Transmissão de vibração e ruído de baixa frequência em edifícios de betão armado - Carreira, A. S. (2015)
A vibração e o ruído de baixa frequência gerados em edifícios por fontes internas, como os equipamentos mecânicos, e externas, como o tráfego rodoviário e ferroviário, podem causar incómodo e sérios problemas de saúde para as pessoas expostas, assim como interferir com o funcionamento de eventuais equipamentos de alta precisão e sensibilidade. A presença de elevados conteúdos energéticos na gama das baixas frequências num número considerável de fontes, assim como o facto da vibração se propagar pelo solo e pelas estruturas com reduzida atenuação, justificam uma avaliação cuidada do problema da vibração e do ruído estrutural no interior dos edifícios residenciais e ocupacionais. A previsão dos campos sonoros e de vibração gerados nos edifícios constitui um processo complexo devido ao elevado número de graus de liberdade envolvidos. As razões para essa complexidade prendem-se com a dificuldade em caracterizar e modelar com precisão as fontes de vibração, em avaliar os percursos de transmissão estrutural e em estimar o ruído gerado nos compartimentos pela vibração dos elementos de construção. Vários trabalhos têm sido realizados para compreender e simular a interação dinâmica entre as fontes exteriores e o meio envolvente, resultando em modelos de previsão da vibração através do solo. No entanto, o processo de transmissão da vibração através dos edifícios, de constituição muito variável, tem recebido menos atenção por parte da comunidade científica. É neste contexto que surge o presente trabalho, centrado nos percursos de transmissão da vibração nos edifícios com estrutura de betão armado. Dos métodos existentes para modelação de estruturas e previsão de vibrações e campos sonoros em edifícios, o método dos elementos finitos (MEF) é o mais atrativo, conseguindo-se resultados fiáveis sem esforço computacional exagerado até à gama de frequências de 100 Hz a 150 Hz. Para prever a vibração e o ruído com frequências superiores, o MEF requer modelos mais complexos e morosos, sendo assim importante desenvolver métodos simples para serem utilizados com confiança pelos profissionais do setor. Com esta tese pretende dar-se um contributo para melhorar o conhecimento sobre os mecanismos de transmissão da vibração em edifícios com estrutura em betão armado. Para o efeito, realizam-se ensaios de vibração forçada em edifícios reais e desenvolvem-se os respetivos modelos de elementos finitos, os quais servem de base a análises paramétricas realizadas por tipo de elemento de construção e por tipo de nó estrutural de ligação, para vibrações geradas em fontes localizadas no exterior e no interior dos edifícios. Identificam-se assim os parâmetros mecânicos e geométricos que, na gama de frequências entre os 20 Hz e os 250 Hz, condicionam a transmissão da vibração através das estruturas, em altura e em planta, e definem-se os padrões de propagação da vibração entre pisos. Com o conhecimento adquirido dos mecanismos de transmissão estrutural da vibração, desenvolve-se um método simplificado para previsão da transmissão da vibração do exterior para os pavimentos dos edifícios. O método desenvolvido numericamente para edifícios com vários pisos e estrutura constituída por lajes vigadas e pilares de betão armado baseia-se na utilização de funções de transferência simplificadas da vibração entre secções fundamentais da estrutura. São desenvolvidos dois tipos de funções simplificadas, um com base em valores medianos de comportamento e outro dependente das características mecânicas e geométricas dos elementos estruturais que condicionam o processo de transmissão da vibração. O método simplificado é validado em três edifícios em construção por comparação com os resultados obtidos de modelos de elementos finitos validados experimentalmente.