Comportamento de barreiras acústicas - A aplicação do conceito de "cristal sónico" à atenuação do ruído de tráfego

Abstract

Ao longo dos últimos anos têm sido feitos vários estudos relativos aos metamateriais e às suas distintas propriedades, face às que normalmente se conhecem dos materiais mais convencionais. Um dos casos particulares dos metamateriais são as estruturas periódicas de cristais sónicos. Sendo um cristal sónico a repetição de um elemento base numa grelha, ao variar a periocidade da grelha é possível variar também as caraterísticas do cristal sónico. Consoante a periocidade da grelha e o material constituinte do cristal sónico, existem certas bandas de frequência que restringem a passagem das ondas, sendo essas bandas designadas por “bandgap’s”. O presente trabalho pretende contribuir com informação acerca dos metamateriais e dos cristais sónicos, desde as suas propriedades e mecanismos de funcionamento, acrescentando ainda uma exposição da pesquisa de vários trabalhos nesses campos realizados por diversos outros autores. Essa pesquisa engloba variadas aplicações destes metamateriais nos campos da engenharia, como por exemplo o conceito de “cloaking”, redução da vibração sísmica, aplicação em difusores e em barreiras acústicas. Dentro do campo das barreiras acústicas foi ainda realizada uma campanha experimental com amostras de barreiras acústicas de cristais sónicos feitas numa escala geométrica de 1/10, por forma a verificar em que medida estas barreiras podem ser uma alternativa às tradicionais barreiras acústicas na atenuação do ruído de tráfego. Englobando a análise dos trabalhos feitos anteriormente neste campo e os resultados observados dos ensaios experimentais realizados, pode-se concluir que as barreiras acústicas de cristais sónicos apresentam-se como uma boa solução para enfrentar os problemas do ruído de tráfego. O trabalho de pesquisa aqui apresentado foi apoiado por fundos FEDER através do Programa Operacional para Fatores de Competitividade – COMPETE e por fundos nacionais através da FCT (Fundação Portuguesa para a Ciência e Tecnologia), em fase de pesquisa do projeto PTDC/ECM-COM/1438/20.

Over the last few years, several studies have been made related to metamaterials and their different properties compared to those that are generally know of the conventional materials. One particular case of metamaterials are the periodic structures of sonic crystals. Being a sonic crystal a repetition of one basic element in a grid, by varying the periodicity of the grid it is possible to change the characteristics of the sonic crystal. Depending on the periodicity of the grid and the material of the sonic crystal, there are certain frequency bands that hinder the passage of waves, wich are called “bandgap’s”. This work intends to contribute with information about sonic crystals and metamaterials, their properties and working mechanisms, including also a description of several research studies in these fields, made by different authors. Those research works include various applications in many fields of engineering , such as the concept of “cloaking”, reducing of seismic vibration, and application on diffusers and on acoustic barriers. On the field of acoustic barriers, an experimental campaign was also performed with samples with sonic crystals acoustics barriers in a 1/10 geometric scale, in order to access whether these barriers can be an alternative to traditional acoustic barriers for traffic noise mitigation. Taking into account the analysis of the studies previously made in this field and the results observed in the experimental tests, it can be concluded that the sonic crystal acoustic barriers can be presented as a good mitigation solution to face the problems of traffic noise. The research work present herein was supported by FEDER funds through the Operational Programme for Competitiveness Factors – COMPETE and by national funds through the FCT (Portuguese Foundation for Science and Technology), under research project PTDC/ECM-COM/1438/2012.