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Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Acústica Profesor Patrocinante: Dr. George Sommerhoff Hyde Instituto de Acústica Universidad Austral de Chile. Profesor Informante Dr. Enrique Suarez Silva Instituto de Acústica Universidad austral de chile. Profesor Informante Ing. Roberto Flores Rosales Instituto de Acústica Universidad Austral de Chile “AISLAMIENTO ACÚSTICO DEL ESCENARIO PRINCIPAL DEL TEATRO REGIONAL DEL MAULE” Tesis presentada para optar al grado de: Licenciado en Ciencias de la Ingeniería y al Título Profesional de: Ingeniero Civil Acústico NICOLÁS ELIECER VILLAR CASTRO VALDIVIA – CHILE 2014 Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 2/83 CONTENIDOS 1. RESUMEN. ............................................................................................................ 5 2. ABSTRACT. .......................................................................................................... 6 3. ACERCA DEL TEATRO REGIONAL DEL MAULE..................................... 7 4. INTRODUCCIÓN. ............................................................................................... 8 5. OBJETIVOS. ....................................................................................................... 10 5.1. OBJETIVO GENERAL. ....................................................................................................... 10 5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ................................................................................................ 10 6. MARCO TEÓRICO. .......................................................................................... 11 6.1. AISLAMIENTO ACÚSTICO................................................................................................ 14 6.1.1. TRANSMISIÓN POR RUIDO AÉREO. ........................................................................... 16 6.2. TÉCNICAS DE CONTROL DE RUIDO. ................................................................................. 18 6.3. MÉTODOS Y FACTORES IMPORTANTES PARA EL AISLAMIENTO ACÚSTICO DEL PROYECTO. .................................................................................................................................. 18 6.3.1. AISLAMIENTO DE UNA PARED SIMPLE. ..................................................................... 20 6.3.2. AISLAMIENTO DE PAREDES DE CAPAS MÚLTIPLES. .................................................. 21 6.3.3. AISLAMIENTO ACÚSTICO DE PUERTAS. .................................................................... 25 6.3.4. AISLAMIENTO ACÚSTICO MIXTO. ............................................................................. 26 7. EQUIPOS UTILIZADOS. ................................................................................. 27 7.1. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS Y UTILIZACIÓN DE LOS EQUIPOS. ....................................... 27 8. ANALISIS DEL PROYECTO TEATRO REGIONAL DEL MAULE……………………………………………………………………………29 9. PROYECTO DE AISLAMIENTO ACÚSTICO DEL ESCENARIO PRINCIPAL DEL TEATRO REGIONAL DEL MAULE. ..................................... 32 9.1. PROBLEMÁTICA DEL RECINTO. ....................................................................................... 32 9.2. REDUCCIÓN DE RUIDO NECESARIA. ................................................................................ 38 10. MÉTODOS UTILIZADOS PARA OBTENER LAS CONDICIONES ACTUALES DE AISLAMIENTO ACÚSTICO. ...................................................... 40 Nicolás E. Villar Castro 3/83 10.1. METODO IN-SITU........................................................................................................... 40 10.2. SIMULACIÓN EN SOFTWARE dBWAVES. ....................................................................... 42 11. RESULTADOS DE AISLAMIENTO ACÚSTICO UTILIZANDO DBWAVES. CONDICIÓN ACTUAL. ...................................................................... 43 12. RESULTADOS DE LAS MEDICIONES IN SITU PARA AISLAMIENTO ACÚSTICO. ................................................................................................................. 51 13. NIVELES DE RUIDO BAJO CONDICIONES MÁS DESFAVORABLES................................................................................................56 14. RESULTADOS QUE SE PRETENDE OBTENER. ...................................... 61 15. PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN Y RESULTADOS. .................... 63 16. CONCLUSIONES. ............................................................................................ 75 17. BIBLIOGRAFÍA. .............................................................................................. 76 ANEXO A. ............................................................................................................... 77 ANEXO B................................................................................................................. 81 ANEXO C. ............................................................................................................... 82 Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 4/83 AGRADECIMIENTOS En primer lugar y de manera muy especial a mi madre Juana Castro Verdugo, mi padre Eliecer Villar Bustos, mis hermanos Claudia y Rodrigo, mis sobrinos Fernanda, Francisca, Cristián, Martín y Florencia. A todos agradezco por su apoyo incondicional, comprensión y cariño a lo largo de este camino y de la vida en general. A mis primos, tíos, amigos y amigas de la ciudad de Talca quienes a pesar de la distancia han estado siempre a mi lado. A todas las personas que han sido parte de esta importante etapa en Valdivia. Amigos, amigas y compañeros de universidad, los que se convirtieron en mi apoyo y respaldo siempre que lo necesité. Por último, pero no menos importante a los profesores y funcionarios de la UACH, especialmente a quienes forman parte del Instituto de Acústica. A Todos, Muchas Gracias. Nicolás E. Villar Castro 5/83 1. RESUMEN El tema desarrollado en este trabajo de tesis está enfocado en obtener una solución práctica para el problema de aislamiento acústico que se presenta en la sala principal del Teatro Regional del Maule, ubicado en la ciudad de Talca, VII Región de Chile. Específicamente los problemas se presentan en el escenario de dicho recinto, por donde se filtra el sonido proveniente de otras salas al interior del edificio y el ruido de tráfico desde el exterior. Esto por la loza y el techo respectivamente. Para obtener la solución a este problema se realizaron cálculos de forma teórica, práctica y a través del uso de herramientas de predicción virtual utilizando el software de la empresa dBWaves, con lo que se obtuvieron las condiciones actuales del TRM y posteriormente las condiciones que se pueden conseguir al implementar la solución. Para los casos que fue posible realizar mediciones in-situ y con el afán de qué el resultado fuera óptimo, dichas mediciones y resultados se realizaron de acuerdo a las recomendaciones establecidas en las normas: EN ISO 140-4 Medición del aislamiento acústico en los edificios y en los elementos de construcción-Medición “in-situ” del aislamiento al ruido aéreo entre locales; EN ISO 717-1 Evaluación del aislamiento acústico en los edificios y elementos de construcción-Aislamiento a ruido aéreo y EN ISO 3382 Medición del tiempo de reverberación en recintos con referencia a otros parámetros acústicos. De esta manera se pudo obtener la solución que cubre de la mejor manera las necesidades planteadas por el Teatro Regional del Maule y que a su vez son posibles de implementar considerando todos losfactores que se presentaron durante la elaboración de este proyecto. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 6/83 2. ABSTRACT The subject developed in this investigation is focused on presenting a practical solution to the acoustic isolation problem that is found in the main concert hall of “Teatro Regional del Maule located in Talca city, 7th region of Chile. Specifically, problems are present on the hall’s stage, in which sound from other halls and traffic noise from outside is leaked into the building, this, due to crockery and ceiling respectively. In order to get a solution to this issue, calculations were made in both, theoretical and practical ways through virtual prediction tools such as dBWaves software, with which actual conditions of TRM were obtained as well as the conditions that can be obtained if the present solution is carried out. For the cases in which it was possible to carry out in situ measurements in an afford to get optimal results, such measurements were made according to recommendations established in norms: EN ISO 140-4 Medición del aislamiento acústico en los edificios y en los elementos de construcción-Medición “in-situ” del aislamiento al ruido aéreo entre locales; EN ISO 717-1 Evaluación del aislamiento acústico en los edificios y elementos de construcción-Aislamiento a ruido aéreo y EN ISO 3382 Medición del tiempo de reverberación en recintos con referencia a otros parámetros acústicos. In this way the solution that tackles the needs of Teatro Regional del Maule in the best way could be obtained. Solution that can also be implemented considering all the factors that arose throughout this project. Nicolás E. Villar Castro 7/83 3. ACERCA DEL TEATRO REGIONAL DEL MAULE En el año 1875 se fundó el Teatro Municipal de Talca que para la fecha fue un espacio lleno de lujo y ostentación impresionando a todo el país. Junto con la inauguración de esta gran obra se abrió un espacio para el arte teatral y la música en toda la región del Maule y que por consecuencia le dio un sello histórico a la ciudad de Talca. Sin embargo y pese a todo lo que este recinto aportaba a la Región, las autoridades decretaron su cierre en el año 1960 debido a un inevitable deterioro que el edificio había sufrido debido a los sucesivos sismos registrados durante la época, finalmente en el año 1968 se tomó la determinación de demoler el inmueble ante la imposibilidad de que este pudiera ser reparado. Dos años más tarde se destinaron recursos para un nuevo recinto; los trabajos comenzaron a poco andar, pero debido a la difícil situación política y económica de esos años, las obras se detuvieron en 1971. Veinte años después, con motivo del aniversario número 250 de la ciudad de Talca, el Gobierno encabezado por Patricio Aylwin otorgó, a través del Ministerio de Hacienda, más de 100 millones de pesos para contribuir al financiamiento de las obras. A ellos se sumaron 120 millones de pesos aportados por el País Vasco. No obstante, faltaba aún más del 65% de los recursos estimados para reiniciar las obras. Luego en 1995, a través del Fondo Nacional de las Artes y la Cultura se otorgaron otros 100 millones de pesos, lo que permitió abrir el recinto aunque para un uso limitado. Esta situación se mantuvo hasta fines de 2001, cuando la Comisión de Infraestructura Cultural de la Presidencia asignó 75 millones de pesos para el estudio y diagnóstico del teatro. Luego en el año 2002 se aprobó el proyecto de construcción y la propia Comisión de Infraestructura Cultural de la Presidencia asignó otros 150 millones de pesos para apoyar la ejecución de las obras. Finalmente y a través de aportes gubernamentales y privados se asignaron más de 1000 millones de pesos adicionales para concretar las obras. Así el 05 de Septiembre de 2005 fue inaugurado el actual Teatro Regional del Maule que es considerado uno de los mejores del País. [1] Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 8/83 4. INTRODUCCIÓN A lo largo de la historia se han levantado teatros con distintas formas y características que hacen de cada uno de ellos una construcción única, generalmente el arquitecto y los ingenieros encargados se esmeran en sus labores teniendo como resultado una edificación que en ocasiones cuenta con cualidades majestuosas y que además causan una impresión visual sin duda admirable. Al momento de habilitar tal construcción a los espectadores, cada uno de los profesionales que participaron en estos proyectos tiene puesta su mirada y preocupación en diferentes aspectos, por ejemplo el arquitecto puede estar interesado en contar con el beneplácito del público y el encargado del show en que todo salga perfecto sobre el escenario. Sin embargo, y para algunos nace la siguiente pregunta ¿tendrá un buen resultado la sonoridad de la sala?, la respuesta a dicha interrogante viene dada de una especialidad joven y que hasta hace algunos años era considerada como inexacta, la Ingeniería Acústica. Es entonces que podemos decir que el objetivo acústico fundamental que se pretende conseguir cuando se diseña un espacio destinado a actividades teatrales y musicales es que la inteligibilidad de la palabra o grado de comprensión del mensaje, sea óptima en todos sus puntos y que las reflexiones, reverberación, difusión y todo lo referente a la sonoridad de la sala sea la más adecuada para los diferentes espectáculos. Ya sea utilizando o no potencia acústica. Por lo tanto el aislamiento acústico de un recinto destinado a actividades tales como conciertos de música en vivo, teatro, conferencias y danza pasa a tomar un rol muy importante, esto porque a pesar de las buenas opiniones que existen sobre la sonoridad de la sala en cuestión, esta se verá afectada de manera “trágica” con ruidos molestos provenientes desde el exterior de la misma. Los factores mencionados en los párrafos anteriores suelen considerarse en la mayoría de los proyectos del tipo que trata este documento, y si bien para la construcción del Teatro Regional del Maule se realizaron estudios y análisis acústicos, se ha decidido considerar la posibilidad de efectuar arreglos que mejoren la calidad sonora de la sala principal, más específicamente desarrollar una solución para el aislamiento acústico que en la actualidad, y como ya se ha mencionado, presenta serias deficiencias en el sector del escenario por donde se filtra el sonido proveniente desde tres salas que se ubican justo bajo el mismo, y también para el ruido proveniente desde el exterior que se filtra por el techo. Nicolás E. Villar Castro 9/83 Es necesario mencionar que además de presentar una solución para el problema de aislamiento acústico planteado, se deberá considerar que esta no afecte el acondicionamiento ni las características acústicas que actualmente posee el Teatro Regional del Maule, pues la empresa está conforme con la sonoridad que presenta en la actualidad. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 10/83 5. OBJETIVOS 5.1 OBJETIVO GENERAL Diseñar una solución de aislamiento acústico para la sala principal del Teatro Regional del Maule, específicamente en el sector del escenario. 5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Siguiendo las recomendaciones de las normas internacionales obtener el tiempo de reverberación que caracteriza el recinto. Identificar el tipo de ruido que provoca el problema a solucionar. Obtener las características de aislamiento acústico actuales de las superficies que tienen directa relación con este proyecto. Evaluar las características actualesdel aislamiento acústico en el Teatro Regional del Maule y analizar su calidad. Establecer criterios para cuantificar el nivel de ruido de fondo que se pretende obtener. Cumplir con los criterios establecidos cuando la sala se encuentre desocupada y bajo las condiciones más desfavorables. Identificar factores o parámetros que puedan perjudicar la acústica del local sin intervención, una vez llevado a cabo el proyecto. Elaborar recomendaciones para evitar futuras deficiencias acústicas en el proyecto. Nicolás E. Villar Castro 11/83 6. MARCO TEÓRICO Al diseñar un espacio acústico determinado la calidad de audición sonora, o el ambiente acústico necesario para facilitar una escucha determinada, depende de las exigencias de empleo de los recintos, por ejemplo, en teatros, auditorios, estudios de grabación sonora, etc., la audición es más crítica que en cines, viviendas u oficinas. Los problemas más importantes que se presentan al tratar de diseñar los diferentes tipos de recintos, son principalmente los referidos al Aislamiento y al Acondicionamiento Acústico. El primer punto y que toma mayor importante en este trabajo consiste en eliminar la transmisión de sonidos o ruidos no deseados, es decir, y para el caso de este proyecto, obtener un buen aislamiento acústico contra ruido aéreo* entre los diferentes locales. Para lograr que el aislamiento acústico sea eficiente es necesario tener en cuenta, en el momento del diseño de un recinto o solución para uno ya existente, algunas leyes fundamentales; considerar los materiales que se emplean para construir las paredes divisoras, el espesor de las misma, la existencia de paredes dobles, puertas, ventanas, la perforación de paredes, techos o suelo para servicios básicos, tales como potencia eléctrica, aire acondicionado, cableado de sistemas, junto con conductos ruidosos de sistemas de aire acondicionado. En la figura 1 se puede observar un ejemplo de las vías de transmisión de ruido y las figuras 2, 3 y 4 muestran el sector donde se produce la transmisión por ruido aéreo en el Teatro Regional del Maule (TRM). Como se verá más adelante el ruido impacto no es el problema a solucionar, por lo mismo no se incluyen planos de corte que lo ilustren. * Definición: Ruido Aéreo: Son los ruidos provocados por aquellas fuentes que generan el sonido directamente en el aire, como la voz, los altavoces, los instrumentos musicales, etc. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 12/83 Figura 1: Transmisión de Ruido Aéreo [3] Figura 2: Plano de corte longitudinal donde se aprecia la superficie de contacto a través del cielo entre las salas y el escenario Nicolás E. Villar Castro 13/83 Figura 3: Plano de corte longitudinal donde se aprecia la superficie de contacto a través de la pared de las sala 1 y el foso de músicos Figura 4: Plano de corte longitudinal donde se aprecia la superficie de contacto a través del techo del escenario y el exterior del edificio Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 14/83 6.1 AISLAMIENTO ACÚSTICO El aislamiento acústico estudia la transmisión del sonido entre dos recintos. Este 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. [5] En otras palabras el aislamiento acústico es la protección de un recinto contra la penetración de sonidos que interfieran a la señal sonora deseada. Como ya se mencionó, las fuentes que originan estos sonidos pueden estar en el interior o en el exterior de un edificio y para encontrar las formas de protección de los recintos contra el ruido, se debe establecer en primer lugar la naturaleza de estos, y los caminos por los cuales penetran en el recinto, a través de sus superficies límites, también considerar los factores que pueden variar el aislamiento acústico de cada material, como por ejemplo las frecuencias, no sólo porque la transmisión acústica de los diversos materiales varía con la frecuencia, sino también porque la percepción auditiva depende de la misma. [4] Las figuras 2, 3 y 4 muestran las superficies por donde penetra el ruido a la sala principal del TRM, sin embargo se debe dar énfasis a que los ruidos pueden ser transmitidos especialmente por las vías que se detallan a continuación y que se observan en la figura 5 a) Ruidos que penetran el recinto por vía aérea: aberturas y grietas en las paredes ea conductos de ventilación ev poros en paredes duras y continuas ep Por vibraciones elásticas de la pared que separa el recinto que se desea aislar del que contiene las fuentes (vibraciones de flexión) eve b) Ruidos que alcanzan el recinto después de generarse y propagarse a través de cuerpos sólidos: resultado de las vibraciones del material de las paredes convirtiéndose ellas mismas en radiadores de sonido (transmisión de ruido de impacto). Por vibraciones longitudinales elásticas de paredes no adyacentes (transmisión por flancos) evl; son vibraciones que se propagan por el espesor de las paredes y son radiadas al recinto por las paredes laterales. Por transmisión de impactos sonoros ei Nicolás E. Villar Castro 15/83 Por vibraciones de maquinaria transmitidas a través del suelo, cimientos y otras partes de la estructura del edificio em Figura 5: Caminos de transmisión de ruido [2] Como ya se puede inferir, los mecanismos de generación del sonido se pueden dividir en dos grandes grupos. Uno, el formado por aquellas fuentes que generan el sonido directamente en el aire, como la voz, los altavoces, los instrumentos musicales, etc. Este tipo de ruido recibe el nombre de Ruido Aéreo. El otro grupo está formado por aquellas fuentes que actúan directamente sobre la estructura del edificio; normalmente, por medio de impactos o de equipos que vibran sujetos a ella. La transmisión del sonido se realiza entonces a través y desde la estructura. Ahora y siendo más estricto se pude decir que este tipo de transmisión es una combinación de sonido aéreo y sonido impacto, ya que los impactos producen también ruido aéreo, el cual también se transmitirá. Sin embargo, en casi todos los casos el sonido que se percibe es en su mayor parte del sonido de impacto. Este tipo de ruido recibe el nombre de Ruido de Impacto. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 16/83 Cuando se habla de aislamiento acústico, tanto a ruido aéreo como a ruido impacto, que existe entre dos reciento, es normal considerar a uno de ellos como receptor y a otro como emisor o fuente. Es así que el problema esencial es determinar y/o reducir los niveles de presión sonora presentes en un recinto receptor debido al ruido emitido desde un recinto emisor, transmitidos por elemento divisor común: paredes, suelo/techo, etc. [2][4] Para el caso específico del TRM las soluciones de aislamiento acústico se buscaran para mejorar las condiciones contra el ruido aéreo, proveniente de las salas colindantes y el exterior a través de su losa y su techo respectivamente. Esto debido a que no existe ruido de impacto que afecte la sala principal en ninguna de las superficies en cuestión. 6.1.1 TRANSMISIÓN POR RUIDO AÉREO Cuando una fuente sonora actúa en un recinto, produce un campo sonoro que choca con la totalidad de las superficies límites de ese recinto. La energía sonora que incide sobre cada pared depende de la potencia sonora de salida de la fuente y de la absorción total del recinto. Parte de esta energía sonora incidente se refleja y parte es “absorbida” porla pared; la relación entre ambas depende del cociente entre la impedancia acústica de entrada de la pared y la del aire. De la energía “absorbida”, parte se disipa en forma de calor en el interior de la pared y el resto se transforma en energía mecánica que origina la aparición de vibraciones en los límites sólidos del recinto. Los desplazamientos transversales de las vibraciones que se originan son de amplitudes extremadamente pequeñas; estas amplitudes no constituyen una amenaza para la integridad de la estructura, pero hacen que la pared de separación de los recintos emisor y receptor se comporte como el cono de un altavoz y que radie, por consiguiente, energía sonora al recinto receptor. [4] (Figura 6) Nicolás E. Villar Castro 17/83 Figura 6: Comportamiento de las ondas sonoras al contacto con una superficie [2] Si el recinto receptor no es totalmente hermético respecto del emisor (por la presencia de grietas, rendijas o agujeros en la pared de comunicación, de conductos de ventilación, techos suspendidos, etc.), el sonido originado en el recinto emisor pasará por estos caminos al recinto receptor. Entonces para evitar que existan excesivos niveles sonoros transmitidos entre dos recintos debido a ruido aéreo se deben considerar todos los factores antes mencionados. Y se puede afirmar que el aislamiento acústico total de un recinto se determina mediante el aislamiento acústico de todos los límites, y depende del nivel de ruido existente en el exterior del recinto, es decir, del nivel de ruido detrás de estos límites, y del nivel de ruido máximo admisible en el interior del recinto. [2] Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 18/83 6.2 TÉCNICAS DE CONTROL DE RUIDO En general, se pueden clasificar las medidas de control de ruido en tres categorías: i) control de ruido en la fuente; ii) control de ruido en el camino de transmisión; y iii) la utilización de medidas protectoras en el receptor. Qué método o qué combinación de métodos sea empleado en cada caso depende de la cantidad de reducción de ruido que se requiere y de consideraciones económicas y de funcionamiento. [2] Para este caso, de forma inmediata se descarta el control de ruido que considere la intervención tanto en la fuente como en el receptor, pues como se puede inferir no es posible intervenir las fuentes (generalmente músicos y/o actores), y tampoco es posible generar la solución considerando al receptor, pues esto implicará, por ejemplo, la utilización de protectores auditivos por parte de los asistentes, lo que claramente para este caso no es viable. Es así que deberá considerarse el control de ruido en el camino de transmisión para presentar la solución, de tal forma que se reduzca la energía que se comunica al receptor. Esto se puede conseguir por diferentes caminos tomando en consideración si se pretende el aislamiento al ruido dentro de una misma habitación o entre recintos contiguos. 6.3 MÉTODOS Y FACTORES IMPORTANTES PARA EL AISLAMIENTO ACÚSTICO DEL PROYECTO Un factor importante en la elección de materiales para paredes o cielos vistas a su aislamiento acústico, es su masa por metro cuadrado de superficie. Los métodos más simples de defensa son el uso de materiales aislantes en la estructura de los edificios y el uso de rellenos de materiales densos o elásticos. Esta combinación de materiales permite reducir la posibilidad de transmisión tanto de ruido aéreo como de ruido impacto. Generalmente los pisos y las paredes interiores no son macizas y gruesas debido a su elevado costo económico y a la dificultad de colocar cargas pesadas en las partes de soporte de carga de la estructura. Por lo tanto, surge la necesidad de aumentar el aislamiento acústico de las paredes con masas comparativamente pequeñas. Esto se realiza mediante el uso de construcciones de capas múltiples y de materiales porosos. Nicolás E. Villar Castro 19/83 Es deseable que dos o más elementos de pared formando una construcción compleja, siempre que sea posible, sean de diferentes materiales, masa, espesor y elasticidad. Tales medidas reducen la posibilidad de aparición de resonancias que causen depresiones en las características de frecuencia del aislamiento acústico. Los suelos, como muchas paredes son fronteras límites, se distinguen de ellas por el hecho de que están más expuestas a los golpes (ruido impacto). Como se observa en la transferencia de ruido aéreo, los suelos no son distintos de las paredes y su aislamiento aumenta con el aumento de la masa. Sin embargo, y considerando las razones anteriormente mencionadas, es necesario buscar alternativas más eficientes y eficaces. Por ejemplo, un techo flotante suspendido sobre resortes puede aumentar el aislamiento acústico entre dos habitaciones ubicadas una sobre otra, siempre que su masa no sea muy pequeña. En la figura 7 se ve un diagrama completo de lo descrito. [2] Figura 7: Sistema formado por suelo y techo suspendido [2] (1) Relleno elástico (2) Alfombra (3) Suelo flotante (4) Suelo de concreto (5) Resorte elástico (6) Material poroso (7) Techo suspendido Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 20/83 6.3.1 Aislamiento de una pared simple Es una pared en la que todos los puntos de la masa están sobre la misma normal, no modifican su distancia mutua cuando la pared realiza vibraciones. La pared no necesariamente debe ser homogénea, puede estar formada por varias capas y puede contener también espacios vacios huecos. Los valores de aislamiento acústico de una pared simple pueden calcularse a partir de la ley de la masa: Donde: M: Masa por unidad de superficie Frecuencia angular: ω = 2πf Impedancia acústica: Z = 415 rayls Esta ecuación es válida solamente para el rango de frecuencias donde se cumple la ley de la masa, es decir, frecuencias que se encuentran bajo la frecuencia crítica y puede ser simplificada de acuerdo a ciertos criterios de cálculo ya que para ella se han tomado consideraciones respecto a la incidencia de las ondas. También y debido a la naturaleza de los elementos, en la práctica se genera la frecuencia de coincidencia que da origen a una importante disminución del aislamiento, llamándose a este fenómeno efecto de coincidencia. Este fenómeno se caracteriza por provocar mayor vibración en las paredes, lo que inevitablemente produce una mayor transmisión de ruido. Los métodos más sencillos de defensa, son los que consisten en un usar distintos materiales en la estructura de los edificios y el empleo de rellenos de materiales densos. [2] Nicolás E. Villar Castro 21/83 6.3.2 Aislamiento de paredes de capas múltiples Según la ley de la masa las soluciones para el aislamiento acústico de una pared simple en muchas ocasiones resultan antieconómicas. Por consiguiente, para incrementar el aislamiento acústico de una pared, se divide en un número de capas más delgadas, de tal manera que el sonido se reduce por etapas. En este caso, y como una primera aproximación, se puede decir que cada capa trabaja independientemente.[4] Ahora sumando y utilizando la ley de la masa se obtiene que la ganancia en aislamiento acústico viene dada por: Esto implica que mientras el mejoramiento del aislamiento acústico en 6 dB, que se consigue al duplicar la masa por unidad de superficie de las paredes de una sola capa, compensa el gasto en el caso de paredes de poco peso, esto en las paredes pesadas no es posible. Al utilizar este método se puede conseguir un aislamiento bastante alto solo si la segunda pared no ejerce acción sobre la primera, es decir, cuando entre las dos paredes no existe ninguna clase de acoplamiento( figura 8). Este razonamiento exige que el campo acústico entre ambas paredes sea difuso, o sea que la resistencia de entrada del espacio intermedio no se diferencie considerablemente de la resistencia de la onda en el aire. Esto es posible, cuando se hace grande la distancia entre ambas paredes, frente a la longitud de onda en el aire. Como esto no puede cumplirse nunca en la realidad, al menos para ondas de baja frecuencia, la suma de los aislamientos de las paredes no es posible. [2] Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 22/83 Figura 8: Paredes de capas múltiples [2] Tanto para este proyecto como para la mayoría de los que se nos pueden presentar, al tener que obtener cada vez mayores aislamientos, sin que la masa aumente desproporcionadamente, se emplean sistemas de paredes separadas entre sí, formando un conjunto de elementos múltiples. El hecho de que con paredes múltiples se obtenga un gran aislamiento con poco peso, es de gran importancia, ya que la limitación de peso es en realidad una condición que se presenta muy frecuentemente en fenómenos de aislamiento acústico. El aislamiento acústico de una pared doble con cámara de aire, se puede calcular a partir de: Donde: d: espesor de la cámara de aire ω: frecuencia angular = 2πf ρ: densidad del aire c: velocidad del sonido en el aire Nicolás E. Villar Castro 23/83 Para altas frecuencias las propiedades del espacio aéreo producen un efecto reducido sobre el aislamiento acústico de la pared. El incremento del espesor del espacio aéreo entre 8 y 12 cm., mejora el aislamiento acústico. Un aumento mayor en la anchura de la cámara de aire, casi no produce efecto sobre el aislamiento acústico de la pared. Todo lo que hay que tener en cuenta en la pared de varias capas, estará relacionado con evitar o disminuir la repercusión de las distintas capas entre sí. De acuerdo con esto, se pueden distinguir tres clases de acoplamiento perjudicial. Una pared doble formada por dos hojas rígidas e indeformables, unidas entre sí por el aire de la cámara que forman, o por un dispositivo elástico, comportándose como un conjunto de dos masas M1 y M2 unidas por un resorte de constante elástica K ( figura 9) [2] Figura 9: Comportamiento de dos paredes unidas rígidamente [2] Un sistema de estas características es capaz de vibrar, como un tambor, con una frecuencia propia exactamente definida, llamada frecuencia de resonancia , que es función de las mencionadas masas y del espesor de la capa de aire d entre las masas superficiales M1 y M2 Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 24/83 Un segundo tipo de acoplamiento entre capas contiguas de una pared múltiple, a través de la cámara de aire, se presentan por ondas estacionarias (figura 10). Cuando las ondas inciden perpendicularmente, aparece un acoplamiento entre ambas capas, cuando la distancia d toma los valores λ/2, λ, 3λ/2…, donde λ es la longitud de onda en el aire. Figura 10: Ondas estacionarias dentro entre dos paredes [2] Una forma efectiva de disminuir estas resonancias es introducir absorbentes dentro de la cámara de aire. En el caso de incidencia oblicua de las ondas acústicas, aparecen unos fenómenos análogos, aunque más perjudiciales, ya que este tipo de ondas excitan ondas estacionarias paralelas a la superficie de la pared, cuyas frecuencias propias son generalmente mucho más bajas. Los materiales absorbentes de los que se hace alusión para el amortiguamiento del espacio intermedio entre las dos capas debe colocarse siempre evitando uniones rígidas entre las dos capas. Nicolás E. Villar Castro 25/83 Las capas de una pared múltiple no deben tener ninguna unión rígida (puentes acústicos), lo que produce un acoplamiento directo, disminuyendo el aislamiento. En caso de que estos puentes sean inevitables, los mismos serán relativamente blandos y ligeros para las paredes pesadas, y pesados para las paredes ligeras. Si una de las hojas es relativamente pesada, mientras que la otra es relativamente ligera, unidas rígidamente, se mejora el aislamiento, tanto menor sea el número de uniones. En las capas dispuestas horizontalmente, que tiene que recibir todavía una carga adicional, se encuentran en oposición las necesidades del menor número posible de puentes acústicos y de la elasticidad a la flexión, por motivos estáticos en toda su superficie si es posible. Si la capa es rígida el número de apoyos será el menor posible. [2][4] Respecto a las capas adicionales, es importante saber a qué lado de la pared se situará la capa adicional con la que se desea aumentar el aislamiento. Desde el punto de vista del fenómeno físico el proceso es reversible, o sea, la intensidad acústica en el local receptor no se altera si se intercambian las posiciones de la fuente acústica y del micrófono receptor, por lo que desde este punto de vista es indiferente donde se sitúe la capa adicional. Sin embargo y para el caso específico del TRM las capas adicionales deberán estar situadas en los recintos emisores para no afectar el acondicionamiento acústico de la sala principal. 6.3.3 Aislamiento acústico de puertas El aislamiento acústico de puertas suele presentar problemas importantes en su construcción e instalación, pues suelen tener fisuras, las que pueden causar disminuciones en el aislamiento del orden de 3 a 5 dB [2]. Caso que se presenta en el TRM en las puertas de acceso y escape debido al desgaste y la mala instalación. Lo que se puede apreciar en las figuras 14 y 20. Experimentalmente se ha comprobado que el procedimiento empleado para fijar las hojas de las puertas a los marcos de las paredes, no tiene influencia sobre el aislamiento acústico de la puerta. El material del que se hacen, así como el método de construcción, la presencia de grietas alrededor del marco de la puerta, todo ello tiene un efecto sobre el valor del aislamiento obtenido. El sellar las grietas y aberturas aumenta el aislamiento acústico de 5 a 7 dB. [2] Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 26/83 6.3.4 Aislamiento acústico mixto En la edificación es normal la presencia de elementos formados por conjuntos constructivos diferentes, que se caracterizan por aislamientos específicos muy distintos entre sí. El aislamiento acústico global de un elemento mixto (por ejemplo pared con puerta y/o ventana), dependerá tanto del área de cada uno de los elementos constructivos, así como del aislamiento específico de cada uno de los elementos constructivos. El aislamiento acústico global de un elemento mixto (figura 11) formado por una pared de área S1 y de aislamiento acústico R1, por una ventana de área S3 y un aislamiento acústico de R3, por una puerta de área S2 y de aislamiento R2, etc., se puede encontrar a partir de: Donde es el área del elemento constructivo i ( ), y es el aislamiento específico del elemento constructivo de área (dB). Figura 11: Pared con aislamiento acústico mixto [2] Para el caso del TRM existe una sala que posee una pared mixta colindante con la sala principal, la que está compuesta por una pared de hormigón y una puerta con muy mal cierre lo que disminuye considerablemente su aislamiento acústico. Nicolás E. Villar Castro 27/83 7. EQUIPOS UTILIZADOS 7.1 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS Y UTILIZACIÓN DE LOS EQUIPOS 7.1.1 Sonómetro CESVA SC310 El sonómetro CESVA SC310 fue utilizado para medir y registrar todos los datos necesarios que permitieran realizar los cálculos que se establecen en las normas usadas. A modo de ejemplo se pueden mencionar las medicionesde nivel de presión sonora, ruido de fondo, tiempo de reverberación y nivel de presión sonora equivalente. 7.1.2 Fuente de Ruido Omnidireccional Según las normas usadas, y para poder realizar correctamente las mediciones en terreno, es necesario utilizar una fuente de ruido tan omnidireccional como sea posible. Para este caso se utilizaron cuatro altavoces idénticos (Mackie SR450), ubicándolos como se muestra en la figura 12, de esta forma y de acuerdo al equipamiento disponible se obtuvo una radiación tan uniforme y omnidireccional cómo fue posible y que además permitía realizar las mediciones correctamente. Figura 12: Fuente de ruido utilizada. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 28/83 7.1.3 Interface de Audio Focusrite Scarlett 8i6 La interface de audio profesional Focusrite fue utilizada para poder enviar la señal de audio requerida desde un computador hacia los altavoces, esto con la intención de obtener un sonido sin alteraciones. 7.1.4 Computador Utilizado para reproducir los ruidos para cada medición y para visualizar los resultados obtenidos a través del software CESVA. 7.1.5 Protectores Auditivos Se entregaron protectores auditivos para prevenir cualquier daño a las personas que estaban expuestas a los elevados niveles sonoros que fue necesario utilizar. Nicolás E. Villar Castro 29/83 8. ANÁLISIS DEL PROYECTO TEATRO REGIONAL DEL MAULE En un comienzo la idea original para habilitar nuevamente el TRM consistió en realizar y ejecutar un proyecto que buscaba obtener como resultado estándares de excelencia en cuanto a sonoridad y arquitectura. Siguiendo este principio se realizaron estudios para cumplir con las condiciones previamente establecidas por los impulsores de dicho desafío. Una vez llevado a cabo el proyecto los resultados fueron inmediatos, el impacto visual tanto del interior como del exterior logran su objetivo, es decir cautivar y atraer al público de vuelta a las actividades culturales dentro de la región. Por su parte, de acuerdo a las opiniones recibidas sobre la sonoridad dentro de la sala principal, esta fue y es considerada de muy buena calidad por los profesionales que visitan el TRM, sin embargo, y con el paso del tiempo, comenzaron a presentarse algunos inconvenientes con la aparición de ruidos no deseados en el sector del escenario, lo que al comienzo generó quejas principalmente por parte de quienes utilizaban dicho sector. Pero el problema se agudizó aún más cuando se pudo notar que en ocasiones estos ruidos no sólo son captados por quienes están sobre el escenario, sino también por el público asistente. Un diagnóstico de las causas por las que se generan tales ruidos se puede obtener con un vistazo al edificio y analizar las actividades que se desarrollan en los distintos espacios del mismo. Pues bien, de acuerdo a esto se puede inferir que las principales causas del problema se deben a un deficiente tratamiento de aislamiento acústico en el sector del escenario, y al desarrollo de actividades en salas no aptas para ello, por ejemplo ensayos de orquesta en salas construidas para ser utilizadas como bodega. Gran parte del ruido transmitido a la sala principal proviene desde el interior del edificio, específicamente desde tres salas ubicadas justo bajo el escenario (figura 2 y 16). Estas salas son utilizadas constantemente con y sin potencia acústica para realizar ensayos de orquestas, obras teatrales, danza y actividades relacionadas a la cultura artística general. Sin embargo estas salas no cuentan con las características de aislamiento acústico necesario para no interferir en el normal desarrollo de actividades en espacios contiguos. El ruido generado en el interior del edificio no es el único problema, pues una parte de este proviene desde el exterior y es debido al ruido de tráfico, lo que no causa extrañeza ya que el edificio se encuentra emplazado en una de las avenidas principales Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 30/83 de la ciudad de Talca (figura 13). Este ruido se filtra principalmente a través del techo que esta sobre el escenario (figura 4), pues no reúne las condiciones acústicas para evitar tal fenómeno. Finalmente es de suma importancia mencionar que tanto los ruidos generados al interior como al exterior del TRM no sólo penetran la sala principal por las estructuras de las superficies mencionadas, sino que también por grietas en las mismas y/o mal cierre de puertas o vías de escape (figura 14). Esto se puede ver ilustrado en los resultados de las mediciones que se analizarán más adelante junto a los criterios establecidos. Figura 13: Emplazamiento del Teatro Regional del Maule Nicolás E. Villar Castro 31/83 Figura 14: Mal cierre de puertas y vías de escape Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 32/83 9. PROYECTO DE AISLAMIENTO ACÚSTICO DEL ESCENARIO PRINCIPAL DEL TEATRO REGIONAL DEL MAULE 9.1 Problemática del recinto Sin duda que no contar con un aislamiento acústico adecuado dentro de un edificio que tiene por finalidad entregar un espectáculo y/o actividad cultural que cumpla con los más altos estándares de profesionalismo causa un gran perjuicio tanto a espectadores como a quienes desarrollan alguna actividad en dicho recinto. Como ya se mencionó antes, el TRM cuenta con un acondicionamiento acústico dentro de su sala principal que generalmente deja muy conforme a espectadores y artistas, además de esto también es poseedor de un atractivo arquitectónico reconocido e imitado a nivel nacional. Sin embargo, los problemas relacionados al aislamiento acústico que presenta quitan mérito y en ocasiones perjudica directamente los espectáculos que allí se presentan. El problema se produce por la transmisión de ruido aéreo proveniente desde el exterior y el interior del edificio. En primer lugar nos referiremos a los ruidos provenientes desde el interior del recinto, los que son generados por quienes practican distintas actividades en el TRM, es decir: teatro, ensayos de orquesta, estudios de interpretación por parte de los músicos, clases de música y danza entre otras. Las actividades son efectuadas en tres salas que se ubican justo bajo el escenario principal, entonces al no existir un aislamiento acústico adecuado, parte del sonido generado es transmitido a la sala principal. Cada una de estas salas posee características diferentes, principalmente por su tamaño, material de construcción, superficies de contacto con la sala principal y el uso que se le da a cada una de ellas. El plano de planta del subterráneo indica la ubicación de cada sala. (Figura 15) Nicolás E. Villar Castro 33/83 Figura 15: plano de planta subterráneo del TRM Sala 1: Esta sala es utilizada para ensayos y clases a una cantidad de personas reducida, entiéndase esto como un grupo máximo de 15 personas. Sin embargo algunas de estas actividades generan niveles de ruido considerablemente altos debido a la utilización de potencia acústica. La sala 1 comparte dos superficies de contacto con la sala principal, una de ellas es el cielo que está en contacto con parte del piso del escenario. Más específicamente este es el sector de espera o por donde se trasladan los artistas y/o equipos durante la función (figura 16a), y la segunda superficie es una de sus paredes que está en contacto con el foso de músicos (figura 16b), la que además tiene una puerta. Figura 16a: Izquierda: Pasillo lateral del escenario; Derecha: Superficie de contacto con la sala principal (techo) Aislamiento Acústico del Escenario Principaldel Teatro Regional del Maule 34/83 Figura 16b: Izquierda: vista del foso de músicos desde la sala; Derecha: pared de contacto con el foso de músicos Figura 17: plano de planta de la sala 1 Nicolás E. Villar Castro 35/83 Sala 2: Sala utilizada únicamente por músicos para estudio o práctica de obras sinfónicas, por lo mismo el ruido generado es el menor de las tres salas. Posee una única superficie de contacto con el escenario a través del cielo. Figura 18: Sala 2 Sala 3: Esta sala es utilizada para ensayos en general, es la sala con mayor volumen y por lo mismo se usa para ensayos masivos de la orquesta clásica, grupos de danza y teatro (cuando la sala principal no está disponible). El cielo de esta sala está en contacto con el escenario de la sala principal y es la sala con el aislamiento acústico menos efectivo. Por lo tanto representa el mayor problema ya que además de ser la más utilizada, genera los niveles sonoros más elevados. La sala se puede apreciar en la figura 19 Figura 19: Sala 3; superficie de contacto con sala principal Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 36/83 Por otra parte están los ruidos provenientes desde el exterior del edificio que se deben a ruido de tráfico. En la sala principal solo existe una pared de fachada que tiene contacto directo hacia el exterior y no representa directamente una vía de transmisión de ruido, sin embargo debido a grietas y malas terminaciones en puertas y vías de escape los ruidos pueden penetrar libremente por los espacios vacios. Figura 20: Izquierda: grieta en la pared de fachada de la sala principal; Derecha: Vía de escape con espacios en sus terminaciones Sin embargo, el gran problema con referencia al ruido exterior se encuentra en el techo del escenario principal. Este está construido de un material ligero que lleva a deducir que su aislamiento acústico es muy bajo. Además a esto hay que sumarle la existencia de grietas y agujeros que hacen su aislamiento acústico aún más bajo. Figura 21 Nicolás E. Villar Castro 37/83 Figura21: Techo del escenario principal Por lo tanto y considerando todos los factores que contribuyen al problema de aislamiento acústico se deben establecer criterios para presentar la mejor solución posible. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 38/83 9.2 Reducción de ruido necesaria En el área del control de ruido se debe tener certeza de la reducción de ruido necesaria que se debe alcanzar para satisfacer íntegramente las necesidades a cubrir. Es por lo mismo que hay que considerar ciertos aspectos que pueden resultar relevantes para cumplir con los objetivos planteados, es decir cumplir objetivos acústicos en base a criterios ya establecidos, sin embargo antes de decidir el o los criterios a utilizar hay que tener presente datos que son importantes para obtener el resultado deseado. En primer lugar se deberá evaluar el entorno acústico, bajo las condiciones existentes y/o las esperadas. Se pueden evaluar las condiciones existentes a partir de medidas que suministren datos que sean estadísticamente significativos. Este proceso requiere la selección y uso apropiados de los equipos de medida, una calibración exacta, la toma de datos bajo condiciones controladas correctamente, y la evaluación de cualquier factor medio ambiental que afecte a las medidas. En ciertas circunstancias es imposible o no resulta práctico evaluar las condiciones existentes. En estos casos, o cuando el entorno de ruido debe estimarse para prever las condiciones futuras, se debe hacer una estimación tanto con fórmulas de manejo empírico como con datos ya existentes. Por otro lado es fundamental determinar el nivel de ruido aceptable. Esta información se proporciona mediante un criterio apropiado, que se puede definir como un criterio, norma o regla de juicio que se puede utilizar, por ejemplo, para establecer un límite aceptable o una restricción impuesta. Los criterios de control de ruido proporcionan normas para juzgar la aceptación de los niveles de ruido bajo distintas condiciones y con diferentes propósitos. Finalmente la diferencia entre los niveles de las condiciones existentes y el nivel de ruido aceptable representa la reducción de ruido que se debe proporcionar para obtener un entorno grato. [2] Como se verá más adelante para el caso del TRM se utilizarán criterios establecidos por la curvas NC de acuerdo a las condiciones que se consideran aceptables para el uso de este recinto. También y con el fin de establecer el tipo de solución que se deberá utilizar se hará uso de la siguiente ecuación. Nicolás E. Villar Castro 39/83 Donde: R’: índice de aislamiento acústico aparente. W: Potencia acústica NPS: Nivel de presión sonora S: Superficie divisora A: Área de absorción acústica De esta manera se podrá establecer el nivel de presión sonora que existe dentro de la sala principal y por consiguiente verificar que se cumplen los criterios seleccionados. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 40/83 10. MÉTODOS UTILIZADOS PARA OBTENER LAS CONDICIONES ACTUALES DE AISLAMIENTO ACÚSTICO Para poder obtener una caracterización acústica certera sobre las condiciones de aislamiento acústico actuales que presenta el TRM se realizó una serie de mediciones en terreno y además se utilizaron herramientas de predicción virtual. Es de importancia relevante mencionar que para las mediciones in-situ los equipos de medición se utilizaron de acuerdo a las recomendaciones establecidas en las normas internacionales EN ISO 3382 y EN ISO 140-4 considerando en todos los casos la sala principal como sala receptora. 10.1 Método In-situ Con el fin de obtener el mejor resultado posible se siguieron las recomendaciones establecidas en las siguientes Normas Internacionales vigentes 10.1.1 Norma EN ISO 140-4; Medición del aislamiento acústico en los edificios y en los elementos de construcción – Medición “in-situ” del aislamiento al ruido aéreo entre locales. Esta norma específica los métodos aplicables in situ para medir las propiedades de aislamiento acústico al ruido aéreo de las paredes interiores, de los techos y de las puertas entre dos recintos en condiciones de campo difuso, y para determinar la protección aportada a los ocupantes del edificio. Los resultados obtenidos pueden utilizarse para comparar el aislamiento acústico entre recintos y para comparar aislamientos acústicos reales medidos, con los valores requeridos. [8] 10.1.2 Norma EN ISO 717-1; Evaluación del aislamiento acústico en los edificios y elementos de construcción – Aislamiento a ruido aéreo El objetivo de esta parte de la Norma Internacional ISO 717 es normalizar un método por el cual la dependencia frecuencial del aislamiento a ruido aéreo pueda convertirse en un solo número que caracterice las propiedades acústicas. [9] Nicolás E. Villar Castro 41/83 En esta parte de la Norma Internacional ISO 717 a) Define magnitudes globales para el aislamiento a ruido aéreo en edificios y elementos de construcción tales como paredes, suelos, puertas y ventanas; b) Toma en consideración los diferentes espectros sonoros de la fuente de ruido tales como ruido interior a los edificios y ruido de tráfico exterior al edificio; y c) Proporciona reglas para la determinación de estas magnitudes a partir de los resultados de medición realizados en bandas de tercio de octava o de octava de acuerdo a las Normas Internacionales ISO 140-3, ISO 140-4, ISO 140-5, ISO 140-9e ISO 140- 10. [9] 10.1.3 Norma EN ISO 3382; Medición del tiempo de reverberación de recintos con referencia a otros parámetros acústicos. Esta norma internacional define métodos para la medición del tiempo de reverberación en recintos. Su uso no se restringe a auditorios o salas de conciertos; también es aplicable a recintos destinados a discursos y música, o allí donde se deba considerar la protección contra el ruido. Se describe el procedimiento de medida, los aparatos necesarios, los complementos requeridos, y el método de evaluación de los datos y la presentación del informe de ensayo. Además, está enfocada a la aplicación de las modernas técnicas de medida digital y a la evaluación de parámetros de la acústica de recintos derivados de su respuesta impulsiva. [10] Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 42/83 10.2 Simulación en software dBWaves Los software de predicción o modelamiento del comportamiento acústico se basan en desarrollos teóricos que representan un sistema físico bastante complejo mediante un modelo simplificado. Esto implica que siempre deben considerarse como herramientas de estimación y no predicen los valores medidos de manera exacta. Además del modelo teórico utilizado, un factor relevante es la calidad de los datos de entrada, los cuales obviamente han sido establecidos con cierto grado de imprecisión (ej.: velocidad de propagación del sonido, modulo de elasticidad, porosidad, resistencia de flujo, etc.). No obstante lo anterior, es decir, que los resultados de los diferentes cálculos no contribuyen predicciones exactas, la utilización de un software predictivo es siempre una herramienta de apoyo extremadamente valiosa a la hora de enfrentar el trabajo de diseño en temas relacionados con la ingeniería acústica. En la plataforma de dBWaves se encuentra una serie de módulos de cálculo para acústica. Estos módulos se pueden utilizar para realizar cálculos y diseños sin la necesidad de instalar cualquier tipo de software en el computador pues todo se realiza online directamente en el sitio web de dBWaves. El módulo de aislamiento acústico permite realizar cálculos del Índice de Reducción Sonora y el Índice Ponderado para paredes simples, paredes dobles y paredes compuestas, además si se estima necesario se puede considerar la transmisión por flancos. [7] Para ver ejemplos de cálculo mediante dBWaves comparados con valores medidos en laboratorio ver Anexo C. Nicolás E. Villar Castro 43/83 11. RESULTADOS DE AISLAMIENTO ACÚSTICO UTILIZANDO dBWAVES. CONDICIÓN ACTUAL Para este caso se excluirá el techo del escenario principal debido a que se ha determinado reconstruir dicha superficie pues es muy deficiente debido a la gran cantidad de grietas que la estructura presenta. Entonces, de acuerdo a las especificaciones técnicas de los planos facilitados por el TRM se pueden realizar los cálculos en la plataforma dBWaves. Los resultados para cada una de las superficies se muestran a continuación. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 44/83 11.2.1 Sala 1 Área del elemento de separación : 58,75 Volumen recinto emisor : 148,05 Volumen recinto de recepción : 32.885 Esta sala posee dos superficies de contacto con la sala principal, por su techo y por una de las paredes. Detalle constructivo. Techo: Hormigón 0,1 m de espesor / plancha de madera de 0,02m de espesor Figura 22: Representación constructiva del techo de la sala 1. Pared compuesta: puerta de dos capas de madera de 0,009 m de espesor separadas 0,1 m / Hormigón 0,2 m de espesor. Figura 23: Representación constructiva de la pared de hormigón y la puerta de la sala 1. Nicolás E. Villar Castro 45/83 Figura 24: Aislamiento acústico existente entre la sala 1 y la sala principal de acuerdo al software dBWaves. Donde representan el índice de reducción sonora de cada uno de los elementos que están en contacto con la sala principal. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 46/83 11.2.2 Sala 2 Área del elemento de separación : 20,82 Volumen recinto emisor : 47,88 Volumen recinto de recepción : 32.885 Posee una única superficie de contacto con la sala principal a través de su techo. Detalle constructivo Hormigón 0,1 m de espesor / plancha de madera 0,02 m de espesor. Figura 25: Representación constructiva del techo de la sala 2. Nicolás E. Villar Castro 47/83 Figura 26: Aislamiento acústico existente entre la sala 2 y la sala principal de acuerdo al software dBWaves. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 48/83 11.2.3 Sala 3 Área del elemento de separación : 58,75 Volumen recinto emisor : 324,45 Volumen recinto de recepción : 32.885 Posee una única superficie de contacto con la sala principal a través de su techo. Detalle constructivo Plancha de madera 0,002 m de espesor. Figura 27: Representación constructiva del techo de la sala 3. Nicolás E. Villar Castro 49/83 Figura 28: Aislamiento acústico existente entre la sala 3 y la sala principal de acuerdo al software dBWaves. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 50/83 11.2.4 Pared colindante con el exterior Detalle constructivo Área del elemento de separación : 744 Volumen recinto de recepción : 32.885 Hormigón Armado 0,2m de espesor. Figura 29: Representación constructiva de la pared exterior. Figura 30: Aislamiento acústico existente entre pared exterior y la sala principal de acuerdo al software dBWaves. Nicolás E. Villar Castro 51/83 12. RESULTADOS DE LAS MEDICIONES IN SITU PARA AISLAMIENTO ACÚSTICO Las mediciones realizadas en base a las normas internacionales vigentes entregaron los resultados que se muestran a continuación para cada una de las salas. Donde para todos los casos se consideró la sala principal del TRM como sala receptora (Detalle de las mediciones de N.P.S. ver Anexo A) El detalle constructivo es el mismo especificado en el apartado anterior. Resultados de tiempo de reverberación para la sala receptora Volumen sala 32.885 Frecuencia (HZ) TR (segundos) 100 1,77 125 1,945 160 2,085 200 2,035 250 1,79 315 1,595 400 1,47 500 1,39 630 1,31 800 1,3 1000 1,25 1250 1,185 1600 1,16 2000 1,165 2500 1,13 3150 1,085 Tabla 1: Resultados del tiempo de reverberación de la sala principal del TRM. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 52/83 Sala 1 Índice de reducción sonora aparente de acuerdo a la Norma ISO 140-4 Medidas in situ del aislamiento al ruido aéreo entre recintos Fecha de Medición : 02/01/2013 Área del elemento de separación : 58,75 Volumen recinto emisor : 148,05 Volumen recinto de recepción : 32.885 Índice de reducción sonora aparente Curva de referencia Curva de referencia desplazada Valoración según la Norma ISO 717-1 (C ; ) = 33 (-1;-4) Evaluación basada en resultados de medidas in situ obtenidas por un método de ingeniería 0 10 20 30 40 50 60 1 0 0 1 2 5 1 6 0 2 0 0 2 5 0 3 1 5 4 0 0 5 0 0 6 3 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 6 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 1 5 0 Ín d ic e d e r e d u cc ió n s o n o ra a p re nte , R w , d B Frecuencia, ƒ, Hz Frecuencia f(Hz) R’ (dB) (Tercio de octava) 100 125 160 15,43 16,97 23,59 200 250 315 24,69 26,2 29,82 400 500 630 27,35 29,6 32,11 800 1000 1250 33,29 34,52 32,95 1600 2000 2500 34,1 34,29 36,77 3150 39,2 Nicolás E. Villar Castro 53/83 Sala 2 Índice de reducción sonora aparente de acuerdo a la Norma ISO 140-4 Medidas in situ del aislamiento al ruido aéreo entre recintos Fecha de Medición : 02/01/2013 Área del elemento de separación : 20,82 Volumen recinto emisor : 47,88 Volumen recinto de recepción : 32.885 Índice de reducción sonora aparente Curva de referencia Curva de referencia desplazada Valoración según la Norma ISO 717-1 (C ; ) = 39 (-3;-4) Evaluación basada en resultados de medidas in situ obtenidas por un método de ingeniería 0 10 20 30 40 50 60 1 0 0 1 2 5 1 6 0 2 0 0 2 5 0 3 1 5 4 0 0 5 0 0 6 3 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 6 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 1 5 0 Ín d ic e d e r e d u cc ió n s o n o ra a p re n te , R w , d B Frecuencia, ƒ, Hz Frecuencia f(Hz) R’ (dB) (Tercio de octava) 100 125 160 30,05 26,28 30,41 200 250 315 31,05 34,91 36,45 400 500 630 40,05 41,83 43,27 800 1000 1250 38,36 37,26 40 1600 2000 2500 29,82 37,82 40,84 3150 43,11 Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 54/83 Sala 3 Índice de reducción sonora aparente de acuerdo a la Norma ISO 140-4 Medidas in situ del aislamiento al ruido aéreo entre recintos Fecha de Medición : 02/01/2013 Área del elemento de separación : 108,15 Volumen recinto emisor : 324,45 Volumen recinto de recepción : 32.885 Índice de reducción sonora aparente Curva de referencia Curva de referencia desplazada Valoración según la Norma ISO 717-1 (C ; ) = 18 (-1;-3) Evaluación basada en resultados de medidas in situ obtenidas por un método de ingeniería 0 10 20 30 40 50 60 1 0 0 1 2 5 1 6 0 2 0 0 2 5 0 3 1 5 4 0 0 5 0 0 6 3 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 6 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 1 5 0 Ín d ic e d e r e d u cc ió n s o n o ra a p re n te , R w , d B Frecuencia, ƒ, Hz Frecuencia f(Hz) R’ (dB) (Tercio de octava) 100 125 160 9,85 8,48 9 200 250 315 11,18 12,41 13,89 400 500 630 14,92 14,57 13,45 800 1000 1250 15,47 16,71 17,27 1600 2000 2500 18 20,53 22,68 3150 26,46 Nicolás E. Villar Castro 55/83 Al igual que con la utilización del software dBWaves no se consideró el techo del escenario de la sala principal y tampoco la pared colindante con el exterior. La razón, no se contaba con las condiciones adecuadas para realizar las mediciones. Las diferencias existentes entre los resultados de las mediciones in-situ y los cálculos efectuados a través de dBWaves se atribuyen a las grietas e imperfecciones que existen en las superficies en cuestión y al ruido fluctuante que se pudiese producir al interior de la sala receptora debido a factores externos. Los valores que se utilizarán para realizar el análisis y posterior propuesta de solución al problema son los obtenidos con las mediciones in-situ. Esto pues muestran la condición real en la que se encuentra el TRM. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 56/83 13. NIVELES DE RUIDO BAJO CONDICIONES MÁS DESFAVORABLES De acuerdo a mediciones realizadas en las afueras del TRM (Avenida Libertador Bernardo O’Higgins) y también en cada una de las salas en cuestión se presentan niveles de presión sonora equivalentes en la condición más desfavorable (hora de mayor circulación/uso de sala) con los siguientes valores 13.1.1 Alameda Libertador Bernardo O’Higgins Medición realizada durante la hora con mayor tránsito vehicular y peatonal en las afueras del TRM. Frecuencia (Hz) N.P.S equivalente (dB) 100 64,32 125 65,24 160 68,83 200 68,92 250 71,86 315 73,87 400 73,69 500 75,89 630 75,89 800 72,98 1000 73,78 1250 75,76 1600 72,35 2000 69,33 2500 71,55 3150 67,35 72,57 Tabla 2: Niveles de presión sonora equivalente por bandas de tercio de octava bajo la condición más desfavorable. Nicolás E. Villar Castro 57/83 13.1.2 Sala 1 Medición realizada en condiciones de ensayo de danza. Se consideró esta condición pues para ella se utiliza potencia acústica a un volumen elevado. Frecuencia (Hz) N.P.S equivalente (dB) 100 73,45 125 75,51 160 79,6 200 80 250 81,54 315 78,87 400 82,63 500 83,76 630 81,78 800 78,35 1000 79,78 1250 74,36 1600 74,76 2000 76,98 2500 80,32 3150 81,76 79,91 Tabla 3: Niveles de presión sonora equivalente por bandas de tercio de octava bajo la condición más desfavorable al interior de la sala 1. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 58/83 13.1.3 Sala 2 Medición realizada mientras un músico se encontraba estudiando una interpretación instrumental. Frecuencia (Hz) N.P.S equivalente (dB) 100 62,87 125 64,89 160 65,98 200 68,89 250 63,86 315 65,87 400 67,69 500 75,89 630 73,89 800 75,98 1000 73,78 1250 69,74 1600 67,76 2000 64,78 2500 65,78 3150 63,85 70,5 Tabla 4: Niveles de presión sonora equivalente por bandas de tercio de octava bajo la condición más desfavorable al interior de la sala 2. Nicolás E. Villar Castro 59/83 13.1.4 Sala 3 Medición efectuada durante un ensayo de la orquesta sinfónica del TRM. Frecuencia (Hz) N.P.S equivalente (dB) 100 77,47 125 75,76 160 73,87 200 78,98 250 82,87 315 82,89 400 85,89 500 88,43 630 89,64 800 87,76 1000 85,96 1250 91,43 1600 85,89 2000 81,89 2500 78,43 3150 78,78 85,5 Tabla 5: Niveles de presión sonora equivalente por bandas de tercio de octava bajo la condición más desfavorable al interior de la sala 3. Por lo tanto para poder solucionar el problema de ruido dentro de la sala principal se deben considerar los niveles presentados bajo la condición más desfavorable y plantear la solución de aislamiento acústico a cada una de las superficies. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 60/83 De acuerdo a los resultados obtenidos en las mediciones, siendo estos analizados según el criterio planteado y utilizando además los niveles de presión sonora medidos en las condiciones más desfavorables se puede obtener los siguientes resultados según la ecuación (Detalle de los cálculos en Anexo B) Superficie Nivel de presión sonora transmitido [dB] Sala 1 48,21 Sala 2 24,34 Sala 3 67,13 Tabla 6: Niveles de presión sonora transmitido a la sala principal bajo la condición más desfavorable. Lo que entrega como resultado al realizar una suma logarítmica, un nivel de presión sonora total dentro de la sala (ruido de fondo) de 67,19 dB. Esto sin considerar el nivel proveniente desde el exterior del edificio. La razón de no considerar dichas superficies es que no se contaba con las medidas de seguridad necesarias y/o con los espacios para poder realizar las mediciones. Tampoco se realizaron mediciones directamenteen la sala principal pues estaba siendo utilizada durante el ensayo. Por lo tanto se puede decir a ciencia cierta que resulta necesario presentar soluciones acústicas que sean efectivas para cumplir con el objetivo planteado. Nicolás E. Villar Castro 61/83 14. RESULTADOS QUE SE PRETENDE OBTENER El ruido de fondo al interior de un recinto se avalúa según los criterios de ruido establecidos en las curvas de Criterio de Ruido (NC) y en la tabla de los rangos de aceptación según normativa internacional ISO 1996/71, donde se establecen los niveles de ruido de fondo para diferentes salas según su aplicación y funcionalidad. Tabla 1 Tipos de recinto Rango NC Máximo permitido dB Máximo permitido dB(A) Recintos deportivos 35-50 55 60 Grandes tiendas 35-45 50 55 Restaurantes, bares, cafeterías 35-45 45 50 Oficinas mecanizadas 40-50 45 50 Oficinas generales 35-45 45 50 Bibliotecas, salas de justicia, aulas 30-35 40 45 Viviendas, dormitorios 25-35 45 45 Salas de hospitales 25-35 40 45 Cines 30-35 35 45 Teatros, salas de juntas, iglesias 25-30 35 40 Salas de concierto y teatros de ópera 20-25 35 25 Estudios de grabación 15-20 30 25 Tabla 7: Criterios sobre niveles de ruido de fondo aceptable para diferentes recintos Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 62/83 Figura 31: curvas NC [2] Como ya se ha hecho mención el TRM se utiliza para varios tipos de espectáculos, por lo tanto para establecer un criterio único se tomará el nivel de ruido más alto aceptable, es decir cuando se le da un uso dedicado a sala de música. Es así y de acuerdo a la tabla 1, no se deberá superar los 35 dB de ruido de fondo en la sala principal. Debido a que no existe un proyecto o algún ítem dedicado a la acústica del local dentro de los documentos facilitados por el TRM para este trabajo de tesis, se analizarán los resultados de las mediciones utilizando el criterio antes mencionado y por ende se obtendrá el aislamiento acústico del TRM estableciendo si se cumple con este criterio. En conclusión, luego de analizar las condiciones de aislamiento acústico actual, se espera poder obtener a través de soluciones de aislamiento acústico un nivel de presión sonora dentro de la sala cuando está se encuentra sin ningún tipo de uso (ruido de fondo) de 35 dB como máximo. Nicolás E. Villar Castro 63/83 15. PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN Y RESULTADOS Para poder obtener un resultado satisfactorio es necesario cumplir con el objetivo planteado de la manera más efectiva y eficiente. Es decir obtener un nivel de presión sonora de ruido de fondo no superior a 35 dB, cuando se esté bajo las condiciones más desfavorables (salas ocupadas/hora de mayor tráfico vehicular). Todo lo anterior considerando las distintas superficies por las cuales se transmite sonido directamente al escenario principal. Como se podrá ver en el detalle constructivo de las soluciones, los métodos se basaron en la utilización de paredes dobles y relleno absorbente entre ambas superficies seleccionadas. Estos debido a las consideraciones explicadas en el marco teórico que nos demuestra las ventajas económicas e ingenieriles de este sistema de protección contra ruido aéreo. Cada uno de los elementos constructivos se detalla a continuación. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 64/83 15.1.1 Techo escenario principal Detalle constructivo Área del elemento de separación : 517,7 Volumen recinto de recepción : 32.885 Lamina exterior de acero de 0,001 m de espesor; lamina interior de yeso cartón de 0,05 m de espesor. Ambas separada por una distancia de 0,2 m y unidas a través de acoples de perfiles de acero a 0,5m de distancia uno de otro. Entre ambas capas se utilizó lana de vidrio de 40 Kg/m3 de 0,07 m de espesor. Figura 32: Representación constructiva de la solución para el techo del escenario principal. Nicolás E. Villar Castro 65/83 Figura 33: Aislamiento acústico entre el techo del escenario y la sala principal al implementar la solución planteada en el software dBWaves. Se observa que el aislamiento acústico global a ruido aéreo de este elemento alcanza un de Rw igual a 54 dB. Además al aplicar el término de adaptación espectral a ruido de tráfico se obtiene un valor de 48 dBA. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 66/83 15.1.2 Sala 1 Área del elemento de separación : 58,75 Volumen recinto emisor : 148,05 Volumen recinto de recepción : 32.885 Detalle constructivo Como ya se mencionó esta sala está en contacto a través de dos superficies con la sala principal, estas son: Pared con puerta: pared de hormigón 0,2 m; puerta con dos capas de MDF 0,03 m separadas una distancia de 0,1 m entre sí y con lana mineral de 20 Kg/m3 de 0,05 m de espesor como material absorbente entre ellas. Techo: hormigón de 0,1 m de espesor unido a una distancia de 0,1 m a través de acoples de acero a una placa de yeso cartón de 0,01 m de espesor. Entre ambas superficies se encuentra lana mineral de 20 Kg/m3 de 0,05 m de espesor. Figura 34: Representación constructiva de la solución para el techo de la sala 1. Nicolás E. Villar Castro 67/83 Figura 35: Representación constructiva de la solución para la pared y la puerta de la sala 1. Figura 36: Aislamiento acústico entre la sala 1 y la sala principal al implementar la solución planteada en el software dBWaves. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 68/83 Se observa que el aislamiento acústico global a ruido aéreo de este elemento alcanza un de Rw igual a 55 dB. Además al aplicar el término de adaptación espectral para ruido rosa se obtiene un valor de 54 dBA. 15.1.3 Sala 2 Área del elemento de separación : 20,82 Volumen recinto emisor : 47,88 Volumen recinto de recepción : 32.885 Detalle constructivo Hormigón de 0,1 m de espesor unido a una distancia de 0,1 m a través de acoples de acero a una placa de yeso cartón de 0,01 m de espesor. Entre ambas superficies se encuentra lana mineral de 20 Kg/m3 de 0,05 m de espesor. Figura 37: Representación constructiva de la solución para el techo de la sala 2. Nicolás E. Villar Castro 69/83 Figura 38: Aislamiento acústico entre la sala 2 y la sala principal al implementar la solución planteada en el software dBWaves. Se observa que el aislamiento acústico global a ruido aéreo de este elemento alcanza un de Rw igual a 58 dB. Además al aplicar el término de adaptación espectral para ruido rosa se obtiene un valor de 56 dBA. Aislamiento Acústico del Escenario Principal del Teatro Regional del Maule 70/83 15.1.4 Sala 3 Área del elemento de separación : 58,75 Volumen recinto emisor : 324,45 Volumen recinto de recepción : 32.885 Hormigón de 0,1 m de espesor unido a una distancia de 0,2 m a través de acoples de acero a la madera existente en la sala (techo) de 0,002 m de espesor. Entre ambas superficies se encuentra lana mineral de 40 Kg/m3 de 0,1 m de espesor. Figura 39: Representación constructiva de la solución para el techo de la sala 3. Nicolás E. Villar Castro 71/83 Figura 40: Aislamiento acústico entre la sala 3 y la sala principal al implementar la solución planteada en el software dBWaves. Se observa que el aislamiento acústico global a ruido aéreo de este elemento alcanza un de Rw igual a 60 dB. Además al aplicar el término de adaptación espectral para ruido rosa se
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