100515-CLASE 1-SoundPlan-7

Curso SoundPlan 7.0 UDLA 2010

ING. ALDO CAMPOS P.

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Programa del curso 15 DE MAYO

1) Estándares y sistemas principales de cálculo.

2) Módulos básicos y menús de usuario.

29 DE MAYO

3) Modulo geo, elementos y atributos.

4) Interfaces ACAD, ArcView Shapefiles, archivos de texto ASCII.

5) Preparación avanzada de planos de interfaces, topografía original,

topografía modificada, terraplenes y plataformas, carreteras, etc.

5 DE JUNIO

6) Modulo Industrial. Fuente puntual, directividad, potencia sonora,

fuentes lineales y de área, concepto de potencia superficial y

lineal. Ponderaciones.

7) Edificios industriales, conceptos básicos, emisiones por radiación de

muros, parámetros de la sala.

8) Módulo Indoor Noise, parámetros de sala y fuentes de ruido.

Cálculos indoor to outdoor. Traspaso de emisiones interiores a

fuentes de ruido tipo edificio industrial.

12 DE JUNIO

9) Módulos de carreteras, ferrocarriles y túneles.

10) Módulos de ayuda geométrica, modelo digital de terreno.

11) Cálculos de mapas de ruido, mapas de sección y cálculos de fachada.

12) Cálculos en receptores, detalles de cálculo, protocolos de

propagación.

19 JUNIO

13) Control de ruido con sistema experto. Aplicaciones de calibración y

validación con sistema experto.

14) Diseño y optimización de barreras acústicas.

15) Presentación de resultados, modulo grafico y tabla de resultados,

tabla de protocolo.

26 DE JUNIO

16) Transferencia de datos de un modelo a otro.

17) Aplicaciones modelo industrial para escenarios complejos.

18) Modelación de gran amplitud geográfica.

19) Aplicaciones con bases de datos multidisciplinarios.

20) Exportación de datos a formatos GIS y ACAD.


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CAPITULO 1

Estándares y sistemas principales de cálculo

Física y normas

Es posible que consideremos que los principios de la física son idénticos en todo el

mundo. Puede que los principios sean los mismos, pero la interpretación de los

fenómenos acústicos es diferente. Las leyes físicas de la acústica han sido estudiadas

en diferentes épocas y países. Las ecuaciones emanadas de estos estudios fueron

redactadas como normas a seguir por todo el mundo. Los desarrollos iniciales

comenzaron en una época en la que las herramientas de los especialistas consistían en

reglas de cálculo y nomogramas en lugar de ordenadores. Este escenario exigía la

máxima simplificación posible de algunos aspectos acústicos.

SoundPLAN es una aplicación basada en normas que garantiza el cumplimiento de las

mismas con un margen máximo de 0,2 dB. La representación que SoundPLAN hace de

la física es tan buena como la norma seleccionada.

Principios de cálculo

La presente sección del manual ha sido elaborada pensado en aquellos usuarios de

SoundPLAN que no están totalmente familiarizados con la acústica. Algunas

explicaciones resultarán obvias para los expertos; no obstante, se facilitan algunas

indicaciones sobre la forma en que SoundPLAN interpreta la información sobre

propagación.

Dado que los mapas acústicos se generan con cálculos en un único punto, es muy

importante describir los procesos de cálculo de los niveles sonoros para receptores

únicos. Todas las fuentes son independientes y pueden calcularse por separado. Los

resultados de todas las contribuciones de las fuentes pueden incorporarse al nivel de

inmisión con la fórmula:

Li,sum = 10 * Log (Σ 10 Lii / 10))

La contribución de una fuente única puede describirse así:

Li = Lw - C1 - C2 ... Cn

donde Li = nivel de inmisión en el receptor.

Lw = potencia sonora (o equivalente)

C1..Cn = coeficientes que describen diferentes aspectos de la propagación.


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El nivel sonoro en un receptor se obtiene de la potencia sonora y de la propagación.

Los coeficientes de propagación son la propagación, la absorción del aire, el

apantallamiento, el efecto del terreno y la reflexión.

Fuentes emisoras

El ruido puede provenir de diferentes fuentes, muchas de las cuales pueden calcularse

con SoundPLAN. Entre las fuentes se incluyen carreteras, vías férreas, aeropuertos,

fuentes puntuales, lineales o de área en el interior o exterior de edificios. Todas las

fuentes tienen su propia definición para los datos de las emisiones y demás

descripciones. Para el ruido de carreteras, ferrocarriles y aeronaves, SoundPLAN

incorpora un modelo de fuente que calcula la potencia sonora o un valor obtenido de

los datos de tráfico. El ruido industrial exige la utilización de datos medidos. Los datos

sobre emisiones definen la siguiente sección de datos geométricos.

El tipo de fuente determina la introducción de la geometría de la fuente. Una fuente

puntual sólo requiere una coordenada. Una fuente lineal se define como mínimo con

dos puntos. Si se unen más de dos puntos, SoundPLAN asume que se trata de una

polilínea continua. Una fuente de área requiere al menos 3 coordenadas.

Considerando que el área se define como un plano, SoundPLAN puede aceptar

cualquier número de coordenadas para una fuente de área. Si la fuente no está en un

plano será necesario dividirla en polígonos fuente más pequeños localizados

individualmente en el plano. Si las fuentes de área contienen más de 3 coordenadas

SoundPLAN procederá a separarlas en una serie de triángulos en el proceso de carga

de la información.

La segunda limitación para las fuentes de área y lineales consiste en que las

condiciones dentro de la fuente debe ser uniforme. Si se produce un cambio en la

velocidad o en la intensidad del tráfico, también se producirá un cambio en la emisión

sonora y consiguientemente se hará necesaria una nueva definición de fuente.

Las fuentes de carreteras, vías férreas e industriales son sólo definiciones de la emisión

sonora. Si la carretera se encuentra en un terraplén, el propio terraplén actuará a

modo de pantalla respecto a otras fuentes.

Propagación

La definición de la potencia sonora se basa en la energía distribuida en una esfera con

una superficie de un metro cuadrado. A medida que aumenta la distancia desde la

fuente también se incrementa la superficie del área de la esfera. Con la regla Area = 4

* π * R² la propagación de una esfera a cualquier distancia de la fuente se establece

como: 10 * log ( R0 / (4 * π * R²). En la mayoría de los casos la distancia R0 y 4 * π se

sustituye por 11 dB y el cuadrado de la distancia se coloca delante de la ecuación. La

división del logaritmo se sustituye por una multiplicación por –1, con lo que la fórmula

Resultante es -11 -20 * log ( R).


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Propagación ∆LDistancia = -11 - 20 * log (distancia) sólo se aplica a fuentes puntuales

y exclusivamente en el caso de que la propagación sea uniforme por toda la esfera. La

ley de propagación es diferente para fuentes lineales y fuentes de área.

Si las dimensiones de una fuente de ruido son pequeñas comparadas con la distancia al

oyente, entonces se llama fuente puntual, por ejemplo, ventiladores y chimeneas. La

energía sonora se propaga de forma esférica, por lo que el nivel de presión del sonido

es el mismo en todos los puntos que se encuentran a la misma distancia de la fuente y

disminuye en 6 dB al doblar la distancia. Esto se mantiene así hasta que el efecto del

suelo y la atenuación del aire influyen de forma notoria en el nivel.

Ilustración 1. Propagación para una fuente puntual

Cuando la línea de una fuente lineal es mucho más larga que la distancia desde el

receptor a la fuente lineal, la propagación se calcula desde la línea y aumenta sólo en 2

dimensiones. Con el aumento de la distancia las características de la propagación se

asemejan más a las de una fuente puntual.


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Ilustración 2: Propagación de una fuente lineal

Un receptor situado dentro de la fuente de área recibe un nivel sonoro constante. En

el exterior de la fuente de área, el aumento de la distancia cambia lentamente las

características para que se asemejen a las de una fuente puntual.

Ilustración 3: Propagación de una fuente de área

Todas las normas de ruido industrial evalúan la propagación mediante

20*log(distancia) + 11 dB. Los métodos de cálculo para carreteras y ferrocarriles

tienden a calcular la propagación con una fórmula obtenida a partir de datos

experimentales. Dado que normalmente no se considera la absorción del aire, la

propagación la incorpora implícitamente.


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El aire, al igual que cualquier otro medio, no permite la propagación de las ondas

sonoras sin que se produzcan pérdidas. Las pérdidas dependen de la frecuencia, la

temperatura, la humedad relativa y la presión del aire. En lo concerniente a las normas

de cálculo, cuando la absorción del aire no se calcula implícitamente en la

propagación, existen tres métodos diferentes para evaluarla:

Apantallamiento

El apantallamiento se produce cuando una onda sonora se difracta alrededor de un

borde. El apantallamiento puede darse alrededor de bordes horizontales y verticales,

pero la evaluación por defecto en SoundPLAN considera únicamente el

apantallamiento sobre un obstáculo. En las normas industriales el apantallamiento

horizontal puede seleccionarse activando el campo correspondiente. La función que

evalúa el apantallamiento recibe los parámetros de frecuencia y de recorrido extra.

Ilustración 4 Apantallamiento sobre un obstáculo

En operaciones normales SoundPLAN evalúa la difracción sobre una pantalla. La

difracción alrededor de obstáculos sólo se procesa si la norma de cálculo contempla

esta opción y si se el usuario indica a SoundPLAN que calcule la difracción lateral. (En

los grandes mapas de ruido esta opción aumentará en gran medida el tiempo de

cálculo y producirá cambios mínimos en los resultados). Las pantallas están activas

incluso cuando la altura de la pantalla se configura a cero.

Las líneas de elevación tienen una función muy similar, aunque existen ciertas

diferencias. Las líneas de elevación actúan como pantallas sólo cuando producen un

recorrido extra positivo, mientras que las pantallas en la mayoría de las normas

provocan pérdidas de apantallamiento incluso con línea visual ininterrumpida. Las

pantallas, en cambio, no tienen influencia directa en el efecto del terreno. (En los

métodos nórdicos ejercen una influencia indirecta). La mayoría de normas o modelos

consideran la altura media de la línea visual sobre el terreno como la medida de su

efecto del terreno.


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Ilustración 5 Apantallamiento y efecto del terreno

a) Se produce efecto del terreno sin apantallamiento. La altura media sobre el terreno

aumenta de planta a planta.

b) La pantalla protege la planta baja y el resto es atenuación del terreno. La pantalla

de la cuarta planta es irrelevante. El resultado es idéntico al de la situación “a”.

c) Se produce apantallamiento de la planta baja. El resultado es el mismo que en la

situación “b”. En cuanto a la cuarta planta, se produce un aumento de la elevación

media provocando que el efecto del terreno sea diferente al de la situación “a”.

Si entre la fuente y el receptor no se encuentra ningún obstáculo que se traduciría en

una longitud de camino adicional positivo, SoundPLAN define una línea entre el suelo

en la fuente y el receptor etiquetados base de la elevación del terreno. Todas las líneas

de elevación y bordes DGM y triángulos sobre y debajo de esta elevación, se le

comprueba si longitud de camino adicional debe tenerse en cuenta. Se recomienda

verificar de manera manual las líneas de terreno adicionales necesarias.

Ilustración 6 comprobación de longitud de camino adicional


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Apantallamiento horizontal / Difracción lateral

Tal como se ha mencionado anteriormente, una onda sonora no se limita a desplazarse

por encima de un obstáculo sino también alrededor del mismo. SoundPLAN sólo

procesa la difracción lateral en aquellos estándares que contemplan explícitamente la

misma. Como el tiempo de cálculo con difracción lateral duplica frecuentemente el

tiempo de cálculo sin ella, es necesario que indique a SoundPLAN que proceda al

cálculo de la citada difracción.

Ilustración 7 Principio de la difracción lateral

Diferencias de difracción lateral, línea de elevación en contraposición a pantalla

(a) Sólo se evalúa la difracción lateral respecto al edificio que lleva incorporado el

receptor. La “banda elástica” no puede localizarse cuando se estira hacia el segundo

edificio.

(b) Ambos edificios deben conectarse si se desea que el edificio anexo forme parte de

la evaluación del recorrido.

(c) La pantalla entre los edificios se procesa y la “banda elástica” se coloca a su

alrededor.

(d) La línea entre los edificios se ha definido como una línea de elevación, lo que

supone que SoundPLAN la ignore. En términos de difracción lateral sólo se evalúan

pantallas y objetos reflectantes (edificios).

SoundPLAN sólo considera la difracción lateral en la interacción directa entre la fuente

y el receptor. En lo que respecta al ruido reflejado, sólo se evalúa la difracción vertical

directa.


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DIFRACCION LATERAL Y PANTALLA ACUSTICA

DIFRACCION LATERAL SIN PANTALLA ACUSTICA


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SIN DIFRACCION LATERAL

EDIFICIO DIVIDIDO EN UNIDADES – EXCESO DE INFORMACION ENTREGADO AL MODELO


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DIFRACCION LATERAL CON EL RECEPTOR PEGADO A LA FACHADA DE SU EDIFICIO


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Efecto del terreno, Komega, Directividad

Una onda sonora que se desplaza por el suelo interactúa con el propio terreno. La

onda se refleja y absorbe, pudiendo producirse interferencias entre la onda directa y la

onda reflejada. La diversidad de respuestas respecto al efecto del terreno es mayor

que con cualquier otro aspecto. Algunos estándares o normas (todos los estándares

alemanes) omiten el coeficiente de absorción del terreno y tratan la propagación sobre

un campo de la misma forma que trata la propagación sobre un lago. El efecto del

terreno sólo depende de la distancia desde la fuente al receptor y de la altura media

de la línea visual sobre el terreno

El extremo opuesto lo representa el Método Nórdico de Predicción General para

Instalaciones Industriales, en el que el efecto del terreno se divide en efectos

dependientes de la zona fuente, la zona media y la zona receptor para la absorción y

reflexión del terreno.

La interacción del apantallamiento y de la absorción del terreno es otro ámbito en el

que los estándares presentan grandes diferencias.

Otro aspecto controvertido entre las normas industriales es un efecto que los

estándares nórdicos asocian con el efecto del terreno y que VDI 2714 / 2720 e ISO

9613 consideran una adición de constantes a la propagación. La “Propagación” para

una fuente puntual se define COMO: Si la fuente está sobre una superficie reflectante

y próxima a ésta, la propagación no es esférica, sino una semiesfera. La escuela VDI

afirma que la energía total se refleja en suelo duro, duplicando así los niveles sonoros

del resto (adición de 3 dB). Si la fuente está ubicada en un muro, la adición es de 3

dB(A) adicionales.

Esta adición, que puede ser de 0 dB para una fuente puntual situada a gran altura en el

aire o de 3 dB si está próxima al suelo, se incrementa en otros 3 dB si la fuente se

localiza cerca de una pared. La adición se designa como KΩ en las normas VDI.

Las normas nórdicas han incluido implícitamente el KΩ con un ajuste para la absorción

del terreno en las fórmulas del efecto del terreno. Por tanto, la adición de KΩ,Terreno

en las normas industriales nórdicas sería incorrecta. KΩ,Pared es correcto si asumimos

que la propia pared actúa como fuente o si discriminamos la absorción de la misma. Si

no se utiliza el método KΩ para paredes, será necesario aplicar en su lugar la

directividad.


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Reflexión

En la reflexión, los ángulos de incidencia y reflexión deben observarse en la planta y en

la tercera dimensión.

Los ángulos no son el único criterio para considerar la reflexión en una pared. El

tamaño de un objeto debe ser como mínimo la mitad de la longitud de onda pues de lo

contrario la onda sonora se absorbe. Esta restricción aplica en dos dimensiones. Una

onda sonora que choca contra una pared con un ángulo A > 85 grados tampoco se

reflejará.

Si se considera una pared a efectos de reflexión, no olvide que existe una pérdida

asociada con dicha reflexión. La pared absorbe parte de la energía sonora. La

absorción es una característica fundamental, por lo que el usuario debe introducirla en

SoundPLAN. Normalmente la absorción de una superficie es muy dependiente de la

frecuencia. Por tanto, los cálculos de ruido industrial pueden analizar la reflexión con

un espectro de absorción.

Todas las normas de cálculo ofrecen diferentes interpretaciones acerca de las

condiciones necesarias para que se produzca una reflexión. Las descripciones de cada

norma concreta incluyen explicaciones sobre este particular.

El ruido de tráfico normal calculado sólo para una frecuencia central no requiere

especificar la absorción en espectros de frecuencia. En este caso es necesario

introducir en SoundPLAN las pérdidas de reflexión en dB.

Ilustración 8 coeficiente de absorción y perdida por reflexión


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El método de ángulos de búsqueda

Cuando SoundPLAN localiza una fuente en la dirección de búsqueda, procede a

calcular automáticamente la parte de la fuente incluida en el triángulo de búsqueda y a

procesar dicha fuente parcial. Las fuentes de área y las fuentes lineales industriales se

mantienen como áreas y líneas en todos los cálculos. Las fuentes lineales de carreteras

y vías férreas se abstraen a fuentes puntuales y se tratan como tales en los cálculos. El

capítulo sobre ruido industrial incluye la información relativa a la búsqueda de fuentes

para modelos industriales.

Principio del método de triángulo de búsqueda

a) Las contribuciones de ruido que chocan contra el receptor desde diferentes

direcciones se trazan a escala con el receptor en el centro. La longitud de las flechas

permite medir la contribución de ruido en la dirección desde la que apunta el rayo. En

un cálculo, la visualización en pantalla es posible mediante anillos de escala con

incrementos individuales de 10 dB.

b) Las fuentes puntuales se incluyen de manera automática en el sector en el que han

sido localizadas. El cálculo se realizó con la geometría exactamente entre la fuente y el

receptor, a diferencia de las fuentes lineales en las que la línea se encuentra en medio

del triángulo.

c) Las fuentes lineales se dividen automáticamente en segmentos que se adaptan al

interior de los triángulos de búsqueda.

d) Las fuentes lineales que se alejan del receptor se dividen para que la condición

L< 0.5*distancia se cumpla.

donde L=Longitud del segmento fuente

S=Distancia desde la fuente al receptor.

e) Las fuentes de área se ajustan al triángulo de búsqueda antes de realizar los

cálculos de ruido. Las esquinas de las fuentes de área ajustadas se verifican

posteriormente para localizar diferencias de propagación. Si las esquinas se desvían

más allá de un límite definible, la fuente de área resultante se divide todavía más hasta

que las diferencias sean desdeñables.


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Ilustración 9

Ilustración 10 Sección dentro del núcleo de cálculo SoundPLAN

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