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FÍSICA APLICADA A LA ARQUITECTURA CÁTEDRA ex- Famá APUNTES DE CÁTEDRA Arq. Noelia Palermo Colaboración: Arq. Graciela La Spina Arq. Diana Laufer 2020 ” ACUSTICA Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA à la ARQUITECTURA 2020 ACÚSTICA La acústica es quizá la ciencia más antigua. Interviene en dos artes importantes de la antigúedad: la música y la arquitectura. Entonces, se vinculaba esencialmente a las nociones de número y armonia. En cuanto se refiere a la arquitectura, los antiguos construian principalmente monumentos destinados a las reuniones de multitudes, palacios, templos, basilicas, teatros. Ahora bien, el problema que alli se planteaba consistia en lograr que miles de espectadores oyesen con igual claridad. Los arquitectos de la antigúedad, supieron reunir al menos en lo que a los teatros al aire libre se refiere, la belleza puramente arquitectónica y la perfecta adaptación acústica del momento a sus fines. Las casas por entonces, eran muy simples y por rara excepción tenian más de un piso. No habia vecinos que molestaran, las calles eran tranquilas, no se planteaba el problema de la defensa contra ruidos molestos. Hoy en dia, revisten otro aspecto muy distinto las cuestiones de acústica arquitectónica, tenemos teatros cubiertos, nuestras casas se extienden a lo largo, a lo ancho y a lo alto. Vivimos juntos unos encima de otros, tabiques ligeros, fijos a una estructura de hormigón armado donde limitamos lo público de lo privado. Pero los tabiques vibran, el hormigón transmite los sacudimientos del edifício sin atenuarlos, y no hace falta enumerar las incontables fuentes de ruidos, consecuencia de la civilización y el avance de las ciudades. El ruido, cansa, exaspera y desgasta, entonces buscamos formas Es de defendemos de el. Por lo tanto los arquitectos somos los que debemos encargarnos de la aislación sonora de las casas, al igual que debemos ocuparnos de construir espacios apropiados para actividades tales como teatros, salas de música etc. y que sean acústicamente correctas para tales funciones. El problema a resolver se divide en dos, existen tanto casas viejas como nuevas ya construidas, en las cuales nada se ha previsto y que deben acondicionarse a posteriori, y hay por otra parte, casas proyectadas aun no construidas, en las cuales puede preverse desde el inicio medidas de protección. Para poder diagnosticar y entender de qué estamos hablando y asi tomar medidas según sea el caso debemos empezar por el principio. Conociendo que es el sonido, y todas las caracteristicas que lo definen, y por otro lado, conocer perfectamente los materiales de la construcción con los que trabajamos y sus propiedades, para aplicarlos según sea el caso. Arg. Noelia Palermo Colaboración: Arq. Graciela La Spina / Arq. Diana Laufer Página 2 de 27 Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA à la ARQUITECTURA 2020 DE az amplitud Mayor elongación de lacresta Db Az longitud de onda: Distancia entre dos crestas m t (seg) F =frecuencia. cantidad de oscilaciones en la unidad de tiempo Hz T =Periodo: tiempo que tarda un punto móvilen realizar una oscilación completa. 1Hz Propagación del sonido La velocidad con que el movimiento oscilatorio se transmite de un campo a otro, varia de acuerdo con la materia en que el sonido se propaga. Es la velocidad de la propagación del sonido. Para que un sonido se transmita, debe existir un medio elástico entre el cuerpo emisor y el receptor. Un medio elástico es un espacio que permite y facilita la circulación de cuerpos o al menos el paso de energia. Ese medio transmisor puede ser: Gaseoso. Como por ejemplo el aire. Los sonidos se propagan en el aires exactamente igual que sobre la superficie de un líquido. Teóricamente, cuando un sonido se emite desde un lugar suficientemente alejado de todo obstáculo, se propaga uniformemente hacia todas las direcciones, como ondas esféricas. (lo veremos claramente en el agua, donde se puede visualizar el fenómeno) Liquido. Sumergidos en el interior de una piscina podemos percibir los sonidos provenientes de la superficie. En el agua, la densidad varia mucho en función de factores como la profundidad, Arg. Noelia Palermo Colaboración: Arq. Graciela La Spina / Arq. Diana Laufer Página 4 de 27 Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA à la ARQUITECTURA 2020 la temperatura o la salinidad y sí hay que tenerlos en cuenta. La propagación del sonido en el agua, es el fundamento de los SISTEMAS DE SONAR utilizados en barcos y submarinos para detectar obstáculos u objetivos y envio de datos codificados. Para aplicaciones sonar las frecuencias que se utilizan corresponden a los ultrasonidos, * Sólido. En general, el sonido o las ondas mecánicas (que es lo mismo) viajan a mayor velocidad en los sólidos que en los líquidos o gases. Esto se debe a que la velocidad de las ondas mecánicas la determina una relación entre las propiedades elásticas del medio en que se propagan y la masa por unidad de volumen de éste (densidad). Los materiales sólidos rígidos tienen un alto módulo de elasticidad; por tanto, cuando se les aplica una fuerza externa se recuperan rápidamente (mucho más rápido que los gases y los líquidos) sin deformarse. La densidad es mayor pero gana el factor de la elasticidad y por eso se propaga más rápido el sonido. El método que utilizaban los indios para saber si se aproximaban cabalgando, demuestra que los sólidos también transmiten sonidos. Arg. Noelia Palermo Colaboración: Arg. Graciela La Spina / Arg. Diana Laufer Página 5 de 27 Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA à la ARQUITECTURA 2020 Infrasonidos: la principal aplicación es la detección de grandes objetos, pueden llegar más lejos que las demás ondas, algunos animales de comunican por infrasonidos como los elefantes. Aparatos como calderas, aviones o automóviles emiten sonidos en este rango de frecuencia. Ultrasonido: Es una onda acústica o sonora cuya frecuencia está por encima del umbral de audición del oido humano (20.000 Hz). Algunos mamíferos como los delfines y los murciélagos lo utilizan de forma parecida al radar en su orientación. A este fenómeno se lo conoce como eco localización. Se trata de que las ondas emitidas por estos animales son tan altas que “rebotan” fácilmente en todos los objetos alrededor de ellos, esto hace que creen una “imagen” y se orienten en donde se encuentran. En medicina los aparatos que utilizan el ultrasonido son las ecografias, el eco doppler etc. El radar también opera con ultrasonidos. El radar “detección y medición [de distancias] por radio”) es un sistema que usa ondas electromagnéticas para medir distancias, altitudes, direcciones y velocidades de objetos estáticos o móviles como aeronaves, barcos, vehículos motorizados, formaciones meteorológicas y el propio terreno. Su funcionamiento se basa en emitir un impulso de radio, que se refleja en el objetivo y se recibe tipicamente en la misma posición del emisor. A partir de este “eco” se puede extraer gran cantidad de información. El uso de ondas electromagnética con diversas longitudes de onda permite detectar objetos más allá del rango de otro tipo de emisiones (luz visible, sonido, ete.) Caracteristicas del sonido Ya vimos las caracteristicas físicas de una onda, las cuales pueden expresarse en cifras tal como vimos antes. Eso nos facilita la expresión exacta de las cualidades de los sonidos y los ruidos, y las principales que deben tomarse en consideración las describimos a continuación. Repasemos el grafico de las ondas ya que para entender las características del sonido hay primero que tener presentes las características de las ondas. CRESTA LONGITUD DE ONDA Tiempo Arg. Noelia Palermo Colaboración: Arq. Graciela La Spina / Arq. Diana Laufer Página 7 de 27 Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA à la ARQUITECTURA 2020 A continuación describiremos las características del sonido, mediante sus gráficos y sus parámetros podremos entender que es lo que varia y como cambia el sonido. Intensidad Es la propiedad del sonido que hace que éste se capte como fuerte o débil. La intensidad acústica es una magnitud que da la idea de la cantidad de energia que está fluyendo por el medio como consecuencia de la propagación. La intensidad está determinada por la amplitud y nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. DB Tiempo SONIDO DEBIL (Intensidad baja) DB Tiempo SONIDO FUERTE (Intensidad alta) Altura Es la cualidad del sonido mediante la cual el oído le asigna un lugar en la escala musical permitiendo por tanto distinguir entre los graves y agudos. La magnitud física que está asociada al tono o altura es la frecuencia, la frecuencia se mide en ciclos por segundo o hercios (Hz). = vibración lenta = baja frecuencia = sonido grave. Arg. Noelia Palermo Colaboración: Arq. Graciela La Spina / Arq. Diana Laufer Página 8 de 27 Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA à la ARQUITECTURA 2020 Ruido: sonido no deseado El ruido acústico es aquel ruido (entendido como sonido molesto) producido por la mezcla de ondas sonoras de distintas frecuencias y distintas amplitudes. La mezcla se produce a diferentes niveles ya que se conjugan tanto las frecuencias fundamentales como los armónicos que las acompaiian. La representación gráfica de este ruido es la de una onda sin forma Se Ilama contaminación acústica o contaminación sonora al exceso de sonido que altera las condiciones normales del ambiente en una determinada zona. Si bien el ruido no se acumula, traslada o mantiene en el tiempo como las otras contaminaciones, también puede causar grandes dafios en la calidad de vida de las personas si no se controla bien o adecuadamente. Eltérmino "contaminación acústica” hace referencia al ruido (entendido como sonido excesivo y molesto), provocado por las actividades humanas (tráfico, industrias, locales de ocio, aviones, etc.), que produce efectos negativos sobre la salud auditiva, física y mental de los seres vivos. Este término está estrechamente relacionado con el ruido debido a que esta se da cuando el ruido es considerado como un contaminante, es decir, un sonido molesto que puede producir efectos nocivos fisiológicos y psicológicos para una persona o grupo de personas. Las principales causas de la contaminación acústica son aquellas relacionadas con las actividades humanas como el transporte, la construcción de edificios y obras públicas, las industrias, entre otras. SALUD Y NIVELES DE RUIDO En decibelios (dBs) Silencio 0 Efectos del ruído prolongado —o - q20dBs= pisada E 10 “sobre el organismo: Eita del esirés, problemas de suefio, E umbral Viento en los árboles 20 falta de descanso, hipertensión, + del dolor E ' ansiedad, dolor de cabeza, Conversación en voa baja IR 34 problemas digestivos, etc Biblioteca JN 40 SA Sa A Despacho tranquilo. NNNS 50 Niv e! propuesto por la OMS. Re “=" alaire libre= 55 dBs Re Tráfico de una ciudad PS so Aspirador. RS 50 | f Motocicleta con escape ruidoso NNE 100 “ER “= Concirto de ro RS 120 k Marto neumático RR 130 4 Despegue de avién ERR 150 j aci Elst de nato E so Y Ambiente BM Ambiente MM Ambiente MM Ambiente MM Ambente silencioso poco ruidoso ruidoso molesto insoportable E ABC | Fuente: Instituto Botanical Arq. Noelia Palermo Colaboración: Arq. Graciela La Spina / Arg. Diana Laufer Página 10 de 27 Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA a la ARQUITECTURA 2020 Velocidad de una onda La velocidad o dinámica de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las caracteristicas de la onda o de la fuerza que la genera. La velocidad de una onda es constante dentro del mismo medio. La fórmula que utilizamos para calcular la velocidad de una onda es la siguiente: V=A-f V: VELOCIDAD, se mide en metros/segundo (m/s) À: LONGITUD DE ONDA, se mide en metros [m) f: FRECUENCIA, Se mide en Hertz o ciclos/segundo (Hz, 1ciclo/seg.) Velocidad de propagación Ciertas características de los fluidos y de los sólidos influyen en la onda de sonido. Es por eso que el sonido se propaga en los sólidos y en los líquidos con mayor rapidez: que en los gases. En general cuanto mayor sea la compresibilidad del medio tanto menor es la velocidad del sonido. EsT, MEDIO VELOCIDAD DEL SONIDO Gaseoso Aire (20ºC ) iqui | Agua (257€ ) Liquido Agua de Mar (25ºC ) Solido Corcho aso Vidrio común 5.200 Vacio Vacio [) También la densidad es un factor importante en la velocidad de propagación, en general a mayor sea la densidad a igualdad de todo lo demás, tanto mayor es la velocidad de la propagación del sonido. Fenómenos acústicos Leyes de la reflexión Arg. Noelia Palermo Colaboración: Arq. Graciela La Spina / Arq. Diana Laufer Página 11 de 27 Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA à la ARQUITECTURA 2020 NORMAL Angulo de Onda incidencia incidente , Medio 1 (Aire) Medio 2 (agua) Onda |. Ratractada Angulo de refraccion La refracción es la curvatura de las ondas cuando entran en un medio donde su velocidad es diferente. La refracción con el sonido no es un fenómeno tan importante como con la luz, donde es responsable de la formación de imágenes por lentes, por el ojo, cámaras, etc. El ângulo de refracción ya no es igual al de incidencia como pasaba en la reflexión La refracción también puede producirse dentro de un mismo medio, cuando las características de este son homogéneas, por ejemplo, cuando de un punto a otro de un medio aumenta o disminuye la temperatura. Las ondas sonoras se desvian cuando algunas partes de sus frentes viajan a distintas velocidades, por ejemplo cuando hay mucho viento, o cuando el sonido viaja por aire a diferentes temperaturas. A esta desviación del sonido se le Ilama refracción. También hay refracción del sonido debajo del agua, porque también le afecta la temperatura. Esto causa un problema para los barcos que hacen rebotar ondas ultrasónicas en el fondo del mar, para cartografiarlo. Arq. Noelia Palermo Colaboración: Arq. Graciela La Spina / Arg. Diana Laufer Página 13 de 27 Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA à la ARQUITECTURA 2020 Punto 8 Aire frio Pura A Aire caliente a Aire caliente PI Lol / Aire frio Fenómenos acústicos Leyes de la reflexión: reverberación, resonancia y eco. Reverberación Son las sucesivas reflexiones de una onda sonora (ondas superpuestas), que Ilegan al oyente antes de la extinción de la onda directa. Eno de Hogaca det somo darão y de ls primas rediensceus a sam secos Se produce generalmente en un recinto cerrado cuando un frente de onda directa incide contra las paredes, suelo y techo del mismo. El conjunto de dichas reflexiones constituye lo que se denomina campo reverberante. Las ondas superpuestas permanecen en el aire una vez que la fuente dejo de emitirlo. A estose le llama permanencia acústica y mide 1/10 de segundo. Arg. Noelia Palermo Colaboración: Arq. Graciela La Spina / Arq. Diana Laufer Página 14 de 27 Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA à la ARQUITECTURA 2020 Lo mismo pasa con las partes de los edificios, si golpeamos en un piso de cemento, este vibrara por un lapso mayor o menor según la violencia de nuestro golpe pero siempre con una frecuencia propia. Esta frecuencia puede ser infra o ultra sonora, según sea inferior o superior a la de los sonidos que el oído humano percibe y esta determinada por las formas y dimensiones del piso y la naturaleza de los materiales empleados en el. La amplitud de la onda sonora aumenta. Por ejemplo, si instalamos un motor sobre el piso, si la frecuencia de las fuerzas generadas por el motor es próxima a las frecuencias del piso sobre el cual está instalado, este último sufrirá deformaciones vibratorias muy importantes, habiendo resonancia los accidentes son muy posibles. Por eso al instalarse un motor, debe interponerse entre este y el edificio un dispositivo amortiguador (que absorba la vibración) como por ejemplo e! caucho. Bases anti vibratorias Elementos anti vibratorios. Como resortes, piso flotante y goma. Eco Es un fenómeno producido cuando una onda mecânica se refleja sobre alguna superficie y vuelve hacia su emisor. El efecto acústico es producido por la reflexión del sonido una vez superada la persistencia acústica (reverberación). Cuando la persistencia acústica supera la décima de segundo nuestro cido distingue dos sonidos, el que va y el que vuelve. Como la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s, recorrerá 34m en una décima de segundo. Por tanto, para que se produzca el eco, el obstáculo debe estar situado como mínimo 17m del foco emisor. De forma que el sonido recorrerá 17m para ir y otros 17 mal volver el sonido reflejado. El caso de las ondas electromagnéticas, el fenómeno es utilizado en el radar. Para triangular la posición de los objetos a través de su eco. * Porencima de 17 m tenemos eco, porque el oído capta el sonido original y el sonido reflejado como dos sonidos distintos. en este caso la persistencia acústica supera la decima de segundo. * Pordebajo de una décima de segundo o de 17 m tenemos reverberación. Arg. Noelia Palermo Colaboración: Arq. Graciela La Spina / Arq. Diana Laufer Página 16 de 27 
