ESTUDO DE BARREIRA ACÚSTICA PARA TRENS DE ALTA VELOCIDADE NO TRAJETO RIO DE JANEIRO-CAMPINAS (REGIÃO DE ITATIAIA) Felippe Teixeira de Mendonça

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1 ESTUDO DE BARREIRA ACÚSTICA PARA TRENS DE ALTA VELOCIDADE NO TRAJETO RIO DE JANEIRO-CAMPINAS (REGIÃO DE ITATIAIA) Felippe Teixeira de Mendonça Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientador: Jules Ghislain Slama Rio de Janeiro RJ, Brasil Março de 2014

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica DEM/POLI/UFRJ ESTUDO DE BARREIRA ACÚSTICA PARA TRENS DE ALTA VELOCIDADE NO TRAJETO RIO DE JANEIRO-CAMPINAS (REGIÃO DE ITATIAIA) Felippe Teixeira de Mendonça PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO MECÂNICO. Aprovado por: Prof. Jules Ghislain Slama, DSc Prof. Fernando Augusto Noronha Castro Pinto, Dr. Ing Prof. Ricardo Eduardo Musafir, DSc RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL MARÇO DE 2014 i

3 Mendonça, Felippe Teixeira de. Estudo de Barreira Acústica para Trens de Alta Velocidade no Trajeto Rio de Janeiro-Campinas (Região de Itatiaia) / Felippe Teixeira de Mendonça. Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, VIII, 56 p.: il.; 29,7 cm. Orientador: Jules Ghislain Slama, DSc Projeto de Graduação UFRJ / POLI / Engenharia Mecânica, Referências Bibliográficas: p Ferrovias. 2. Trem de Alta Velocidade. 3. Ruído Ferroviário. 4. Simulação computacional 5. Barreiras Acústicas I. Felippe Teixeira de Mendonça II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Mecânica. III. Estudo de Barreira Acústica para Trens de Alta Velocidade. ii

4 Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção de grau de Engenheiro Mecânico. ESTUDO DE BARREIRA ACÚSTICA PARA TRENS DE ALTA VELOCIDADE NO TRAJETO RIO DE JANEIRO-CAMPINAS (REGIÃO DE ITATIAIA) Orientador: Jules Ghislain Slama Curso: Engenharia Mecânica Felippe Teixeira de Mendonça Março/2014 Neste trabalho, serão analisados os regulamentos e normas no que diz respeito aos níveis de ruído referente ao transporte ferroviário, para em seguida abordar de forma mais detalhada o estudo desses níveis em áreas próximas à linha do trem na região de Itatiaia e o uso de barreiras acústicas de modo a mitigar esse efeito. Serão feitas estimativas dos níveis de ruído, tanto pelo método matemático como por simulações através do uso de programa computacional. Finalmente, será feita uma comparação desses níveis e aqueles aceitos pela legislação brasileira para em seguida simular o uso de barreiras acústicas para que esses níveis de ruído possam se adequar a essa legislação. Palavras Chave: Ferrovias, Trem de Alta Velocidade, Ruído Ferroviário, Simulação Computacional, Barreiras Acústicas. iii

5 Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Engineer. Study of Noise Barrier for High Speed Trains on the route Rio de Janeiro Campinas (Itatiaia Area) Advisor: Jules Ghislain Slama Course: Mechanical Engineering Felippe Teixeira de Mendonça March/2014 In this paper, the regulations and standards regarding railway noise levels will be analyzed. The noise levels in areas near the railroad in Itatiaia and the use of noise barriers to mitigate these effects will be discussed in detail. The estimates of these levels will be made, both by mathematical method and by simulations using computer software. Finally, we will compare these noise levels with the accepted by Brazilian legislation and simulate the use of noise barriers so them can be adapted to such legislation. Key Words: Railway, High Speed Train, Train Noise, Computational Simulation, Noise Barriers. iv

6 AGRADECIMENTOS À minha família, por me apoiar e acreditar sempre em mim. Ao professor Jules e a equipe do LAVI, pela paciência, orientação e toda ajuda sempre que necessário. À Isabel Aché que me apoiou e incentivou de forma decisiva na parte final do processo. v

7 SUMÁRIO 1 Introdução Revisão Bibliográfica Estudo da Propagação do Som Ruído Ferroviário Materiais e Métodos Simulações dos Níveis de Ruído Seleção de Material para Barreiras Conclusão Referências Bibliográficas...55 vi

8 1 INTRODUÇÃO O trajeto do Trem de Alta Velocidade entre as cidades do Rio de Janeiro e Campinas-SP tem como objetivo interligar os aeroportos do Galeão, Guarulhos e Viracopos às suas regiões metropolitanas, além de conectar as duas principais cidades do país. Um estudo publicado pelo Instituto Brasileiro de Opinião Pública (IBOPE, 2013) mostra que 79% dos entrevistados concordam que o trem de alta velocidade é necessário para modernizar o transporte de passageiros no país. Ao serem questionados se optariam por esse meio de transporte, 86% dos entrevistados disseram que escolheriam o trem em comparação a outros meios de transporte. As ferrovias, desde a fase de construção até a operação, são equipamentos modificadores do meio ambiente. Um dos impactos mais perceptíveis às pessoas no que se refere à operação de trens de alta velocidade é o ruído. Para mitigar os efeitos do ruído ferroviário, alguns procedimentos podem ser adotados, como o uso de janelas acústicas em casas próximas à linha férrea, adequação do sistema de absorção sonora do motor, compressores e exaustores da locomotiva, diminuição da corrugação na superfície dos trilhos e das rodas, utilização de absorvedores de vibração nas rodas e o uso de barreiras acústicas. A motivação para este trabalho foi a demanda pela empresa Alstom, companhia líder mundial em infraestrutura para geração e transmissão de energia e transporte ferroviário, para a escolha do lugar de implantações de barreiras acústicas no trajeto do trem de alta velocidade Rio de Janeiro Campinas. O objetivo deste trabalho foi estudar o uso de barreiras acústicas a fim de se reduzir a exposição ao ruído de pessoas que residam no entorno da linha do trem de alta velocidade, através da análise do trajeto definido pela Agência Nacional de Transportes Terrestres - ANTT (estudo realizado pela Halcrow Group Ltd e a Sinergia Estudos e Projetos LTDA), da verificação de áreas onde possivelmente haveria impacto sonoro ocasionado pela passagem do trem e da estimativa dos níveis de ruído provenientes de trens de alta velocidade na região escolhida (Itatiaia). 1

9 O trabalho foi desenvolvido em duas etapas. Primeiro, foi feita uma revisão bibliográfica dos principais temas pertinentes para o desenvolvimento desse estudo, no que tange o ruído ferroviário e seus efeitos na saúde. Na segunda etapa do projeto, foram estimados os níveis de ruído a que estarão expostos os moradores de áreas próximas à linha do trem na região escolhida com e sem o uso de barreiras acústicas. 2

10 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste capítulo a revisão da literatura necessária ao estudo desenvolvido é apresentada. Da descrição de ruído, aos seus efeitos na saúde das pessoas, passando pelos métodos de medição e estimação de seus níveis e pelas legislações quanto aos limites estabelecidos. 2.1 ACÚSTICA AMBIENTAL Segundo a Organização Mundial de Saúde (Berglund, Lindvall, Schwela, 1999), o ruído ambiental (também chamado de ruído residencial, ruído doméstico ou ruído comunitário) é definido como o ruído emitido por todo tipo de fontes, com exceção do ruído dentro de locais industriais. Dentre as principais fontes de ruído ambiental estão o ruído proveniente de construções, do trabalho público, da vizinhança (restaurantes, cafeterias, boates, estacionamentos, parques, entre outros) e do tráfego aéreo, rodoviário e ferroviário (este último, sendo o escopo desse trabalho). 2.2 EFEITOS DO BARULHO NOCIVOS À SAÚDE O controle do ruído ambiental é importante, pois a exposição a um nível elevado pode afetar a capacidade de se realizar atividades, de lidar com o estresse do dia-a-dia, de trabalhar produtivamente e de poder assim contribuir com sua comunidade, de acordo com a própria Organização Mundial de Saúde (OMS). Em Mental Health: Strengthening Our Response, de 2010, a instituição define a saúde como um completo estado de bem-estar físico, mental e social, e não apenas a ausência de doença ou enfermidade. Além do efeito na saúde mental das pessoas, como alterações no sono, aumento no nível de estresse, interferência na comunicação e no comportamento social, irritabilidade e ansiedade, níveis de ruído elevados também causam problemas na saúde física, podendo desencadear problemas cardiovasculares e perda de audição NÍVEIS DE RUÍDO, PERPECPÇÃO, INCÔMODO E SAÚDE Estamos constantemente recebendo estímulos sonoros provenientes de diferentes fontes ao redor de nós. Porém, nem todos esses estímulos são prejudiciais à 3

11 saúde humana. O sistema auditivo e seu mecanismo de percepção do som são importantes, por exemplo, para controlar nosso sistema de alerta e vigília, além de ser fundamental para a comunicação. Por outro lado, existem sinais sonoros que em níveis elevados ou trabalhando junto com diferentes fontes, podem ser prejudiciais à saúde, à perfeita comunicação e ao conforto das pessoas, entre outros. Nos próximos itens, será descrita a relação entre os níveis de ruído e suas ações em diferentes situações para que seja possível analisar o quanto um ruído pode ser prejudicial. a) SAÚDE FÍSICA DO APARELHO AUDITIVO Segundo a ISO Standard 1999 (ISO 1990), as situações abaixo descritas podem causar perdas auditivas: 1) Picos de pressão de 140 dba (no caso de crianças, esse nível seria de 120 dba) 2) Exposição contínua à níveis de pressão acima de 80 dba (se combinado com vibrações ou com o uso de algumas drogas, como alguns antibióticos e antidepressivos, ou produtos químicos prejudiciais para o ouvido, como n-butanol, monóxido de carbono, manganês, entre outros, esse nível cai para 70 dba) O aparelho auditivo consegue tolerar níveis de ruído em torno de 90 dba por no máximo duas horas. A 100 dba, danos já podem ser percebidos em apenas 15 minutos de exposição contínua. Apenas 1 minuto de exposição contínua é suficiente para causar perdas auditivas, quando o nível de pressão atinge 110 dba. Níveis de ruído superiores a 120 dba podem levar à dor física, causadas pelo impacto das ondas sonoras no aparelho auditivo. Acima de 140 dba, danos instantâneos podem ocorrer no nervo vestibulococlear. b) SONO Para a OMS, no cenário ideal, onde não haja qualquer distúrbio para a qualidade de sono das pessoas, o nível de ruído constante no interior do cômodo não deve ultrapassar 30 dba e não deverá ter picos de pressão acima de 45 dba. 4

12 c) COMUNICAÇÃO Como dito anteriormente, os ruídos podem causar interferência na comunicação das pessoas. Para a OMS, uma conversa pode ser totalmente clara com um nível de ruído de 35 dba no segundo plano e razoavelmente entendida com 45 dba de fundo. Se o nível de ruído for em torno de 65 dba, será necessário um aumento no esforço vocal dos envolvidos para que a comunicação seja eficaz. Na tabela 2.1 os valores considerados ideais para a OMS em cada tipo específico de ambiente podem ser analisados: TABELA 2.1 DIRETRIZES PARA RUÍDO AMBIENTAL - Berglund, Lindvall e Schwela AMBIENTE EFEITO CRÍTICO À dba TEMPO PICO SAÚDE (HORAS) Área ao ar livre Incômodo Intenso Incômodo Moderado Residência Dificuldade na Comunicação Incômodo Moderado Distúrbio no Sono Escolas Dificuldade na Comunicação 35 Durante as - aulas Hospital Dificuldade de repouso e recuperação de pacientes Mínimo possível Indústria, Perda auditiva comércio, shoppings e áreas de trafego Cerimônias, Perda Auditiva (5x ao ano) festas e eventos Música Perda Auditiva utilizando headphones Ruídos Impulsivos (Fogos, armas de fogo, brinquedos) Perda auditiva EXPOSIÇÃO AO RUÍDO A extensão dos efeitos do ruído ambiental é grande e segundo a OMS, na União Europeia 40% da população está exposta ao ruído originado pelo tráfego rodoviário com um nível de pressão sonora que pode ultrapassar 55 dba durante o dia. Desses 40%, 5

13 metade estaria exposta a níveis mais elevados, em torno de 65 dba (Lambert & Vallet, 1994). Considerando-se todos os ruídos provenientes dos sistemas de transporte europeu (rodoviário, ferroviário e aéreo), mais da metade da população vive em áreas que não asseguram conforto acústico aos residentes. Os efeitos do ruído ambiental gerados pelo transporte são ainda mais sentidos no período da noite, dado que um ambiente com baixos níveis de ruído é essencial para um bom sono e, consequentemente, uma boa qualidade de vida. Segundo a OMS, 30% da população europeia está exposta a níveis superiores a 55 dba, níveis esses que são prejudiciais ao sono. Nos países em desenvolvimento esses números são ainda mais alarmantes, uma vez que a regulação sobre o barulho é menos respeitada que nos países desenvolvidos. Mais pessoas estão expostas à níveis elevados de ruído, ainda pior, níveis muito superiores que os citados. Um estudo feito nas áreas de entorno de rodovias muito utilizadas em cidades de países em desenvolvimento mostrou que a exposição pode chegar a 80 dba, durante 24 horas por dia (Mage & Walsh, 1998). Um exemplo específico brasileiro é o aeroporto de Congonhas. Localizado na área central da metrópole de São Paulo, é densamente povoado em toda a área ao redor de sua posição. Segundo reportagem da Folha de São Paulo ( Barulho de Congonhas em nível inaceitável afeta 31 mil, 2011), estudos mostram que em alguns casos o pico de ruído é de 96 dba. 2.3 NORMAS NACIONAIS A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) possui duas normas principais que regulam os níveis aceitáveis de ruído. Vale ressaltar que esses níveis considerados pela ABNT são independentes da existência de reclamações. NBR Acústica - Avaliação do ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade Procedimento Na tabela 2.2 constam os valores do nível de critério de avaliação NCA (Níveis externos). 6

14 TABELA NBR ACÚSTICA AVALIAÇÃO DO RUÍDO EM ÁREAS HABITADAS, VISANDO O CONFORTO DA COMNUNIDADE - PROCEDIMENTO Tipos de áreas Diurno (dba) Noturno (dba) Áreas de sítios e fazendas Área restritamente residencial urbana ou de hospitais ou de escolas Área mista, predominantemente residencial Área mista, com vocação comercial e administrativa Área mista, com vocação recreacional Área predominantemente industrial Se o nível de ruído ambiente (Lra), for superior ao valor da tabela 2.3 para a área e o horário em questão, o NCA assume o valor do Lra. Como no Brasil não existem leis específicas para tratar de ruído ferroviário (ruído em sistemas lineares de transporte em geral), a Resolução do CONAMA Nº 1/90, que trata de ruídos em geral, para qualquer tipo de fonte, é utilizada. Essa resolução estabelece os parâmetros fixados por essa norma, NBR 10151, e por isso será utilizada para analisar os níveis de ruído provenientes do sistema ferroviário calculados nesse projeto com os limites por ela estabelecidos. TABELA NBR NÍVEIS DE RUÍDO PARA CONFORTO ACÚSTICO EM AMBIENTES DIVERSOS Locais Hospitais Apartamentos, enfermarias, berçários, centros cirúrgicos Laboratórios, áreas de uso público Serviços Escolas Bibliotecas, salas de música, salas de desenho Salas de aula, laboratórios Circulação dba

15 Hotéis Apartamentos Restaurantes, salas de estar Portaria, recepção, circulação Residências Dormitórios Salas de estar Auditórios Salas de concerto, teatros Salas de conferência, cinemas, salas de uso múltiplo Restaurantes Escritórios Salas de reunião Salas de gerência, salas de projeto e de administração Salas de computadores Salas de mecanografia Igrejas e Templos Locais para Esportes Pavilhões fechados para espetáculos e atividades esportivas NORMAS INTERNACIONAIS Com a finalidade de comparação das diferentes leis internacionais, serão mostradas nesse item algumas normas de diferentes países que regulam os níveis aceitáveis de ruído. De acordo com a Câmara Municipal de Brisbane, Austrália, os níveis aceitáveis de ruído na cidade são: TABELA 2.4 NÍVEIS DE RUÍDOS ACEITÁVEIS Local dba Residência Rua residencial (Diurno) Escritório

16 Já segundo o Conselho da cidade de Reading, Inglaterra, esses seriam os valores aceitáveis de ruído para que seja respeitado o conforto acústico dos residentes da cidade. TABELA 2.5 RUÍDO E PLANEJAMENTO DE PROCESSOS Residência Quarto Sala de estar Jardins e varandas Local dba O sistema de regulamentação e leis nos Estados Unidos é diferente em cada estado. Na tabela 2.6 podem ser verificadas as médias, de todos os estados do país, dos níveis aceitáveis para os Estados Unidos. TABELA 2.6 MÉDIA DOS NÍVEIS ACEITÁVEIS PARA OS ESTADOS UNIDOS AMBIENTE Residência (Quarto) Residência (Sala de Estar) Escolas Hospital EFEITO CRÍTICO À SAÚDE Incômodo e distúrbio do sono Incômodo e interferência na comunicação Dificuldade na Comunicação Dificuldade de repouso e recuperação de pacientes dba TEMPO PERÍODO (HORAS) 30 8 Noturno Diurno 35 8 Diurno Diurno e Noturno 9

17 3 ESTUDO DA PROPAGAÇÃO DO SOM A propagação do som se dá através de ondas mecânicas em meios materiais (gasosos, líquidos e sólidos). Essas ondas viajam tridimensionalmente no meio e de forma longitudinal. O som pode ser caracterizado por diversas características, dentre elas: tipo, amplitude, frequência, comprimento de onda, pressão sonora, intensidade e potência. Nesse capítulo, o foco se dará nas características mais importantes para o presente trabalho. 3.1 TIPO O som pode ser caracterizado dependendo de sua distribuição no tempo e da diferença entre seu nível de intensidade RUÍDO CONTÍNUO É aquele que se mantém em um nível com pouca variação ao longo do tempo. Nível de Intensidade Sonora (db) 75,00 74,00 73,00 72,00 71,00 70,00 69,00 68,00 67,00 66,00 65,00 Tempo FIGURA RUÍDO CONTÍNUO RUÍDO INTERMITENTE É aquele que apresenta variações significativas ao longo do tempo, em intervalos de tempo bem definidos. 10

18 Nível de Intensidade Sonora (db) 85,00 80,00 75,00 70,00 65,00 60,00 55,00 50,00 45,00 40,00 Tempo FIGURA RUÍDO INTERMITENTE RUÍDO IMPULSIVO É aquele que apresenta grandes variações em curtíssimos períodos de tempo (menores que um segundo). 92,00 Nível de Intensidade Sonora (db) 87,00 82,00 77,00 72,00 67,00 Tempo FIGURA RUÍDO IMPULSIVO 11

19 3.2 FREQUÊNCIA Quantidade de vezes que uma onda é repetida, por certa unidade de tempo. A unidade mais utilizada de frequência é o Hertz (Hz) e expressa o número de ciclos por segundo. 3.3 PRESSÃO SONORA A pressão sonora pode ser descrita como a diferença entre a pressão média do meio por onde o som está viajando e a pressão da onda sonora. t 0 () P = P+ P t (3.1) onde: P t Pressão total P 0 Pressão atmosférica local do ambiente P(t) Desvio da pressão sonora PRESSÃO SONORA EFICAZ É a raiz quadrada da média quadrática da pressão da onda sonora, medida em um certo ponto durante um certo intervalo de tempo. p ef 1 t p (t)dt = t 2 t 1 t (3.2) NÍVEL DE PRESSÃO SONORA (NPS) Ernst Heinrich Weber foi a primeira pessoa a mostrar, de uma maneira quantitativa, a resposta humana em relação a um estímulo físico. Weber descobriu que a diferença notável para humanos entre duas medidas não deveria ser medida diretamente pela diferença em si, mas a pela proporção dessa diferença em relação às medidas. 12

20 de dp= k (3.3) E onde: dp é a diferença na mudança de percepção k é o fator estimado empiricamente de é o aumento diferencial no estímulo E é o estímulo Integrando-se esta fórmula e considerando-se que no caso da percepção P (percepção)=0 para o E 0 (limite onde o estímulo é imperceptível), chega-se à fórmula 3.4. E P= kln (3.4) E 0 onde: P é a percepção do estímulo k é o fator de proporcionalidade E é o estímulo E 0 é o limite onde o estímulo é imperceptível No caso da percepção sonora, então, é utilizado o Nível de Pressão Sonora (NPS), que é a medida logarítmica da pressão sonora eficaz de um som relativamente a um valor de referência. O valor de referência utilizado como zero de pressão sonora (E 0 ) no ar é de 20 µpa (10-6 Pa) RMS, sendo este nível considerado o limite da audição humana (a 1 khz). O NPS, finalmente, é igual a dez vezes o logaritmo decimal da relação quadrática entre a pressão sonora eficaz e a pressão de referência, calculado pela fórmula

21 p NPS= 10 log = 20 log p 2 ef ef p 0 p0 (3.5) onde: NPS é o nível de pressão sonora p ef é a pressão sonora, medida em Pascal (Pa) p 0 é a pressão de referência (20 µpa, ou 0,00002 Pa) ADIÇÃO DE DIFERENTES PRESSÕES SONORAS (NÍVEL DE PRESSÃO SONORA COMPOSTA) No caso de diversas fontes sonoras independentes, o cálculo da soma de níveis de pressão sonora não é feito algebricamente. É necessário fazer a relação da soma das energias sonoras e depois retornar à fórmula de nível de pressão sonora. p + p + p p = = n n NPS 10log 10 2 i= 1 p0 p p p p 10log n p0 p0 p0 p0 (3.6) Temos que, pela fórmula (3.5), p = p 2 NPS i i , logo: n NPS NPS NPS NPS n NPS= 10log (3.7) i= NÍVEL DE POTÊNCIA SONORA É uma medida de potência sonora de uma fonte. L W = 10 log W w 10 0 (3.8) 14

22 onde: L w é o nível de potência sonora W 0 é a potência sonora de referência (10-12 Watts) W é a potência sonora da fonte 3.5 INTENSIDADE SONORA É descrita como a potência sonora recebida por uma certa unidade de área (perpendicular à direção do fluxo da onda). W I= (3.9) A onde: I é a intensidade W é a potência A é a área NÍVEL DE INTENSIDADE SONORA Mede a relação entre a intensidade sonora e a intensidade sonora de referência, pela seguinte fórmula: I LI= 10 log 10 I 0 (3.10) onde: L I é o nível de intensidade sonora I 0 é a intensidade sonora de referência (10-12 Watts/m 2 ) I é a intensidade sonora da fonte 15

23 3.6 NÍVEL DE PRESSÃO SONORA CONTÍNUA EQUIVALENTE (L Aeq ) Segundo a norma NBR 10151, é o Nível obtido a partir do valor médio quadrático da pressão sonora (com a ponderação A) referente a todo o intervalo de medição e é o parâmetro utilizado pelas principais normas brasileiras. O sinal sonoro emitido por trens numa certa área é intermitente, apresentado apenas no momento da passagem do trem. O Nível de Pressão Sonora Contínua Equivalente é o nível de um sinal contínuo hipotético com energia equivalente ao nível flutuante que está sendo calculado para cada passagem de trem ao longo do dia. Abaixo está exposto graficamente o Nível de Pressão Sonora emitida por trens ao longo de um período de tempo e o Nível de Pressão Sonora Contínua Equivalente. Nível de Pressão Sonora (dba) Tempo Nível de Pressão Sonora Nível de Pressão Sonora Contínua Equivalente FIGURA 3.4 NÍVEL DE PRESSÃO SONORA FLUTUANTE E SEU NÍVEL DE PRESSÃO SONORA CONTÍNUA EQUIVALENTE 3.7 DIFRAÇÃO POR BARREIRAS Obstáculos como barreiras acústicas que interceptam a trajetória do som entre a fonte e o receptor reduzem os níveis sonoros aos quais esse receptor está exposto. A fórmula de Kurze-Anderson quantifica essa atenuação, se utilizando do número de Fresnel (N 1 ), conforme abaixo: R ' R1 k N 1= = (R ' R 1) λ π 2 (3.11) 16

24 onde: R = r s +r r λ é o comprimento de onda k é o número de onda correspondente ao seu comprimento = 2 π/ λ FIGURA DIFRAÇÃO DO SOM POR UMA BARREIRA A fórmula de Kurze-Anderson (Kurze, 1968), para estimar a atenuação causada pela instalação de uma barreira, pode ser representada matematicamente por: 2πN = + 1 At 5 20log tanh 2 π N 1 (3.12) 3.8 CURVAS DE COMPENSAÇÃO Conforme discutido anteriormente, o aparelho auditivo não responde linearmente ao estímulos sonoros e suas diversas frequências. Um estudo feito por Fletcher e Munson, em 1933, resultou no que é conhecido como Curvas Isoaudíveis ou Isofônicas. Elas introduziram o conceito de Curvas de Compensação, que são utilizadas pelos instrumentos de medição de som, a fim de simular a percepção do aparelho auditivo. No gráfico de curvas de compensação, existem quatro filtros sonoros, sendo que o mais utilizado é o filtro A e sua unidade relacionada é o db(a) ou dba. A escala 17

25 é ligada ao risco de danos e possíveis perdas auditivas e por isso utilizada oficialmente em medições de ruídos ambientais e industriais. FIGURA CURVAS ISOFONICAS, FONTE: ISO 226:2003 FIGURA 3.7 CURVAS DE COMPENSAÇÃO, FONTE: Peter J Skirrow (WIKIPEDIA) 18

26 4 RUÍDO FERROVIÁRIO Nesse capítulo o foco se dará nos ruídos provenientes de ferrovias, suas fontes, atenuações e projeções de níveis de intensidade, a fim de que seja possível estudar métodos de mitigar seus efeitos. 4.1 FONTES A primeira fonte que vem à cabeça quando se pensa em transportes de uma maneira geral é proveniente dos sistemas de propulsão, seja ele o motor de um caminhão ou a turbina de um avião. Esse é, em grande parte dos casos, realmente a principal fonte de ruído. Mas não é a única. Em casos de transporte de alta velocidade, outro importante fator é o ruído gerado pelo fluxo de ar criado pela passagem do trem, por exemplo, chamado de ruído aerodinâmico. Por fim, no caso de transportes rodoviários e ferroviários, há mais uma fonte importante de ruído, que consiste na interação das rodas do veículo com o meio pelo qual ele trafega, como os trilhos no caso ferroviário ou o asfalto no caso rodoviário. Podemos, então, dividir o ruído ferroviário em três grandes grupos: ruído de propulsão, ruído aerodinâmico e ruído mecânico/estrutural da interação das rodas sobre os trilhos, como pode-se verificar na figura 4.1 (Hanson, Ross and Towers, 2012). FIGURA FONTES DE RUÍDO FERROVIÁRIO 19

27 4.1.1 RUÍDO DE PROPULSÃO É a principal fonte de ruído quando o trem se encontra em baixa velocidade (até 96 km/h), no regime de aceleração, saindo de sua posição estacionária. Nesse caso, o trem ainda não tem velocidade para proporcionar um nível de ruído aerodinâmico significativo e o ruído mecânico é muito inferior ao ruído de propulsão. Atualmente, a maior parte dos trens de alta velocidade são elétricos e, portanto, o ruído de propulsão é proveniente dos motores elétricos (ou eletromagnéticos) e dos exaustores (utilizados para diminuir a temperatura do maquinário). Esses exaustores são a principal fonte de ruído quando o trem está parado, uma vez que permanecem ligados para controlar a temperatura dos motores RUÍDO MECÂNICO/ESTRUTURAL Após sair da inércia, movido pelos motores elétricos, que geram grande parte dos ruídos no primeiro momento, os trens passam para o segundo regime de viagem, quando estão ainda em velocidade intermediária (entre 100 e 270 km/h) e acelerando para que possam, enfim, chegar às suas velocidades de cruzeiro. Nesse momento muito ruído é gerado pela interação das rodas do trem sobre os trilhos sobre os quais trafega. Rugosidades nas superfícies das rodas e dos próprios trilhos geram as vibrações que radiam esses ruídos. No caso do momento em que os trens estão desacelerando, os freios são mais uma fonte de ruído mecânico/estrutural além dessa interação roda-trilho RUÍDO AERODINÂMICO Ao atingir sua velocidade de cruzeiro (no caso dos trens de alta velocidade, acima de 270 km/h, podendo atingir até 350 km/h), o ruído aerodinâmico passa a ser a principal fonte sonora radiada pelos trens. Esse é causado pelo fluxo de ar passando, principalmente, no início e na parte final dos trens. No entanto, os elementos estruturais do trem (descontinuidade na superfície do trem, espaço entre os vagões e no sistema que alimenta o trem com a energia elétrica, montada na parte superior do trem) e a camada turbulenta gerada ao longo da superfície do trem também são significativas no ruído aerodinâmico. 20

28 4.2 ATENUAÇÕES O terreno por onde o trem viaja pode, por si só, reduzir um pouco o impacto do ruído ferroviário sentido pelos receptores. Além, logicamente, da distância entre os trilhos e os receptores ser importante na redução desses níveis de ruído. Diferenças de níveis do terreno podem servir como barreiras acústicas, reduzindo a exposição sonora. A tabela 4.1 mostra como esses desníveis podem reduzir o ruído ao longo da propagação do som. O regime A é quando o trem se encontra saindo da inércia (onde o ruído de propulsão é a principal fonte), enquanto o regime B é quando ele já se encontra em uma velocidade intermediária (ruído mecânico exercendo o principal papel na geração de ruídos) e, finalmente, o regime C seria o regime de velocidade de cruzeiro do trem (onde a principal fonte geradora é o ruído aerodinâmico). TABELA ATENUAÇÕES Trilhos em um corte raso TERRENO REDUÇÃO REGIME (dba) A 0 B 10 Trilhos em um corte profundo C 3 A 10 B 15 C 10 Trilhos em uma estrutura elevada A -4 21

29 B -4 C -2 Trilhos em um aterro A 0 B 5 C 0 Barreira A 0 B 10 C EXPOSIÇÃO SONORA ESTIMATIVA DE NÍVEL DE PRESSÃO SONORA CONTÍNUA EQUIVALENTE (MÉTODO AMERICANO) Nesse item será descrito como estimar o nível de pressão sonora contínua equivalente, segundo o estudo High-Speed Ground Transportation Noise and Vibration Impact Assessment (Avaliação do Impacto do Ruído e Vibração do Transporte Terrestre de Alta Velocidade) produzido pela área de administração federal de ferrovias do Departamento de Transporte Americano (FRA Federal Railroad Administration). Para se calcular o NPS (à uma distância de 15,25 metros da fonte sonora), precisamos de alguns parâmetros, conforme mostrados na tabela

30 TABELA 4.2 VALORES DE REFERÊNCIA PARA O CÁLCULO Parâmetro Sigla Regime Valores NPS de Referência NPS ref A (até 96 km/h) 86 dba B (entre 96 e 272 km/h) C (acima de 272 km/h) 93 dba 99 dba Coeficiente de Velocidade K A 3 B 17 C 47 Velocidade de Referência V ref A 32 km/h B C 144 km/h 192 km/h Comprimento Referência de L ref A 21 m B 202 m C 21 m Para estimar, então, o NPS produzido por um trem a 15,25 metros, usamos a seguinte fórmula: V NPS= NPS + K log + 10 log ref Vref L L ref (4.1) onde: NPS é o nível de pressão sonora NPS ref é o nível de pressão sonora de referência (vide tabela) K é o coeficiente de velocidade (vide tabela) V é a velocidade do trem V ref é a velocidade de referência (vide tabela) L No Regime A é o comprimento da locomotiva 23

31 No Regime B é o comprimento do trem No Regime C é o comprimento da locomotiva L ref é o comprimento de referência (vide tabela) Segundo o estudo, o L Aeq (para uma distância de 15,25 metros) é calculado pela fórmula 4.2, apresentada abaixo. Aeq 10 ( ) L = NPS+ 10 log F+ At 35, 6 (4.2) onde: NPS é o nível de pressão sonora F é o fluxo (número de trens por hora) At são as atenuações (conforme detalhado mais a frente) O fluxo ferroviário durante o período diurno é usualmente superior se comparado ao período noturno. Isto por que é durante o dia que a maior parte da população está se movimento para o trabalho ou saindo/chegando de viagem. Assim, podemos calcular diferentes valores de L Aeq para o dia e para a noite, alterando-se o parâmetro F. Para ajustar o valor de L Aeq para uma distância superior a 15,25 metros, deve-se utilizar a seguinte fórmula: L (x) = L (15, 25) 15log Aeq Aeq 10 x 15,25 (4.3) onde: x é a distância entre a fonte sonora e o receptor 24

32 4.3.2 ESTIMATIVA DE NÍVEL DE PRESSÃO SONORA CONTÍNUA EQUIVALENTE (MÉTODO EUROPEU) Aqui será descrito como é calculada a estimativa de nível de pressão sonora contínua equivalente, segundo o trabalho Reken- en Meetvoorschriften Railverkeerslawaai (Cálculo e medição de Controle de Tráfego Rodoviário). A fórmula para calcular o L Aeq por esse método está exposta abaixo: 8 Leq,i/10 Aeq= (4.4) i= 1 L 10log O valor de L eq,i para cada banda de oitava pode ser calculado segundo a fórmula Leq,i= LE+ Lgeo L atm Lgrd L bar Cmet 58, 60 (4.5) onde: L E é o nível de emissão de ruído L geo é a divergência geométrica L atm é a atenuação devida à absorção atmosférica L grd é a atenuação do solo L bar é a atenuação da barreira acústica C met é a correção meteorológica A seguir, serão mostrados os coeficientes e fórmulas referentes a cada uma dessas variáveis. Nível de emissão de ruído A fórmula utilizada para o cálculo dessa variável é apresentada abaixo. L 10log E E c /10 b,c /10 E= 10 + (4.6) c= 1 c= 1 25

33 onde: E c é o nível de emissão de trens sem frenagem E b,c é o nível de emissão de trens com frenagem Esses níveis de emissão podem ser calculados pela fórmula 4.7. Ex= a x+ bx log 10 (V) + 10 log 10(F) + C (4.7) onde: a x e b x são as constantes referentes à categoria do trem (valores na tabela 4.3, abaixo) V é a velocidade do trem F é o fluxo horário de trens C é a correção referente ao trilho (valores na tabela 4.4, abaixo) TABELA 4.3 CONSTANTES REFERENTES À CATEGORIA DO TREM Categoria a c b c a b,c b b,c 1 14,90 23,60 16,40 25, ,80 22,30 19,60 23, ,50 19,60 19,50 23, ,30 20,00 23,80 22, ,00 10,00 47,00 10, ,50 19,60 19,50 19, ,00 22,00 18,00 22, ,70 16,10 25,70 16, ,00 18,30 22,00 18,30 26

34 TABELA 4.4 CORREÇÃO REFERENTE AO TRILHO b=1 b=2 b=3 b=4 b=5 b=6 b=7 Categoria Categoria Categoria Categoria Categoria Categoria Categoria 7* Categoria Categoria *Pesquisas ainda sendo feitas Abaixo seguem as descrições sobre as categorias de trem e de trilho. Trem Categoria 1 Trem de passageiros convencional elétrico com freio de bloco Trem Categoria 2 - Trem de passageiros convencional elétrico com freio de bloco e a disco Trem Categoria 3 - Trem de passageiros convencional elétrico com freio a disco Trem Categoria 4 - Trem de carga com freios de bloco Trem Categoria 5 - Trem de passageiros convencional a diesel com freio de bloco Trem Categoria 6 - Trem de passageiros convencional a diesel com freio a disco Trem Categoria 7 Metrô, bondes e veículos leves sobre trilhos com freio a disco Trem Categoria 8 Trem de passageiros moderno elétrico com freio a disco Trem Categoria 9 Trens de alta velocidade Trilho Categoria 1 - Trilho continuamente soldado / Dormentes de concreto (b=1) Trilho Categoria 2 - Trilho continuamente soldado / Dormentes de madeira (b=2) Trilho Categoria 3 - Trilho com Juntas (50 metros de comprimento) (b=3) Trilho Categoria 4 Trilho em placas sem leito de cascalho (b=4) Trilho Categoria 5 - Trilho em placas com leito de cascalho (b=5) Trilho Categoria 6 - Trilho ajustável com leito de cascalho (b=6) Trilho Categoria 7 - Trilho moldado/embutido (b=7) 27

35 Divergência geométrica onde: L = 10 log geo 10 sen( ) φ ν d (4.8) φ é o ângulo de visão do segmento da fonte ν é o ângulo horizontal entre o caminho de propagação e o segmento da fonte d é a distância entre a fonte e o receptor Atenuação devida à absorção atmosférica L =α d (4.9) atm onde: d é a distância entre a fonte e o receptor α é o coeficiente de absorção do ar em db/m (valores na tabela 4.5, abaixo) i é o índice da banda de oitava i TABELA 4.5 COEFICIENTE DE ABSORÇÃO DO AR Índice da banda de oitava (i) Centro da banda de oitava (Hz) α i (db/m) 0 0 0,001 0,002 0,004 0,010 0,023 0,058 Atenuação do solo abaixo. A atenuação do solo pode ser calculada utilizando-se a tabela 4.6 e as fórmulas 28

36 TABELA 4.6 ATENUAÇÃO DO SOLO Índice da Centro da Lgrd banda de oitava (i) banda de oitava (Hz) γ 0 (h b +h w,r 0 ) [S b γ 2 (h b,r 0 )+1]B b -3(1-B m ) γ 0 (h b +h w,r 0 )+[S w γ 2 (h w,r 0 )+1]B w [S b γ 3 (h b,r 0 )+1]B b -3(1-B m ) γ 0 (h b +h w,r 0 )+[S w γ 3 (h w,r 0 )+1]B w [S b γ 4 (h b,r 0 )+1]B b -3(1-B m ) γ 0 (h b +h w,r 0 )+[S w γ 4 (h w,r 0 )+1]B w [S b γ 5 (h b,r 0 )+1]B b -3(1-B m ) γ 0 (h b +h w,r 0 )+[S w γ 5 (h w,r 0 )+1]B w B b -3(1-B m ) γ 0 (h b +h w,r 0 )+B w B b -3(1-B m ) γ 0 (h b +h w,r 0 )+B w B b -3(1-B m ) γ 0 (h b +h w,r 0 )+B w -2 onde: x γ 0(x, y) = 1 30 para y 30x (4.10) y γ 0 (x, y) = 0 para y < 30x (4.11) y ,12(x 5) 2,8*10 y 0,09x γ 2 (x, y) = 3[1 e ]e + 5,7[1 e ]e (4.12) y ,09x γ 3 (x, y) = 8,6[1 e ]e (4.13) y ,46x γ 4 (x, y) = 14[1 e ]e (4.14) y ,90x γ 5 (x, y) = 5[1 e ]e (4.15) onde: h b é a altura da fonte acima do nível médio do solo h w é a altura do receptor acima do nível médio do solo 29

37 r 0 é a distância horizontal medida entre a fonte e o receptor B b é o coeficiente de absorção da área da fonte B m é o coeficiente de absorção da área central B w é o coeficiente de absorção da área do receptor x e y são variáveis conforme tabela 4.6 Atenuação da barreira acústica L = min[0, 25h 2 ;1]fN C (4.16) i 1 bar t f p onde: h t é a altura da barreira (m) i é o índice da banda de oitava (1-8) f(n f ) é a função do número de difração de Fresnel (sem unidade) C p é a correção de perfil É necessário agora, definir a distância ε, para que se possa calcular a função do número de Fresnel. FIGURA 4.2 DISTÂNCIAS UTILIZADAS NO CÁLCULO DA FUNÇÃO DO NÚMERO DE DIFRAÇÃO DE FRESNEL 30

38 dp,sbdp,br h= 26(d + d ) p,sb p,br (4.17) ε= d d para Z t Z k (4.18) T L ε= 2d d d para Z t < Z k (4.19) T L A fórmula para o cálculo de N f está mostrada a seguir. Nf i 1 = 0,37ε 2 (4.20) Finalmente, para o cálculo da função do número de difração de Fresnel, a tabela 4.7 deverá ser utilizada. TABELA 4.7 FUNÇÃO DO NÚMERO DE DIFRAÇÃO DE FRESNEL de N f f(n f ) até - -0, ,314-0,0016-3,682-9,288log 10 ( N f )-4,482log 2 10 ( N f )-1,170 log 3 10 ( N f )-0,128 log 4 10 ( N f ) -0,0016 0, , ,909+7,495log 10 (N f )+2,612log 2 10 (N f )+0,073log 3 10 (N f )-0,184 log 4 10 (N f )-0,032 log 5 10 (N f ) 1 16, , log 10 (N f ) 16, Finalmente, é preciso especificar a correção de perfil. Essa correção é aplicada a barreiras que não podem ser consideradas barreiras idealmente delgadas. Vale ressaltar que construções, como casas e prédio e as barreiras acústicas, são consideradas idealmente delgadas. Uma correção de perfil de 2dB deve ser atribuída nos seguintes casos: 31

39 - À beira de um aterro ferroviário elevado - Declive de terra com um ângulo superior entre 70 e Barreiras delgadas no topo de um aterro de terra, se a altura total é superior a duas vezes a altura da barreira - Qualquer borda de uma plataforma da estação ferroviária - Qualquer borda de uma ponte ferroviária ou viaduto, exceto para os casos listados abaixo. Nos casos a seguir, uma correção de perfil de 5dB devem ser atribuída. - Zona reflexiva de uma plataforma de estação ferroviária - Pontes ferroviárias de concreto sem absorção Correção Meteorológica s r Cmet= max C ;0 r 0 h + h (4.21) onde: h r é a altura da fonte acima do nível médio do solo h s é a altura do receptor acima do nível médio do solo r 0 é a distância horizontal medida entre a fonte e o receptor C 0 é a constante que depende de estatísticas meteorológicas* * O valor de C 0 estipulado pelo método europeu para condições meteorológicas favoráveis à propagação do som é de 3,50. Valores diferentes para condições alternativas podem ser analisadas em Commission Recommendation 2003/613/EC for strategic noise mapping in the framework of the END 32

40 5 MATERIAIS E MÉTODOS O primeiro passo no estudo foi a escolha da região a ser analisada quanto aos níveis de ruído a que estaria exposta. Diversas localidades estarão próximas à linha do TAV, desde a cidade do Rio de Janeiro a Campinas, tanto em áreas urbanas como em áreas rurais. O trajeto proposto pelo estudo elaborado pelo Consórcio Halcrow-Sinergia (utilizado pelo governo e disponível no site da ANTT - foi analisado, utilizando-se o software Google Earth, disponível gratuitamente na internet. Segundo os pontos descritos mais detalhadamente na próxima seção, ficou-se decidido que seria estudada a cidade de Itatiaia. Mais especificamente, a região sul da cidade, onde a linha passará bem próxima a uma área residencial. Em seguida, o L Aeq foi estimado para a região analisada por dois métodos. Sendo o primeiro, o método matemático americano utilizado pela Federal Railroad Administration (Departamento de Transporte Americano) e o segundo, o método utilizado pelos países europeus (RMR 2002) com a utilização do software Soundplan. O Soundplan é um programa de modelagem de ruídos. O software trabalha com simulações computadorizadas de ruído e contaminação do ar. O programa simula desde ruído de tráfico rodoviário, ferroviário e aeroviário a simulações de ruído industrial, residenciais e comerciais, tanto no aspecto externo como interno. O software foi disponibilizado pelo LAVI (Laboratório de Acústica e Vibrações da Universidade Federal do Rio de Janeiro) para que se pudesse fazer as simulações necessárias para o desenvolvimento desse projeto. Outro programa empregado para o progresso do estudo foi o SketchUp. Ele possui uma versão básica disponível gratuitamente para download e uso educacional. O programa é utilizado para criação e modelagem 3D em computadores e nos ajudou a criar as curvas de nível e as edificações utilizadas nas simulações com o Soundplan. Finalmente, também com a aplicação do Soundplan, foi simulado o uso de barreiras acústicas com o fim de se mitigar os efeitos do ruído causados pela passagem dos trens de alta velocidade pela região examinada nesse projeto. 33

41 6 SIMULAÇÃO DOS NÍVEIS DE RUÍDO 6.1 TRAJETO DO TAV RIO DE JANEIRO-CAMPINAS Aqui será apresentada uma visão geral do trajeto projetado para o trem de alta velocidade que ligará a cidade do Rio de Janeiro à Campinas. FIGURA 6.1 TRAÇADO TAV, Consórcio Halcrow Sinergia, Projeto TAV Brasil. 6.2 ESCOLHA DA REGIÃO Foram levados em consideração, os quatro pontos destacados no Procedimento para Medição de Níveis de Ruído em Sistemas Lineares de Transporte : 1- Receptores Potencialmente Críticos - receptores localizados em áreas residenciais habitadas lindeiras ao sistema viário, com ocupação regular e demais receptores representativos do impacto sonoro como hospitais, unidades básicas de saúde, unidades educacionais, portanto, onde devem ser realizadas as avaliações dos níveis de ruído. 2- Área Não Edificante - área contígua à faixa de domínio, com largura de 15 m, em que se proíbem edificações. 34

42 3- Faixa de Domínio - faixa para a construção do sistema viário entre as cercas que separam o sistema viário dos imóveis marginais. 4- Ocupação Regular ocupação por edificações e outras atividades em conformidade com a legislação de uso e ocupação do solo e outras regulamentações vigentes. Sendo assim, a prioridade foi escolher uma área por onde o trajeto passaria no que é, hoje, uma área residencial. Ou seja, aonde haveria de se fazer desapropriações e onde as primeiras construções residenciais fora da Faixa de Domínio estariam no limite estabelecido. Outro fator considerado foi a não proximidade das principais vias de tráfego, para que não houvesse interferência nos níveis de ruído. Foi buscada, então, uma região de área residencial, de preferência numa cidade que não fosse tão grande (para evitar interferência de outras fontes sonoras) e onde se pudesse estimar com maior clareza a área a ser estudada. Assim, ficou decidido que seria estudada a cidade de Itatiaia, no estado do Rio de Janeiro. Mais especificamente, na parte sul da cidade, onde o trajeto planejado passa por dentro de uma área residencial. Podemos visualizar melhor a região escolhida nas fotografias abaixo, retiradas do projeto oficial e com imagens do Google Earth. FIGURA ITATIAIA - CIDADE ANALISADA (VISÃO GERAL) 35

43 FIGURA REGIÃO ANALISADA FIGURA DETALHE DA REGIÃO ANALISADA Agora será especificada mais detalhadamente a área a ser estudada, para que possamos entender melhor todas as faixas estipuladas pelo manual da Cetesb (Procedimento para Medição de Níveis de Ruído em Sistemas Lineares de Transporte). Na imagem abaixo, podemos ver uma linha em cor vinho (que delimita a região sombreada). Esta área delimita os limites das estruturas da obra. Já as linhas vermelhas claras, que estão a uma distância de 11 metros da área sombreada, é a chamada Faixa de Domínio. Esses 11 metros são uma faixa de segurança em relação ao limite das 36

44 estruturas da obra que podem ser utilizadas para instalações temporárias e permanentes. Já a linha verde (distante 15 metros da linha vermelha clara) define a Área Não Edificante. Ou seja, todas as edificações contidas dentro da Faixa de Domínio e da Área Não Edificante (nesse caso, entre as linhas verde e a vermelha clara inferior) terão de ser desapropriadas, restando apenas as edificações localizadas acima da linha verde. FIGURA DISTÂNCIAS UTILIZADAS Por fim, como podemos ver na imagem, a distância (linha amarela na imagem) das edificações mais próximas à linha férrea (linha laranja na imagem) é de aproximadamente 34 metros. 6.3 ESTIMATIVA DO NÍVEL DE PRESSÃO SONORA CONTÍNUA EQUIVALENTE (L Aeq ) SEM O USO DE BARREIRA ACÚSTICA PARÂMETROS Para uma ampla simulação dos níveis sonoros em cada ponto da área estudada, a fim de se encontrar o ponto crítico, é necessário que se faça simulações em computador, pois existem muitas variáveis diferentes para cada pequena parte da região. Nesse tópico será estimado o nível sonoro do ponto mais próximo à linha férrea, com o propósito de se comparar esse valor com o valor estimado na simulação computacional. 37

45 Para que possamos estimar o L Aeq na área aonde se encontram as primeiras edificações após a Área Não Edificante, edificações essas que são as mais impactadas pelo ruído ferroviário, é preciso, como visto no item 4.3.1, estimar primeiro o NPS a uma distância de 15,25 metros da linha férrea, calcular o L Aeq para a mesma distância considerando o fluxo de trens por hora e, então, usar a fórmula 4.3 para estimar o L Aeq na distância do ponto mais próximo ao trilho do trem (34 metros). Os parâmetros necessários para o cálculo são velocidade, comprimento do trem, nível do fluxo de trens e tipo de trem. Como os fornecedores e as tecnologias do trem ainda não foram estabelecidos, serão utilizados os mesmos parâmetros do estudo da ANTT. No caso do comprimento, foi considerada a moda dos comprimentos dos trens, de todos os fornecedores, nos países que já trabalham com trens de alta velocidade, conforme o Volume 4 Pt.2 do relatório final obtido do site da ANTT. Uma grande parte dos trens de alta velocidade que circulam em países como França, Japão, Alemanha entre outros que têm uma cultura de transporte por ferrovias apresentam um comprimento de 200 metros. Aqui vale lembrar que, nesse caso do trem de alta velocidade Campinas-Rio de Janeiro, as construções de plataformas, por exemplo, estarão preparadas para acomodar trens de até 400 metros de comprimento. Em relação à velocidade aplicada, foi utilizada a velocidade máxima de operação prevista para o projeto. Isto por que, apesar de Itatiaia estar localizada a apenas 10 quilômetros de Resende (aonde é prevista uma estação) e, portanto, os trens que sairão de Resende ainda não apresentaram a velocidade máxima de operação no momento que passarem por Itatiaia, existe o serviço expresso do trem. Nesse tipo de viagem, não haveria a parada na estação de Resende e o trem passaria por Itatiaia em sua velocidade máxima de operação. Logo foi considerada uma velocidade de 300 km/h, para que se pudesse avaliar o cenário mais crítico. É importante ressaltar a diferença entre velocidade máxima de projeto (350 km/h) e a velocidade máxima de operação. Segundo o relatório oficial do trem de alta velocidade: Velocidade Máxima de Linha ou Via. Isto se refere à velocidade máxima de linha ou velocidade de projeto da linha, como usada no trabalho de otimização do traçado previsto no Volume 2, seção Entre os parâmetros geométricos especificados estão o raio horizontal (via) mínimo e gradientes máximos permissíveis para 38

46 operação a 350 km/h. Se não for obedecido o raio mínimo da via, isto é, são necessárias curvas mais fechadas, então a velocidade máxima da linha deverá ser reduzida, e imposta uma restrição de velocidade; e Velocidade Máxima de Operação: Isto está relacionado com as características técnicas de trem, como previstas na Tabela 2-1, e da forma em que os trens são operados. É afinal limitada pela velocidade máxima da linha ou via. Conquanto a velocidade máxima da linha possa ser 300 km/h, isto não significa que o trem seja capaz de atingir ou manter esta velocidade em todas as seções. Por exemplo, na Serra das Araras, foram usados gradientes máximos e curvaturas que impactam o desempenho do trem. Assume-se que a velocidade máxima de operação seja 300 km/h. Como não existe ainda uma grade horária fixada para as operações dos trens de alta velocidade, foi empregada a previsão de frequência do TAV por estação utilizada nos estudos de viabilidade do projeto (Tabela 2-3 da parte 1 do Volume 4 do relatório utilizado pelo governo). A tabela mostra o número previsto de paradas por estação para o horário de pico entre as duas estações que envolvem a região estudada (Volta Redonda/Barra Mansa e São José dos Campos). A mais movimentada é a de São José dos Campos, com 6 trens por hora por sentido, o que representa um fluxo de 12 trens por hora pela região analisada no horário de pico. O item do Volume 4 Pt.1 do relatório utilizado pela ANTT mostra que têm-se trabalhado com trens de 10 carros (8 vagões e 2 locomotivas), de 20 metros cada em média. Logo, os parâmetros-base para o cálculo do nível de pressão sonora contínua equivalente são: Comprimento do trem 200 metros Velocidade 300 km/h Fluxo de trens (F) 12 trens/hora Número de vagões por trem 8 Número de locomotivas por trem 2 Comprimento médio de cada carro 20 metros 39

47 6.3.2 ESTIMATIVA DE L Aeq PELA NORMA AMERICANA Precisamos, agora, observar na Tabela 4.2 os outros parâmetros NPS ref, K, V ref e L ref (respectivamente: Nível de pressão sonora de referência, Coeficiente de velocidade, Velocidade de referência e Comprimento de referência). NPS ref 99 dba K 47 V ref 192 km/h L ref 21 metros Lembrando a fórmula 4.1 e substituindo-se os valores: NPS= log log 10 = 107,9dBA Assim foi obtido, então, um NPS de 107,9 dba. A partir desse valor de Nível de Pressão Sonora (NPS), pode-se calcular o Nível de Pressão Sonora Contínua Equivalente (L aeq ) para a mesma distância de 15,25 metros. Como em ambos os casos (diurno e noturno) o valor esperado de L Aeq é superior aos níveis aceitos pelas normas, foram utilizados os mesmos valores de F (fluxo de trens por hora) para o L Aeq (Dia) e L Aeq (Noite) apenas para que se tenha uma ideia do nível de pressão sonora contínua equivalente sem o uso de barreiras acústicas. Mais a frente, quando forem estimados os níveis de pressão sonora equivalente com o uso de barreiras acústicas, o valor do fluxo de trens para o L Aeq (Noite)será ajustado de modo a corrigir o seu nível para um valor abaixo dos limites da norma. Então será estimado, novamente, o valor de L Aeq (Noite) ajustado para o novo valor de F. Abaixo, os valores serão substituídos na fórmula 4.2, apresentada no item 4.3. Aeq Aeq 10 ( ) L (Dia) = L (Noite) = NPS+ 10 log F+ At 35, 6 onde: NPS 107,90 (calculado anteriormente) F 12 trens/hora 40

48 At O trilho nessa região se encontra em um corte raso. A diferença entre o nível do trilho e das casas é de aproximadamente 3,30 metros. Logo, segundo a tabela 4.1, temos uma redução de 3 dba (Regime C). Logo: L (Dia) = L (Noite) = 80,1dBA Aeq Aeq Finalmente, é preciso ajustar esse Nível de Pressão Sonora Contínua Equivalente para uma distância de 34 metros: L (x) = L (15, 25) 15log Aeq Aeq 10 onde: L Aeq (15,25) 80,1 dba x 34 metros Obtemos um L Aeq de 74,9 dba. x 15, ESTIMATIVA DE L Aeq PELA NORMA EUROPÉIA Para outra estimativa do L Aeq na área residencial mais próxima à linha férrea nessa região de Itatiaia, será utilizado agora o programa Soundplan que, por sua vez, emprega o padrão europeu (RMR 2002) e, na sua versão gratuita para estudantes, a banda de oitava de 500Hz para seus cálculos. Os parâmetros empregados nessa estimativa são os seguintes: Tipo de trem Categoria 9 (Trens de Alta Velocidade) Velocidade 300 km/h Número de locomotivas 2 Número de vagões 8 Fluxo 12 trens/hora, o que implica em: 41

49 N(d), N(e) e N(n) para locomotivas 24 locomotivas/hora N(d), N(e) e N(n) para vagões 96 vagões/hora A figura 6.6 apresentada abaixo mostra a perspectiva da área estudada e a figura 6.7, o resultado da simulação. FIGURA PERSPECTIVA DA REGIÃO FIGURA SIMULAÇÃO DOS NÍVEIS DE PRESSÃO SONORA EQUIVALENTE(L Aeq ). 42

50 6.4 ANÁLISE DOS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES SEM O USO DE BARREIRA Estimamos anteriormente o L Aeq para um receptor localizado a uma distância de 34 metros da linha férrea pelos métodos americano (74,9 dba) e europeu (entre 74 e 75 dba). Esses valores são condizentes com a faixa utilizada pelo relatório Consultoria para a elaboração dos estudos ambientais de alternativas para o trem de alta velocidade (TAV), relatório Nº3, Volume I. O texto diz: Nos casos de TAV em superfície ou viaduto, com ocupação lindeira muito próxima (30-60m) os níveis sonoros equivalentes estão na faixa de db(a). Pode-se verificar que ambos os valores calculados são muito próximos e agora serão comparados com os níveis aceitos pela norma adotada pelo governo brasileiro. TABELA 6.1 NÍVEIS ACEITOS PELA NORMA NBR Tipos de áreas Diurno Noturno (dba) (dba) Área mista, predominantemente residencial Verifica-se que os dois valores de L Aeq estimados estão acima da norma brasileira adotada e, logo, para se respeitar os limites quanto ao ruído ferroviário, seria necessária a instalação de barreiras acústicas ao longo da linha ferroviária nessa área residencial para se mitigar os efeitos nocivos dessa exposição. 6.5 ESTIMATIVA DO NÍVEL DE PRESSÃO SONORA CONTÍNUA EQUIVALENTE COM O USO DE BARREIRA ACÚSTICA Com a ajuda do software Soundplan, será estimado agora o nível de pressão sonora contínua equivalente (Dia) para as residências mais próximas à linha férrea com a utilização de barreiras acústicas para reduzir o impacto sonoro nessas construções, de modo a respeitar os limites estabelecidos pela norma brasileira. Serão empregados nessa estimativa os mesmos parâmetros utilizados anteriormente para a linha férrea. Quanto à barreira, existem três parâmetros básicos para usar no programa: altura da barreira, distância à fonte geradora de ruído e perda na reflexão devido à absorção. 43

51 Conforme explicado mais detalhadamente no próximo capítulo, foi necessário utilizar uma barreira de perda na reflexão devido à absorção de 1 db. A seguir estão apresentados os valores de L Aeq (Dia) máximos para diferentes valores de altura e distância à linha férrea, segundo simulações feitas no Soundplan. A unidade está em dba. TABELA 6.2 VALORES DE L Aeq MÁXIMOS Altura da barreira (m) Distância entre a barreira e a linha férrea Conclui-se que barreiras de 6 metros de altura e a 4 de distância dos trilhos reduziria os níveis sonoros de modo a se enquadrarem à norma NBR A altura da barreira neste caso é elevada, pois as residências nessa região se encontram muito próximas à linha férrea e em um plano mais elevado que a linha férrea. Mais uma vez, condizente com o relatório Consultoria para a elaboração dos estudos ambientais de alternativas para o trem de alta velocidade (TAV), relatório Nº3, Volume I: Nos casos de TAV em superfície ou viaduto, com ocupação lindeira muito próxima (30-60m) os níveis sonoros equivalentes estão na faixa de db(a). Em muitos casos, as barreiras acústicas deverão prover uma atenuação da ordem de 20-25dB(A) para assegurar o atendimento da norma em áreas residenciais lindeiras. Estes níveis de atenuação são muito elevados e devem requerer o uso de barreiras bastante altas, quase que encapsulando a linha. Apresentamos agora a perspectiva da área estudada (Figura 6.8) e o resultado da simulação dos níveis de pressão sonora equivalente (Dia) (Figura 6.9). 44

52 FIGURA PERSPECTIVA DA REGIÃO FIGURA SIMULAÇÃO DO L Aeq (Dia) PARA BARREIRA A 4 METROS 6.6 ESTIMATIVA DO FLUXO MÁXIMO DE TRENS NO PERÍODO NOTURNO PARA QUE HAJA RESPEITO AOS LIMITES PARA ESSE HORÁRIO Com base na configuração da barreira acústica projetada anteriormente, será feito agora o ajuste do valor do fluxo de trens noturno de modo que o L Aeq (Noite) respeite o limite de 50 dba fixado pela norma NBR Abaixo seguem os valores de L Aeq para diferentes valores de F (fluxo de trens). 45

53 TABELA 6.3 L Aeq PARA DIFERENTES VALORES DE FLUXO DE TRENS POR HORA Fluxo (trens/hora) L Aeq (dba) Analisando o relatório Consultoria para a elaboração dos estudos ambientais de alternativas para o trem de alta velocidade (TAV), relatório Nº3, Volume I, é possível verificar que o esse novo valor de fluxo de trens calculado que respeitaria os limites noturnos de ruído (6 trens por hora) está de acordo com a expectativa de fluxo de trens noturno, que é estimado em metade do fluxo no horário de pico. A norma brasileira de ruído é mais exigente no período noturno (5dB a menos), mas não há definição legal do horário em que ela se aplica. A situação mais restritiva ocorre em parte do horário de pico da tarde / noite, quando o TAV ainda estará circulando na frequência máxima. Uma interpretação mais flexível e razoável (mas que não está escrita) levaria a considerar o período noturno após as 21:00hs por exemplo, quando a frequência de operação cai à metade. Vale ressaltar que existe outra opção para se respeitar o limite noturno sem ter de se reduzir em 50% o tráfego nesse horário. Há a possibilidade de se reduzir a velocidade dos trens em determinadas regiões, fazendo com que, mesmo com um fluxo superior a 6 trens por hora, o limite ainda seja respeitado. hora. A seguir é apresentada a simulação para o L Aeq (Noite) com fluxo de 6 trens por 46

54 FIGURA SIMULAÇÃO DO L Aeq (Noite) COM FLUXO DE 6 TRENS POR HORA COM O USO DE BARREIRA ACÚSTICA 6.7 ANÁLISE DOS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES COM O USO DE BARREIRA Pode-se verificar que com o uso de uma barreira localizada a 4 metros de distância da fonte sonora, com perda na reflexão de 1 db e 6 metros de altura os níveis de ruído dentro ficam dentro dos limites estabelecidos pela norma para o período diurno com um fluxo de 12 trens por hora e noturno com 6 trens por hora. 6.8 ESTIMATIVA DO NÍVEL DE PRESSÃO SONORA CONTÍNUA EQUIVALENTE (Noite) SEM O USO DE BARREIRA ACÚSTICA PARA O NOVO VALOR DE F Como citado na seção 6.3.2, será realizada agora a simulação dos L Aeq (Noite), via método americano e europeu, sem o uso de barreira acústica com o novo valor de fluxo de trens. 47

55 6.8.1 ESTIMATIVA DE L Aeq (NOITE) PELA NORMA AMERICANA Aqui serão empregados os mesmos parâmetros utilizados na seção 6.3.2, alterando-se apenas o valor do fluxo de trens (F) para ajustá-lo ao valor calculado para o período noturno na seção 6.6 (6 trens por hora.). Aeq 10 ( ) L (Noite) = NPS+ 10log F+ At 35, 6 onde: NPS 107,9 (calculado anteriormente na seção 6.3.2) F 6 trens/hora At O trilho nessa região se encontra em um corte raso. A diferença entre o nível do trilho e das casas é de aproximadamente 3,30 metros. Logo, segundo a tabela 4.1, temos uma redução de 3 dba (Regime C). Logo: L Aeq (Noite) = 77,1 dba Finalmente, precisamos ajustar esse Nível de Pressão Sonora Contínua Equivalente para uma distância de 34 metros: x L Aeq (x) = L Aeq (15,25) 15log10 15,25 onde: L Aeq (15,25) 77,1 dba x 34 metros Obtemos um L Aeq de 71,9 dba ESTIMATIVA DE L Aeq (NOITE) PELA NORMA EUROPÉIA Assim como feito na seção anterior, foram empregados os mesmo parâmetros utilizados na seção para a simulação do L Aeq (Noite) utilizando-se o novo valor de fluxo de trens. 48

56 Abaixo o resultado da simulação dos níveis de pressão sonora equivalente (Noite) para o novo valor de fluxo de trens podem ser analisados (Figura 6.11). Pode-se verificar que o valor (70-72) é condizente com o valor calculado pelo método americano (71,9 dba). FIGURA 6.11 SIMULAÇÃO DO L Aeq (Noite) COM FLUXO DE 6 TRENS POR HORA SEM O USO DE BARREIRA ACÚSTICA 49