INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
ANALISIS Y PROPUESTA DE CONTROL DE RUIDO EN
LA ESTACIÓN HIDALGO DE LA LÍNEA 2 Y 3 DEL
SISTEMA COLECTIVO METRO
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
P R E S E N T A N:
GUSTAVO ARTURO SILVA CALDERÓN
Y
HUGO JIMÉNEZ CASTILLO
ASESORES:
ING. ILHUICAMINA TRINIDAD SERVIN RIVAS
Y
I N S T I T U T O P
r S C lzyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA K L A S l i S ' F R I O K D I í N C a N I t R Í A M I X A M ( A N 11 J ( T R I C A
U N I D A D P R O I T S I O N A L " A D O L F O L ( ) ! > i : Z M A T E O S "
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QUE PARA O B T E N E R E L T I T U L O D E I N G E N I E R O E N C O M U N I C A C I O N E S Y ELECTRÓNICA POR L A OPCIÓN D E TITULACIÓN T E S I S C O L E C T I V A Y E X A M E N O R A L INDIVIDUAL DEBERÁ (N) D E S A R R O L L A R C . G U S T A V O A R T U R O S I L V A C A L D E R O N
C . H U G O J I M E N E Z C A S T I L L O
"ANÁLISIS Y P R O P U E S T A D E C O N T R O L D E R U I D O E N L A ESTACIÓN H I D A L G O D E L A LÍNEA 2 Y 3 D E L S I S T E M A D E T R A N S P O R T E C O L E C T I V O M E T R O "
E S T U D I A R E L P R O B L E M A D E L O S N I V E L E S D E R U I D O E N L A E S T A C I Ó N H I D A L G O D E L A LÍNEA 2 Y 3 D E L S I S T E M A C O L E C T I V O , A S Í C O M O P R O P O N E R U N D I S E Ñ O D E C O N T R O L D E R U I D O .
• A N T E C E D E N T E S | • M A R C O TEÓRICO • E S T U D I O A C Ú S T I C O • P R O P U E S T A D E S O L U C I Ó N • C O N C L U S I O N E S
• R E F E R E N C I A S
Indice general
ANTECEDENTES
MARCO TEÓRICO
ESTUDIO ACÚSTICO
PROPUESTA DE SOLUCIÓN
Agradecimientos
Hugo
A Karen por crecer conmigo y dejar una semilla que sigue creciendo.
A mis amigos Arturo y Erick.
Al equipo con el que compartí muchas horas de conocimiento, NIBIRU, EXPO ACÚSTICA y recien-temente ANIMA NATURALIS.
A mis profesores Liliana, Gonzalo, Itzalá, Francis-co e Ilhuicamina.
Carmi-Dedicatoria
Hugo
Agradecimientos
Arturo
A mis padres que siempre me han apoyado con to-do lo que tienen, que se pasaron en vela cuanto-do te-nía que hacer mis trabajos, que me tuvieron paciencia cuando cometía errores. Todo esto para que hoy pu-diera realizar este trabajo que es el resultado de todos estos años conmigo.
A mis profesores que me han orientado a través de toda mi trayectoria académica, han sido muchos los que he conocido pero solo unos pocos me han dejado una enseñanza invaluable.
A mi amigo Hugo Jiménez Castillo que sin su apoyo, ideas y trabajo, esta tesis no hubiera sido posible de terminar.
Índice general
1. Antecedentes 19
1.1. El primero: Historia del metro en Londres . . . 19
1.1.1. Historia del metro en el mundo . . . 20
1.2. Antecedentes del transporte en la Ciudad de México . . . 21
1.3. Estudios de ruido para tranporte en la Ciudad de México . . . 23
1.4. Reglamentos y normas en México . . . 24
1.5. Afectaciones del ruido en la salud [48] . . . 25
1.5.1. Efectos sobre la audición . . . 25
1.5.2. Efectos sobre el sueño . . . 26
1.5.3. Efectos sobre las funciones fisiológicas . . . 27
1.5.4. Efectos sobre la salud mental . . . 27
1.5.5. Efectos sobre el rendimiento . . . 27
1.5.6. Efectos sociales y sobre la conducta. La molestia del ruido . . . 28
2. Marco teórico 30 2.1. Conceptos básicos de Acústica . . . 30
2.1.1. Acústica . . . 30
2.1.2. Sonido . . . 30
2.1.3. Características del sonido . . . 30
2.1.4. Ruido . . . 34
2.2. Conceptos básicos de acústica arquitectónica . . . 36
2.2.1. Decibel . . . 36
2.2.2. Nivel de presión acústica . . . 36
2.2.3. Nivel promedio de presión acústica . . . 37
2.2.4. Aislamiento acústico . . . 37
2.2.5. Coeficiente de transmisión . . . 37
2.2.6. Absorción acústica . . . 37
2.2.7. Coeficiente de absorción . . . 39
2.2.8. Coeficiente de absorcion medio y total . . . 40
2.2.9. Reducción de ruido reverberante . . . 40
2.3. Herramientas . . . 41
2.3.1. AutoCAD . . . 41
2.3.2. Analizador de audio portátil PAA3 . . . 41
2.4. Tipos de montaje de material absorbente . . . 42
3. Estudio acústico 44
3.1. Lugar de estudio . . . 44
3.1.1. Estación Hidalgo (Lineas 2 y 3) . . . 44
3.1.2. Permisos previos . . . 47
3.2. Mediciones . . . 50
3.2.1. Mediciones en la estación Hidalgo, Línea 2 (azul) . . . 50
3.2.2. Mediciones en la estación Hidalgo, Línea 3 (Verde) . . . 74
4. Propuesta de solución 97 4.1. Levantamiento arquitectónico . . . 97
4.2. Absorción sin tratamiento . . . 98
4.3. Levantamiento arquitectónico . . . 101
4.3.1. Propuesta de material absorbente de fabricación nacional . . . 102
4.3.2. Propiedades del material . . . 102
4.4. Absorción . . . 109
4.4.1. Bafle suspendido . . . 109
4.4.2. Reducción . . . 110
4.5. Montaje . . . 113
4.6. Costos . . . 114
4.7. Conclusiones . . . 116
Bibliografía 117
Índice de figuras
1.1. Red del metro de la Ciudad de México . . . 22
3.1. Plano de barrio de la estación Hidalgo . . . 44
3.2. Usuarios del STC Metro en la estación Hidalgo (línea 2) . . . 45
3.3. Usuarios del STC Metro en la estación Hidalgo (línea 3) . . . 46
3.4. Usuarios del STC Metro en la estación Hidalgo (línea 3) . . . 46
3.5. Solicitud presentada el 12 de febrero de 2013 . . . 48
3.6. Respuesta de autorización con fecha del 27 de febrero de 2013 . . . 49
3.7. . . 51
3.8. Niveles de presión acústica entre 32 Hz y 16000 Hz . . . 54
3.9. Valores máximos por bandas de 1/3 octava en el punto 1.A . . . 55
3.10.Datos graficados de la tabla 3.4 . . . 57
3.11.Valores máximos por bandas de 1/3 octava en el punto 2.A . . . 58
3.12.Datos graficados de la Tabla 3.6 . . . 61
3.13.Valores máximos por bandas de 1/3 octava en el punto 3.A . . . 61
3.14. . . 62
3.15.Niveles de presión acústica entre 32 Hz y 16000 Hz . . . 66
3.16.Valores máximos por bandas de 1/3 octava en el punto 1.B . . . 66
3.17.Niveles de presión acústica entre 32 Hz y 16000 Hz . . . 68
3.18.Valores máximos por bandas de 1/3 octava en el punto 2.B . . . 69
3.19.Niveles de presión acústica entre 32 Hz y 16000 Hz . . . 72
3.20.Valores máximos por bandas de 1/3 octava en el punto 3.B . . . 72
3.21.Valores promedio de la estación Hidalgo, línea 2 en todas sus zonas de medición . . . 73
3.22. . . 75
3.23.Niveles de presión acústica entre 32 Hz y 16000 Hz . . . 78
3.24.Valores máximos por bandas de octava en el punto 1.A . . . 79
3.25.Niveles de presión acústica entre 32 Hz y 16000 Hz . . . 81
3.26.Valores máximos por bandas de octava en el punto 2.A . . . 82
3.27.Niveles de presión acústica entre 32 Hz y 16000 Hz . . . 84
3.28.Valores máximos por bandas de octava en el punto 3.B . . . 85
3.29. . . 86
3.30.Niveles de presión acústica entre 32 Hz y 16000 Hz . . . 88
3.31.Valores máximos por bandas de octava en el punto 1.B . . . 89
3.32.Niveles de presión acústica entre 32 Hz y 16000 Hz . . . 91
3.34.Niveles de presión acústica entre 32 Hz y 16000 Hz . . . 94
3.35.Valores máximos por bandas de octava en el punto 3.B . . . 95
3.36.Valores promedio de la estación Hidalgo, línea 3 en todas sus zonas de medición . . . 96
4.1. Vista del piso de mosaico y pared y techo de concreto pintado . . . 99
4.2. Vista del plástico-linóleo de la zona de anuncios . . . 100
4.3. Vista de la pared de concreto pintado . . . 100
4.4. Vista del muro de marmol . . . 101
4.5. Vista del muro de marmol . . . 101
4.6. Bafle acústico propuesto . . . 103
4.7. Página 1 de la hoja de especificaciones del material . . . 104
4.8. Página 2 de la hoja de especificaciones del material . . . 105
4.9. Página 3 de la hoja de especificaciones del material . . . 106
4.10.Página 4 de la hoja de especificaciones del material . . . 107
4.11.Página 5 de la hoja de especificaciones del material . . . 108
4.12.Vista transversal de la colocación de los bafles acústicos sobre uno de los andenes . . . 113
4.13.Vista transversal de la colocación de los bafles acústicos sobre una de las estancias de espera de los usuarios . . . 114
Índice de tablas
1.1. Metros del mundo . . . 20
2.1. Octavas . . . 33
3.1. Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava en la estación Hidal-go (línea azul) . . . 53 3.2. Niveles promedio medidos en el punto 1.A . . . 54 3.3. Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava para el punto 2.A en
la estación Hidalgo (línea azul) . . . 56 3.4. Niveles promedio medidos en el punto 2.A . . . 57 3.5. Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava para el punto 3.A en
la estación Hidalgo (línea azul) . . . 60 3.6. Niveles promedio medidos en el punto 3.A . . . 60 3.7. Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava en la estación
Hidal-go (línea azul) del punto 1.B . . . 65 3.8. Niveles promedio medidos en el punto 1.B . . . 65 3.9. Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava para el punto 2.B en
la estación Hidalgo (línea azul). . . 67 3.10.Niveles promedio medidos en el punto 2.B . . . 68 3.11.Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava para el punto 3.B en
la estación Hidalgo (línea azul) . . . 71 3.12.Niveles promedio medidos en el punto 3.B . . . 71 3.13.Valores promedio de la línea 2 . . . 73 3.14.Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava para el punto 1.A en
la estación Hidalgo (línea verde) . . . 77 3.15.Niveles promedio medidos en el punto 1.A . . . 78 3.16.Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava para el punto 2.A en
la estación Hidalgo (linea verde) . . . 80 3.17.Niveles promedio medidos en el punto 2.A . . . 81 3.18.Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava para el punto 3.A en
la estación Hidalgo (línea verde) . . . 83 3.19.Niveles promedio medidos en el punto 3.A . . . 84 3.20.Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava para el punto 1.B en
3.22.Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava para el punto 2.B en
la estación Hidalgo (línea verde) . . . 90
3.23.Niveles promedio medidos en el punto 2.B . . . 91
3.24.Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava para el punto 3.B en la estación Hidalgo (línea verde) . . . 93
3.25.Niveles promedio medidos en el punto 3.B . . . 94
3.26.Valores promedio de la línea 3 . . . 96
4.1. Coeficientes de absorción de los materiales usados en las zonas de andenes 98 4.2. Determinación de la absorción por frecuencias centrales de bandas de octava – Andén de la estación Hidalgo de la línea 2 (azul) . . . 98
4.3. Determinación de la absorción por frecuencias centrales de bandas de octava – Andén de la estación Hidalgo de la línea 2 (verde) . . . 99
4.4. Características físicas del material . . . 102
4.5. Dimensiones . . . 102
4.6. Coeficientes de absorción a acústica . . . 102
4.7. Coeficientes de absorción del bafle acústico . . . 109
4.8. Absorción individual . . . 109
4.9. Absorción total del arreglo . . . 109
4.10.Absorción total del andén la estación Hidalgo línea 2 . . . 110
4.11.Reducción de ruido reverberante en el andén de la estación Hidalgo línea 2 110 4.12.Absorción total del andén la estación Hidalgo línea 3 . . . 110
4.13.Reducción de ruido reverberante en el andén de la estación Hidalgo línea 3 110 4.14.Valores promedio de la línea 2 . . . 111
4.15.Valores de la curva de ponderación A en bandas de octava . . . 111
4.16.Niveles de presión acústica promedio por bandas de octava. . . 111
4.17.Reducción de ruido reverberante en el andén de la estación Hidalgo línea 3 112 4.18.Reducción de ruido en el andén de la estación Hidalgo, línea 2 . . . 112
4.19.Reducción de ruido en el andén de la estación Hidalgo, línea 3 . . . 112
4.20.Costos de materiales . . . 114
4.21.Costos unitario del bafle propuesto . . . 114
4.22.Costo total del proyecto . . . 115
4.23.Costo de la investigación . . . 115
Objetivo
Estudiar el problema de los niveles de ruido en la estación Hidalgo de la línea 2 y 3 del Sistema Colectivo, así como proponer un diseño de control de ruido.
Justificación
Introducción
El metro en el mundo tiene historia desde 1863, en Londres cuando se inauguró el primer ferrocarril subterráneo, desde ese entonces en todo el mundo este sistema de transporte se ha implementado. En México desde 1969 a la fecha cuenta con 12 líneas, 191 estaciones y más de 4 millones de usuarios, siendo la obra civil y arquitectónica más grande de la Ciudad de México.
Sin embargo, en pocos sistemas de transporte subterráneo del mundo se han toma-do medidas con respecto al problema del ruitoma-do. En la "Guia para el ruitoma-do urbano"que se basa en el documento Çommunity Noise", preparado para la Organización Mundial de la Salud y publicado en 1995 por la Stockholm University y el Karolinska Institute, el Dr. Richard Helmer ya se hace mención del problema del ruido desde la antigüedad:
“El ruido siempre ha sido un problema ambiental importante para el ser hu-mano. En la antigua Roma, existían normas para controlar el ruido emitido por las ruedas de hierro de los vagones que golpeaban las piedras del pavimento y perturbaban el sueño y molestaban a los romanos. En algunas ciudades de Europa medieval no se permitía usar carruajes ni cabalgar durante la noche para asegurar el reposo de la población. Sin embargo, los problemas de ruido del pasado no se comparan con los de la sociedad moderna. Un gran número de autos transitan regularmente por nuestras ciudades y campos. Los camio-nes de carga pesada con motores diesel sin silenciadores adecuados circulan en ciudades y carreteras día y noche. Las aeronaves y trenes también contri-buyen al ruido ambiental. En la industria, la maquinaria emite altos niveles de ruido y los centros de esparcimiento y juegos perturban la tranquilidad.”
A lo largo de la investigación, se fueron encontrando trabajos previos, sobre el ruido en el transporte, recabando los más significativos fueron el “Estudio sobre la reducción del nivel de ruido en las instalaciones de la línea A del tren férreo del Sistema de Trans-porte Colectivo de la Ciudad de México” y “Estudio de ruido en las instalaciones de la línea 2 del metrobús de Distrito Federal”, que ayudaron a como atacar el problema.
Existen algunas normas en la Ciudad de México sobre el ruido ya sea de fuentes fijas o de vehículos, pero no hay una que nos hable del ruido en el metro.
Después de varias propuestas, se eligió el metro hidalgo en sus 2 líneas, como lugar de estudio, ya que tiene una de las más grandes afluencias en el metro. Se pidieron per-misos para el levantamiento y registro fotográfico del estudio.
Las mediciones se realizaron lo más continuas que se pudieran, para obtener la mejor descripción del fenómeno, midiendo el espectro en bandas de 1/3 de octava, para poste-riormente, convertirlas a octavas. Estas mediciones se realizaron en 3 puntos por andén, es decir, en una de las líneas a estudiar se tendrían 6 puntos a medir. Estos puntos se especifican más adelante.
Se proponen 480 bafles acústicos suspendidos a lo largo de los andenes, por cada línea, usando un espacio, considerado libre, sin obstruir los mensajes de la estación y sin obstruir las camaras de seguridad.
Capítulo 1
Antecedentes
1.1. El primero: Historia del metro en Londres
El metro de Londres, conocido comoUnderground, se construyó en 1985 pero su
his-toria data de 1863 cuando el primer ferrocarril subterráneo se inauguró.
El metro de Londres ha cambiado demasiado desde el primer tramo de línea. The Metropolitan inaugurado el 10 de enero de 1863, fue la primera línea en construirse en
Londres. El primer tramo media 6 kilómetros y recorría de la calle Paddington hasta la calle Farrington.
Para construir The Metropolitan, las calles fueron excavadas a lo largo de la ruta, los
caminos se apoyaban en una zanja, cubriendo con un túnel de ladrillos y reemplazando la superficie del camino. Conocido como el método de“Cut and Cover” (Cortar y Cubrir),
esto era rápido y efectivo, pero creaba más problemas que soluciones con las que se ha-bía diseñado. Sin embargo The Metropolitan fue un éxito, extendiéndose cada vez más
lejos a través de laMiddlesex, hastaHertfordshirey aBuckinghamshire.
En la navidad de 1868 The Metropolitan abrió una línea entre Westminster y South Kensington, estos ferrocarriles formaron en 1884 lo que hoy se conoce comoCircle line.
Ya en el año de 1999 el metro de Londres es reestructurado para una asociación público-privada y se aprueba las relaciones de trabajo entre el metro de Londres y las empresas de infraestructura. En el año 2000 entran en servicio 106 nuevos trenes en la línea del Norte. [39]
1.1.1. Historia del metro en el mundo
A Londres le siguieron otras grandes ciudades del mundo en establecer un sistema de transporte, en la Tabla 1.1 se presenta la cronología de las más importantes:
Ciudad Año de inauguración
Londres [39] 1863
Chicago [7] 1892
Boston [15] 1897
Paris [1] 1900
Nueva York [25] 1904
Hamburgo [12] 1912
Buenos Aires [27] 1913
Madrid [22] 1919
Barcelona [41] 1924
Sidney [24] 1926
Tokio [38] 1927
Berlín [5] 1928
Osaka [30] 1933
Moscú [28] 1935
Lisboa [40] 1959
México [18] 1969
Múnich [4] 1971
Seúl [35] 1974
Sao Paulo [17] 1974
Hong Kong [29] 1975
Chile [23] 1975
Washington D.C. [44] 1976
Viena [45] 1978
Venezuela [6] 1983
Guadalajara [37] 1989
Monterrey [26] 1991
Los Ángeles [16] 1993
[image:21.612.180.433.147.590.2]Shanghái [36] 1995
1.2. Antecedentes del transporte en la Ciudad de México
A lo largo de la historia, los transportes han facilitado el traslado de muchas personas, mercancías, animales y una variedad casi infinita de objetos, pero también han permitido el intercambio de ideas y costumbres, teniendo una red de comunicación e intercambio cultural.
Así, la historia del transporte es parte de la memoria de la ciudad, desde las canoas que navegaban por los canales de la Gran Tenochtitlán, las carrozas coloniales y las lo-comotoras de vapor hasta la época eléctrica del transporte, cuya evolución a lo largo de los años ha marcado épocas inolvidables en el devenir de nuestro país.[10]
Para la segunda mitad del siglo XX, la Ciudad de México presentaba graves proble-mas de transporte público y congestionamiento de la red vial particularmente en la punto del Centro, donde se concentraba el 40 por ciento del total diario de los viajes realizados en la ciudad, en este lugar y sus alrededores circulaban 65 de las 91 líneas de autobu-ses y transportes eléctricos de pasajeros, con cuatro mil unidades 150 mil automóviles particulares. En las horas pico del tráfico, la velocidad de circulación era menor a la de una persona caminando.
El principal promotor de la construcción del metro fue el Ingeniero Bernardo Quintana quien al frente de la empresa Constructores Civiles y Asociados (ICA), realiza una serie de estudios que permitirían un anteproyecto y más tarde un proyecto de construcción de un Metro para la Ciudad de México, el cual se presentó a diferentes autoridades del Distrito Federal, sin embargo es hasta el 29 de abril de 1967 que se publica en el Diario Oficial el decreto presidencial mediante el cual se crea un organismo público descentrali-zado, el Sistema de Transporte Colectivo, con el propósito de construir, operar y explotar un tren rápido con recorrido subterráneo para el transporte público en el Distrito Federal.
Meses más tarde, el 19 de junio de 1967, en el cruce de la avenida Chapultepec con la calle de Bucareli se realiza la ceremonia de inauguración de las obras del Metro de la Ciudad de México. Dando lugar a la obra civil más grande en la historia de la ciudad, tanto por su dimensión y costo, como por el beneficio que aporta a sus habitantes.
Escasamente dos años más tarde, el 4 de septiembre de 1969, un flamante convoy naranja hace el recorrido inaugural, entre las estaciones de Insurgentes y Zaragoza. [42]
En el año de 1983 comienza la etapa de expansión del Metro con la conclusión de las líneas 1, 2 y 3 y la construcción de las líneas 6 y 7, con lo que este organismo aumenta su longitud a 114.7 kilómetros y 105 estaciones en 1985. Un año más tarde comenzaría otra etapa con la ampliación de las recién construidas líneas 6 y 7, además de iniciarse la construcción de la línea 9. En este periodo el Metro aumentaría su extensión 16 kiló-metros y 16 estaciones más.
Finalmente en el año de 1994 se inicia la construcción de la línea B, la cual fue termi-nada en su totalidad en el año 2000, tiempo en el que se inauguró el segundo tramo para completar la obra. Así se configura el rostro actual del Metro de la Ciudad de México con más de 200 de vías dobles, 12 líneas de operación, 191 estaciones, 7 talleres de man-tenimiento, más de 14 mil trabajadores y más de 4 millones de usuarios transportados diariamente. [43]
[image:23.612.158.454.270.665.2]El Metro es, probablemente, la obra civil y arquitectónica más grande y compleja de la Ciudad de México. Su principal característica es que esta en un proceso permanente de transformación y crecimiento, por la incorporación de nuevas tecnologías y la ampliación de la red.
1.3. Estudios de ruido para tranporte en la Ciudad de
México
Existen estudios realizados con anterioridad donde se aborda el problema del ruido en los sistemas de transporte en el mundo, esto debido a que es una cuestión que aque-ja todos sus usuarios a diario y que puede causar serios deterioros en el sistema auditivo.
Específicamente, en México existen dos estudios realizados por alumnos de la espe-cialidad de Acústica de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME) del Instituto Politécnico Nacional.
El primero estudio, llevado a cabo y presentado por Omar Pérez Romero, Rafael Re-yes Delgado y Aurelio Varela Arenas, lleva por nombre Estudio sobre la reducción del nivel de ruido en las instalaciones de la línea “A” del tren férreo del Sistema de Trans-porte Colectivo de la Ciudad de Méxicoaborda y contempla, ya desde el año de 1996, el
problema del ruido e identifica las fuentes de ruido de la línea del tren férreo en estudio, de igual forma propone una alternativa de reducción de los niveles de ruido en su interior.
En dicho estudio se propuso la adaptación de barreas acústicas para controlar el ruido del tráfico vehicular, también se propuso la necesidad de instalar amortiguadores mecá-nicos en las vías férreas para reducir el ruido y vibración producido por los trenes. [52]
En el Estudio de ruido en las instalaciones de la línea 2 del metrobús del Distrito Fe-deral, realizado en el año 2011 por los estudiantes Daniel García Zendejas y Gabriel Ruiz
López, de la misma escuela y especialidad del Instituto Politécnico Nacional, se procedió a caracterizar el ruido en este sistema de transporte y se propusieron mejoras al aisla-miento acústico de las estaciones.
Con los resultados obtenidas, por ejemplo, mediante la instalación de puertas auto-máticas de vidrio templado de 6mm, hojas de acero galvanizado de 7 mm y placa de policarbonato solido de 6 mm, distribuidos según su estudio, se puede predecir que los niveles de ruido se pueden disminuir de manera considerable, lo cual es un beneficio para la salud auditiva de los usuarios [50].
En 2004, el investigador y Doctor de la UNAM realizo un estudio que lleva por títu-lo Estimación de la Ventilación y el ruido en el Metro de la Ciudad de México[53] , en
donde mediante mediciones en los talleres del Sistema de Transporte Colectivo Metro en vagones modernos y antiguos de las líneas 1 y 3 se estimó que los niveles de ruido del aire acondicionado son cercanos a los 90-100 dBA en la salida del ventilador y entre 75-80 dBA a la altura de los pasajeros. Esto, de acuerdo con la norma NOM-011-STPS-2001 (CONDICIONES DE SEGURIDAD E HIGIENE EN LOS CENTROS DE TRABAJO DONDE SE GENERE RUIDO) [47], no rebasa los límites permitidos, aunque no resulta satisfactorio sobre todo para las personas que deben permanecer cerca de los ventilado-res.
1.4. Reglamentos y normas en México
Actualmente en México el tema de la contaminación por ruido no es tomado en cuen-ta, a pesar de que, como lo menciona el Ing. Ilhuicamina Trinidad Servín Rivas en su artículoEl ruido como contaminante ambiental, los primeros antecedentes de acciones a
establecer una legislación en materia de contaminación por ruido datan del año de 1952.
Según la Ley general del equilibrio ecológico y la protección al ambiente publicada en 1988 en suCapítulo VIII, artículo 155, Ruido, vibraciones, energía térmica y lumínica, olores y contaminación visual, prohíbe las emisiones de ruido en cuanto rebasen los
lí-mites máximos establecidos en las normas oficiales [46].
La contaminación por ruido tiene el mismo impacto sobre nuestra salud, y no debería diferenciarse de la contaminación del aire, agua y suelo.
Existen diferentes normas en nuestro país para limitar las emisiones sonoras, aunque se hacen caso omiso las instituciones encargadas de vigilar que se cumplan las normas, leyes o reglamentos establecidos: NOM-082-ECOL-1994 (Límites máximos permisibles de emisión de ruido de las motocicletas y triciclos motorizados nuevos en planta y su método de medición), NOM-011-STPS-2001 (Condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se genere ruido) [47].
1.5. Afectaciones del ruido en la salud [48]
1.5.1. Efectos sobre la audición
La deficiencia auditiva se define como un incremento en el umbral de audición que puede estar acompañada de zumbido de oídos. La deficiencia auditiva causada por rui-do se produce prerui-dominantemente en una banda de frecuencia de 3,000 a 6,000 Hz; el efecto más grande ocurre a 4,000 Hz. Pero si el LAeq8h - LAeq,T es el nivel equivalente de la energía promedio del sonido con ponderación A en un periodo T- (La suma de la energia total durante un periodo de tiempo da como resultado un nivel equivalente a la energía sonora promedio en ese periodo), y el tiempo de exposición aumentan, la defi-ciencia auditiva puede ocurrir inclusive en frecuencias tan bajas como de 2,000 Hz.
A nivel mundial, la deficiencia auditiva es el riesgo ocupacional irreversible más fre-cuente y se calcula que 120 millones de personas tienen problemas auditivos. En paises en desarrollo, no sólo el ruido ocupacional sino también el ruido ambiental es un factor de riesgo para la creciente deficiencia auditivia. El daño en la audición también se puede deber a ciertas enfermedades, algunos productos químicos industriales, medicamentos ototóxicos, golpes en la cabeza, accidentes y factores hereditarios. El deterioro de la au-dición también se asocia al proceso de envejecimiento (presbiacusia).
El grado de deficiencia auditiva en poblaciones expuestas al ruido ocupacional de-pende del valor de LAeq,8h, número de años de exposición al ruido y la sensibilidad del individuo. La propensión a la deficiencia se da por igual en hombres y mujeres. Se espe-ra que el ruido ambiental y de áreas recreativas con un LAeq,24h de 70 dB(A) o menos no cause deficiencias auditivas, incluso después de una exposición durante toda la vida. El límite se aplica al ruido ambiental y de áreas recreativas. Sin embargo, en el caso de niños que usan juguetes ruidosos, la presión sonora máxima nunca debiera exceder de 120 dB. Para el ruido de disparos con niveles de LAeq,24h por encima de 80 dB(A), puede haber un mayor riesgo de deficiencia auditiva.
La principal consecuencia social de la deficiencia auditiva es la incapacidad para es-cuchar lo que se habla en la conversación cotidiana. Esto se considera una limitación social grave, incluso los valores mínimos de deficiencia auditiva (10 dB en una frecuencia de 2 000 y 4 000 Hz y en ambos oídos) pueden perjudicar la comprensión del habla.
El ruido interfiere en la comunicación oral. La mayor parte de energía acústica del habla está en la banda de frecuencia de 100 a 6,000 Hz y la señal más constante es de 300 a 3,000 Hz. La interferencia en el habla es básicamente un proceso de enmascara-miento, en el cual el ruido simultáneo impide la comprensión. El ruido ambiental también puede enmascarar otras señales acústicas importantes para la vida cotidiana, tales co-mo el timbre de la puerta o del teléfono, la alarma de los relojes despertadores o contra incendios, otras señales de advertencia y la música.
La dificultad para entender la conversación cotidiana está influenciada por el nivel del
habla, la pronunciación, la distancia entre el hablante y el oyente, las características del ruido circundante, la agudeza auditiva y el nivel de atención. En interiores, la comunica-ción se ve afectada por las características de reverberacomunica-ción de la habitacomunica-ción. El tiempo de reverberación de más de un 1 segundo produce una pérdida en la discriminación del habla y hace que la percepción sea más difícil. Para que los oyentes con audición nor-mal entiendan una oración completa, la relación de la señal en relación con el ruido (es decir, la diferencia entre el nivel del habla y el nivel del ruido que interfiere) debe ser al menos 15 dB(A). Debido a que el nivel de presión sonora de la comunicación normal es de aproximadamente 50 dB(A), el ruido con niveles de 35 dB(A) o más interfiere en la comunicación oral en habitaciones más pequeñas. Para grupos vulnerables se requiere niveles de fondo menores y se recomienda un tiempo de reverberación por debajo de 0.6 segundos para una adecuada comprensión del habla, incluso en un ambiente tranquilo.
La incapacidad para comprender el habla genera problemas personales y cambios en la conducta. Los grupos particularmente vulnerables a las interferencias auditivas son los ancianos, los niños que están en el proceso de adquisición de la lengua y de la lectura y los individuos no familiarizados con el lenguaje que están escuchando.
1.5.2. Efectos sobre el sueño
El ruido ambiental produce trastornos del sueño importantes. Puede causar efectos primarios durante el sueño y efectos secundarios que se pueden observar al día siguien-te. El sueño ininterrumpido es un prerrequisito para el buen funcionamiento fisiológico y mental. Los efectos primarios del trastorno del sueño son dificultad para conciliar el sue-ño, interrupción del suesue-ño, alteración en la profundidad del suesue-ño, cambios en la presión arterial y en la frecuencia cardíaca, incremento del pulso, vasoconstricción, variación en la respiración, arritmia cardíaca y mayores movimientos corporales. La diferencia entre los niveles de sonido de un ruido y los niveles de sonido de fondo, en lugar del nivel de ruido absoluto, puede determinar la probabilidad de reacción. La probabilidad de ser des-pertado aumenta con el número de eventos de ruido por noche. Los efectos secundarios o posteriores en la mañana o día(s) siguiente(s) son percepción de menor calidad del sueño, fatiga, depresión y reducción del rendimiento.
1.5.3. Efectos sobre las funciones fisiológicas
La exposición al ruido puede tener un impacto permanente sobre las funciones fi-siológicas de los trabajadores y personas que viven cerca de aeropuertos, industrias y calles ruidosas. Después de una exposición prolongada, los individuos susceptibles pue-den desarrollar efectos permanentes, como hipertensión y cardiopatía asociadas con la exposición a altos niveles de sonido. La magnitud y duración de los efectos se determinan en parte por las características individuales, estilo de vida y condiciones ambientales. Los sonidos también provocan respuestas reflejo, en particular cuando son poco familiares y aparecen súbitamente.
La presión arterial y el riesgo de hipertensión suelen incrementarse en los trabajado-res expuestos a altos niveles de ruido industrial durante 5 a 30 años. Una exposición de largo plazo al ruido del tráfico con valores de LAeq,24h de 65-70 dB(A) también puede te-ner efectos cardiovasculares. Si bien las asociaciones son débiles, el efecto es más fuerte en el caso de cardiopatía isquémica que en hipertensión. Esos pequeños incrementos de riesgo son importantes debido a la gran cantidad de personas expuestas.
1.5.4. Efectos sobre la salud mental
El ruido ambiental no causa directamente enfermedades mentales, pero se presume que puede acelerar e intensificar el desarrollo de trastornos mentales latentes. La expo-sición a altos niveles de ruido ocupacional se ha asociado con el desarrollo de neurosis, pero los resultados de la relación entre ruido ambiental y efectos sobre la salud mental todavía no son concluyentes. No obstante, los estudios sobre el uso de medicamentos, tales como tranquilizantes y pastillas para dormir, síntomas psiquiátricos y tasas de inter-namientos en hospitales psiquiátricos, sugieren que el ruido urbano puede tener efectos adversos sobre la salud mental.
1.5.5. Efectos sobre el rendimiento
Se ha demostrado que el ruido puede perjudicar el rendimiento de los procesos cogni-tivos, principalmente en trabajadores y niños. Si bien un incremento provocado del ruido puede mejorar el rendimiento en tareas sencillas de corto plazo, el rendimiento citivo se deteriora sustancialmente en tareas más complejas. Entre los efectos cognos-citivos más afectados por el ruido se encuentran la lectura, la atención, la solución de problemas y la memorización. El ruido también puede actuar como estímulo de distrac-ción y el ruido súbito puede producir un efecto desestabilizante como resultado de una respuesta ante una alarma.
La exposición al ruido también afecta negativamente el rendimiento. En las escue-las alrededor de los aeropuertos, los niños expuestos crónicamente al ruido de aviones tienen problemas en la adquisición y comprensión de la lectura, en la persistencia para completar rompecabezas difíciles y en la capacidad de motivación. Se debe reconocer
que algunas de las estrategias de adaptación al ruido de aviones y el esfuerzo necesario para desempeñar adecuadamente una tarea tienen su precio. Los niños que viven en áreas más ruidosas presentan alteraciones en el sistema nervioso simpático, lo que se manifiesta en mayores niveles de la hormona del estrés y presión sanguínea más ele-vada en estado de reposo. El ruido también puede producir deficiencias y errores en el trabajo y algunos accidentes pueden indicar un rendimiento deficiente.
1.5.6. Efectos sociales y sobre la conducta. La molestia del ruido
Efectos sociales y sobre la conducta. La molestia del ruido. El ruido puede producir varios efectos sociales y conductuales, así como molestia. Esos efectos a menudo son complejos, sutiles e indirectos y son resultado de la interacción de diversas variables no auditivas. El efecto del ruido urbano sobre la molestia se puede evaluar con cuestiona-rios o estudios del trastorno de actividades específicas. Sin embargo, se debe reconocer que niveles similares de ruido de tránsito o de la industria causan diferentes grados de molestia. Esto se debe a que la molestia en las personas varía no sólo con las caracterís-ticas del ruido, incluida la fuente del ruido, sino que depende en gran medida de muchos factores no acústicos de naturaleza social, psicológica o económica. La correlación en-tre la exposición al ruido y la molestia general es mucho mayor en un grupo que en un individuo. El ruido por encima de 80 dB(A) también puede reducir la actitud cooperativa y aumentar la actitud agresiva. Asimismo, se cree que la exposición continua a ruidos de alto nivel puede incrementar la susceptibilidad de los escolares a sentimientos de des-amparo.
Capítulo 2
Marco teórico
2.1. Conceptos básicos de Acústica
2.1.1. Acústica
La acústica es la ciencia que estudia los diversos aspectos relativos al sonido, parti-cularmente los fenómenos de generación, propagación y recepción de las ondas sonoras en diversos medios, así como su transducción, su percepción y sus variadas aplicacio-nes tecnológicas. La acústica tiene un carácter fuertemente multidisciplinario, abarcando cuestiones que van desde la física pura hasta la biología y las ciencias sociales [51].
2.1.2. Sonido
El sonido en sí es cierta forma de onda. En cualquier disturbio vibratorio que, propaga-do a través de un medio elástico, causa una alteración en la presión del medio capaz de producir una sensación auditiva en una persona con audición normal, o de poder ser de-tectada por un instrumento de captación dentro del rango de frecuencias e intensidades de percepción del oído. Origina en dicho medio una serie de compresiones y enrareci-mientos, desplazándose a través de esta a una velocidad que depende de la naturaleza del mismo medio [11].
2.1.3. Características del sonido
Amplitud
Frecuencia
Percibimos la frecuencia de los sonidos como tonos más graves o más agudos. La frecuencia es el número de ciclos (oscilaciones) que una onda sonora efectúa en un tiempo dado; se mide en Hz. Por ejemplo, escuchamos una misma nota (La) a diferentes frecuencias, de 110,00 a 880,00 Hz (Hz). Los seres humanos sólo podemos percibir el sonido en un rango de frecuencias relativamente reducido, aproximadamente entre 20 y 20.000 Hz [49].
Propagación acústica
Como ya mencionáramos, un cuerpo en oscilación pone en movimiento a las molé-culas de aire (del medio) que lo rodean. Éstas, a su vez, transmiten ese movimiento a las moléculas vecinas y así sucesivamente. Cada molécula de aire entra en oscilación en torno a su punto de reposo. Es decir, el desplazamiento que sufre cada molécula es pequeño. Pero el movimiento se propaga a través del medio.
Entre la fuente sonora (el cuerpo en oscilación) y el receptor (el ser humano) tenemos entonces una transmisión de energía pero no un traslado de materia. No son las molé-culas de aire que rodean al cuerpo en oscilación las que hacen entrar en movimiento al tímpano, sino las que están junto al mismo, que fueron puestas en movimiento a medida que la onda se fue propagando en el medio [49].
Velocidad de propagación
La velocidad de propagación de una onda sonora depende de las características del medio en el que ocurre la propagación y no de las características de la onda ni de la fuerza que la genera. La velocidad de propagación de las ondas sonoras es también co-nocida como la velocidad del sonido, y en la atmósfera terrestre a una temperatura de 20oC esta es de 340 m/s.
Varía en función del medio en el que se transmite, y observar la forma en que se propaga en un medio puede ayudar a entender mejor algunas de las propiedades de ese medio de transmisión. La velocidad del sonido también varía cuando se producen cambios de temperatura en el medio en que se transmite [49].
Longitud de onda
La distancia entre dos puntos consecutivos en el mismo estado de vibración se deno-mina longitud de onda,λ.
V = λ
T [8]
Espectro acústico
Los ruidos se pueden descomponer en una superposición de sonidos puros de fre-cuencias diferentes. La repartición de la energía sonora en función de cada una de estas frecuencias define el espectro de frecuencias de ruido.
El conocimiento del espectro permite establecer si el ruido contiene frecuencias bajas (graves), medias o altas (agudas). Este es un fenómeno importante de la investigación, ya que el oído humano reacciona de manera diferente según las frecuencias, y la propa-gación del ruido en el aire y a través de los obstáculos depende asimismo del espectro de frecuencias del ruido.
El dominio audible de frecuencias se sitúa aproximadamente en el intervalo 20-20.000 Hz. Para realizar un análisis de frecuencias- análisis espectral- se descompone este in-tervalo en bandas, y se determina el nivel de presión sonora correspondiente a cada una de las bandas. Estas bandas pueden ser:
De ancho constante:
∆f =k
De ancho proporcional a la frecuencia central:
∆f fc
=k
Este último tipo de repartición es el más utilizado en la práctica, y es el que corres-ponde al análisis por filtros de octava y por filtros de tercio de octava.
Cada octava y tercio de octava se denomina por el valor de su frecuencia central en Hz. Las frecuencias centrales del espectro se articulan alrededor del valor 1000 Hz.
La anchura de los filtros de octava es:
f2−f1 = 0.707fc siendof2 = 2f1. f1, f2 son las frecuencias extremas de cada banda.
La anchura de los filtros de tercios de octava es:
f2−f1 = 0.232fc siendof2 =
3
√
2f1.
Frecuencias centrales Frecuencias centrales
de Octava de 1/3 Octava
16 20 31.5 25 31.5 40
63 5063
80
125
100 125 160
250 200250
315 500 400 500 630 1000 800 1000 1250
2000 16002000
[image:34.612.172.441.122.630.2]2500 4000 3150 4000 5000 8000 6300 8000 10000 16000 12500 16000 20000
Tabla 2.1: Octavas
2.1.4. Ruido
El ruido se define como aquel sonido no deseado. Es aquella emisión de energía originada por un fenómeno vibratorio que es detectado por el oído y provoca una sensa-ción de molestia. Es un caso particular del sonido: se entiende por ruido aquél sonido no deseado.
Un ruido es la sensación auditiva no deseada correspondiente generalmente a una variación aleatoria de la presión a lo largo del tiempo. Es un sonido complejo, y puede ser caracterizado por la frecuencia de los sonidos puros que lo componen y por la amplitud de la presión acústica correspondiente a cada una de esas frecuencias. Si estas últimas son muy numerosas, se caracteriza entonces el ruido por la repartición de la energía sonora en bandas de frecuencias contiguas, definiendo lo que se denomina espectro fre-cuencial del ruido. El espectro de frecuencias de un ruido varía aleatoriamente a lo largo del tiempo, a diferencia de otros sonidos complejos, como los acordes musicales, que siguen una ley de variación precisa.
Existen multitud de variables que permiten diferenciar unos ruidos de otros: su com-posición en frecuencias, su intensidad, su variación temporal, su cadencia y ritmo [8].
Ruido acústico: Fuentes y molestias
Los sonidos se pueden clasificar también por su respuesta subjetiva, así los más usuales como por ejemplo la palabra, pueden considerarse como sonidos, siempre que los niveles de presión sonora que producen no sean excesivos, ya que en este caso se tendrían que denominar ruidos, entendido por tal, todo sonido no deseado. Ciertos soni-dos agradables se clasifican generalmente como musicales, aunque pueden convertirse en ruido, de acuerdo con la definición anterior. Por tanto, vemos que la diferencia entre sonido agradable y sonido molesto, depende tanto del nivel de presión sonora, como de la respuesta subjetiva. El grado de molestia de un ruido depende principalmente de su nivel de presión sonora, siendo la respuesta subjetiva dependiente de la naturaleza del sonido.
En cualquier lugar existe ruido procedente de diferentes fuentes, unas próximas y tras lejanas, puede venir reflejado por las superficies, e incluso una parte de él, puede proce-der de todas las direcciones. De acuerdo con lo expuesto, el ruido total asociado con un determinado entorno se llama “ruido ambiental”.
El ruido se pude clasificar de diferentes formas, una por ejemplo en función del nivel de presión sonora:
De elevado nivel de intensidad, produce dolor y pérdida de audición, debiendo eli-minarse.
De pequeño nivel de intensidad, no producen trastornos físicos, aunque si pueden ser psicológicos.
El cero absoluto no se obtendrá nunca, y además se debe de evitar, puesto que afecta al sistema nervioso humano. Los ruidos se producen en unos focos acústicos o fuentes (calle, televisor, discotecas, etc.), se transmiten a través de un medio (cuerpos sólidos, líquidos, aire), y por ultimo llegan al receptor (un individuo, una comunidad, etc.). Se puede decir, que cuando la salida de un foco acústico se ve influenciada por el medio o el receptor, la impedancia de radiación del foco, ha sido alterada por su entorno, de forma análoga la reacción del receptor depende de las características del medio y de la fuente [8].
Curvas de ponderación en frecuencia
El oído humano no es sensible de la misma manera a las diferentes frecuencias. Así, para un mismo nivel de presión sonora, un ruido será tanto más molesto cuanta mayor proporción de altas frecuencias contenga. Basándose en las curvas de insonoridad del oído humano se definieron una serie de filtros con la pretensión de ponderar la señal recogida por el micrófono de acuerdo con la sensibilidad del oído, es decir, atenuando las frecuencias bajas, para poder reflejar un nivel sonoro representativo de la sensación de ruido realmente recibida.
Para tener en cuenta esta sensibilidad se introduce en la medida del ruido el concepto de filtros de ponderación. Estos filtros actúan de manera que los niveles de presión de cada banda de frecuencia son corregidos en función de la frecuencia según unas curvas de ponderación. Con este criterio se han definido varios filtros, siendo los más conocidos los denominados A, B, C y Flat.
El filtro utilizado en el dominio del ruido del transporte es el A, y los niveles de presión sonora utilizados se miden en decibeles A, dBA.
2.2. Conceptos básicos de acústica arquitectónica
2.2.1. Decibel
Es una unidad relativa de una señal muy utilizada por la simplicidad al momento de comparar y calcular niveles de señales eléctricas. Los logaritmos son muy usados debido a que la señal en decibeles (dB) puede ser fácilmente sumada o restada y también por la razón de que el oído humano responde naturalmente a niveles de señal en una forma aproximadamente logarítmica. [51]
Usado primeramente para medir la intensidad del sonido, el decibel debe su nombre a un físico norteamericano Alexander Graham Bell (1847-1922).
El Bel fue originalmente definido para medir relaciones de sonido y usado en líneas telegráficas con impedancia de 600 ohm [51].
2.2.2. Nivel de presión acústica
El Nivel de Presión Sonora es la medición logarítmica del valor promedio de la presión sonora, respecto a un nivel de referencia. Generalmente ese nivel de referencia es lo que se considera la presión sonora, del sonido más débil audible: 20 mPa.
Mientras que la presión sonora se mide en Pascales, el Nivel de Presión Sonora se mide en decibeles SPL, y se abrevia "dB SPL", por las siglas en inglés de Sound Pres-sure Level.
Lp = 20 log10
P P0
Donde,
Lp =Nivel de presión acústica
P =Presión acústica
P0 =Presión acústica de referencia P0 = 2x10−
2.2.3. Nivel promedio de presión acústica
Lp = 10 log10 1
n
n
X
i=1 10Lpi10
!
dB
Donde, n = número de niveles de presión acústica a promediar Lpi = Nivel de presión
acústica
2.2.4. Aislamiento acústico
El aislamiento acústico se refiere al conjunto de materiales, técnicas y tecnologías desarrolladas para aislar o atenuar el nivel de presión acústica en un determinado espa-cio. Es el conjunto de acciones encaminadas a la obtención de una adecuada atenuación en la transmisión de ruido y vibraciones entre diferentes espacios arquitectónicos [56].
2.2.5. Coeficiente de transmisión
Definimos a τ como el coeficiente de transmisión, la cantidad de ruido que pasa a través del material en cuestión, donde [9]:
τ = 1−α
2.2.6. Absorción acústica
El concepto de absorción en Acústica se refiere a la disipación de energía que ocu-rre cuando una onda acústica incide en una superficie dada. La palabra “absorción” es usada frecuentemente por el lego en conexión con la acción de una esponja cuando se remoja en el agua. Tal connotación no se aplica en Acústica. El agua absorbida por la esponja puede recuperarse exprimiendo la esponja. El sonido, cuando es absorbido por el material, no puede recuperarse; se vuelve pérdida de energía, convertida en calor.
El concepto de absorción acústica es aplicable, en primer lugar, a interiores. Si no existen superficies reflectantes (paredes, techo y piso) el sonido se pierde totalmente a medida que aumenta la distancia de la fuente.
Si suponemos que una onda con una cantidad dada de energia incide en una super-ficie con un angulo aleatorio, entonces una porcion de la energia incidente sera reflejada al espacio donde se origino la energia y el resto de la energia incidente se transmitira a traves del material del contorno.
Usando la tecnica de rayos, el coeficiente de absorcion αpuede definirse como:
α = 1− Energaref lejada
Energaincidente
De este modo, el coeficiente de absorción representa la porción de la energía acús-tica que se pierde hacia el espacio de la fuente. Su valor variará de 0,0 a 1,0 (es decir, de 0 por ciento a 100 por ciento). Así, si el coeficiente de absorción es 0,0, no se pierde energía y todo el sonido permanece en el espacio de la fuente. Esto implica que las parti-ciones son acústicamente “duras” y que la energía reflejada iguala a la energía incidente. A medida que el coeficiente se aproxima a 1,0 tanto más se pierde la energía hacia el espacio de la fuente y la energía reflejada se convierte en la porción más pequeña de la energía incidente. Se dice que la superficie es acústicamente “suave”.
Similarmente, el coeficiente de transmisión puede definirse de la siguiente manera:
τ = 1− Energatransmitida
Energaincidente
La energía total en la onda es representada por la suma del coeficiente de absorción
(α)más el coeficiente de transmisión(τ), es decir:
α+τ = 1
Despreciando la pérdida por fricción (conversión a calor) que ocurre dentro del mate-rial.
El valor numérico del coeficiente de absorción, como se ha expuesto previamente, pa-ra todos los materiales conocidos es un valor finito comprendido entre 0,01 (1 por ciento) para superficies extremadamente duras como acero pulido o concreto denso a 0,99 para materiales altamente absorbentes. Las ventanas abiertas se consideran 100 por ciento absorbentes.
La unidad de la absorción sonora es el sabin. En las unidades del sistema internacio-nal SI, 1 sabin métrico es el equivalente de1m2 de superficie perfectamente absorbente; en las unidades del sistema inglés, 1 sabin es el equivalente de 1f t2 de superficie per-fectamente absorbente. Por ejemplo, una superficie S de 10m2 que tiene un coeficiente de absorción de 0.70 tiene una absorción total de 7.0 sabines métricos. Una superficie de 10f t2 que tiene un coeficiente de absorción de 0.70 tiene una absorción total de 7.0 sabines.
de onda más grandes (bajas frecuencias).
Las propiedades generales que los materiales absorbentes de sonido deben tener para ser efectivos incluyen la necesidad de que la superficie sea relativamente transpa-rente a la ondas acústicas. Al igual que el vidrio es transpatranspa-rente o translucido a la luz, así también lo son varios materiales al paso del sonido. El material también debe propor-cionar algún mecanismo mediante el cual la energía acústica sea convertida a energía calorífica mediante fricción durante el paso de la onda por el material.
La transparencia se consigue teniendo una superficie altamente porosa, o mediante el uso de un material duro perforado sobre un material poroso, o cubriendo el material poroso con una membrana impermeable muy delgada, ligera y flexible. Cada una de ellos puede producir el mismo efecto absorbente, siendo la diferencia el tipo de atmósfera en que cada uno se usa. Todos estos tipos de construcción actúan como una reactancia acústica de tipo masa en serie y por lo tanto todas ellos muestran una transparencia decreciente a medida que aumenta la frecuencia más allá del punto óptimo de diseño [55].
2.2.7. Coeficiente de absorción
El coeficiente de absorción, que se define como el coeficiente entre la energía ab-sorbida respecto a la incidente, depende tanto del tipo de material como de su forma de montaje, influyendo en el tipo de mecanismo de absorción que se desarrolle.
El efecto de absorción está en función de la frecuencia de la onda incidente, ya que la absorción en definitiva depende o de la velocidad de la partícula o de la presión acústica y ambas crecen con la frecuencia de los sonidos, por lo tanto aumenta el efecto absor-bente.
Para altas frecuencias la absorción no depende del espesor del material, salvo para bajas frecuencias que si depende.
La dependencia del coeficiente de absorción con la frecuencia obliga a que para cada material se conozca la curva de variación del mismo con la frecuencia, dichos valores se obtienen a partir de ensayos experimentales. En condiciones de campo acústico difuso las discrepancias entre el coeficiente de absorción medido, con el obtenido deben de ser pequeñas, mientras que en condiciones de campos muy direccionales las discrepancias serán mayores.
A partir del coeficiente de absorciónα, se define la absorción de una superficieS (ca-pacidad absorbente de la misma,A) como el producto esα∗S, que se mide en sabines, que es la unidad de medida de la absorción acústica.
A=α∗S
Donde,
A=la absorción acústica
α=coeficiente de absorción
S =superficie de material
2.2.8. Coeficiente de absorcion medio y total
Está definido como lo que deberían de tener todas las superficies internas de un local, para que su absorción total fuera la misma.
Así siendoS1, S2, S3, ..., Snlas áreas de las dintintas superficies de un local yα1, α2, α3, ..., αn su correspondiente coeficiente de absorción, la absorción total de la sala sería:
A= n
X
i=1 αiSi
Y el coeficiente de absorción medio:
α= A
S =
Pn
i=1αiSi
Pn
i=1Si SiendoS la superficie total de la sala [54].
2.2.9. Reducción de ruido reverberante
En un recinto o espacio cerrado la energía sonora se incrementará debido a las refle-xiones múltiples del sonido en las superficies del recinto. Esta energía sonora reflejada se considera esencialmente uniforme en todo el recinto y es dependiente de dos cantidades: la potencia acústica de salida de la fuente y la absorción total del recinto. Una medida importante o índice de desempeño que se usa algunas veces para expresar la reducción en la energía del sonido reflejado conseguida por la aplicación de materiales absorbentes en las superficies limítrofes del recinto, es la reducción de ruido reverberante, abreviada N R[57].
La reducción de ruido reverberante se define como:
N R = 10 log
A2 A1
Donde,
N R=Reducción de ruido reeverberante, dB
2.3. Herramientas
2.3.1. AutoCAD
Autodesk AutoCAD es un software de diseño asistido por computadora para dibujo en dos y tres dimensiones. Actualmente es desarrollado y comercializado por la empresa Autodesk.
AutoCAD es uno de los programas más usados, elegido por arquitectos, Ingenieros y diseñadores industriales. Desglosando su nombre, se encuentra que Auto hace referen-cia a la empresa creadora del software, Autodesk y CAD a Diseño Asistido por Compu-tadora (por sus siglas en inglés).
Se realizó un levantamiento en la estación del metro Hidalgo, tomando en cuenta los detalles, que consideramos pertinentes para el problema, como las salidas de peatones, anuncios publicitarios, puertas, detalles del techo y paredes.
Por medio de AutoCAD todas esas mediciones, las usamos para hacer nuestros pla-nos y tener una mejor referencia de los puntos de medición y problemas debidos a la arquitectura de la estación. Nos dimos cuenta que esta herramienta en la ingeniería es básica para tener una mejor visualización de los levantamientos y de recintos que tenga-mos que trabajar, para su tratamiento acústico [3].
2.3.2. Analizador de audio portátil PAA3
El PAA3 de Phonic es la herramienta de elección para los serios ingenieros de acús-tica. Una alta precisión del audio analizador palma, el PAA3 ofrece una rica variedad de herramientas de análisis para sonido. Las características incluyen análisis de espectro en
tiempo real de 31-bandas, RT60, SPL y medidor de línea, generador interno, programa del ajuste de EQ, calibración del micrófono y capacidades de chequeo de fase de altavoz.
Con el analizador PAA3, nos dimos a la tarea de medir en diferentes puntos de la estación, los niveles de presión acústica (SPL dBA), para así tener una referencia de nuestras fuentes de ruido.
Continuando con las mediciones, hicimos un análisis espectral en diferentes puntos con 2 PAA3, midiendo de manera simultánea para obtener en los datos un comporta-miento más continuo. Para estos fines se utilizó la ponderación plana, para visualizar en las mediciones cómo se comporta el fenómeno y poder plantear la propuesta de solución a partir de materiales absorbentes que convengan al problema.
Más de 100 mediciones se realizaron, para tener una mejor lectura con respecto al tiempo [32].
2.4. Tipos de montaje de material absorbente
2.4.1. Montajes A, E400 y suspendidos
Existen varios tipos de montajes utilizados para pruebas de coeficientes de reducción de ruido en cámaras de reverberación y de absorción para control de ruido de distintos recintos. Los materiales para el tratamiento de paredes o techos se someten a pruebas con montajes llamados tipo “A” y “E400”.
En el montaje tipo “A” la muestra de ensayo o el material absorbente en la aplicación se coloca directamente sobre la superficie (pared o techo). En el montaje “E400” la letra “E” designa un espacio de aire entre la muestra o material absorbente y la superficie (pared o techo) y el número después de esa letra significa la profundidad del espacio en milímetros, en este caso 400 milímetros, es decir, 40 centímetros.
Existen otros métodos de montajes, como los tipos “B” y “C”, pero rara vez se utilizan [2].
Estos tipos de montajes se rigen bajo la norma ASTM E795 (Standard practices for moun-ting specimens during sound absorption tests).
Capítulo 3
Estudio acústico
3.1. Lugar de estudio
3.1.1. Estación Hidalgo (Lineas 2 y 3)
La línea 2 (azul) del Sistema de Transporte Colectivo metro cuenta con 23.4 km de longitud, aunque solo 20 km son para operación. Del total de su longitud, 12.5 km son subterráneos y 9.4 km son superficiales [21].
La línea 2 se integra por 24 estaciones, 5 de ellas de correspondencia, 17 de paso y sus 2 terminales no tienen correspondencia; del total, 14 estaciones son subterráneas y 10 superficiales [20].
En la Figura 3.1 se muestra el plano de barrio de la estación Hidalgo, líneas 2 y 3.
En el año 2011 la estación tuvo una afluencia total de 287, 010,107 personas. En las estadísticas del año 2012, del mes de octubre al mes de diciembre de ese año, la esta-ción Hidalgo tuvo una afluencia de 3, 182,827 personas [19].
[image:46.612.161.452.171.388.2]En la Figura 3.2 se observa la afluencia de personas en esta estación, línea 2.
Figura 3.2: Usuarios del STC Metro en la estación Hidalgo (línea 2)
La línea 3 cuenta con 23.6 km de longitud y para operación están disponibles 22.5 km. En esta línea 18.1 km son subterráneos y solo 4.4 km son superficiales [21].
La línea 3 se integra por 21 estaciones, 6 de ellas de correspondencia, 13 de paso y 2 terminales sin correspondencia; del total, 17 estaciones son subterráneas y 4 superfi-ciales [20].
Durante el año 2011 la línea 3 tuvo una afluencia total de 234, 041,911 personas. Los últimos 3 meses del año 2012 (octubre a diciembre), la estación Hidalgo tuvieron una afluencia de 1, 807,559 personas [19].
En las Figuras 3.3 y 3.4 se observa la afluencia de la estación Hidalgo, tanto en la línea 2 como en la línea 3.
Figura 3.3: Usuarios del STC Metro en la estación Hidalgo (línea 3)
[image:47.612.144.469.380.627.2]3.1.2. Permisos previos
Para poder realizar las mediciones en la estación Hidalgo, así como el levantamiento y tomar fotografías, se solicitó una autorización para realizar grabaciones, filmaciones y tomas fotográficas sin fin lucrativo, como se denomina el acto administrativo.
La solicitud se entregó en tiempo y forma, tal como lo indica el reglamento del Sistema de Transporte Colectivo Metro para tal permiso. Con ayuda de la Academia de Acústica de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco, se entregó el oficio en hoja membretada, firmada por la presidenta de la Academia de Acústica, Ing. Patricia Lorena Ramírez Rangel.
En la Figura 3.5 se presenta la copia de la solicitud y en la Figura 3.6 se presenta la copia de la respuesta a esa solicitud.
Figura 3.6: Respuesta de autorización con fecha del 27 de febrero de 2013
3.2. Mediciones
A partir del mes de octubre de 2012 se realizaron un total de 26 mediciones de nivel sonoro A en la estación Viveros de la línea 3 del sistema colectivo con un total de 1445 datos obtenidos de este parámetro, esto con la intención de hacer el estudio y la pro-puesta de control de ruido en este lugar.
Sin embargo, se decidió hacer el estudio en la estación Hidalgo, debido al gran vo-lumen de la estación y a que tiene una mayor afluencia de personas. Previo al estudio formal en esta estación, se realizaron mediciones preliminares del nivel sonoro A con un total de 899 datos obtenidos de este parámetro, con los cuales se pudieron determinar los puntos donde se realizarían las mediciones posteriores del espectro acústico, consi-derando las fuentes de ruido que se encontraron en esta estación.
3.2.1. Mediciones en la estación Hidalgo, Línea 2 (azul)
Para la primera medición que se realizó en esta estación, se designaron 3 puntos para medir con el analizador de espectro, los cuales se distribuyeron de la siguiente manera; tal como se muestra en la Figura 3.7
Dirección Taxqueña
Punto 1.A (inicio del andén) Punto 2.A (centro del andén) Punto 3.A (final del andén)
Los puntos que se tomaron en cuenta fueron el inicio, la parte central y el final del andén de la estación. La decisión se basó en la observación que se tuvo en las anterio-res mediciones realizadas en este lugar, ya que estos puntos tenían los mayoanterio-res niveles de ruido. El inicio y final de la estación tienen esta característica, ya que son los lugares inmediatamente contiguos al túnel de la línea lo que hace que se concentren mayores ni-veles de ruido, y en la parte central, ya que es donde está usualmente la mayor afluencia de los usuarios.
En cada uno de los puntos se tomaron 10 mediciones del espectro acústico con cada uno de los 2 analizadores PAA3, en un lapso de 30 segundos, alternando su uso, para obtener un total de 20 mediciones. Cada una de las mediciones se hizo en bandas de 1/3 de octava para así poder determinar el intervalo de frecuencias en donde existen niveles de ruido altos. Las condiciones que se utilizaron del analizador de espectro fueron: pon-deración plana y respuesta rápida con unaτ = 125ms. Todas las mediciones de espectro
Figura 3.7:
Plano de los puntos de medición en el andén de la línea 2
Punto 1.A, dirección Taxqueña
En la tabla 3.1, se observan los datos obtenidos en el punto 1.A, en bandas de 1/3 de octava.
Frecuencia por bandas 1/3 de octava
Zona Nivel
y Medición total 20 Hz 25 Hz 31.5 Hz 40 Hz 50 Hz 63 Hz 80 Hz 100 Hz detalles (dB)
Estación sin tren 1 84.9 82.8 72.6 65.7 67.8 63.3 58.2 63.0 55.1 Estación sin tren 2 89.1 83.8 74.1 66.4 69.0 71.3 71.6 64.9 69.4 Llegada de tren 3 93.5 80.9 68.8 67.1 69.0 73.4 78.8 77.4 72.4 Llegada de tren 4 93.8 77.9 68.4 74.6 72.1 66.6 71.9 66.2 73.2 Llegada de tren 5 91.0 75.2 70.8 65.1 71.1 69.4 67.3 65.2 69.5 Termina de estacionarse 6 87.2 81.8 70.4 56.2 70.0 68.8 65.2 58.2 64.7 Termina de estacionarse 7 88.5 76.8 68.3 65.2 65.6 64.1 57.9 63.4 59.5 Valvula de aire del metro 8 86.3 77.3 76.8 67.4 63.1 63.4 58.5 59.9 59.8 Valvula de aire del metro 9 89.8 77.2 73.9 60.4 66.0 68.3 61.9 63.4 58.5 Cierre de puertas 10 86.1 80.3 70.4 62.6 66.4 63.1 60.5 55.3 57.5 Señal de cierre de puertas 1 78.5 61.5 52.9 55.8 51.5 55.1 60.2 61.9 69.5 Señal de cierre de puertas 2 80.8 65.4 61.0 54.2 58.9 58.1 61.0 66.5 76.2 Señal de cierre de puertas 3 79.4 58.5 57.3 57.3 52.7 52.1 58.0 61.2 61.4 Señal de cierre de puertas 4 84.2 64.0 64.6 59.1 59.7 58.2 61.3 64.8 68.7 Cierre de puertas 5 78.8 56.5 61.2 57.5 51.9 58.6 61.2 61.9 69.7 Cierre de puertas 6 80.1 63.0 63.1 62.4 63.5 66.4 64.7 66.0 70.8 Cierre de puertas 7 79.1 62.4 56.8 57.3 53.5 56.4 60.7 57.8 63.5 Cierre de puertas 8 77.1 70.3 63.6 54.2 57.4 59.4 59.0 61.0 62.9 Partida del tren 9 79.9 61.7 58.3 51.6 54.4 57.3 62.8 59.4 55.0 Partida del tren 10 80.8 66.1 58.8 51.5 57.3 59.9 61.5 60.8 60.7
Zona Nivel
y Medición total 125 Hz 160 Hz 200 Hz 250 Hz 315 Hz 400 Hz 500 Hz 630 Hz detalles (dB)
Estación sin tren 1 53.8 60.8 56.8 57.6 56.9 61.2 55.2 52.1 Estación sin tren 2 67.6 66.8 62.8 66.3 64.1 60.8 63.2 61.9 Llegada de tren 3 74.4 69.2 71.1 77.6 73.3 71.5 78.1 74.1 Llegada de tren 4 75.0 69.9 72.6 76.7 77.3 78.8 73.4 77.8 Llegada de tren 5 66.6 66.1 74.0 78.0 74.9 71.6 75.3 79.9 Termina de estacionarse 6 63.9 65.0 69.9 72.1 69.3 64.4 69.3 69.2 Termina de estacionarse 7 61.3 61.9 63.4 58.4 59.5 59.7 56.5 57.9 Valvula de aire del metro 8 61.8 59.7 68.8 60.4 60.0 61.6 56.8 54.4 Valvula de aire del metro 9 59.4 56.7 63.2 60.1 59.9 59.6 58.5 55.6 Cierre de puertas 10 60.9 62.5 61.5 60.2 61.1 67.4 62.9 58.6 Señal de cierre de puertas 1 57.0 61.5 68.4 59.4 60.9 64.8 62.7 60.6 Señal de cierre de puertas 2 60.1 63.1 76.0 58.2 59.2 68.9 72.6 60.3 Señal de cierre de puertas 3 68.2 59.5 64.0 68.8 59.9 59.4 70.0 63.7 Señal de cierre de puertas 4 59.3 62.5 66.5 61.7 61.6 66.8 61.9 61.7 Cierre de puertas 5 61.2 64.1 68.5 62.6 60.4 64.2 64.5 61.8 Cierre de puertas 6 64.2 66.8 68.6 63.0 61.1 62.4 66.5 61.1 Cierre de puertas 7 59.7 62.8 66.4 58.1 56.8 61.1 71.0 61.9 Cierre de puertas 8 59.1 59.0 62.8 59.2 58.1 64.1 66.0 63.0 Partida del tren 9 58.2 60.0 58.2 59.2 58.3 60.4 56.9 56.8 Partida del tren 10 59.5 64.2 69.2 66.4 61.8 66.2 70.9 60.4
Zona Nivel
y Medición total 800 Hz 1000 Hz 1250 Hz 1600 Hz 2000 Hz 2500 Hz 3150 Hz 4000 Hz detalles (dB)
Zona Nivel
y Medición total 5000 Hz 6300 Hz 8000 Hz 10000 Hz 12500 Hz 16000 Hz 20000 Hz detalles (dB)
Estación sin tren 1 36.5 35.8 30.0 30.1 30.1 30.0 30.0 Estación sin tren 2 54.8 53.4 44.5 39.9 33.8 30.0 30.0 Llegada de tren 3 68.6 68.9 61.7 59.9 56.3 51.3 45.8 Llegada de tren 4 68.1 68.3 58.8 57.5 52.8 46.3 42.7 Llegada de tren 5 66.0 66.1 57.4 56.1 52.6 47.0 42.1 Termina de estacionarse 6 59.3 60.8 52.7 50.5 46.7 41.2 36.8 Termina de estacionarse 7 57.9 59.2 46.6 45.8 45.0 40.0 32.3 Valvula de aire del metro 8 58.8 44.5 40.8 38.8 35.8 32.8 30.0 Valvula de aire del metro 9 39.3 42.3 34.9 34.1 32.9 30.0 30.7 Cierre de puertas 10 42.8 45.3 35.7 34.5 32.4 30.0 30.0 Señal de cierre de puertas 1 53.3 59.0 51.7 54.4 52.0 45.8 41.9 Señal de cierre de puertas 2 46.4 46.6 38.3 35.0 33.4 30.0 30.0 Señal de cierre de puertas 3 47.9 47.4 38.2 34.2 34.5 30.0 30.0 Señal de cierre de puertas 4 51.1 39.9 40.5 37.5 30.1 30.0 30.0 Cierre de puertas 5 48.4 44.1 37.6 33.5 31.0 30.0 30.0 Cierre de puertas 6 42.0 44.3 39.9 35.5 30.0 30.0 30.0 Cierre de puertas 7 40.2 42.8 34.8 30.0 30.0 30.0 30.0 Cierre de puertas 8 53.3 53.7 43.9 39.5 37.2 40.0 38.5 Partida del tren 9 46.6 39.6 35.6 32.7 32.7 30.0 30.0 Partida del tren 10 46.9 61.3 45.0 42.3 33.6 30.0 30.0
Tabla 3.1: Medición de frecuencias por bandas de 1/3 de octava en la estación Hidalgo (línea azul)
En esta estación se obtuvieron un total de 1736 valores del espectro acústico, con las condiciones indicadas anteriormente. Los datos del espectro acústico por bandas de 1/3 de octava se convirtieron a valores por bandas de octava, para poder hacer su análisis acorde con la forma en que los fabricantes reportan los valores de los coeficientes de absorción de sus materiales. Después de hacer esta conversión a valores por bandas de octava se pudo observar en que rangos de frecuencias se encontraban los niveles de ruido más altos.
Ejemplo: Obtener la banda de octava correspondiente a 1000 Hz
Tomando los datos de la tabla 3.1, medición 1, bandas de 800 Hz, 1000Hz y 1250 Hz, muestran los siguientes niveles de intensidad acústica: 49.8 dB, 50.6 dB y 49.9 dB. Calcular el nivel de la banda de octava correspondiente.
Solución: Mediante suma de niveles vamos a obtener el resultado, sustituyendo en la formula los valores de nuestras bandas.
L= 10 log n
X
i=1 10Li10
L= 10 log104910.8 + 10 50.6
10 + 10 49.9
10
Teniendo como resultado:
L= 54.9dB
Que se comprueba en la tabla 3.2 medición 1 en la banda de 1000 Hz.
