Universidad Austral de ChileFacultad de Ciencias de la Ingeniería

Instituto de Acústica

“Estudio experimental del aislamiento acústico de tres tabiques multicapas y

comparación con predicciones teóricas.”

Nombre: Claudio Bórquez VeraProfesores: Enrique Suárez, Jorge Cárdenas, Jorge Arenas. Curso: Proyecto de Integrado – ACUS200Carrera: Ingeniería Civil AcústicaFecha: 13 de Mayo de 2016

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Índice

1. Introducción…………………………………………………………………………….4

2. Objetivos………………………………………………………………………………..5

2.1. Objetivo general….…………………………………………………………...5

2.2. Objetivos específicos……………….………………………………………... 5

3. Marco Teórico…………………………………………………………………………. 6

3.1. Sonido………………………………………………………………………. 6

3.2. Frecuencia (f)…………………………..……………………………………. 6

3.3. Banda de frecuencia.………………………………………………………….6

3.4. Ruido………………………………………………………………………… 6

3.5. Ruido rosa……………………………………………………………………. 6

3.6. Espectro….…………………………………………………………………... 6

3.7. Reverberación……………………………………………………………….. 6

3.8. Tiempo de Reverberación…………………………………………………… 6

3.9. Puente Acústico……………………………………………………………… 7

3.10. Ensayo de Laboratorio……………………………………………………… 7

3.11. Ruido de Fondo…………………………………………………………….. 7

3.12. Índice de Reducción Acústica (R)………………………………………….. 7

3.13. Índice Ponderado de Reducción Acústica………………………………….. 7

3.14. Transmisión de sonido……………………………………………………… 7

3.15. Aislamiento acústico……………………………………………………….. 9

3.16. Absorción acústica…………………………………………………………. 10

3.17. Transmisión del ruido de impacto………………………………………….. 10

3.18. Transmisión del ruido aéreo………………………………………………... 10

3.19. La reflexión………………………………………………………………….10

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4. Metodología de trabajo………...………………………………………………………. 11

5. Descripción de la placa………………………..………………………………………. 12

5.1. Propiedades………………………………………………………………….. 12

5.2. Sistemas constructivos……………………………………………………….. 12

5.3. Aplicaciones…………………………………………………………………. 12

5.4. Datos técnicos………………………………………………………………... 12

6. Equipos de medición…………………………………………………………………... 13

7. Medición de la transmisión de ruido aéreo……………………………………………. 13

8. Planificación de actividades…………………………………………………………… 14

9. Costos asociados al proyecto…………………………………………………………... 14

10. Bibliografía…………….…………………………………………………………….. 10

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1. Introducción

Entendemos por tabique a una pared delgada la cual sirve para dividir espacios dentro de un determinado lugar, tales como, casas, edificios, lugares habitados, etc. Un tabique multicapa tiene la misma función de aislar acústicamente lo que está dentro del recinto, de lo que está afuera (o entre dos salas), pero este último, como indica su nombre tiene dos o más capas, las cuales tienen diferentes tipos de materiales, como por ejemplo, paneles de lana mineral, revestimientos de yeso-cartón, poliestireno, fibra de vidrio, etc.

El fin del aislamiento acústico es proteger el interior de una habitación, de los ruidos producidos al exterior de esta, o también que el nivel de presión sonora generado al interior de la habitación no sea expuesto a recintos vecinos. Un ejemplo a lo anterior es un músico tocando su guitarra en una habitación, lo que al no tener un buen aislamiento generará una molestia al vecino que realiza otra actividad o simplemente descansa.

Habitualmente para poder obtener un buen nivel de aislamiento acústico, generando un confort acústico para un individuo, se emplea la práctica de diseñar e implementar tabiques multicapas. Existen diferentes softwares en el mercado los cuales suelen utilizarse para estimar el aislamiento de dicha tabiquería. Es por esto, que en el siguiente informe, se desea realizar un estudio experimental del aislamiento acústico de tabiques multicapa, haciendo la comparación de lo medido en laboratorio, con lo que se estima en estos softwares comerciales.

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2. Objetivos

2.1. Objetivo general

Determinar experimentalmente el aislamiento acústico de tres tabiques multicapas y comparar los resultados medidos con los calculados, utilizando diferentes herramientas de software.

2.2. Objetivos específicos

Definir la muestra del panel que permita realizar un estudio comparativo entre lo desarrollado en laboratorio y las predicciones teóricas.

Determinar el factor de pérdida del panel en estudio. Caracterizar acústicamente en laboratorio el aislamiento acústico de los tres

tabiques multicapas en estudio mediante mediciones. Establecer el aislamiento acústico de los tabiques mediante modelación, utilizando

distintos software. Analizar el comportamiento de los resultados de modelación en comparación con

las mediciones experimentales.

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3. Marco Teórico

3.1. Sonido: Es cualquier variación de la presión en el aire que pueda ser detectada por el oído humano. Cuando un cuerpo vibra, produce una perturbación mecánica en un medio elástico que se propaga a lo largo del mismo. Las partículas, sometidas a vibración, no se desplazan sino que oscilan una distancia muy pequeña en torno a su posición de equilibrio.

No así la energía sonora, que se propaga con la perturbación pudiendo alcanzar grandes distancias.

3.2. Frecuencia (f): Es el número de pulsaciones de una onda acústica senoidal ocurridas en un tiempo de un segundo. Se mide en ciclos por segundo ( ) o Hertz (Hz).

3.3. Banda de frecuencia: Conjunto de frecuencias dentro de un intervalo cuyo nombre está dado por la frecuencia central de éste. Las más comunes son las de ancho de una octava o un tercio de octava. En una banda de octava, la frecuencia central es el doble de la frecuencia central de la octava anterior.

3.4. Ruido: En la naturaleza existen varios tipos de sonidos, los cuales están formados por varias componentes de frecuencia. Cuando estos sonidos provocan algún tipo de molestia, se consideran ruidos.

En la época actual, debido al rápido crecimiento de las ciudades y las industrias, el ruido se ha transformado en uno de los principales contaminantes del medio ambiente.

Está comprobado científicamente y expuesto por la Organización Mundial de la Salud (OMS) que la exposición a elevados niveles de ruido puede causar conflictos, enfermedades y daños irreversibles en la salud humana.

3.5. Ruido rosa: Ruido utilizado para realizar las medidas normalizadas. Contiene un nivel sonoro constante en todas las bandas de octava. Es el más utilizado para mediciones de propiedades acústicas de los materiales.

3.6. Espectro: Es la representación gráfica de un sonido que incluye datos sobre las frecuencias que contiene y sus respectivos niveles de presión sonora.

3.7. Reverberación: Es el fenómeno de persistencia del sonido en el interior de un recinto, una vez cesada la fuente de ruido, debido a reflexiones sucesivas en los cerramientos del mismo.

3.8. Tiempo de Reverberación: Es el tiempo en que la energía acústica se reduce a la millonésima parte de su valor inicial, una vez cesada la emisión de la fuente sonora.

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3.9. Puente Acústico: Discontinuidad de un elemento constructivo que genera una mayor transmisión de la energía acústica.

3.10. Ensayo de Laboratorio: Ensayo de elementos que deberá ser realizado por un Laboratorio inscrito en el Registro Oficial de Laboratorios de Control Técnico de Calidad de Construcción del Ministerio de Vivienda y Urbanismo. Se coloca la muestra entre dos cámaras reverberantes normalizadas, donde está controlada la transmisión indirecta. La diferencia de niveles obtenida corresponde únicamente a la atenuación producida por la muestra de ensayo.

3.11. Ruido de Fondo: Es aquel ruido que prevalece en ausencia del ruido generado por la fuente fija a medir.

3.12. Índice de Reducción Acústica (R): Diferencia de niveles entre el recinto de emisión sonora y el recinto de recepción, corregidos por la relación entre el área del elemento constructivo ensayado y el área de absorción equivalente del recinto receptor. Se determina experimentalmente en laboratorio según la norma NCh 2786.

3.13. Índice Ponderado de Reducción Acústica (Rw): es el valor en decibeles, a500 Hz de la curva de referencia una vez ajustada a los valores experimentales según el método especificado en la norma ISO 717-1.

3.14. Transmisión de sonido: La transmisión del sonido entre dos salas de un edificio (o desde el exterior al interior). Es un tema, de una importancia práctica relevante, se relaciona con la protección de los espacios interiores de un edificio contra los ruidos producidos en el exterior o contra ruidos producidos en salas o habitaciones vecinas. El ruido transmitido a una sala se puede deber a uno de los siguientes motivos:

i) Directamente sobre las paredes o el techo actúan fuerzas, por ejemplo debidas a los pasos sobre un piso superior o el funcionamiento de una máquina en el edificio. La fuerza hace vibrar el elemento constructivo, esta vibración se puede transmitir vía estructura hasta los sectores más alejados. La vibración del elemento constructivo excita el aire que lo rodea produciéndose radiación sonora. La transmisión de sonido por esta vía puede resumirse como “Fuerza – Sonido estructural – Sonido aéreo” (Figura 3.1).

ii) También el sonido aéreo producido en una sala, por ejemplo por una conversación o un aparato de audio, se traduce en fuerzas que actúan sobre las paredes o cielos circundantes, las cuales poseen una distribución espacial determinada y ya no actúan puntualmente. También por esta vía se producirán vibraciones en las paredes, el camino de transmisión puede ser resumido como “Sonido aéreo – Sonido estructural – sonido aéreo” (Figura 3.1).

La transmisión del sonido no se produce necesariamente a través de un camino directo(Figura 3.2). La propagación de la vibración puede seguir muchos caminos, pues dos

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elementos constructivos conectados entre sí puede intercambiar energía vibratoria. Además del camino directo a través de una pared (o techo) existen los llamados caminos laterales o indirectos. En general no es posible establecer cuál de los caminos de transmisión es más importante sin la realización de mediciones. Por ejemplo, la pared de separación entre dos habitaciones puedes tener un aislamiento acústico tan elevado, que los caminos indirectos lleguen a ser los más influyentes en la transmisión. El mejoramiento del aislamiento acústico de una pared divisoria no implica necesariamente un mejoramiento del aislamiento acústico total entre dos habitaciones.

Figura 3.1. Generación y transmisión de ruido en edificios.

Figura 3.2. Caminos de transmisión del sonido.

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3.15. Aislamiento acústico: El aislamiento acústico se refiere al conjunto de materiales, técnicas y tecnologías desarrolladas para aislar o atenuar el nivel sonoro en un determinado espacio. Se suele lograr con la actuación sobre las paredes (aislamiento de paredes) y de las ventanas (doble acristalamiento acústico).

Aislar supone impedir que un sonido penetre en un medio o que salga de él. Por ello, para aislar, se usan tanto materiales absorbentes, como materiales aislantes. Al incidir la onda acústica sobre un elemento constructivo, una parte de la energía se refleja, otra se absorbe y otra se transmite al otro lado. El aislamiento que ofrece el elemento es la diferencia entre la energía incidente y la energía transmitida, es decir, equivale a la suma de la parte reflejada y la parte absorbida. Existen diversos factores básicos que intervienen en la consecución de un buen aislamiento acústico:

a) Factor másico: El aislamiento acústico se consigue principalmente por la masa de los elementos constructivos: a mayor masa, mayor resistencia opone al choque de la onda sonora y mayor es la atenuación. Por esta razón, no conviene hablar de aislantes acústicos específicos, puesto que son los materiales normales y no como ocurre con el aislamiento térmico.

b) Factor multicapa: Cuando se trata de elementos constructivos constituidos por varias capas, una disposición adecuada de ellas puede mejorar el aislamiento acústico hasta niveles superiores a los que la suma del aislamiento individual de cada capa, pudiera alcanzar. Cada elemento o capa tiene una frecuencia de resonancia que depende del material que lo compone y de su espesor. Si el sonido (o ruido) que llega al elemento tiene esa frecuencia producirá la resonancia y al vibrar el elemento, producirá sonido que se sumará al transmitido. Por ello, si se disponen dos capas del mismo material y distinto espesor, y que por lo tanto tendrán distinta frecuencia de resonancia, la frecuencia que deje pasar en exceso la primera capa, será absorbida por la segunda.

c) Factor de disipación: También mejora el aislamiento si se dispone entre las dos capas un material absorbente. Estos materiales suelen ser de poca densidad (30 kg/m3 - 70 kg/m3) y con gran cantidad de poros y se colocan normalmente porque además suelen ser también buenos aislantes térmicos. Así, un material absorbente colocado en el espacio cerrado entre dos tabiques paralelos mejora el aislamiento que ofrecerían dichos tabiques por sí solos. Unbuen ejemplo de material absorbente es la lana de roca, actualmente el más utilizado en este tipo de construcciones.

La reflexión del sonido puede atenuarse también colocando una capa de material absorbente en los paramentos de los elementos constructivos. Las soluciones de aislamiento acústico se diseñan teniendo en consideración los factores másicos, multicapa y de disipación, entre otras.

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3.16. Absorción acústica: Es el porcentaje de la energía de una onda acústica, que se transforma en calor (disipación) cuando ésta incide en una superficie. La capacidad de los materiales para absorber el sonido se cuantifica mediante el coeficiente de absorción, que varía desde 0 a 1.

3.17. Transmisión del ruido de impacto: Es el ruido que se genera cuando un medio físico vibra como consecuencia de las ondas producidas por el impacto de algún material contra otro.

3.18. Transmisión del ruido aéreo: Las compresiones o depresiones (expansiones) del aire, al incidir en una pared o piso hacen que ésta comience a vibrar, transmitiendo sus deformaciones al aire del espacio adyacente, convirtiéndose a su vez en una fuente de producción del sonido. Las vías de transmisión pueden ser directas o indirectas (Figura3.2.) La transmisión de ruido aéreo posee también una componente estructural (transmisión indirecta): la presión sonora excita no sólo la pared divisoria, sino todas las superficies adyacentes. Esta vibración conjunta de tabiques y estructura se convierte en ruidos aéreos en los recintos anexos. Esto implica que el ruido que percibimos en un local siempre será mayor que el que calcularíamos si sólo tenemos en cuenta la transmisión a través de la superficie de separación. Es el proceso de propagación de ondas sonoras ruidosas desde un espacio a otro a través del aire.

3.19. La reflexión: Es cuando una onda sonora rebota sobre una superficie, produciendo el aumento del ruido debido a la sumatoria que proporciona el impacto de las ondas sobre paredes, techos y pisos produciendo así, niveles de ruido muy incómodos.

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4. Metodología de trabajo

Revisión de material bibliográfico sobre normas de medición de aislamiento acústico, tabiques multicapas, materiales más utilizados en tabiquería.

Estudio de alcances y limitaciones de modelación de los software INSUL y dBWaves para efectos de ejecutar el proyecto.

Revisión de Normas de medición: Este punto es uno de los más importantes para la perfecta realización del proyecto, ya que si las mediciones están mal logradas, el proyecto también lo estará. Y por esto que se investigará para encontrar lo necesario para el buen logro de las mediciones de aislamiento acústico en tabiques.

Elegir el tipo de placa para proceder con el estudio. Realizar mediciones del factor de pérdida y la rigidez a la flexión del panel, para

posteriormente con la información obtenida se calcule el módulo de elasticidad, la velocidad de propagación de las ondas longitudinales y la frecuencia crítica para el panel en estudio.

Presentar las placas dentro del laboratorio de aislamiento, para confeccionar los 3 tipos de tabiques a medir.

Realizar las mediciones de aislamiento acústico en laboratorio, según la NormaChilena Oficial, NCh 2786.Of2003

Experimentar combinaciones: Aquí se experimentarán 3 diferentes combinaciones de tipo de tabique multicapa, el primero será de estructura simple, 1 placa por cada cara, el segundo será con 1 placa en 1 cara y 2 placas en la otra cara del tabique, y tercero será de estructura simple con 2 placas por cara.

Cálculos en software y comparación: Las mismas mediciones que se harán en laboratorio, se estimarán en software INSUL y dBWaves, para posteriormente hacer una comparación de los resultados, viendo finalmente cuál de las estimaciones es más cercana a lo medido en laboratorio.

Concluir qué estimación en software se acerca más a la realidad, o se comporta en mejor cercanía a la estudiada en laboratorio.

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5. Descripción de la placa

La placa en estudio es: Placa de Yeso Cartón Knauf RF, la cual es resistente al fuego, especialmente indicada para realizar protecciones de edificios contra el fuego. Está compuesto por un alma de yeso y fibra de vidrio, sus caras son revestidas con una lámina de cartón de alta resistencia de color rojo.

5.1. Propiedades

• Fácil de instalar.• Resistencia al Fuego – no combustible, F15 hasta F180, certificado ante IDIEM yDICTUC.• Aislación Acústica - Soluciones para tabiques divisorios entre unidades residenciales. Índice de reducción acústica min. 45dB(A).• Habitabilidad y Confort - Proporciona total libertad en el diseño de ambientes, mayor confort y calidad de vida.• Flexibilidad - Posibilidad de Curvado en seco o húmedo.

5.2. Sistemas constructivos

• Tabiques.• Revestimientos de muros.• Cielos.

5.3. Aplicaciones

• Las placas RF Knauf se utilizan en recintos interiores, como cierre de los sistemas constructivos, donde se requiera una mayor resistencia al fuego.

5.4. Datos técnicos

• Dimensiones: 1.200 x 2.400 mm• Espesor: 12,5 mm• Peso: 11,8 kg/m2

• Densidad: ≥ 1.400 kg/m3

• Conductividad térmica: 0,26 W/(mK)• Borde: Rebajado (BR)

Figura 5.1. Placa de Yeso-Cartón Knauf, Resistente al fuego.

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6. Equipos de medición

Sonómetro Clase 1 – Cesva Fuente Omnidireccional Dodecaédrica. Temperatura en grados celcius y Humedad relativa.

7. Medición de la transmisión de ruido aéreo

El método está diseñado para medir el aislamiento al ruido aéreo de un elemento o configuración horizontal o vertical (según normas NCh 2785.Of2003 y NCh 2786.Of2003).

Una fuente generadora de ruido se ubica en la sala emisora. Mientras se emite ruido rosa se registran, mediante un sonómetro, el nivel de presión sonora en la sala emisora y en la sala receptora (Figura 7.1).

Figura 7.1. Método de medición de la transmisión de ruido aéreo.

Se debe registrar también el Tiempo de Reverberación en la sala de recepción, para mediante un cálculo simple, obtener la Absorción Acústica equivalente de la sala.

Estas mediciones se realizan para todas las bandas de frecuencia, obteniéndose una tabla o gráfico de valores.

Este gráfico se contrasta con una curva de referencia (ISO 717/1) y el valor de esta curva en500 Hz corresponde al Índice de Reducción Acústica Aparente Ponderado.

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8. Planificación de actividades

Carta Gantt Abril Mayo Junio JulioActividad 8 15 22 29 6 13 20 27 3 10 17 24 1

PresentacionesRevisión Normas de MediciónElección de placa en estudio

Mediciones del factor de pérdida y FcPresentar las placas en laboratorio

Experimentar combinacionesMediciones Aislamiento Acústico

Alcances y limitaciones de softwareCálculos en software

Comparación de resultados

9. Costos asociados al proyecto

Actividades Horas deTrabajo

UF porActividad Subtotal $

Recopilación de información e investigación bibliográfica(Normas ISO, Normativa Chilena, Tesis y Libros)

22.5 0.5 $ 291.825

Mediciones del factor de pérdida y Frecuencia Crítica 8 1 $ 207.520Presentar placas en laboratorio 8 0,5 $ 103.760Mediciones de Aislamiento Acústico 12 2 $ 311.280Alcances y limitaciones de software 6 0.5 $ 77.820Cálculos en software 8 2 $ 415.040Elaboración de Informe 15 0.5 $ 194.550

Total: $ 1.601.795Tabla 1. Costos asociados al proyecto tomando como valor de referencia el precio de la

UF fijado en $25.940.

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10. Bibliografía

[1] Michael Mosser & José Luis Barros - Ingeniería Acústica, Teoría yAplicaciones, 2nda Edición, 2009.

[2] Manuel Recuero López, Acústica Arquitectónica Soluciones Prácticas (1992).

[3] Claudio Roselló – Factor de Pérdida y Rigidez a la Flexión de Tableros para laConstrucción fabricados en Chile, Tesis, 2006.

[4] Norma Chilena Oficial, NCh 2864: 2005 – Acústica – Medición de aislación acústica en construcciones y elementos de construcción – Requisitos de infraestructura para ensayos en laboratorio con transmisión indirecta suprimida. Norma Chilena. (ISO 140-1: 1997, Acoustics – Measurement of sound insulation in builginds and of building elements – Requirements for laboratory with suppressed flanking transmission).

[5] Norma Chilena Oficial, NCh 2785: 2003 – Acústica – Medición de aislación acústica en construcciones y elementos de construcción – Mediciones en terreno de la aislación. (ISO 140-4: 1998, Acoustics – Measurements of sound insulation in buildings and of building elements – Part 4: Field measurements of airbone sound insulation between rooms.

[6] Norma Chilena Oficial, NCh 2786: 2003 – Acústica – Medición de aislación acústica en construcciones y elementos de construcción – Mediciones en laboratorio de la aislación acústica aérea de elementos de construcción. (ISO 140-3: 1995, Acoustics – Measurements of sound insulation in buildings and building elements – Part 3: Laboratory measurements of airbone sound insulation of building elements.

[7] Manual de aplicación reglamentación acústica ordenanza general de urbanismo y construcciones, Gobierno de Chile MINVU, 2006.

[8] EN ISO 717-1: Acústica – Evaluación del aislamiento acústico en los edificios y de los elementos de construcción, Parte 1: Aislamiento a ruido aéreo, 1996.