Caracterização Acústica de Paredes de Alvenaria com Blocos de Betão, Fabricados com Incorporação de Cortiça

Abstract

Diversos estudos permitiram evidenciar que a introdução de cortiça em betões influencia de maneira positiva o seu comportamento mecânico, acústico e térmico. Sabendo-se que Portugal é o maior produtor mundial de cortiça interessa desenvolver utilizações alternativas para o aproveitamento deste material, em especial para os seus desperdícios. A presente tese avalia as vantagens da incorporação de resíduos de cortiça no fabrico de blocos, particularmente no desempenho acústico conferido por paredes de alvenaria construídas com esses blocos. Pretende-se que esta avaliação seja realizada de forma numérica e validada experimentalmente. Dada a complexidade da geometria em causa interessa desenvolver formulações numéricas mais eficientes em termos de cálculo. O principal objetivo da presente tese é o desenvolvimento e implementação de novos modelos numéricos, baseados em formulações de acoplamento entre o Método dos Elementos de Fronteira (BEM) e o Método das Soluções Fundamentais (MFS) para a avaliação do isolamento sonoro, conferido por aquelas paredes de alvenaria construídas com blocos fabricados com a incorporação de resíduos de cortiça. Pretende-se, desta forma, superar as limitações impostas por cada um dos métodos quando aplicados individualmente. Para este efeito, o domínio do problema é subdividido e as formulações BEM e o MFS são aplicadas a cada um dos subdomínios. As formulações são devidamente acopladas através da imposição das necessárias condições de fronteira. Estes modelos são formulados no domínio da frequência, ou seja, após a aplicação de transformadas de Fourier no domínio do tempo. Estes modelos numéricos são verificados por comparação dos resultados com soluções previamente conhecidas. A eficácia das formulações propostas é avaliada determinando o tempo de cálculo e a precisão dos resultados obtidos. Numa primeira fase propõem-se formulações envolvendo apenas meios acústicos. Numa segunda fase são propostas formulações desenvolvidos e implementadas para meios elásticos e fluidos. As potencialidades das formulações desenvolvidas são evidenciadas pela resolução de vários problemas práticos. Após a aplicação do método a meios infinitos e semi-infinitos, as formulações são adaptadas para permitir a determinação do isolamento acústico conferido por paredes contendo inclusões (cavidades dos blocos), as quais podem ser finas (encaixes entre blocos). Para este efeito são utilizadas funções de Green deduzidas para um sistema constituído por um meio elástico homogéneo, confinado por dois meios fluidos. A utilização dessas soluções fundamentais permite evitar a discretização das faces das paredes. A avaliação do isolamento sonoro a sons de condução aérea conferido por várias paredes de alvenaria de blocos de betão, fabricados com incorporação de regranulado de cortiça expandida, é realizada após a caracterização experimental das composições de betões e dos blocos utilizados no fabrico das paredes de alvenaria. Os resultados obtidos são validados com aqueles obtidos nas câmaras acústicas construídas no ITeCons. Ainda na componente experimental desta tese, detalha-se o trabalho realizado na caracterização das câmaras acústicas, identificando-se a cadeia de medição implementada e os testes experimentais realizados.

Several studies have evidenced that the introduction of cork in concretes influences positively their mechanical, thermal and acoustic behaviour. Portugal is the world's largest producer of cork, so the development of alternative uses with this material is very important, particularly for its wastes. The present thesis evaluates the advantages of incorporating cork waste in the fabrication of blocks, particularly in acoustic behaviour given by masonry walls built with such blocks. It is intended that this evaluation is numerically performed and experimentally validated. Due to the complexity of the geometry, it is of great interest to develop more efficient numerical formulations. The main aim of this thesis is the development and implementation of new numerical models, based in coupling formulations between the Boundary Element Method (BEM) and the Method of Fundamental Solutions (MFS), for the evaluation of sound insulation, conferred by these studied walls. It’s intended to overcome the limitations imposed by each of these methods when applied individually. For this purpose, the problem domain is subdivided and BEM and MFS formulations are applied to each of the subdomain. The formulations are properly coupled by imposing the necessary boundary conditions. These models are formulated in the frequency domain, in other words after applying Fourier’s transforms at the time domain. These numerical models are verified by comparing the results with previously known solutions. The effectiveness of the proposed formulations is evaluated by determining the calculation time and accuracy of the results obtained. In a first stage formulations involving only acoustic media are proposed. In a second stage developed formulations are proposed and implemented for elastic and fluid medium. The potential of the developed formulations is evidenced by the resolution of several practical problems. After applying the method to infinite and semi-infinite medium, the formulations are adapted to allow determination of acoustic insolation given by walls containing inclusions (cavities of the blocks), which can be thin (joints between blocks). For this purpose Green’s functions deduced for a system made by a homogeneous elastic medium and confined by two fluid medium are used. The use of these fundamental solutions avoids the discretization of the faces walls. The evaluation of the airborne sound insulation conferred by several masonry walls of concrete blocks, manufactured with the incorporation of expanded cork regranulate, is carried out after the experimental characterization of the concrete compositions and concrete block used on masonry walls. The obtained results are validated on acoustic chambers built in ITeCons. The obtained results are validated on acoustic chambers built in ITeCons. Still within the experimental component of this thesis, the work carried out on the characterization of the acoustic chambers is also detailed, and both the implemented measurement network and the performed experimental tests are identified.