cu regim de unde staționare, ce este prezentată în prima parte a standardului european (SR EN ISO 10534-1, 2002) și pe metoda funcțiilor de transfer detaliată în partea a doua a aceluiași standard.

Standardul stabilește că măsurarea coeficienților de absorbție se poate face prin raportarea valorii amplitudinii maxime la amplitudinea minimă a undei staționare din tub, pentru a determina coeficientul de reflexie acustică, urmând ca apoi să se determine coeficientul de absorbție corespunzător, α, conform relației:

1 8.5

Metodologiile experimentale descrise de standarde conduc la o mare varietate a rezultatelor obținute pentru coeficientul de absorbție a sunetului, ce diferă mult de la un autor la altul. Nici unul dintre standarde nu prevede realizarea măsurătorilor ”în situ”.

După corelarea dintre diversele prevederi ale standardelor în domeniu, colectivul Departamentului de Inginerie Mecanică, Mecatronică și Robotică, din cadrul Facultății de Mecanică, Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi”, Iași, condus de doamna prof. univ. dr. ing. Carmen Bujoreanu, a decis că pot utiliza metoda tubului de impedanță .(Kundt) adaptată la condițiile. de câmp acustic liber. oferit de camera .anecoidă (Bujoreanu, et al., 2017), modificând astfel procedura standard, conform propunerii lui (Feng, 2013).

Într-un tub de impedanță standard, coeficientul de absorbție măsurat, αstandard, este raportul dintre energia disipată în interiorul materialului și energia incidentă a sunetului, luând în considerare numai coeficientul de reflexie a presiunii acustice, r (Feng, 2013).

ă

ă; 1 | |

8.6

În mod obișnuit, în metoda tubului, coeficientul de absorbție este înțeles ca unul care se măsoară când se montează un suport rigid la capătul tubului, prin urmare transmisia este evitată.

Adaptarea metodei de măsurare a coeficienților de absorbție acustici utilizată este descrisă mai jos.

Standardul prevede că proba pentru care se dorește determinarea coeficientului de absorbție este prinsă de un suport rigid, care închide capătul tubului ca un capac. Dacă în loc de acest suport rigid de sprijin avem o terminație anecoidă, atunci coeficientul de absorbție măsurat, va include atât


77

energia disipată în interiorul probei, cât și energia transmisă prin aceasta către terminație. Când avem suportul rigid, atunci acest termen, ce definește transmisia sunetului, dispare, și suntem exact în situația prevăzută de standard. Această terminație a tubului, suportul rigid, poate fi asimilat cu însăși camera anecoidă.

Energia absorbită de un material alipit unui perete, sau unui panou, reproduce situația descrisă de standard. Pe de altă parte, în realitate întâlnim cel mai des situații în care materialele sunt libere, nesprijinite, în interiorul spațiilor de locuit, în clădiri de birouri, astfel încât trebuie luată în considerare atât energia absorbită cât și energia transmisă prin aceste materiale. Acesta este și cazul barierelor de zgomot, ce sunt montate independent.

În studiul de caz prezentat în continuare s-a optat pentru înlocuirea “suportului de sprijin” și utilizarea camerei anecoide, în scopul determinării coeficientului de absorbție al unor materiale sustenabile. Rezultatele studiului au fost publicate în Journal of Cleaner Production (Oancea, et al., 2018). Coeficientul de absorbție astfel măsurat este coeficientul real și are valori mai mici decât coeficientul de absorbție standard măsurat în metoda tubului, cu o fundație rigidă la sfârșit, raportată în general în literatură.

În metoda utilizată, cu tubul modificat, cu capătul introdus în camera anecoidă, există o transmisie de energie sonoră prin eșantion, evidențiată prin coeficientul de transmisie, t.

În acest caz, coeficientul real de absorbție a sunetului, αreal este estimat de (Feng, 2013).

1 | | | | 8.7

Lanțul de achiziție, de măsurare și de prelucrare a datelor este compus din:

generator de semnal sinusoidal; microfon; sonometrul conectat la microfon și la placa de achiziție; laptop cu softul LabVIEW pentru prelucrarea datelor.

Generatorul de semnal conectat .la difuzoare emite. unde sinusoidale de .la un capăt al .tubului către celălalt .capăt (unde proba este .fixată), care are ieșirea .în camera anecoidă (fig.8.9).

Fig. 8.9 Sistemul de testare


78

8.3.3 Descrierea materialelor testate și rezultatele obținute

Scopul acestui studiu a fost determinarea coeficienților de absorbție a sunetului a materialelor compozite din beton cu diverse deșeuri înglobate, care pot fi utilizate în realizarea barierelor acustice. Rezultatele au evidențiat că aceste tipuri de materiale reprezintă o soluție durabilă atât pentru problema deșeurilor, cât și pentru problemele de zgomot ale orașelor noastre. S-a optat pentru utilizarea în beton a deșeurilor din granule de polistiren, PET, dar și deșeuri vegetale și animale(granule din știuleți de porumb tratați și din tulpină de floarea soarelui, precum și ghemotoace din lână),(fig. 8.10), deoarece cantitatea acestor deșeuri pe care le generăm este neașteptat de ridicată.

Toate probele se bazează pe aceleași componente ca cele ale amestecului de control (denumit mc), un microbeton având în compoziție ciment (430 kg/m3), agregat sort 0-4 mm (1070 kg/m3) și agregat sort 4-8 mm (655 kg/m3). În toate tipurile de resturi de beton, 50% din volumul agregatelor a fost înlocuit cu deșeurile corespunzătoare.

Fig. 8.10. Granulele din materiale reciclabile utilizate in studiu:

a - polistiren utilizat în betonul mc-pol; b - PET în mc-pet; c – granule din știuleți de porumb, utilizate în betonul mc-corn; d – granule din floarea-soarelui, în mc-sun; e

– bile din lână de oaie, în mc-wool

Probele realizate pentru determinarea coeficienților de absorbție acustică sunt cilindrice (fig. 8.11), cu diametrul de 100 mm, pentru încadrarea perfectă în tubul Kundt, pentru același tip de material fiind realizate probe cu grosimea de 40 mm și de 80 mm, în ideea că cele de 40 mm pot fi folosite ca panouri modulare prinse de o structură adițională, iar cele de 80 mm, pot fi folosite ca elemente de sine-stătătoare, cu înălțime limitată, nefiind necesară utilizarea altei structuri de susținere a panourilor. De asemenea s-a urmărit determinarea variației coeficientului de absorbție a sunetului în funcție de grosimea materialului.

Pentru fiecare material a fost măsurat nivelul ponderat de presiune acustică, dB(A), a undelor incidente și reflectate de probă din tubul de impedanță, cu metodologia descrisă anterior. A fost realizată analiza în 1/3 octavă cu ajutorul softului LabVIEW.


79

Frecvența superioară măsurată este limitată la frecvențele undelor stationare care pot călători în tub în funcție de viteza sunetului și diametrul tubului (Vér & Beranek, 2006). Măsurătorile din acest studiu au putut acoperi numai frecvențe de până la 2000 Hz, deoarece diametrul tubului a fost de 100 mm. Fiecare probă a fost testată de trei ori și s-a considerat valoarea medie calculată.

Fig. 8.11 Eșantioanele pentru determinarea coeficientului de absorbție acustică

După cum se poate observa din graficele realizate pentru compararea coeficienților de absorbție a sunetului fiecărui material cu proba de control mc, toate tipurile de beton cu materiale reciclate analizate au un comportament mai bun în ceea ce privește absorbția energiei sonore (fig. 8.12 -8.17) (Oancea, et al., 2018).

Fig. 8.12 Variația coeficientului de absorbție a sunetului pentru amestecul de control (mc)

Fig. 8.13 Variația coeficientului de absorbție a sunetului pentru microbetonul cu granule din

polistiren (mc-pol) comparativ cu mc


PET (mc-pet) comparativ cu mc

Fig. 8.15 Variația coeficientului de absorbție a sunetului pentru microbetonul cu granule din știuleți de porumb (mc-corn) comparativ cu mc)


80


tulpina de floarea-soarelui (mc-sun) comparativ cu mc

Fig. 8.17 Variația coeficientului de absorbție a sunetului pentru microbetonul cu bile din lână de

oaie (mc-wool) comparativ mc

Tabelul 8.3 prezintă coeficientul de absorbție a sunetului pentru fiecare material, pentru frecvența centrală a benzii de 1/3 octavă.

Odată cu realizarea probelor pentru determinarea coeficienților de absorbție sonoră, au fost realizate și eșantioane pentru determinarea densității betonului întărit și a rezistenței la compresiune, ale acelorași materiale.

Coeficienții de absorbție sonoră (inclusiv transmisia), pentru fiecare material Tabelul 8.3Frecv. [Hz]

Coeficientul de absorbție sonoră α mc mc-pol mc-pet mc-corn mc-sun mc-wool

mm 40 80 40 80 40 80 40 80 40 80 40 80 125 0.152 0.160 0.203 0.221 0.183 0.210 0.240 0.199 0.179 0.218 0.201 0.238250 0.188 0.140 0.213 0.150 0.210 0.149 0.223 0.151 0.198 0.161 0.210 0.159500 0.144 0.075 0.163 0.123 0.164 0.108 0.153 0.129 0.162 0.139 0.155 0.1071000 0.144 0.385 0.168 0.411 0.182 0.496 0.160 0.450 0.149 0.481 0.159 0.4562000 0.159 0.279 0.170 0.447 0.167 0.462 0.190 0.427 0.196 0.418 0.165 0.439

Tabelul 8.4 prezintă densitatea betonului întărit și rezistența la compresiune a fiecărui tip de material testat.

Densitatea betonului întărit și rezistența la compresiune Tabelul 8.4Tipul de beton mc mc-pol mc-pet mc-corn mc-sun mc-wool

Densitatea [kg/m3] 2273 1810 2047 1775 1850 1930 Rezist. la compres. [MPa] 36.1 13.91 23.21 10.21 13.50 16.00

Nu s-au urmărit rezultate mai bune în ceea ce privește rezistența la compresiune, deoarece scopul n-a fost folosirea acestor materiale ca beton structural, ci ca panouri cu dimensiuni reduse. Materialele cu grosimea de 40 mm pot fi aplicate pe un cadru structural, iar cele de 80 mm pot fi panouri de sine-stătătoare, cu înălțime limitată, ce pot fi utilizate pentru a asambla o barieră de absorbție a sunetului.

8.3.4 Analiza coeficienților de absorbție acustică determinați

După cum se poate observa din graficele prezentate mai sus (fig.8.12 – 8.17), precum și din rezultatele prezentate în tabelul 8.4, toate tipurile de beton cu materiale reciclate analizate au un


81

comportament mai bun în ceea ce privește absorbția de energie fonică decât eșantionul convențional de beton, mc.

Figurile 8.18 și 8.19 descriu relația dintre frecvență și coeficientul de absorbție a sunetului α al probelor cu o grosime de 40 mm, respectiv 80 mm.

Fig. 8.18 Variația coeficienților de absorbție a sunetului pentru probele de 40 mm

Fig. 8.19 Variația coeficienților de absorbție a sunetului pentru probele de 80 mm

Figurile 8.18 și 8.19 reflectă importanța grosimii materialului în absorbția undelor sonore, cu o mare diferență între coeficienții α ai aceluiași tip de material, dar cu grosimi diferite, în special la frecvențele între 1000 și 2000 Hz. După cum se poate vedea, a fost păstrat domeniul pentru coeficientul de absorbție a sunetului de la 0.00 la 0.55 în ambele grafice, astfel încât să poată fi observată cu ușurință diferența dintre coeficientul α pentru probele de 40 mm și 80 mm. Figura 8.20 prezintă toate rezultatele împreună, astfel încât importanța grosimii materialului este evidentă.

Rezultatele (figurile 8.18, 8.19 și 8.20) arată că aceste materiale compozite au valori de absorbție a sunetului destul de diferite pentru frecvențele de interes.

Fig. 8.20 Influența grosimii materialului asupra coeficienților de absorbție sonoră

Capacitatea materialului de a absorbi sunetul poate fi descrisă utilizând coeficientul de reducere a zgomotului NRC. Prin calcularea coeficientului de reducere a zgomotului pentru intervalul de frecvență 0 - 2000 Hz, pentru materialele testate se obțin următorii coeficienți NRC, după cum se


82

observă în tabelul 8.6. Coeficientul de reducere a zgomotului nu are valori ridicate, totuși materialele testate au caracteristici de absorbție a sunetului mult mai bine decât betonul obișnuit. Dacă vom compara coeficientul NRC al probelor de 40 mm cu cel al probelor de 80 mm, vom observa că dublarea grosimii materialului duce la o creștere substanțială a absorbției sonore (tabelul 8.5 și figura 8.21).

Coeficientul de reducere a zgomotului pentru fiecare material testat Tabelul 8.5 grosimea mc mc-pol mc-pet mc-corn mc-sun mc-wool

40 mm 0.149 0.173 0.172 0.182 0.168 0.168 80 mm 0.183 0.247 0.261 0.243 0.260 0.257

Fig. 8.21 Variația NRC pentru fiecare material, cu grosimile de 40 mm și 80 mm

Dintre probele de beton de 40 mm cu înlocuitor de deșeuri, cel cu granule de porumb are cele mai mari valori, coeficientul real de absorbție a sunetului depășind valoarea probei de control cu 22% (figura 8.22).

Dintre probele de beton de 80 mm, cea cu granule din PET a avut cele mai mari valori, coeficientul de absorbție a sunetului depășind cu 37% valoarea probei de control (fig. 8.23).

Există astfel, o dependență între densitatea materialului, grosimea probei și coeficienții de absorbție a sunetului măsurați, așa cum se arată în fig. 8.24.

Fig. 8.22 Depășirea coeficienților de absorbție a sunetului pentru probele de 40 mm în procente

față de coeficientul eșantionului de control

Fig. 8.23 Depășirea coeficienților de absorbție a sunetului pentru probele de 80 mm în procente

față de coeficientul eșantionului de control

Astfel, pentru probele cu o grosime de 40 mm, cel mai bun comportament de absorbție, în termeni de NRC, a fost înregistrat de materialele cu cea mai mică densitate (beton cu știuleți de porumb, denumit mc-corn). Pe de altă parte, în cazul probelor cu grosimea de 80 mm, cu cât densitatea materialului este mai mare, cu atât este mai mare capacitatea de absorbție, în termeni de NRC


83

(beton cu PET, denumit mc-pet). Creșterea grosimii asigură o absorbție mai bună a sunetelor cu lungimi de undă mare, care caracterizează frecvențele joase și medii (până la 2000 Hz), în conformitate cu legile fizicii.

Fig. 8.24 Relația dintre NRC și densitatea materialelor

Rezultatele acestui studiu sunt promițătoare pentru materialele compozite studiate, în intervalul de frecvență de până la 2000 Hz. Practic, aspectele acustice ale materialelor noi reprezintă o sarcină complexă care trebuie să combine mai mulți parametri în funcție de frecvență, compoziție, grosime, finisare de suprafață, metoda de montare. Pentru cele mai bune rezultate în performanțele de absorbție a materialelor, sunt necesare investigații experimentale.

8.3.5 Concluzii privind caracteristicile acustice ale microbetoanelor sustenabile analizate

În acest studiu au fost analizați coeficienții reali de absorbție a sunetului a cinci materiale durabile diferite, pe baza betonului convențional cu adaosuri de deșeuri, utilizând două grosimi diferite pentru mostre, respectiv 40 mm și 80 mm. Utilizarea procedurii modificate față de standard, cu capătul tubului de impedanță introdus în camera anecoidă, permite separarea coeficientului real de absorbție și a coeficientului de transmisie. Coeficienții de absorbție reali măsurați au valori mai mici decât cei standard.

Pentru toate tipurile de beton cu adaosuri de materiale reziduale analizate în acest studiu, coeficienții de absorbție a sunetului au fost considerabil mai mari decât valorile înregistrate de betonul convențional.

Măsurătorile au arătat că cel mai bun material dintre probele de 40 mm a fost betonul cu granule de porumb, cu un coeficient de reducere a zgomotului de 0,193. Pentru probele de 80 mm, betonul cu granule din PET a avut cea mai bună capacitate de absorbție a sunetului, având un NRC de 0.285. Prin dublarea grosimii probelor de material, NRC crește cu un procent substanțial de aproximativ 50%.

Se poate considera că aceste tipuri de beton, cu diferite substituiri ale agregatelor naturale, chiar dacă nu au caracteristici mecanice acceptabile pentru utilizarea lor în elemente structurale, pot fi utilizate cu succes în diferite moduri, dintre care, interesul în această cercetare sunt barierele de zgomot.


84

CAPITOLUL 9

CONCLUZII. CONTRIBUȚII PERSONALE. DISEMINAREA REZULTATELOR

9.1 CONCLUZII

Dezvoltarea orașelor se înscrie perfect în una dintre caracteristicile generale ale istoriei, și anume traseul sinusoidal și repetitiv.

Scopul unui oraș este acela de a răspunde nevoilor esențiale, de adăpost, hrană, dar și celor complementare, de viață socială și confort ale locuitorilor. Dezvoltarea urbană sustenabilă este unul din dezideratele actuale și viitoare, fiind crucială pentru creșterea calității vieții. Trebuie avut în vedere scăderea impactului orașelor asupra sistemului climatic global, atât prin reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, folosirea responsabilă a resurselor, protejarea biodiversității, reducerea impactului negativ al activităților urbane, cât și prin estimarea și îndrumarea direcțiilor de dezvoltare ale localităților. Tindem cu toții să trăim în orașe sustenabile, chiar dacă nu folosim acest termen. Tindem să trăim în orașe confortabile, în care viața noastră să se desfășoare nu numai la locul de muncă și acasă, iar strada să fie doar locul prin care trecem de nevoie. Strada trebuie să redevină spațiu public, în așa fel încât relațiile interumane, ce ne definesc ca oameni să se poată desfășura într-un mediu plăcut, atrăgător. De aceea, trebuie să analizăm elementele ce definesc confortul, pentru a putea limita și corecta elementele disturbatoare ale confortului nostru.

Acustica ambientală sau a mediului încojurător studiază managementul şi protecţia împotriva zgomotului care este produs de surse fixe (industrie, spaţii de învăţământ, spații pentru divertisment, parcări etc) şi/sau mobile (trafic subteran, terestru, aerian), precum și posibilitatea creării unor zone urbane cu un puternic caracter ecologic, bazat pe senzațiile resimțite de oameni în aceste spații.

Sursele ce generează zgomot sunt generatoare și de vibrații, nivelul intensității determinând gradul de percepere a acestora. Acesta este motivul pentru care în această teză au fost analizate implicațiile pe care le au atât zgomotele cât și vibrațiile asupra calității vieții și a gradului de confort resimțit la nivel urban.

Acțiunea zgomotului asupra organismului este în funcție de următorii factori: intensitatea zgomotului, frecvența și timpul de expunere la zgomot. Astfel, se pot sintetiza câteva dintre efectele zgomotului asupra organismului uman:

infrasunetele și sunetele cu frecvență joasă provoacă în special o senzație de „iritare”, datorată perceperii acestora ca un zumzet; în ceea ce privește performanța, aceste sunete cu frecvență joasă provoacă stări de somnolență, oboseală și dureri de cap, precum și deprecierea eficienței și a calității muncii efectuate; din punct de vedere fiziologic, infrasunetele și sunetele cu frecvență joasă pot duce la modificarea ritmului cardiac și a ratei de respirație, modificări endocrine și tulburări ale sistemului nervos central; totuși, acestea capătă importanță doar în condițiile unor situații extreme de expunere;

ultrasunetele distrug globulele roșii din sânge, apar migrene, greață sau chiar pierderea echilibrului, dar doar la niveluri ridicate de presiune sonoră;


85

pragul critic care pune în pericol auzul se situează la 85 de decibeli, prag care produce o oboseală auditivă;

copiii expuși zgomotelor puternice suferă de dificultăți de concentrare și de atenție, probleme de memorie și în general au performanțe scăzute la învățătură.

Vibrațiile prezintă efecte nocive complexe asupra omului și mediului construit, afectând sănătatea organismului uman, calitatea muncii omului, confortul fizic și psihic, rezistența elementelor componente ale construcțiilor, etc. Atât vibrațiile mecanice, cât și cele acustice pot deveni periculoase pentru om peste anumite limite. Studiile asupra acțiunii dăunătoare a vibrațiilor asupra organismului uman arată că vibrațiile produc o serie de efecte nocive, atât fiziologice, cât și fizice.

De exemplu:

expunerea pentru timp îndelungat la vibrațiile cu o frecvență joasă, între 5 si 15 Hz, pot duce la deplasări relative ale diferitelor organe și hemoragii pulmonare;

vibrațiile din trafic generează disconfort, supărarea crescând odată cu creșterea nivelului de vibrații, sporind efectul deranjant al zgomotului;

vibrațiile și zgomotul sunt legate de tulburările de somn raportate de persoanele expuse traficului feroviar și duc la schimbări ale ritmului cardiac.

Percepția vibrațiilor și a zgomotului diferă foarte mult de la individ la individ, care este funcție de capacitatea percepției senzoriale și poate fi legată, de dimensiunea și greutatea organelor interne (fiecare organ având propriile caracteristici).

Pentru a evidenția confortul resimțit la nivelul pietonului, au fost întocmite două studii experimentale, de măsurare in situ a nivelului de zgomot și de vibrații.

Primul studiu a avut ca scop determinarea nivelului de zgomot, înregistrat pe trotuar, la înălțimea unui pieton.

Acesta a fost efectuat pe o stradă intens circulată, ce face legătura între două zone mari ale orașului Iași. Strada Nicolina este o stradă de categoria II, având patru benzi de circulație, fiind mărginită de locuințe colective pe ambele părți, cu regim de înălțime P+4E. Zona pe care au fost făcute măsurătorile este cuprinsă între intersecția Străzii Nicolina cu Aleea Rozelor, până la punctul maxim de înălțime al podului peste calea ferată, prezent în parcursul acestei străzi. Pe această stradă este amplasată o barieră de protecție, cu rol și în limitarea propagării zgomotului rutier.

Au fost efectuate măsurători ale nivelului de zgomot pe parcursul unei zile de lucru, în timpul orelor de vârf și a orelor cu trafic mai redus, în intervalul orar 07.00 – 19.00, pentru a stabili nivelul de zgomot echivalent pe perioada orelor de zi (Lzi). Din măsurătorile efectuate se poate observa că

doar valorile minime înregistrate pe parcursul unei zile respectă limitele legale, valorile medii depășind aceste limite.

Aceste măsurători au fost efectuate pentru a determina gradul de confort acustic al pietonului în parcurgerea străzii Nicolina. Conform STAS 10009-88, nivelul de zgomot de vârf, care este depășit în numai 10% din perioada de timp considerată, pentru o stradă de categoria II, este L10 = 80 dB(A). Din măsurătorile efectuate, se constată că 15% din valorile înregistrate depășesc pragul de 80 dB(A) și numai 1% au valori mai mici de 60 dB(A).


86

În cadrul aceluiași studiu, au fost efectuate măsurători și perpendicular pe drum, la nivelul bordurii, în spatele barierei de protecție, în apropierea fațadei blocului către stradă și în spatele blocului, pentru a determina eficacitatea barierei de protecție. Conform normativului C 125 – 2013, nivelul de zgomot înregistrat la distanța de 2,00m față de fațada unei clădiri cu destinație rezidențială trebuie să fie cel mult 50 dB(A). După cum se observă din măsurători, doar valorile minime sunt sub această limită.

Din măsurătorile efectuate se poate afirma că bariera montată pe trotuarul acestei străzi, influențează semnificativ nivelul de zgomot înregistrat de pieton, diferența nivelului de zgomot echivalent măsurat la nivelul bordurii față de cel măsurat în spatele barierei fiind de cca. 8 dB(A).

Pentru o mai bună percepere a rolului acestei bariere acustice, montajul acesteia ar fi fost recomandat să fie la marginea trotuarului către stradă, nu după acesta. În acest mod, pietonul ar fi fost mult mai bine protejat de nocivitatea zgomotului rutier în parcurgerea podului, acesta aflându-se în conul de umbră creat de barieră.

Se poate face recomandarea montării unor astfel de bariere și pe alte străzi cu nivel de zgomot ridicat, cu scopul de a diminua influența negativă asupra stării de sănătate a oamenilor și creșterea calității vieții.

Pornind de la analiza situației reale, prezentată mai sus, a fost simulată o zonă urbană cu aceleași caracteristici. Scopul acestor teste nu a fost acela de a determina exact nivelul de zgomot din zonă, ci de a simula introducerea unor măsuri de atenuare a zgomotului, și evidențierea diferenței dintre nivelul zgomotului la nivelul trotuarului, lângă clădire, la înălțimea pietonului, de 1,70m, considerat la 2,00 m de clădire.

Au fost realizate o serie de simulări, pornind de la situația simplă (stradă cu 4 benzi și linie de tramvai), fără măsuri de diminuare a nivelului de zgomot, pentru care au fost implementate pe rând un spațiu verde cu înălțimea de 1,50m, o barieră antizgomot și ambele măsuri. Astfel, se constată că nivelul de zgomot în situația fără măsuri de protecție antizgomot (74-76 dB(A)) se diminuează până la minimul de 66-68 dB(A), adică o micșorare cu 8 dB(A).

A doua serie de simulări testează impactul pe care îl poate avea scăderea capacitații traficului din zonă, transformând strada într-una cu doar 1 bandă de circulație pe sens, spațiul fiind cedat trotuarului. Această modificare duce la un nivel al zgomotului, lângă clădire, de 70-72 dB(A), cu 4 dB(A) mai puțin decât în situația cu 4 benzi, pentru situația fără nici o măsură de atenuare a zgomotului. În cazul implementării ambelor metode de diminuare a zgomotului prezentate mai sus, se obține o valoare minimă, lângă clădire, de 64-66 dB(A).

Pentru optimizarea atenuării nivelului de zgomot, am decis simularea acelorași situații, dar cu implementarea unui spațiu verde cu înălțimea de 3,00m. Se observă un nivel minim al zgomotului de 62 dB(A) – pentru strada cu 4 benzi, și 58 dB(A) – pentru strada cu 2 benzi.

Din aceste simulări se poate concluziona că pentru a ajunge la un nivel de zgomot confortabil, care să respecte nivelul maxim admis de norme, se recomandă scăderea intensității traficului (prin diferite intervenții asupra capacitații suprafeței carosabile, promovării transportului în comun, etc.), implementarea unor bariere antizgomot din materiale cu o mare capacitate de absorbție sonoră și a unui spațiu verde cu o înălțime care să depășească înălțimea barierei antizgomot și să aibă o densitate mare de frunze.


87

Al doilea studiu a avut ca scop măsurarea amplitudinii vibrațiilor resimțite la nivelul trotuarului, într-o zonă adiacentă căii ferate, și determinarea gradului de percepere a acestora.

Zona studiată a fost aleasă datorită prezenței lângă calea ferată a unor importante zone rezidențiale, dar mai ales a unei școli, fapt ce influențează confortul fizic și psihologic al copiilor pe durata studiului. Această influență negativă este datorată atât vibrațiilor de suprafață induse de trenuri, cât și zgomotului generat de acestea. S-au făcut o serie de măsurători în zona Podului Nicolina, la nivelul solului, lângă calea ferată, trotuar și lângă școala din apropierea căii ferate (Școala Primară „Vasile Conta”) situată pe strada Mașinii, Iași.

Măsurătorile au fost realizate cu 6 accelerometre montate astfel: 3 accelerometre orizontale și 3 verticale, câte unul în zona de lângă calea ferată, unul la nivelul trotuarului și unul lângă școală. Tipurile de trenuri ce au circulat în timpul efectuării măsurătorilor și pentru care au fost înregistrate amplitudinile vibrațiilor produse au fost diverse, fiind însă doar trenuri pentru călători, în perioada efectuării înregistrărilor nefiind nici un tren cu vagoane de marfă ce au o greutate mai mare și care, implicit, ar fi produs vibrații cu amplitudini mai mari decât cele pentru călători.

Din studiul efectuat rezultă un nivel ridicat al vibrațiilor, în accelerații, la nivelul școlii. Atenuarea datorată distanței reduce amplitudinile componentelor spectrale cu circa 50%, în condițiile în care pe perioada efectuării încercărilor, circa 6 ore, nu a trecut nici un tren de marfă.

Important de reținut este faptul că aceste vibrații au domeniul frecvențelor componente cuprinse între 15 - 35 Hz ceea ce poate afecta, pe termen lung de expunere, toate organele interne ale copiilor, utilizatori ai școlii din imediata apropiere a căii ferate.

Aceeași situație se poate întâlni și în cazul tuturor locuințelor colective situate în lungul acestei căi ferate.

Valorile coeficientului de percepere pe direcție orizontală scade la nivelul trotuarului, ca urmare a amortizării amplitudinilor, datorate infrastructurii căii rutiere, ca apoi să crească în zona școlii.

Atât pe direcție orizontală, cât și pe direcție verticală, valoarea coeficientului de percepere calculat lângă școală, se reduce mult pe toate intervalele de frecvență, având totuși valori ce arată că vibrațiile sunt puternic perceptibile. Pentru domeniul de frecvență 0-15 Hz, cele la care suntem mai sensibili și care au o puternică influență negativă asupra stării de confort, coeficientul de percepere scade în medie cu 65% pe direcție verticală și cu 56% pe direcție orizontală. Cu toate acestea coeficientul de percepere K are valori cuprinse între 2 și 4, ceea ce înseamnă că vibrațiile sunt puternic perceptibile.

În timpul efectuării înregistrărilor pentru determinarea nivelului de vibrații și transmiterea acestora, au fost efectuate înregistrări și pentru stabilirea nivelului de zgomot resimțit în timpul trecerii trenurilor. Astfel, nivelul maxim al intensității zgomotului a fost de Lmax = 95dB, iar nivelul echivalent de zgomot pe perioada de 60 de secunde, Leq60 = 80dB.

Suprapunerea perceperii vibrațiilor cu nivelul de zgomot puternic, repetitiv, înregistrat în momentul trecerii trenurilor, atât de către locuitorii din zonă cât și de către elevii Școlii primare „Vasile Conta”, are o puternică influență asupra confortului resimțit de aceștia.

În aceste condiții, și luând în considerare că în zona căii ferate există și construcții rezidențiale, trebuie luate o serie de măsuri privind izolarea zonei de trafic prin diverse procedee. Acestea


88

pot fi: modernizarea componentelor sistemului de transport feroviar, o sistematizare verticală a zonei adiacente căii ferate care să participe la diminuarea transmiterii vibrațiilor, utilizarea unor izolatori anti-vibrații, astfel încât gradul de percepere al acestora, în zona urbană adiacentă să fie redus, iar gradul de confort să crească.

Scopul este acela de a reduce gradul de percepere a vibrațiilor și a zgomotului în zonele urbane adiacente căii ferate, și de a crește gradul de confort. Una dintre metodele de realizare a acestui fapt este amplasarea de bariere antivibratorii si bariere antizgomot.

Astfel, al treilea studiu din cadrul acestei cercetări a fost determinarea caracteristicilor mecanice și acustice ale unor betoane ce încorporează diverse materiale considerate deșeuri, în vederea utilizării lor la barierele antizgomot.

Prima parte a studiului a reprezentat determinarea caracteristicilor mecanice ale unor microbetoane cu adaosuri, în diverse procente de granule din polistiren și PET. Pentru ambele tipuri de substituție a deșeurilor, rezistențele mecanice au fost mai mici decât cele ale amestecului de control. Dintre probele de micro-beton cu substituție din deșeuri, cele cu PET au prezentat valori mai ridicate pentru toate rezistențele mecanice, în comparație cu cele cu granule de polistiren. Microbetonul cu substituție din PET a prezentat o bună rezistență la compresiune pentru o substituție a agregatului de 30%, comparabilă cu aceea a betonului structural. Curbele caracteristice complete ale amestecurilor de beton analizate care încorporează materialele de deșeu menționate, în condiții de încărcare, arată capacitatea îmbunătățită de absorbție a energiei tensiunii în comparație cu amestecurile obișnuite de beton. Micro-betonul cu înlocuire cu polistiren are valori mai mici ale caracteristicilor mecanice și este recomandat pentru elemente nestructurale. Prin prisma densităților, betoanele cu înlocuire de agregat cu densități mici pot fi considerate ca variante de betoane ușoare la care preponderentă să fie analiza comportării termice și acustice.

În partea a doua a studiului, au fost determinate prin măsurători, coeficienții de absorbție acustică ai unor tipuri de betoane cu diverse adaosuri de materiale reciclabile: granule de polistiren, din PET, granule din știuleți de porumb tratați și din tulpină de floarea soarelui, precum și ghemotoace din lână. Probele realizate pentru determinarea coeficienților de absorbție acustică au fost cilindrice, cu diametrul de 100 mm, pentru încadrarea perfectă în tubul Kundt; pentru același tip de material au fost realizate probe cu grosimea de 40 mm și de 80 mm, în ideea că cele de 40 mm pot fi folosite ca panouri modulare prinse de o structură adițională, iar cele de 80 mm, pot fi folosite ca elemente de sine-stătătoare, nefiind necesară utilizarea altei structuri de susținere a panourilor. Pentru determinarea coeficienților de absorbție acustică ai acestor materiale sustenabile, a fost utilizată o procedură modificată față de cea descrisă de standarde, constând în introducerea capătului tubului Kundt în camera anecoidă. Astfel, a fost determinat coeficientul real de absorbție, ce conține și transmiterea energiei sonore. Această procedură este mai potrivită decât cea prevăzută de standard, deoarece materialele sunt “libere”, nefiind aplicate pe un suport. Acesta este și cazul materialelor utilizate la barierele acustice.

Pentru toate tipurile de beton cu adaosuri de materiale reziduale analizate în acest studiu, coeficienții de absorbție a sunetului au fost considerabil mai mari decât valorile înregistrate de betonul convențional.


89

Se poate considera că aceste tipuri de beton, cu diferite substituiri ale agregatelor naturale, chiar dacă nu au caracteristici mecanice acceptabile pentru utilizarea lor în elemente structurale, pot fi utilizate cu succes în diferite moduri, dintre care, interesul în această cercetare sunt barierele de zgomot.

Acestea pot fi amplasate în apropierea căilor ferate care traversează zonele urbane, unde impactul zgomotului asupra confortului urban este important. Astfel de bariere din panouri de beton cu diferite materiale considerate deșeuri pot avea un impact pozitiv asupra nivelului de zgomot din zona afectată, chiar dacă trebuie analizată și găsită o modalitate de tratare a suprafeței acestor panouri, care sa nu creeze disconfort vizual, datorită monotoniei pe care o pot genera.

Se pot sublinia următoarele concluzii majore, ce rezultă din această cercetare:

problema zgomotului și a vibrațiilor resimțite la nivelul pietonului este una cu implicații directe asupra stării de sănătate, a gradului de confort și, implicit, a calității vieții;

în momentul actual, nivelul de zgomot înregistrat la nivelul străzii depășește limita admisă, în multe dintre zonele orașului Iași;

totodată, nivelul vibrațiilor resimțite în zonele adiacente căilor ferate este puternic perceptibil, influențând confortul la nivelul trotuarului;

pentru diminuarea nivelului de zgomot urban, una dintre soluții este amplasarea unor bariere antizgomot;

amplasarea și tipul acestora trebuie să fie optimizate, astfel încât scăderea nivelului de zgomot să fie maximă, iar implicațiile vizuale negative (de ex. monotonia) să fie minime;

materialele și modul de amplasare a barierelor antizgomot pot fi alese astfel încât să aibă rol și de bariere antivibratorii;

materialele realizate din beton cu adaosuri reciclabile pot fi folosite cu succes la realizarea barierelor antizgomot, proprietățile acustice ale acestora fiind superioare betonului clasic;

măsurile adoptate pentru diminuarea nivelului de zgomot urban trebuie să se înscrie în tendințele dezvoltării sustenabile, de reciclare și reutilizare, atât a materialelor folosite, cât și a zonelor urbane.

9.2 CONTRIBUȚII PERSONALE

Sintetizând cele prezentate mai sus, pentru fiecare capitol, principalele contribuții personale sunt:

realizarea unui studiu bibliografic aprofundat ce cuprinde titluri reprezentative din mai multe domenii, fapt ilustrat prin lista de referințe;

studiu asupra conceptului de sustenabilitate, a dezvoltării orașelor și a importanței omului în context urban;

sintetizarea noțiunilor teoretice asupra propagării undelor sonore și a vibrațiilor, precum și a principalelor caracteristici fizice și perceptive ale acestora;

documentarea asupra confortului urban din punct de vedere al zgomotului și al vibrațiilor și limitele stabilite de normative;

o cercetare aprofundată asupra implicațiilor undelor de zgomot și vibratorii asupra stării de sănătate și a perceperii acestora;

un studiu de caz privind nivelul de zgomot resimțit într-o zonă rezidențială prin măsurători realizate in situ, precum și stabilirea eficienței unei bariere antizgomot existente;


90

realizarea unei serii de simulări, plecând de la o situație reală, ce evidențiază beneficiile implementării barierelor antizgomot și spațiilor verzi, din punct de vedere al confortului acustic;

sintetizarea unor măsuri urbanistice ce pot fi adoptate pentru diminuarea nivelului de zgomot, incluzând prezentarea diferitelor tipuri de bariere antizgomot;

un studiu de caz privind transmiterea vibrațiilor într-o zonă rezidențială adiacentă căii ferate, prin efectuarea unor măsurători in situ, precum și determinarea coeficientului de percepere a vibrațiilor;

sintetizarea unor metode de diminuare a transmiterii vibrațiilor; o cercetare experimentală privind realizarea unor betoane cu adaosuri din deșeuri în vederea

utilizării acestora la bariere antizgomot; determinarea experimentală a coeficienților reali de absorbție acustică a unor betoane

sustenabile și obținerea unor rezultate superioare betonului clasic.

9.3 DISEMINAREA REZULTATELOR

Pe parcursul programului de cercetare doctorală, rezultatele obținute au fost valorificate prin publicarea în calitate de autor sau coautor, a unui număr de 8 lucrări în reviste de specialitate și în volumele unor conferințe naționale și internaționale după cum urmează:

Lucrări indexate ISI Web of Knowedge:

1. Irina Oancea, Carmen Bujoreanu, Mihai Budescu, Marcelin Benchea, Cătălina

Mihaela Grădinaru. (2018). Considerations on sound absorption coefficient of

sustainable concrete with waste replacements. Journal of Cleaner Production,

vol. 203, pag. 301-312. F.I. 5.651.

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.08.273

2. Irina Ștefan (Oancea), Marinela Bărbuță, Mihai Budescu, Petru Mihai, Oana

Mihaela Banu și Nicolae Țăranu. (2018). Particularități ale comportării

mecanice a unor tipuri de beton sustenabil cu adaos de materiale reciclate.

Revista Română de Materiale, vol. 48 (2), pag. 236-244. F.I. 0.661.

Lucrări publicate în conferințe indexate ISI (proceedings):

3. Costin Cădere, Marinela Bărbuță, Bogdan Roșca, Adrian Alexandru Șerbănoiu, Irina Oancea. (2018). Engineering properties of concrete with polystyrene granules. Proceedings of the 11th International Conference Interdisciplinarity in Engineering, INTER-ENG 2017, 5-6 octombrie 2017, Tîrgu-Mureș, România, Procedia Manufacturing, vol. 22, pag. 288-293, ISSN 2351-9789.


91

Lucrări indexate BDI:

4. Irina Ștefan (Oancea). (2016). Sustainable development and its main goals from the perspective of an arhitect. Buletinul Institutului Politehnic Iași, vol. 62 (66), nr. 1, 17-27.

5. Irina Ștefan (Oancea), Mihai Budescu și Mihaela Movilă. (2017-a). The harmful effects of vibrations on human. Buletinul Institutului Politehnic Iași, vol. 63 (67), nr. 3, 33-44.

6. Irina Ștefan (Oancea), Mihai Budescu și Mihaela Movilă. (2017-b). Vibration propagation in adjacent areas of railways. Buletinul Institutului Politehnic din Iași, vol. 63 (67), nr. 4, 129-142.

7. Irina Ștefan (Oancea) și Mihai Budescu. (2016). An assessment of the noise level in a residential area crossed by an intensive traffic road - comparative analysis between on site measurements and legal standards. Advanced Engineering Forum, vol. 21. Trans Tech Publications, Switzerland. 544-550.

Lucrări publicate în țară, în volume ale unor conferințe naționale:

8. Irina Ștefan (Oancea). (2016). Dezvoltarea urbană sustenabilă – tendințe în practica europeană. Lucrare publicată în volumul Conferinței Naționale „Creații universitare 2016”, al IX-lea Simpozion Național Iași, România, 3 iunie 2016.


92

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

1. Ahmad, S., Al-Hussaini, T. (1991). Simplified design for vibration screening by open and in-

filled trenches. Journal of Geotechnical Engineering, vol. 117, no.1, 67-88.

2. Alberti, M. (2008). Advances in urban ecology, integrating humans and ecological processes

in urban ecosystems. Springer Science.

3. Alexe (Dumitrescu), I.M. (2015). Contribuții la studiul propagării undelor sonore în aer

liber, cu aplicații la mediul urban. Teză de doctorat.

4. Asdrubali, F. (2007). Green and sustainable materials for noise control in buildings. 19th

International Congress on Acoustics, (p. PACS: 43.55.Ev). Madrid, 2-7 September 2007.

5. Beatley, T. (2000). Green Urbanism: Learning from European Cities. Washington D.C.:

Island Press.

6. Bourdeau, E., Zheng, X., King, E., Pilla, F. (2015). An assessment of noise exposure along

the High Line, New York City. International Congress on Noise Control Engineering,

Internoise.

7. Budescu, M. (2005). Noi concepții privind protecția seismică a structurilor. Editura Societății

Academice „Matei Teiu Botez”.

8. Budescu, M., Mihai, P., Țăranu, N., Lungu, I., Banu, O. M., Toma, I. O. (2015). Determinarea

curbei caracteristice complete a betonului la compresiune. Revista Română de Materiale, vol.

45 (1), 43-54.

9. Bujoreanu, C., Nedeff, F., Benchea, M., Agop, M. (2017). Experimental and theoretical

considerations on sound absorption performance of waste materials including the effect of

backing plates. Applied Acoustics, vol. 119, 88-93.

10. Buzdugan, G., Fetcu, L., Radeș, M. (1982). Vibrații mecanice. București: Editura Didactică

și Pedagogică.

11. Drug, G. (2011). Poluarea sonoră în Municipiul Iași. Factori de disconfort și risc pentru

sănătatea populației expuse. Teză de doctorat.

12. Ene, G., Pavel, C. (2012). Introducere în tehnica izolării vibrațiilor și a zgomotului. București:

Matrix Rom.

13. Farr, D. (2007). Sustainable Urbanism: Urban Design with Nature. Hoboken, New Jersey:

Wiley.

14. Feng, L. (2013). Modified impedance tube measurements and energy dissipation inside

absorptive materials. Applied Acoustics, vol. 74, 1480-1485.

15. Gehl, J. (1987). Life between buildings, using public space. New York: Van Nostrand

Reinhold.


93

16. Griffin, M. (1990). Handbook of Human Vibration. London: Academic.

17. Haupt, W. (1995). Wave propagation in the ground and isolation measures. International

Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics

6. http://scholarsmine.mst.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=3265&context=icrageesd

18. Howarth, H., Griffin, M. (1991). The annoyance caused by simultaneous noise and vibration

from railways. Journal of Acoustical Society of America, vol. 89 (5), 2317-2323.

19. Kim, H., Lee, H. (2010). Influence of cement flow and aggregate type on the mechanical and

acoustic characteristics of porous concrete. Applied Acoustics 71, 607-615.

20. Lehmann, S. (2010). Green Urbanism: Formulating a Series of Holistic Principles. Sapiens.

https://journals.openedition.org/sapiens/1057

21. May, D., Osman, N. (1980). Highway noise barriers: new shapes. Journal of sound and

vibration, vol. 71 (1), 73-101.

22. Morioka, M., Griffin, M. (2000). Difference thresholds for intensity perception of whole-body

vertical vibration: Effect of frequency and magnitude. Journal of Acoustical Society of

America, vol. 107, nr. 1, 620-624.

23. Mostafavi, M., Doherty, G. (2010). Ecological Urbanism. Basel, Switzerland: Lars Müller

Publishers.

24. Pinto, J., Vieira, B., Pereira, H., Jacinto, C., Vilela, P., Paiva, A., Varum, H. (2012). Corn cob

lightweight concrete for non-structural applications. Construction and Building Materials,

vol. 34, 346-351.

25. Rasmussen, G. (1983). Human body exposure and it's measurement. Journal of Acoustical

Society of America, vol. 73, 2229.

26. Saxena, M., Pappu, A., Sharma, A., Haque, R., Wankhede, S. (2011). Composite materials

from natural resources: recent trends and future potentials. Advances in Composite Materials

Pavla Tesinova, IntechOpen doi: 10.5772/18264

27. Seddeq, H. (2009). Factors influencing acoustic performance of sound absorptive materials.

Australian Journal of Basic and Applied Sciences, vol. 3 (4), 4610-4617.

28. Silva, L. T., Oliveira, I. S., Silva, J. F. (2016). The impact of urban noise on primary schools.

Perceptive evaluation and objective assessment. Applied Acoustics, vol. 106, 2-9.

29. Yamamoto, K., Shono, Y., Ochiai, H., Hirano, Y. (1995). Measurements of noise reduction

by absorptive devices mounted at the top of highway noise barriers. Inter Noise 95, Los

Angeles, USA, 389-392.

30. *** http://www.anpm.ro

31. *** http://www.archdaily.com

32. *** http://inhabitat.com

Documents

CONTRIBUȚII PRIVIND ÎMBUNĂTĂȚIREA CONFORTULUI ACUSTIC … (Oancea)/rezumat... · 7.3.1 Descrierea sistemului de achiziție și prelucrare a datelor 53 7.3.2 Prezentarea înregistrărilor