Estudo da absorção sonora de materiais granulares e sistemas híbridos com estruturas ressonantes

Palavras-chave: Materiais Porosos Granulares,Betão poroso,Incidência difusa,Metabetão poroso,Granular porous materials,Diffuse incidence,Porous concrete,Metaporous concrete

Materiais porosos absorventes sonoros são de grande interesse para soluções de controle de ruído passivo. A presente tese de doutoramento apresenta estratégias eficazes para o desenvolvimento de soluções otimizadas para aplicação em meios exteriores, sem necessidade de reforço estrutural.  O estudo de materiais porosos granulares com agregados de argila expandida procurou entender a influência da relação água cimento, da espessura e do tamanho dos agregados no coeficiente de absorção sonora exibido por estes materiais quando diretamente expostos à incidência de ondas sonoras no exterior. Estes materiais foram caracterizados experimentalmente com técnicas não destrutivas, e os seus parâmetros macroscópicos obtidos com utilização de um método inverso, possibilitando a previsão do coeficiente de absorção sonora com o modelo semifenomenológico de Horoshenkov-Swift.  Para o estudo do comportamento absorvente considerando incidência difusa, um modelo BEM 3D foi proposto e validado de maneira satisfatória, permitindo a aplicação de geometrias irregulares em painéis de absorção sonora de tamanho finito. Este modelo possibilita a análise de configurações em que as irregularidades geométricas superficiais proporcionam um acréscimo no coeficiente de absorção numa determinada gama de frequências. Este assunto é de grande interesse, considerando que materiais do tipo betão poroso possuem curvas do coeficiente de absorção sonora compostas por picos e vales.  O conceito denominado Metabetão poroso é definido e apresentado, correspondendo ao acoplamento entre dois dispositivos de absorção sonora, nomeadamente material poroso (betão poroso com agregados leves) e ressoadores acústicos embutidos. Dois modelos FEM, um 2D e outro 3D, foram propostos e validados para o estudo da otimização da geometria desta solução híbrida, com o objetivo de atingir um acréscimo de eficácia no coeficiente de absorção sonora. Por último, apresenta-se uma estratégia de previsão do comportamento absorvente considerando incidência difusa, para uma metasuperfície de tamanho finito com 12 m^2 de área. Para além das considerações finais, enumeram-se algumas ideias para trabalhos futuros.  Esta tese foi desenvolvida no âmbito do Projeto POCI-01-0247-FEDER-033990 (iNBRail), financiado por fundos FEDER através do COMPETE 2020, Portugal 2020. Esta tese foi igualmente apoiada por fundos FEDER através do Programa Operacional Fatores de Competitividade - COMPETE e por fundos nacionais através da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia, no âmbito do projeto POCI-01-0145-FEDER-007633 (ISISE) e através do Programa Operacional Regional CENTRO2020 no âmbito do projeto CENTRO-01-0145-FEDER-000006. O apoio da COST (European Cooperation in Science and Technology) através da Ação COST CA15125 – DENORMS: “Designs for Noise Reducing Materials and Structures” é aqui igualmente reconhecido pelas oportunidades concedidas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias