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Ruido en los medios de transporte

Mapas de ruido

Joaquín Fernández Francos Universidad de Extremadura

[email protected]

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Joaquín Fernández Francos. Universidad de Extremadura Dpto. de Ingeniería Mecánica, Energética y de los Materiales Tf: 924289611. Fax: 924289601. E-mail: [email protected]

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN. Fuentes de ruido en áreas urbanas. Actuaciones en materia de ruido. Recomendación 2003/613/CE. Objetivos.

RUIDO EN LOS MEDIOS DE TRANSPORTE 1.- MEDICIÓN DEL RUIDO DE TRÁFICO RODADO. MÉTODO XPS 31-133. Modeli-

zación de la fuente. Propagación del sonido al aire libre. Análisis meteorológico de un lugar determinación del nivel sonoro a largo plazo. Análisis de la propagación. Método general de cálculo. Cálculos para un trayecto elemental.

2.- MEDICIÓN DEL RUIDO DE TRÁFICO FERROVIARIO. MÉTODO RMR. Modeliza-

ción de la fuente. Propagación del sonido al aire libre. Análisis meteorológico de un lugar determinación del nivel sonoro a largo plazo. Análisis de la propagación. Método general de cálculo. Cálculos para un trayecto elemental.

3.- MEDICIÓN DEL RUIDO DE TRÁFICO AÉREO. DOCUMENTO CEAC 29. Modeli-

zación de la fuente. Caracterización de los aviones. Descripción de la trayectoria de vuelo. Propagación del sonido al aire libre.

MAPAS DE RUIDO 4.- MAPAS ESTRATÉGICOS DE RUIDO Y PLANES DE ACCIÓN. Mapas estratégicos.

Información necesaria. Toma de medidas. Predicción de ruido. Planes de acción. Da-tos a comunicar a la Comisión Europea.

5.- MÉTODOS DE SIMULACIÓN DE CAMPOS SONOROS. Resumen. Teoría acústica.

Acústica geométrica. Método de rayos acústicos. Focos virtuales. Aplicaciones. Algo-ritmo de cálculo.

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INTRODUCCIÓN Fuentes de ruido en areas urbanas:

• Ruido continuo: - tráfico rodado - actividades industriales - equipos e instalaciones en locales y edificios (HVAC,...)

• Ruido de corta duración, repetitivo: - tráfico rodado nocturno - tráfico de vehículos ruidosos (motos, reparto, limpieza,...) - tráfico ferroviario, de aviones

• Ruido continuo ocasional: - maquinaria de obras públicas - actividades industriales - bares y locales nocturnos - actividades de ocio, del hogar,... - naturaleza (viento, lluvia, oleaje, animales,...)

Actuaciones en materia de ruido:

• Normativa y legislación (ámbitos local, autonómico, estatal y europeo) • Caracterización y cuantificación del estado acústico • Previsión: evaluación de impacto ambiental acústico • Acciones correctoras • Planificación de áreas urbanas

Recomendación 2003/613/CE: Mientras no existe una normativa común europea se seguirán los siguientes métodos de cálculo: - Ruido de tráfico rodado: método nacional de cálculo francés XPS 31-133. http://forum.europa.eu.int/Public/irc/env/noisedir/library?l=/material_mapping/recommende

d_computation/reports_interim/traffic_wps_1333&vm=detailed&sb=Title http://forum.europa.eu.int/Public/irc/env/noisedir/library?l=/material_mapping/recommende

d_computation/abaques_emissions/_EN_1.0_&a=i - Ruido de ferroviario: método de cálculo nacional holandés. Se denominará RMR.

http://www.stillerverkeer.nl/rmv/RMVR/RMVR96.pdf - Ruido de aeronaves en torno a aeropuertos: Método de cálculo alemán. Se denomina-

rá Documento CEAC 29. http://www.ecac-ceac.org/index.php?content=docstype&idtype=38

Los citados métodos se deberán adaptar a las definiciones:

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- Lden: Indicador de ruido día-tarde-noche - Lday: Indicador de ruido diurno - Levening: Indicador de ruido en periodo vespertino - Lnight: Indicador de ruido en periodo nocturno

( ) ( )[ ] 201081041012

241

log10L 10/10L10/5L10/Lden

nighteveningday +⋅+⋅+⋅= ++

Se trata de indicadores de ruido a largo plazo (un año) conforme a la norma ISO 1996-2:1987. Esta norma define el nivel medio a largo plazo como un nivel de presión sonora continuo equivalente con ponderación A, que se calcula teniendo en cuenta las variaciones tanto de la actividad de la fuente como de las condiciones meteoro-lógicas que influyen en la propagación, utilizando factores de corrección. La norma ISO 1996-1 hace referencia a las correcciones meteorológicas, aunque no ofrece ningún mé-todo para determinarlas o aplicarlas. Cuando no se dispone de datos meteorológicos fiables se adoptarán hipótesis simplificati-vas sobre datos meteorológicos generales con un planteamiento conservador (favorable a la propagación del ruido) Todas las mediciones de ruido se realizarán a una altura del suelo de 4.0 (±0.2) m, y a una distancia de 2.0 (±0.2) m de las fachadas. Objetivos:

• Tener una perspectiva general de las cuestiones relacionadas con el ruido am-biental en áreas urbanas

• Conocer la estimación teórica de la distribución de ruido • Conocer los métodos de simulación de ruido de tráfico • Saber confeccionar un mapa de ruido

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1.- MEDICIÓN DEL RUIDO DE TRÁFICO RODADO MÉTODO XPS 31-133

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1.- MEDICIÓN DEL RUIDO DE TRÁFICO RODADO. MÉTODO XPS 31-133 Este método describe un procedimiento detallado para calcular los niveles sonoros cau-sados por el tráfico en las inmediaciones de una vía, teniendo en cuenta los efectos me-teorológicos sobre la propagación. En la figura 1.1 se encuentra un resumen de todos los pasos de que consta este método.

Velocidadmedia

Caudal detráfico

Longitud de lafuente linealelemental

Geometríade la zona

Coeficientede atenuaciónatmosférica

Coeficientede atenuación

del suelo

Corrección endB(A) por bandas

de octavaCorrecciónpor suelo

Ocurrencia media de lascondiciones favorables

Atenuaciónpor divergencia

Atenuación porabsorción

atmosférica

Atenuaciónpor efectodel suelo

Atenuaciónpor difracción

Tipos desuelo

Datosmeteorológicos

Tipo detráfico

Pendientecalzada

Categoríade vehículo

Emisión

Nivel de potencia sonora pormetro de carril

Nivel de potencia sonora de unafuente elemental

Presión sonora producidapor una fuente elemental

en condiciones favorables (F)u homogéneas (H)

Presión sonora a largoplazo producida por

una fuente elemental i

E

Q

I

Emis

ión

de

ruid

oP

ropa

gac

ión

de

ruid

o

α G

R(j)Ψ

pi

Adiv Aatm Asuelo Adifra

LAw/m

LAwi

Li,F o Li,H

Li,LT

Figura 1.1. Proceso de cálculo

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1.1.- MODELIZACIÓN DE LA FUENTE Una infraestructura de transporte terrestre considerada como fuente de ruido presenta ciertas particularidades: - Linealidad y reparto de la potencia acústica a lo largo de la carretera - Variabilidad de la emisión sonora a lo largo del itinerario La modelización de esta situación consiste en descomponer la fuente lineal en fuentes puntuales y determinar su potencia sonora. 1.1.1.- Descomposición de la fuente Primeramente se determinan los tramos (arcos, en términos geométricos) en los cuales se puede considerar que:

- La emisión sonora no varía. - El perfil transversal (número de carriles, ancho de la plataforma, etc.) a lo largo

de la sección permite aplicar el mismo modelo de descomposición de la fuente. De esta manera, la infraestructura estudiada se descompone en tramos acústicamente homogéneos. A continuación cada tramo tendrá tantas fuentes lineales como carriles de circulación, considerando estas situadas en el centro de cada carril (figura 1.2).

Figura 1.2. Posición óptima de las fuentes lineales y su descomposición en fuentes puntuales en el caso de una vía de 2 x 2 carriles

También se puede, en función de la distancia al receptor, representar cada sentido de la circulación por una fuente lineal, e incluso hacerlo con toda la carretera (si ésta no es muy ancha y el receptor está lo suficientemente alejado). El siguiente paso es descomponer las fuentes lineales en puntuales, para lo que existen varios modos:

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- Descomposición equiangular: desde el receptor se tira un conjunto de rayos espacia-dos un ángulo constante (para vistas de 150º se toma 10º, para vistas superiores se reduce el ángulo). La intersección de cada uno de estos rayos con la fuente lineal da la fuente puntual.

- Descomposición por paso uniforme: cada fuente lineal se descompone en fuentes puntuales regularmente espaciadas, no debiendo éste ser superior a la mitad de la distancia entre el receptor y la vía. De manera general. El paso no suele exceder los 20 m.

- Descomposición variable: en ciertas situaciones, principalmente cuando el receptor está parcialmente tapado, puede ser necesario modificar el paso entre dos fuentes puntuales.

La potencia acústica de la fuente puntual varía cuando se realiza una descomposición equiangular o por paso variable. 1.1.2.- Potencia sonora de la fuente. Modelo de emisiones El nivel de potencia sonora de una fuente puntual compleja i [LAWi, en dB(A)] en una determinada banda de octava j se obtiene a partir de los niveles de emisión sonora individuales de los vehículos ligeros y pesados según la siguiente fórmula:

LAWi = LAW/m + 10 log (li) + R(j) + Ψ (1.01) donde: - LAW/m es el nivel total de potencia sonora por metro de vía y se obtiene mediante la

fórmula siguiente:

( ) ( )[ ] 201010log10L 10/Qlog10E10/Qlog10Em/AW

vpvpvlvl ++= ++ (1.02) - Evl y Evp son los niveles sonoros Leq de vehículos ligeros y pesados. La “Guide du Bruit”

proporciona nomogramas (figura 1.3) que dan el valor del nivel sonoro E para un solo vehículo (ligero o pesado) en función de la velocidad, el flujo de tráfico y el perfil longitudinal.

- Qvl y Qvp son los volúmenes de tráfico de vehículos ligeros y pesados durante el intervalo de referencia [h-1].

- li es la porción de fuente lineal en metros abarcada por la fuente puntual i. - R(j) es la corrección, en dB(A), por banda de octava j.

125 250 500 1000 2000 4000-14.5 -10.2 -7.2 -3.9 -6.4 -11.4

Tabla 1.1. Atenuación R en Hz

por bandas de octava j

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- Ψ es la corrección para tener en cuenta el nivel sonoro producido por el pavimento.

Los tipos de pavimento son los siguientes: - Asfalto liso: es la superficie de carretera de referencia definida en la norma EN ISO

11819-1. Se trata de una superficie densa y de textura regular con un tamaño máximo del árido de 11-16 mm.

- Pavimento poroso: con al menos un 20% de volumen vacío. La superficie ha de tener menos de 5 años de antigüedad (se debe a que pierden porosidad con el tiempo).

- Asfalto rugoso y cemento hormigón: textura áspera. - Adoquinado de textura lisa: distancia entre adoquines inferior a 5 mm. - Adoquinado de textura áspera: distancia entre adoquines igual o superior a 5

mm. - Otros: categoría abierta para que los Estados puedan introducir correcciones para

otras superficies. Los datos deben obtenerse de acuerdo con la norma EN ISO 11819-1.

Corrección del nivel de ruido Ψ

Clase de pavimento 0-60 km/h 61-80 km/h 81-130 km/h Pavimento poroso -1 dB -2 dB -3 dB Asfalto liso (hormigón o mástique asfáltico) 0 dB Asfalto rugoso y Cemento hormigón 2 dB Adoquinado de textura lisa 3 dB Adoquinado de textura áspera 6 dB

Tabla 1.2. Corrección Ψ por pavimento

25

30

35

40

45

50

50 60 70 90 13020 40 8030 100Velocidad (km/h)

Vehículos pesados

Vehículos ligeros

Evl

y Ev

p [d

B(A

)]

3.21.2, 2.2

3.12.1, 2.3, 3.3, 4.2

4.1

1.1, 1.34.3

1.1, 1.3, 2.1, 2.3 3.1, 3.3, 4.3

1.2, 2.2, 3.2

4.1

4.2

Hor

izon

Subi

da

Baj

ada

Continuo fluido 1.1 1.2 1.3Continuo en pulsos 2.1 2.2 2.3Acelerado en pulsos 3.1 3.2 3.3Decelerado en pulsos 4.1 4.2 4.3

Figura 1.3. Nomograma para la determinación del valor sonoro E (Leq)

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Los tipos de tráfico para entrar en el nomograma de la figura 1.3 son: - Continuo fluido: los vehículos se desplazan a velocidad casi constante. Se habla de

fluido cuando el flujo es estable, tanto en el espacio como en el tiempo, du-rante períodos de al menos diez minutos. Se pueden producir variaciones en el curso del día, pero éstas no han de ser bruscas ni rítmicas. Además el flujo no es acelerado ni decelarado, sino que registra una velocidad constante. Este tipo de flujo corresponde al tráfico de autopistas, autovías y carreteras inter-urbanas, y al de las vías rápidas urbanas (excepto en las horas punta), y grandes vías de entornos urbanos.

- Continuo en pulsos: flujos con una proporción significativa de vehículos en transi-ción (es decir, acelerando o decelerando), inestables en el tiempo (es decir, se producen variaciones bruscas del flujo en períodos de tiempo cortos) y el es-pacio (en cualquier momento se producen concentraciones irregulares de ve-hículos en el tramo de la vía considerado). Sin embargo, sigue siendo posible definir una velocidad media para este tipo de flujos, que es estable y repetiti-vo durante un período de tiempo suficientemente largo. Este tipo de flujo co-rresponde a las calles de los centros urbanos, vías importantes que se encuen-tran próximas a la saturación, vías de conexión o distribución con numerosas intersecciones, estacionamientos, pasos de peatones y accesos a zonas de vi-vienda.

- Acelerado en pulsos: se trata de un tipo de flujo en el que una proporción significa-tiva de los vehículos está acelerando, lo que implica que la noción de veloci-dad sólo tiene sentido en puntos discretos, pues no es estable durante el des-plazamiento. Es el caso típico del tráfico que se observa en las vías rápidas después de una intersección, en los accesos de las autopistas, después de los peajes, etc.

- Decelerado en pulsos: flujo contrario al anterior.

rd,1

Continuo en pulsosAcelerado en pulsosDecelerado en pulsos

ra,4

rd,4

ra,2 rd,2

ra,3

rd,3

ra,1

Figura 1.4. Tipos de tráfico en un cruce El tipo de tráfico existente en un cruce se observa en la figura 1.4.

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Cuando no se dispone de datos sobre la longitud de los carriles de aceleración y decele-ración se sugieren los siguientes: - Acelerado en pulsos: ra [m] = Vmax x 7s - Decelerado en pulsos: rd [m] = Vmax x 11s 1.2.- PROPAGACIÓN DEL SONIDO AL AIRE LIBRE La validez de los métodos de cálculo que se van a exponer es para una distancia máxima entre fuente y receptor de 800 m y situado éste a más de 2 m del suelo. Hay que tener en cuenta el efecto de las condiciones meteorológicas cuando la distancia fuente receptor es mayor de 100 m. La variación del nivel sonoro a partir de esta distan-cia se debe a la refracción de las ondas acústicas en la base de la atmósfera. Esta refrac-ción se produce por la variación de la velocidad del sonido en la zona de propagación, producto de las variaciones espaciales de la temperatura del aire y de la velocidad del viento. De manera general se puede decir que estas características sólo varían con la altura, manteniéndose prácticamente constantes en el plano horizontal. La altura viene a ser del orden de 30 m. Se caracteriza el tipo de propagación del sonido por el perfil vertical de la velocidad del sonido o por su gradiente. Los factores que influyen en la velocidad del sonido son: - Térmicos: los cambios de temperatura entre el suelo y la atmósfera.

o Día: el sol calienta el suelo y éste calienta al aire en contacto con él. Poco a poco se va calentando el aire a más altura, la velocidad del sonido disminuye con la al-tura.

o Noche: cuando el cielo está despejado. El suelo se enfría más rápidamente que el aire y se lo comunica al aire en contacto con él. Poco a poco se va enfriando el ai-re a más altura. Esta situación es conocida como inversión de temperatura

- Aerodinámicos: hay que tener en cuenta la rugosidad del suelo ya que la velocidad del sonido en presencia de viento es la suma de la velocidad del sonido sin viento más la velocidad del viento, la cual aumenta con la altura. o Viento (v) en dirección contraria a la de propagación del sonido (c): la velocidad

del sonido (c-v) disminuye con la altura. o Viento (v) en dirección de propagación del sonido (c): la velocidad del sonido

(c+v) aumenta con la altura. La situación que se muestra en la figura 1.5 (gradiente negativo) es típica de la atmósfe-ra en reposo o con viento en contra, donde la velocidad del sonido decrece con la altura. Una consecuencia de la curvatura de las trayectorias del sonido es la aparición de som-bras acústicas como la ilustrada en la figura. Este efecto explica el por qué un avión que se aproxima sólo se oye cuando está cerca, mucho después de avistarlo. La curvatura de

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la trayectoria explica también por qué el sonido parece provenir de una dirección diferen-te que la imagen visual. Este tipo de propagación se considera condición desfavora-ble.

Gradientenegativo(t disminu. alturaviento en contra)

Sombraacústica

vsonido

Gradientepositivo(t aumenta alturaviento a favor)

vsonido

Figura 1.5. Condición desfavorable

Figura 1.6. Condición favorable

En la situación que se muestra en la figura 1.6 (gradiente positivo) la curvatura de las trayectorias de las ondas sonoras se invierte, dirigiéndose hacia el suelo. En este caso las reflexiones múltiples en el suelo impiden la existencia de sombras acústicas. Este tipo de propagación se considera condición favorable. La propagación del sonido con un gradiente vertical nulo (condición homogénea) se produce por dos tipos de circunstancias: - Cuando la velocidad del viento es nula y la temperatura del aire no varía con la altura. - Cuando los efectos térmico y aerodinámicos se compensan: viento contrario a la pro-

pagación en una noche despajada; día soleado con viento en la dirección de la pro-pagación.

Estas condiciones hacen que los rayos sonoros sigan una trayectoria rectilínea. Estas dos circunstancias son relativamente raras y la propagación del sonido en ausencia de gra-diente vertical de velocidad se debe considerar como una frontera entre los dos modos de propagación anteriores más que como otro modo de propagación. Por defecto, el método de cálculo de los niveles sonoros es el de campo libre. Es de tipo geométrico y consiste en buscar los trayectos de propagación de la energía sonora entre la fuente y el receptor. Existen dos tipos de trayectos (figura 1.7):

Fuente real Si

Fuente imagen Si´

Trayectodirecto

Trayectoreflejado

R

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Figura 1.7. Trayectos directo y reflejado - Directos: son rectilíneos, integrándose en ellos las eventuales difracciones y/o re-

flexiones sobre el suelo. - Reflejados: sobre obstáculos verticales o algo inclinados (hasta 15º), el cual se trata

mediante el método de las imágenes (figura 1.8). En algunos casos estas reflexiones producen un incremento de la intensidad, y en otros casos, una disminución. Las re-flexiones múltiples en las fachadas opuestas de una calle dan origen a un refuerzo re-verberante del campo sonoro conocido como efecto cañón.

Figura 1.8. Reflexión en el suelo y en una fachada en una calle con perfil en U. También se ilustra el sonido directo

Si LAwi es el nivel de potencia sonora de la fuente Si y αr el coeficiente de absorción de la superficie del obstáculo, el nivel de potencia sonora de la fuente imagen Si’ es:

LAwi’ = LAwi + log (1 - αr), 0 ≤ αr < 1 (1.03) siendo: i: fuente puntual real i´: fuente imagen correspondiente a las reflexiones sobre obstáculos verticales 1.3.- DETERMINACIÓN DEL NIVEL SONORO A LARGO PLAZO Para una fuente sonora puntual Si de potencia LAwi y para una banda de octava dada j, el nivel sonoro continuo equivalente en el receptor R, para unas condiciones atmosféricas dadas, se obtiene a partir de las siguientes fórmulas. Nivel sonoro en condiciones favorables para el trayecto (Si, R):

( )F,difraF,sueloatmdivAwiF,i AAAALL +++−= (1.04)

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Nivel sonoro en condiciones homogéneas para el trayecto (Si, R)

( )H,difraH,sueloatmdivAwiH,i AAAALL +++−= (1.05) siendo: Adiv: atenuación debida a la divergencia geométrica Aatm: atenuación debida a la absorción atmosférica Asuelo,H, Asuelo,F: atenuación debida al efecto del suelo, en condiciones favorables y homo-

géneas Adifra,H, Adifra,F: atenuación debida a la difracción, en condiciones favorables y homogéneas Sólo las atenuaciones debidas al efecto del suelo y a la difracción están afectadas por las condiciones atmosféricas. En la realidad, las condiciones térmicas y aerodinámicas son independientes, pudiendo observarse situaciones meteorológicas que producen efectos de compensación parcial de los fenómenos de refracción. Las desviaciones de los niveles sonoros son más pequeñas en condiciones favorables. En la figura 1.9 se tienen estas desviaciones, estando de frontera entre ambas la propaga-ción en condiciones homogéneas. La zona oscura contiene al menos el 50% de los valo-res mientras que la zona clara tiene al menos el 90%.

distancia (m)

atenuación dB(A)-70

-30

-50

-10

100 300 700500

Condiciones favorables

Condiciones homogéneas

Condiciones desfavorables

Figura 1.9. Niveles sonoros en condiciones favorables y desfavorables y su comparación con el nivel teórico (condiciones homogéneas)

Una caracterización exacta, en el tiempo y en el espacio, de la influencia de las condicio-nes meteorológicas en la propagación del sonido es imposible. Actualmente no existe un método para calcular los niveles sonoros en condiciones de propagación desfavorables. Lo que se hace es partir de los niveles correspondientes a las

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condiciones homogéneas, sobreestimando los niveles sonoros reales, con lo que se au-menta la seguridad. Los niveles a largo plazo se calculan haciendo la suma energética de los niveles en condi-ciones favorables y homogéneas ponderados por las ocurrencias respectivas de las condi-ciones favorables y desfavorables sobre el lugar:

( )[ ]10/L10/LLT,i

H,iF,i 10p110plog10L −+= (1.03) siendo: Li.LT: nivel sonoro a largo plazo de la fuente i Li,F: nivel sonoro en condiciones de propagación favorables de la fuente i Li,H: nivel sonoro en condiciones de propagación homogéneas de la fuente i p: ocurrencia (valor de 0 a 1) a largo a largo plazo de las condiciones meteorológicas fa-

vorables a la propagación del sonido. Se supone que el nivel LF se tiene durante la fracción p de tiempo, y el nivel LH durante la fracción (1-p).El porcentaje de ocurren-cia de las condiciones favorables en el caso de un trayecto reflejado es el mismo que en un trayecto directo.

Es evidente que la ocurrencia de las condiciones favorables depende de la dirección fuen-te-receptor, ya que estas condiciones son función de la dirección del viento. Para efectuar el cálculo es necesario disponer, para el lugar de cálculo, de la ocurrencia de las condi-ciones favorables para el conjunto de las direcciones de propagación fuente-receptor. Cuando no se dispone de los valores anteriores (caso más frecuente) lo que se hace es maximizar las condiciones favorables (tal como indica la recomendación 2003/613/CE), mayorando, por tanto, los niveles a largo plazo. Se considera: - Período día (7-19 h): 50% de ocurrencias favorables - Período tarde (19-23 h): 75% de ocurrencias favorables - Período noche (23-7 h): 100% de ocurrencias favorables El nivel sonoro a largo plazo en el receptor R para todos los trayectos será la suma de las contribuciones sonoras de todas las fuentes puntuales y de sus fuentes imagen eventua-les:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+= ∑∑

i

10/L

i

10/LLT,eq

LT´,iLT,i 1010log10L (1.07)

El nivel sonoro total a largo plazo en el receptor R, en dB(A) es:

( )∑=6

j

10/jLLT,Aeq

LT,eq10log10L (1.08)

siendo j el índice de la banda de octava (de 125 a 4.000 Hz).

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1.4.- MÉTODO GENERAL DE CÁLCULO Los cálculos se realizan siguiendo los siguientes pasos: 1 Descomposición de las fuentes de ruido en fuentes puntuales 2 Determinación del nivel de potencia acústica de cada fuente 3 Búsqueda de los trayectos de propagación del sonido entre la fuente y el receptor (di-

rectos, reflejados y difractados) 4 Para cada trayecto

a. Cálculo de la atenuación en condiciones favorables b. Cálculo de la atenuación en condiciones homogéneas c. Cálculo del nivel a largo plazo a partir de los niveles favorable y homogéneo, y

de la ocurrencia de las condiciones favorables 5 Acumulación de los niveles sonoros a largo plazo de cada trayecto, determinando el

nivel sonoro total en el receptor En la figura 1.10 se encuentra el organigrama del método utilizado

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Repetir para cada fuente

Repetir para cada trayecto

Cálculo de la atenuación debida alefecto del suelo en condicionesFavorables y Homogéneas

Si

No

Cálculo del nivel a largoplazo para el trayecto

¿Hay difracción?

Descomposición enfuentes puntuales

Determinación de la potenciaacústica de cada fuente puntual

Cálculo de la atenuación de un trayectodifractado en condicionesFavorables y Homogéneas

Cálculo de la contribución de a largo plazode esta fuente puntual: acumulación de todoslos trayectos de propagación existentesentre la fuente y el receptor

Cálculo de la contribución a largo plazode todas las fuentes: acumulación de lacontribución de todas ellas

Cálculo de las atenuaciones:- Por divergencia geométrica- Por absorción atmosférica

Directo Reflejado Difractado

Buscar el trayecto entrela fuente y el receptor

Para cada fuente puntual

Para cada trayecto

Figura 1.10. Organigrama método de cálculo

1.5.- CÁLCULOS PARA UN TRAYECTO ELEMENTAL 1.5.1.- Divergencia geométrica

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Es la disminución de la intensidad sonora con el cuadrado de la distancia en el caso de una fuente puntual (divergencia esférica o hemisférica), o con la distancia en el caso de una fuente lineal (divergencia cilíndrica). Los vehículos individuales pueden considerarse como fuentes puntuales, mientras que una autopista con mucha circulación es asimilable a una fuente lineal. Para un punto situado a una distancia r de la fuente se tiene:

ref0

2ref

2

div WcPr4

log10Aρπ

= (1.09)

La expansión esférica de la energía acústica en campo libre es:

Adiv (dB) = 20 log r + 10.9 (1.10) Si se trata de una fuente lineal, que genera frentes de onda cilíndricos, la atenuación co-rrespondiente a una distancia r de la fuente es:

Adiv (dB) = 10 log r + 7.9 (1.11) Tem. Hr Tem. HroC % 125 250 500 1000 2000 4000 oC % 125 250 500 1000 2000 4000

40 0,43 0,92 2,63 9,00 29,8 75,2 40 0,52 1,04 1,98 5,07 16,8 59,0 50 0,41 0,82 2,08 6,83 23,8 71,0 50 0,49 1,05 1,90 4,26 13,2 46,7 60 0,40 0,78 1,78 5,50 19,3 63,3 60 0,45 1,05 1,90 3,86 11,0 38,4 70 0,39 0,76 1,61 4,64 16,1 55,5 70 0,41 1,04 1,93 3,66 9,66 32,8 80 0,38 0,76 1,51 4,06 13,8 48,8 80 0,38 1,02 1,97 3,57 8,76 28,7 90 0,37 0,76 1,45 3,66 12,1 43,2 90 0,35 1,00 2,00 3,54 8,14 25,7 40 0,47 0,92 2,10 6,48 22,7 72,5 40 0,54 1,23 2,18 4,51 13,1 45,7 50 0,46 0,89 1,82 5,08 17,5 60,2 50 0,48 1,22 2,24 4,16 10,8 36,2 60 0,44 0,89 1,69 4,29 14,2 50,2 60 0,43 1,18 2,31 4,06 9,50 30,3 70 0,42 0,90 1,64 3,80 12,0 42,7 70 0,38 1,13 2,36 4,08 8,75 26,4 80 0,39 0,90 1,63 3,50 10,5 37,0 80 0,34 1,07 2,40 4,15 8,31 23,7 90 0,37 0,90 1,64 3,31 9,39 32,7 90 0,31 1,02 2,41 4,25 8,07 21,7

40 0,52 1,39 2,63 4,65 11,2 36,1 50 0,45 1,32 2,73 4,66 9,86 29,4 60 0,39 1,23 2,79 4,80 9,25 25,4 70 0,34 1,13 2,80 4,98 9,02 22,9 80 0,30 1,04 2,77 5,15 8,98 21,3 90 0,27 0,97 2,71 5,30 9,06 20,2

Frecuencia (Hz)

0

5

10

15

20

Frecuencia (Hz)

Tabla 1.3: Coeficiente de atenuación del aire α, en dB/km, para presión atmosférica estándar

1.5.2- Absorción atmosférica

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Esta atenuación se debe a la fricción y al intercambio de energía vibratoria y rotacional en las moléculas. El valor de la atenuación para un punto situado a una distancia r de la fuente es:

Aaire (dB) = α r / 1000 (1.12) donde α es el coeficiente de atenuación del aire en dB/km. Este coeficiente depende de la frecuencia pero también de la temperatura ambiente y de la humedad relativa. Los valores indicados por la norma ISO-9613-1 son los de la tabla 1.3. 1.5.3.- Efecto del suelo La atenuación debida al suelo se compone de dos efectos, uno negativo, debido al sonido reflejado desde el suelo hacia el receptor, y otro positivo, debido a la absorción sonora asociada a esa reflexión. El valor de la atenuación obtenida en cada banda de oc-tava depende del tipo de suelo (duro, blando o mixto), así como de la distancia fuente receptor (ligada a las condiciones atmosféricas existentes en la zona) y respecto al terre-no (altura). En general, la atenuación conseguida es tanto mayor cuanto menor sea el ángulo de incidencia de las ondas sonoras respecto a la horizontal. Las propiedades de absorción acústica del suelo están esencialmente ligadas a su porosi-dad. Lo suelos compactos se comportan como planos especulares mientras que los suelos porosos son absorbentes. La absorción acústica de un suelo está representada por un co-eficiente G adimensional con valores entre 0 y 1, adoptando los siguientes valores: - Suelo reflejante (carretera, hormigón, etc.): G=0 - Suelo absorbente (prado, arboleda, etc.): G=1 - Suelo mixto: G=fracción de suelo blando Cálculo en condiciones favorables En estas condiciones los rayos se curvan hacia el suelo y, en consecuencia, su efecto está condicionado por la naturaleza del suelo próximo a la fuente y al receptor. El trayecto del rayo es lo suficientemente alto respecto al terreno situado entre fuente y receptor por lo que su influencia es mínima en el cómputo total. Alguna vez, para grandes distancias, el rayo puede rebotar en esta zona, por lo que se debe tener en cuenta. Estos fenómenos llevan a calcular los valores del efecto del suelo separadamente para las tres zonas. La norma ISO-9613-2 propone métodos distintos según se trate de distancias cortas (<100 m) o largas (>100 m). Tomando este último caso como más general, la atenuación finalmente conseguida se considera igual a la suma de las atenuaciones co-rrespondientes a las tres zonas (figura 1.11), zona próxima a la fuente, zona próxima al receptor y zona intermedia, siendo su amplitud función de las alturas de fuente (hs) y re-

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ceptor (hr). Para las zonas próximas a fuente y receptor se considera su longitud igual a 30 veces la altura respectiva.

hs S

30 hs

Zona dela fuente Zona media

Zona delreceptor

r

30 hr

hrR

Figura 1.11: Tres zonas entre la fuente S y el receptor R separados una distancia r, empleadas para determinar la atenuación del suelo a grandes distancias

Esto permite tratar una gran variedad de fuentes. Cuando sólo interesa el ruido de in-fraestructuras (carreteras o ferrocarriles), no es necesario definir estrictamente estas zo-nas, especialmente la fuente, cuyas características son conocidas. Cada una de estas zonas se puede definir por un coeficiente de suelo (Gs, Gm y Gr). En el presente caso se consideran dos coeficientes, el fuente Gs y otro para el trayecto Gtrayecto que corresponde a las características medias del suelo en la zona intermedia y en la del receptor (Gm=Gr=Gtrayecto). En infraestructuras de carreteras, se considera que el suelo cercano a la fuente es refle-jante, teniendo en cuenta el revestimiento del suelo. En las otras zonas se obtiene Gtrayec-

to como una media ponderada (figura 1.12). - Si r ≤ 30 (hs+hr) entonces G´trayecto = Gtrayecto r/[30 (hs+hr)] - Si r > 30 (hs+hr) entonces G´trayecto = Gtrayecto

(1.13)

Carretera

G=0

AparcamientoG=0

CultivosG=1

JardinesG=1

G = (0 r + 0 r + 1 r + 1 r )/r = (r + r )/rtrayecto 1 2 3 4 3 4

r1

r2

r3

Distancia directa de propagaciónr = r + r + r + r1 2 3 4

r4

Figura 1.12: Determinación del coeficiente Gtrayecto sobre un trayecto de propagación La atenuación debida al efecto del suelo en condiciones favorables sobre el conjunto del trayecto es:

Asuelo, F = As,F + Am,F + Ar,F (1.14)

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siendo As,F, Am,F y Ar,F las atenuaciones en cada una de las zonas, según las fórmulas de la tabla 1.4.

Frecuencia (Hz) As,F y Ar,F en dB(A) Am,F en dB(A) 125 -1.5 + G a´ 250 -1.5 + G b´ 500 -1.5 + G c´ 1000 -1.5 + G d´ 2000 -1.5 (1 – G) 4000 -1.5 (1 – G)

-3 q (1-G)

Tabla 1.4: Expresiones para el cálculo de la

atenuación del suelo en condiciones favorables donde:

q =1-30·(hs+hr)/r si r > 30·(hs+hr)

q= 0 si r ≤ 30·(hs+hr)

( ) ( ) ( )2622 r108.2h09.050/r5h12.0 e1e7.5e1e0.35.1a−−−−−− −+−+=

( )50/rh09.0 e1e6.85.1b2 −− −+=

( )50/rh46.0 e1e0.145.1c2 −− −+=

( )50/rh9.0 e1e0.55.1d2 −− −+=

(1.15)

Para las diversas atenuaciones se toma:

As,F Am,F Ar,F

h = hs y G=Gs

G=G´trayecto

h = hr y G=G´trayecto

Tabla 1.5. Valores para las atenuaciones Cálculo en condiciones homogéneas En este caso, dado que las trayectorias son rectilíneas, no se distinguen las tres zonas anteriores. Se toma un coeficiente único Gtrayecto idéntico al utilizado en las condiciones favorables.

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La atenuación debida al efecto del suelo en condiciones homogéneas será: - Si G´trayecto = 0 -> Asuelo,H = -3 dB - Si G´trayecto ≠ 0:

- Si Asuelo,H < -3 (1 – G´trayecto) -> Asuelo,H = -3 (1 – G´trayecto)

- Si Asuelo,H ≥ -3 (1 – G´trayecto):

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−−=

kC

hkC2

hkC

hkC2

hrk

4log10A fr

f2r

fs

f2s2

2

H,suelo

(1.16)

siendo: k= 2 Π fc /c

( )rw1erw31r

Crw

f ++

=−

63.1trayecto

75.0c

36.2trayecto

5.1c

6.2trayecto

5.2c

1016.1Gf103.1Gf

Gf0185.0w

++=

(1.17)

fc: frecuencia central de la octava considerada c: celeridad del sonido en el aire, 340 m/s 1.5.4.- Difracción La atenuación por barrera es debida a la presencia de barreras naturales (orográficas) o artificiales interrumpiendo la línea directa entre fuente sonora y posición receptora. En estos casos el sonido aún se puede transmitir hasta el receptor debido al fenómeno de difracción, pero en una magnitud más pequeña que la que correspondería sin la existen-cia de barreras. Cuando en el trayecto existen varios obstáculos, estos se tratan como una única difracción múltiple. De manera general se debe estudiar la difracción sobre cada obstáculo situado en la tra-yectoria. Cuando se hace el cálculo de la atenuación por difracción, el valor determinado anterior-mente de atenuación por efecto del suelo no se considera, ya que este efecto se contem-pla en la difracción.

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Diferencia de trayectoria δ en condiciones favorables En estas condiciones, la curvatura de los rayos es hacia el suelo, desplazándose la trayec-toria hacia arriba en una magnitud Δh (figura 1.13) en el punto situado a la derecha de la arista de difracción. Debido a esta situación, se puede dar el caso de que en condiciones homogéneas S y R no se vean y pasen a vista directa en situación favorable (se dice que el rayo bordea el obstáculo).

Δh

r1

r2

r = r + r1 2SA

R

Figura 1.13: Cálculo de Δh La magnitud Δh se define como:

Δh (m) = r1 r2 /(2 γ) (1.18) siendo γ el radio de curvatura del trayecto sonoro, en m, y r la distancia fuente receptor:

γ = 8 r (valor mínimo γ = 1000 m) (1.19) En la figura 1.14 se tiene la manera de calcular la diferencia de trayectoria δ en estas condiciones. Para la difracción múltiple se hace: - Se determina el punto A´ a partir de Δh calculado de cada arista - Se eliminan las aristas que producen difracción negativa (vista directa) - Se determina el camino más corto entre fuente y receptor pasando por cada uno de

los puntos de difracción a tener en cuenta

SA A

A

A5A4A3A2A1

A ´5A ´4A ´3A ´2

A´A´

A´

S S

δ = SO + OR - (SA´+ A´R) δ = SO + OR - (SA´+ A´R)

r rΔh Δh

Δh

Δh5Δh4Δh3Δh2Δh1

rO

Difracción simple

Difracción múltiple

Pant. 1 Pant. 2 Pant. 3 Pant. 4(se desprecia)

Pant. 5

O OR R

R

S

δ = SO + O O + O O + O O + O R - (SA´ + A´ A´ + A´ A´ + A´ A´ + A´ R) 1 1 2 2 3 3 5 5 1 1 2 2 3 3 5 5

O1O3O2

O4O5

RA ´1

δ = 2 SR - (SO+OR+SA´+A´R)

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Figura 1.14: Determinación de la diferencia de trayectoria en condiciones favorables

Diferencia de trayectoria δ en condiciones homogéneas En la figura 1.15 se tiene la manera de calcular esta diferencia de trayectoria δ.

S

S S

S

δ = SO + OR - r

δ = SO + e + O R - r1 2 δ = SO + e + O R - r1 2

δ = - (SO + OR - r)

r

r re e

rODifracción simple

Difracción múltipleO1

O1O2 O2

OR

R R

R

Figura 1.15: Determinación de la diferencia de trayectoria en condiciones homogéneas Cálculo de la atenuación por difracción Adifra Para saber si hay difracción se compara la diferencia de trayectoria δ con la cantidad (-λ)/20) cuyo valor es (-0.034 m), siendo λ la longitud de onda a la frecuencia de 500 Hz. Si δ > -0.034 m, hay difracción. El trayecto se descompone en dos partes, lado de la fuente y lado del receptor, separa-dos ambos por el punto de difracción (figura 1.16).

S

Ladofuente

Lado receptorO R

S’

R’

hs

SRS’R

SR’

hr

-hr

-hs

Figura 1.16: Determinación de la atenuación debida a la difracción El valor de la atenuación por difracción es la suma de tres valores:

Adifra = Δdifra(S, R) + Δsuelo(S, O) + Δsuelo(O, R) (1.20)

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siendo:

- Δdifra(S, R): atenuación por difracción entre la fuente S y el receptor R - Δsuelo(S, O): atenuación debida al efecto del suelo del lado de la fuen-

te, ponderado por la difracción de ese lado - Δsuelo(O, R): atenuación debida al efecto del suelo del lado del recep-

tor, ponderado por la difracción de ese lado - Δdifra(S, R): atenuación por difracción entre la fuente S y el receptor R

La atenuación por difracción pura, sin efecto del suelo, es: - Si (40/λ) C” δ ≥ -2 -> Δdifra (S, R) = 10 log (3 + (40/λ) C” δ) - Si (40/λ) C” δ < -2 -> Δdifra (S, R) = 0 (1.21)

siendo: - λ: longitud de onda a la frecuencia en bandas de octava considerada - C”: coeficiente que tiene en cuenta la difracción múltiple

siendo e la distancia entre las difracciones extremas (figura 1.14).

El valor de la atenuación Δdifra (S, R) tiene los siguientes límites: - Valor mínimo: Δdifra (S, R) = 0 dB - Valor máximo:

o Aristas horizontales Δdifra (S, R) = 25 dB o Aristas verticales: sin límite

- Δsuelo(S, O): atenuación debida al efecto del suelo del lado de la fuente, ponderado

por la difracción de ese lado

( ) ( )[ ][ ]20/)R,S()R´,S(20/)O,S(Asuelo

difradifrasuelo 101101log20)O,S( Δ−Δ−− −+−=Δ (1.23)

siendo: - Asuelo(S, O): atenuación debida al efecto del suelo del lado de la fuente. En

carreteras y con la barrera no muy alejada se toma el valor -3 dB (en condi-ciones homogéneas y favorables). En otros casos se calcula según lo visto en (1.14) y (1.16), con los siguientes cambios: o hr = hO, r = SO

( )( )2

2

múltiplesimplee/53/1

e/51"C1"C

λ+

λ+== (1.22)

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o Condiciones favorables: GS = 0, y Gm = Gr = Gtrayecto se calcula entre S y O

o Condiciones homogéneas: G = Gtrayecto se calcula entre S y O - Δdifra(S´, R): atenuación debida a la difracción entre la fuente imagen y el

receptor calculada según 1.21. - Δdifra(S, R): atenuación debida a la difracción entre la fuente y el receptor

calculada según 1.21. - Δsuelo(O, R): atenuación debida al efecto del suelo del lado del receptor, ponderado

por la difracción de ese lado

( ) ( )[ ][ ]20/)R,S(´)R,S(20/)R,O(Asuelo

difradifrasuelo 101101log20)R,O( Δ−Δ−− −+−=Δ (1.25)

siendo: - Asuelo(O, R): atenuación debida al efecto del suelo del lado del receptor. Se

calcula según lo visto en (1.14) y (1.16), con los siguientes cambios: o hs = hO, r = OR o Condiciones favorables: GS = Gm = Gr = Gtrayecto se calcula entre O y R o Condiciones homogéneas: G = Gtrayecto se calcula entre O y R

- Δdifra(S, R´): atenuación debida a la difracción entre la fuente y el receptor imagen calculada según 1.21.

- Δdifra(S, R): atenuación debida a la difracción entre la fuente y el receptor calculada según 1.21.

La fórmula para determinar la difracción (1.21) se puede utilizar para calcular la difrac-ción sobre aristas verticales (difracciones laterales). En esta caso se toma Adifra = Δdifra (S, R) y se conserva el término Asuelo. Además, Aatm y Asuelo se calculan a partir de la longitud total del trayecto (Adiv se sigue calculando a partir de la distancia directa r).

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2.- MEDICIÓN DEL RUIDO DE TRÁFICO FERROVIARIO MÉTODO RMR

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2.- MEDICIÓN DEL RUIDO DE TRÁFICO FERROVIARIO. MÉTODO RMR El método RMR proporciona dos sistemas de cálculo distintos, SRM I (método simplifica-do, total) y SRM II (método detallado, bandas de octava). Se deben cumplir las condicio-nes de aplicación de uno u otro de estos sistemas, según se expone en la norma, a fin de determinar cuál habrá de utilizarse para la elaboración de mapas estratégicos de ruido. RMR calcula los niveles de ruido equivalentes pero no lo hace a largo plazo, conforme a ISO 1996-2:1987. Para hacer esto se necesita conocer datos medios de trenes anuales para los tres períodos de evaluación (diurno, vespertino y nocturno). 2.1.- MODELIZACIÓN DE LA FUENTE Antes de proceder a calcular el nivel de presión sonora equivalente, todos los trenes que utilicen un tramo determinado de línea ferroviaria y sigan las directrices de servicio ade-cuadas deberán ser asignados a una de las 10 categorías de vehículos ferroviarios de SRM I o, si procede, a categorías adicionales, tras realizarse las mediciones conforme a SRM II. El método nacional de cálculo de los Países Bajos, RMR 96, SRM I, distingue los siguientes tipos de tren, diferenciados por su sistema de propulsión y de frenado:

Cat Descripción 1 De viajeros con frenos de zapata 2 De viajeros con frenos de disco y de zapata 3 De viajeros con frenos de disco 4 De mercancías con frenos de zapata 5 Diesel con frenos de zapata 6 Diesel con frenos de disco 7 Subterráneos metropolitanos con frenos de disco y zapata, y tranvías rápidos 8 Intercity y trenes lentos con frenos de disco 9 Alta velocidad con frenos de disco y de zapata

10 Para TAV de tipo ICE-3 (M) (HST East)

Tabla 2.1. Categorías de trenes El método SRM II describe 3 procedimientos de caracterización. Los dos primeros proce-dimientos, A y B, caracterizan la emisión del tren. El tercero, C, caracteriza el tipo de vía. El procedimiento A es un método simplificado de caracterización acústica de trenes que asigna al tren a caracterizar la emisión de uno de los 9 tipos de trenes de la base de da-tos existente. El procedimiento de medida B permite separar el ruido del tren en los distintos focos de ruido que lo componen: ruido de tracción (incluye el ruido de los equipos auxiliares), de rodadura (diferenciando el ruido emitido por el carril y el emitido por la rueda), aerodi-

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námico y de frenado. Cada uno de estos focos puede estar asignado a distintas alturas en función del tipo de tren: - Ruido de tracción: 0,5, 2 y 4 m sobre el carril - Ruido de rodadura: 0 y 0,5 m sobre el carril - Ruido aerodinámico: 0,5, 2, 4 y 5 m sobre el carril - Ruido de frenado: 0,5 m sobre el carril. La caracterización de estos focos se lleva a cabo por separado, cada uno en un rango de velocidades establecido. Tras la caracterización, se suma la contribución de cada uno de ellos en las distintas alturas en las que están presentes. El resultado es un nivel de emi-sión en bandas de octava en función de la velocidad y distribuido en alturas. De modo general, la aplicación del método de caracterización para el ruido de tracción, aerodinámico y de frenado implica la realización de los siguientes tipos de medidas: - Medidas de niveles sonoros - Velocidad de paso del tren Para la medida del ruido de rodadura, además de las medidas anteriores es necesario realizar las siguientes: - Medidas de vibración de carril y traviesa al paso del tren a caracterizar y del tren de

referencia silencioso (tren cuya composición estructural: altura, peso y dimensión de ruedas, faldones, etc. implica una aportación al nivel sonoro medido al menos 10 dB menor que el de la vía)

- Medidas de rugosidad de la vía. - Medidas de rugosidad de la rueda. Con ellas es posible determinar las funciones de respuesta de vehículo y vía necesarias para completar el proceso de separación de la radiación sonora del vehículo y vía. A con-tinuación se muestran estas funciones refiriéndose tr (track) a la vía y veh al vehículo:

LHpr, tr (f) = Lp,tr (f)-Lrtot (f) LHpr, veh (f) = Lp,veh (f)-Lrtot (f)

Todas las medidas se deben realizar en un tipo de vía específico, en condiciones de cam-po libre. Las condiciones de los vehículos y las condiciones meteorológicas también están concretamente especificadas en el método. Además de las dificultades lógicas derivadas de la disponibilidad de los trenes para su ca-racterización, y de la localización de las condiciones adecuadas de vía y su entorno, los puntos críticos a la hora de poner en práctica este método en España son: - La medida de rugosidad de carril y rueda requiere de un equipamiento específico con

el adecuado nivel de precisión, del que existen pocas unidades a escala mundial. De no contar con este equipo sería necesario recurrir a procedimientos de medida indi-

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rectos (basados en la medida de niveles de vibración en carril y la obtención de de-terminados parámetros como el “vertical spatial decay” que caracteriza la respuesta dinámica de la vía) combinados con información bibliográfica.

- Proceso de separación del ruido procedente de vehículo y vía, para lo que se depende

de la disponibilidad y montaje de un convoy con las unidades que conformen un tren de referencia silencioso. De no disponer de él será necesario utilizar datos bibliográfi-cos o contar con el tren más silencioso posible.

El procedimiento para caracterizar el modelo de emisión de un tren es: - Realizar las medidas de nivel de presión sonora al paso del tren en bandas de octava. - Compararlas con las obtenidos al aplicar el modelo de propagación holandés, en la

misma situación de las medidas, para los diferentes trenes de la base de datos. - Se le asignará la emisión del tren que tenga un espectro más parecido pero con nive-

les superiores en todas las bandas de octava. Puesto que la emisión sonora de los trenes de la base de datos está referida al nivel de rugosidad medio de las líneas holandesas, es necesario realizar un control de la rugosidad del carril en el que se realizan las medidas de nivel sonoro con el fin de aplicar la corrección correspondien-te si fuese necesario.

- Si no hubiese ninguna categoría de tren que se adaptase, se realizará el procedimien-to B.

2.1.1.- Modelo SRM I (total) Los valores de emisión se determinan del modo siguiente:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+= ∑∑

==

y

1c

10/Ey

1c

10/E c,rc,nr 1010log10E (2.01)

donde: - c: categoría del tren - y: número de categorías presente - Enr,c: factor de emisión por categoría de tren que no está frenando - Er,c: factor de emisión por categoría de tren que está frenando

Enr,c = ac + bc log vc + 10 log Qc + Cb, c Er,c = ar, c + br, c log vc + 10 log Qr, c + Cb, c

(2.02)

- ac, bc, ar,c y br,c: valores de emisión estándar, se encuentran en la tabla 2.2

Cat Tren no frenando Tren frenando1 ac bc ar,c br,c

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2 14.9 23.6 16.4 25.3 3 18.8 22.3 19.6 23.9 4 20.5 19.6 20.5 19.6 5 24.3 20.0 23.8 22.4 6 46.0 10.0 47.0 10.0 7 20.5 19.6 20.5 19.6 8 18.0 22.0 18.0 22.0 9 25.7 16.1 25.7 16.1 10 22.0 18.3 22.0 18.3

Tabla 2.2. Valores de emisión

estándar para cada tipo de tren

- Qc y Qr,c son la media de las unidades de la categoría tren c que no están y que están frenando [h-1].

- Vc es la velocidad media de las unidades de la categoría tren c [kmh-1]. - b es el tipo de vía/condición de la vía férrea:

- b = 1: vía con traviesas de hormigón sencillas o dobles sobre balasto - b = 2: vía con traviesas de madera o de hormigón en zigzag sobre balasto - b = 3: vía - b = 4: vía con bloques - b = 5: vía con bloques sobre balasto - b = 6: vía con fijación de raíl ajustable - b = 7: vía con fijación de raíl ajustable y balasto - b = 8: vía con vertidos - b = 9: vía con cruce a nivel

- Cb, c es la diferencia de emisión entre un tren sobre una vía con traviesas de hor-migón y otra cualquiera en idénticas circunstancias (tabla 2.3). En los cruces se añaden 2 dB a los valores de la tabla, de acuerdo con el tipo de vía existente an-tes y después del cruce. Si no son del mismo tipo, se coge el valor mayor.

Cat b=1 b=2 b=3 b=4 b=5 b=6 b=7 b=8 1 0 2 4 6 3 - 0 2 2 0 2 5 7 5 - 0 3 3 0 1 3 5 2 - 0 2 4 0 2 5 7 4 - 0 2 5 0 1 2 4 4 - 0 2 6 0 1 3 5 2 - 0 2 7 0 1 - - - - - - 8 0 2 4 6 3 - 0 2 9 0 2 4 6 3 - 0 2

Tabla 2.3. Corrección Cb,c función del tipo de vía

para cada categoría de tren

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2.1.2.- Modelo SRMII (por bandas de octava) Se determinan los valores de emisión por bandas de octava a las alturas de fuente: - Categorías 1 a 8:

- 0 m (valor de emisión LEbs)

- 0,5 m (valor de emisión LEas)

- Categoría 9: - 0,5 m (valor de emisión LE

as) - 2, 4 y 5 m (valor de emisión LE

2, 4, 5 m) siendo: - Qc y Qr,c son la media de las unidades de la categoría tren c que no están y que están

frenando [h-1]. - Vc y Vr,c son la velocidad media de las unidades de la categoría tren c que no están y

que están frenando [kmh-1]. - bb es el tipo de vía/condición de la vía férrea, igual que los anteriores b. - m es una estimación del número de discontinuidades de la vía. - a es la longitud de la emisión [m]. La emisión en bandas de octava i, para cada altura, se calcula del modo siguiente: - Para 0 m (bs):

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+= ∑∑

==

8

1c

10/E8

1c

10/Ebsi,E

c,i,r,bsc,i,nr,bs 1010log10L (2.03)

Se tiene en cuenta que para el tipo 9 no hay fuente a 0 m (LE

bs). - Para 0,5 m (as):

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

++

++=

∑∑∑===

10/E10/E

9

1c

10/E9

1c

10/E9

1c

10/E

asi,E

i,dieseli,motor

c,i,brakec,i,r,asc,i,nr,as

1010

101010log10L (2.04)

- Para 2, 4 y 5 m (sólo existen para la categoría 9):

( )10/Em2i,E

c,i,m210log10L = ( )10/Em4i,E

c,i,m410log10L = ( )10/Em5i,E

c,i,m510log10L = (2.05) Para las categorías 1 a 3 y 6 a 8 se hace:

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7EE7EE

1EE1EE

c,i,rc,i,r,asc,i,nrc,i,nr,as

c,i,rc,i,r,bsc,i,nrc,i,nr,bs

−=−=

−=−= (2.06)

Para las categorías 4 y 5 se hace:

3EE3EE

3EE3EE

c,i,rc,i,r,asc,i,nrc,i,nr,as

c,i,rc,i,r,bsc,i,nrc,i,nr,bs

−=−=

−=−= (2.07)

Para la categoría 9 se hace:

9,i,m5c,i,m59,i,m4c,i,m49,i,m2c,i,m2

9,i,r,asc,i,r,as9,i,nr,asc,i,nr,as

EEEEEE

EEEE

===

== (2.08)

con los siguientes factores de emisión para todas las categorías:

m,i,bbccc,ic,ic,i,nr CQlog10VlogbaE +++=

m,i,bbc,rc,rc,ic,ic,i,r CQlog10VlogbaE +++=

c,i,brakec,rc,rc,ic,ic,i,brake CQlog10VlogbaE +++= (2.09)

Para la categoría 5:

( ) ( )⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

++++ 10/Qlog10Vlogba10/Qlog10Vlogbai,diesel

5,r5,ri,dieseli,diesel55i,dieseli,diesel 1010log10E (2.10)

Para las categorías 3 y 6:

( ) ( )⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +=

++++ 10/Qlog10Vlogba10/Qlog10Vlogbai,motor

c,rc,rc,i,motorc,i,motorccc,i,motorc,i,motor 1010log10E (2.11)

Para la categoría 9:

( ) ( )⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +=

++++ 10/Qlog10Vlogba10/Qlog10Vlogba9,i,m2

9,r9,r9,i,m29,i,m2999,i,m29,i,m2 1010log10E

( ) ( )⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +=


9,r9,r9,i,m49,i,m4999,i,m49,i,m4 1010log10E

( ) ( )⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +=


9,r9,r9,i,m59,i,m5999,i,m59,i,m5 1010log10E

(2.12)

donde:

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- c,i,xxa y c,i,xxb son los factores de emisión para cada categoría de tren c para una banda de octava i a una altura xx (tabla 2.4).

Bandas de octava [Hz] 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k

Cat. Coefi. 1 2 3 4 5 6 7 8 1 a

b 20 19

55 8

86 0

86 3

46 26

33 32

40 25

29 24

2 a b

51 5

76 0

91 0

84 7

46 26

15 41

24 33

36 20

3 a: v < 60 v ≥ 60

54 36

50 15

66 66

86 68

68 51

68 51

45 27

39 21

b: v < 60 v ≥ 60

0 10

10 30

10 10

0 10

10 20

10 20

20 30

20 30

3 motor

a: v < 60 v ≥ 60

72 72

88 35

85 50

51 68

62 9

54 71

25 7

15 -3

b: v < 60 v ≥ 60

-10 -10

-10 20

0 20

20 10

10 40

20 10

30 40

30 40

4 a b

30 15

74 0

91 0

72 12

49 25

36 31

52 20

52 13

5 a: v < 60 v ≥ 60

41 41

90 72

89 89

76 94

59 76

58 58

51 51

40 40

b: v < 60 v ≥ 60

10 10

-10 0

0 0

10 0

20 10

20 20

20 20

20 20

5 diesel

a b

88 -10

95 -10

107 -10

113 -10

109 -10

104 -10

98 -10

91 -10

6 a: v < 60 v ≥ 60

54 36

50 15

66 66

86 68

68 51

68 51

45 27

39 21

b: v < 60 v ≥ 60

0 10

10 30

10 10

0 10

10 20

10 20

20 30

20 30

6 motor

a: v < 60 v ≥ 60

72 72

88 35

85 50

51 68

62 9

54 71

25 7

15 -3

b: v < 60 v ≥ 60

-10 -10

-10 20

0 20

20 10

10 40

20 10

30 40

30 40

7 a b

56 2

62 7

53 18

57 18

37 31

36 30

41 25

38 23

8 a b

31 15

62 5

87 0

81 6

55 19

35 28

39 23

35 19

Autopropulsado 9-as a 7 14 57 52 57 66 47 71 b 27 28 12 18 18 15 21 5 9-2m a 9 10 1 41 8 17 0 23 b 26 28 36 22 37 34 39 24

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9-4m a 5 11 13 56 -27 -19 -37 -12 b 27 28 31 15 50 47 53 36 9-5m a 11 18 28 28 -50 -41 -84 -34 b 25 26 25 25 59 56 73 45 Arrastrado/empujado 9-as a 3 10 57 50 53 62 43 67 b 27 28 12 18 18 15 21 5 9-2m a 3 10 57 46 47 55 37 61 b 27 28 12 18 18 15 21 5 9-4m a 1 8 54 40 40 49 30 54 b 27 28 12 18 18 15 21 5 9-5m a 3 10 54 0 0 0 0 0 b 27 28 12 0 0 0 0 0

Tabla 2.4. Factores de emisión c,i,xxa y c,i,xxb

- Cbrake,i,c es la corrección por frenada (tabla 2.5).

Bandas de octava [Hz] Cat 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k

1, 4 y 5 -20 -20 -20 -2 2 3 8 9 2 -20 -20 -20 0 1 2 5 5 7 -8 -7 -20 -20 -20 -20 -20 -5

3, 6, 8 y 9 -20 -20 -20 -20 -20 -20 -20 -20

Tabla 2.5. Corrección Cbrake,i,c por frenada - Cbb,i,m es la corrección por el tipo de vía, siendo m la corrección por discontinuidades

de la vía y rugosidad de los raíles. - Para m = 1: Cbb,i,m = Cbb,i - Para m = 2, 3 ó 4: Cbb,i,m = C3,i + 10 log (1 + fm Ai)

con Cbb,i en la tabla 2.6, fm en la tabla 2.7 y Ai en la tabla 2.8.

Bandas de octava [Hz] bb 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k 1 0 0 0 0 0 0 0 0 2 1 1 1 5 2 1 1 1 3 1 3 3 7 4 2 3 4 4 6 8 7 10 8 5 4 0 5 6 8 8 9 2 1 1 1 6 - - - - - - - - 7 6 1 0 0 0 0 0 0 8 5 4 3 6 2 1 0 0

Tabla 2.6. Corrección Cbb,c función de los tipos de vía (bb)

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por octavas de banda (i)

Descripción m fm Vía con raíles unidos 2 1/30

1 cambio aislado 2 1/30 2 cambios cada 100 m 3 6/100

Más de 2 cambios cada 100 m 4 8/100

Tabla 2.7. Valores de fm

Bandas de octava [Hz] 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k

Ai 3 40 20 3 0 0 0 0

Tabla 2.8. Corrección Cbb,c función de los tipos de tren y de vía

El nivel de emisión se puede determinar a partir de su velocidad máxima (tabla 2.9).

kmh-1

Cat 1, 3 y 5 140 2 y 8 160 4 y 7 100

6 120 9 300 10 330

Una vez caracterizadas las emisiones de las distintas categorías de trenes, se calcula la del tramo de línea ferroviaria especificado, teniendo en cuenta el paso de las distintas ca-tegorías de trenes (y el hecho de que no existen fuentes sonoras en todas las alturas), así como el paso de los trenes en diferentes condiciones (frenando o no). 2.2.- PROPAGACIÓN DEL SONIDO AL AIRE LIBRE El nivel sonoro equivalente en un punto se calcula mediante la expresión:

∑∑∑= = =

Δ=8

1i

J

1j

N

1n

10/LAeq

n,j,i,eq10log10L (2.13)

donde n,j,i,eqLΔ es la contribución de la fuente n del sector j a la frecuencia i. Este térmi-

no incluye los siguientes valores:

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ΔLeq,i,j,n = LE + ΔLGU - ΔLOD - ΔLSW - ΔLR – 58,6

donde: LE: valor de emisión de la fuente a una frecuencia dada ΔLGU: atenuación por distancia ΔLOD: atenuación por propagación ΔLSW: atenuación por pantallas ΔLR: atenuación por reflexiones

S: fuentepuntual

Fuente lineal

Segmento defuente lineal

Barrera

w: receptor

Sector

ν

φ: ángulodel sector

Ángulode visión

Medianadel sector

φ8

φ7

φ6

φ5

φ4

φ3

φ2

φ1

Sección 11

Sección 12

Vía 1 Vía 2

Barrera

Edificio

w: receptor

Sección 21

Figura 2.1. Definición de términos

Figura 2.2. Situación básica 2.2.1.- Parámetros usados El número de fuentes es función del punto receptor. El ángulo total de apertura del punto receptor puede ser: - 180º cuando LAeq se mide en una fachada - 360º cuando LAeq se mide en espacios abiertos La fuente lineal se divide en sectores, tomando como centro el punto receptor. Estos sec-tores dependen de la homogeneidad de los emisores y de los obstáculos que haya entre el receptor y el emisor. A su vez estos sectores se dividen en subsectores con un ángulo de apertura no mayor de 5º.

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En la figura 2.1 se muestra el significado de una serie de términos que se utilizarán pos-teriormente. En la figura 2.2 se muestra un ejemplo de una situación básica, con dos ví-as, un edificio y una barrera. La vía nº 1 tiene dos secciones con datos de emisión homo-géneos. En este caso, el ángulo total de apertura del punto receptor se tiene que dividir en 8 sectores para poder describir la situación. Posteriormente, cada uno de estos secto-res se divide en subsectores con un ángulo de apertura no mayor de 5º 2.2.2.- Atenuación por distancia ΔLGU La atenuación por distancia se calcula mediante la expresión:

rsen

log10LGUνφ

=Δ (2.14)

siendo r [m] la distancia fuente – receptor, y φν y [en grados] los definidos en la figura 2.1. 2.2.3.- Atenuación por propagación ΔLOD Las pérdidas por propagación ΔLOD están compuestas por los siguientes factores:

ΔLOD = DL + DB + CM siendo: DL: atenuación por aire DB: atenuación por suelo CM: factor de corrección meteorológica La atenuación por aire DL se hace igual que para el tráfico rodado. Para la atenuación por suelo, al igual que para el tráfico rodado, la distancia fuente – re-ceptor se divide también en tres zonas: - Si dfuente – receptor > 85 m: zona fuente 15 m, zona receptor 70 m y resto zona intermedia - Si 70 m < dfuente – receptor ≤ 85 m: no hay zona intermedia - Si dfuente – receptor < 70 m: sólo hay zona receptor - Si dfuente – receptor ≤ 15 m: zona fuente y zona receptor tienen esa distancia Para calcular esta atenuación se definen los siguientes parámetros: r0 [m]: distancia horizontal entre la fuente y el receptor.

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hb, hw[m]: alturas de la fuente y receptor respecto a la altura promedio de sus zonas res-pectivas. La zona de la fuente abarca 15 m mientras que la zona del receptor es 70 m (figura 2.3). Si salen negativas, se toma valor 0.

BS

hb

hw

Z. fuente:15 m Z. receptor: 70 m

Figura 2.3. Definición de términos Bb, Bm, Bw: factor de absorción en las zonas fuente, intermedia y receptor. Es el cociente

entre la longitud de cada zona y la total. Si la zona es un suelo llamado duro (no absorbente), el factor es 1. Si no hay zona intermedia, el factor Bm tam-bién es 1.

Sb, Sw: eficacia de la atenuación del suelo en las zonas fuente y receptor. Si no hay ninguna barrera en el sector, toman el valor 1 mientras que si la hay toman un valor que se verá en el apartado de barreras.

El cálculo de la atenuación por suelo DB se tiene en la tabla 2.9.

[Hz] Atenuación del suelo DB[dB] 63 -3 γ0 (hb + hw, r0) – 6 125 [Sb γ2 (hb, r0)+1] Bb – 3 (1-Bm) γ0 (hb + hw, r0) + [Sw γ2 (hw, r0)+1] Bw - 2 250 [Sb γ3 (hb, r0)+1] Bb – 3 (1-Bm) γ0 (hb + hw, r0) + [Sw γ3 (hw, r0)+1] Bw - 2 500 [Sb γ4 (hb, r0)+1] Bb - 3 (1-Bm) γ0 (hb + hw, r0) + [Sw γ4 (hw, r0)+1] Bw - 2 1k [Sb γ5 (hb, r0)+1] Bb - 3 (1-Bm) γ0 (hb + hw, r0) + [Sw γ5 (hw, r0)+1] Bw - 2 2k Bb - 3 (1-Bm) γ0 (hb + hw, r0) + Bw - 2 4k Bb - 3 (1-Bm) γ0 (hb + hw, r0) + Bw – 2 8k Bb - 3 (1-Bm) γ0 (hb + hw, r0) + Bw - 2

Tabla 2.9. Atenuación del suelo DB

Los valores en cursiva de la tabla anterior se sustituyen por las variables x, y de las si-guientes ecuaciones. Para y ≥ 30 x:

( )yx

301y,x0 −=γ

Para y < 30 x:

( ) 0y,x0 =γ

( ) ( ) ( ) ( ) 2262 x09.0y108.25x12.050/y2 ee17.5ee10.3y,x −−−−− −

−+−=γ

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( ) ( ) 2x09.050/y3 ee16.8y,x −−−=γ

( ) ( ) 2x46.050/y4 ee10.14y,x −−−=γ

( ) ( ) 2x90.050/y5 ee10.5y,x −−−=γ

El factor de corrección meteorológica CM se calcula a partir de: Para r0 > 10 (hb + hw):

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +−=

0

wb0M r

hh101CC

Para r0 ≤ 10 (hb + hw):

0CM = siendo C0 una constante que depende de las condiciones de propagación: - Período día (7-19 h), 50% de ocurrencias favorables: 3 dB - Período tarde (19-23 h), 75% de ocurrencias favorables: 1,5 dB - Período noche (23-7 h), 100% de ocurrencias favorables: 0 dB 2.2.4.- Atenuación por pantallas ΔLSW Para tener en cuenta que una superficie es una barrera debe de cumplir, al menos, que su masa sea igual o superior a 10 kg/m2 y sus poros inferiores al 1% de su superficie. La atenuación por la barrera ΔLSW está compuesta por dos factores: - 1º: Se considera una barrera ideal (sin espesor, plana y vertical). - 2º: Cuando no se aproxima a la definición anterior. En este caso a la atenuación de la

barrera hay que restarle un factor corrector Cp, que depende del perfil. Para poder calcular la atenuación por barreras se definen los siguientes términos: hb, hw, r0 [m]: definidos en 2.2.2. hT [m]: altura de la barrera respecto al nivel medio del suelo en un rango de 5 m

(figura 2.4). Si esta altura es diferente a los dos lados, se toma la mayor de las dos.

r [m]: distancia entre la fuente y el receptor. rw [m]: distancia horizontal entre el receptor y la barrera.

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hThT

5 m5 m

Barrera

B K zK

L zL

r0

r = BT +TWr = BL +LWT

Lr = BK +KWrw

T zT

W

Figura 2.4. Definición de la altura hT

Figura 2.5. Definición de términos Se definen tres puntos en la barrera (figura 2.5): - K: intersección de la línea fuente-receptor y la barrera. - L: intersección de la línea curvada, en condiciones favorables, fuente-receptor y la ba-

rrera. Véase su equivalente en tráfico rodado. - T: punto superior de la barrera. Estos tres puntos se encuentran a las alturas zK, zL y zT. La línea quebrada BLW represen-ta la propagación del sonido en condiciones favorables. La distancia entre los puntos K y L es:

( )0

W0WKL r26

rrrzz

−=−

Los factores Sb y Sw necesarios para calcular la atenuación del suelo cuando hay barreras son:

1h3h3h3

rrr

1Swe

e

0

W0W ++

−−=

1h3h3h3

rr

1Sbe

e

0

Wb ++

−=

siendo he la altura efectiva de la barrera:

he = zT – zL En el caso de ser he < 0, Sw y Sb toman el valor 1 El factor de atenuación ΔLSW se calcula como:

ΔLSW = H f(Nf) - CP siendo:

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- H: factor de barrera - Nf: número de Fresnel, dependiente de las distancias relativas entre fuente, receptor

y cresta de la barrera, así como de la longitud de onda del sonido transmitido - CP: coeficiente corrector dependiente del perfil de la barrera Cada uno de los valores es:

H = 0,25 hT 2i-1 [i: índice frecuencia] Para zT ≥ zK:

Nf = 0,37 (rT - rL) 2i-1 Para zT < zK:

Nf = 0,37 (2r -rT - rL) 2i-1 El valor de la función se obtiene de la tabla 2.10.

Nf Valor de f(Nf) -∞ -0,314 0 -0,314 -0.0016 -3,682-9,288 lg ׀fN׀ – 4,482 lg2 ׀fN׀ – 1,170 lg3 ׀fN׀ – 0,128 lg4 ׀fN׀ -0.0016 0.0016 5 0,0016 1 12,909 + 7,495 lg Nf + 2,612 lg2 Nf + 0,073 lg3 Nf – 0,184 lg4 Nf –

0,032 lg5 Nf 1 16,1845 12,909 + 10 lg Nf 16,1845 +∞ 25

Tabla 2.10. Valor de f(Nf), función del Número de Fresnel

El valor de CP se obtiene de la tabla 2.11

CP Tipo de barrera (T: ángulo superior de la barrera) 0 dB - Pared delgada con T ≤ 20º - Elevaciones del suelo con 0º ≤ T ≤ 70º - Elevaciones del suelo y Pared delgada, si la altura total es inferior al doble de

la altura de la pared - Todos los edificios 2 dB - Elevaciones del suelo con 70º ≤ T ≤ 165º - Elevaciones del suelo y Pared delgada, si la altura total es más del doble de la

altura de la pared - Extremos absorbentes de plataformas 5 dB - Extremos no absorbentes

Tabla 2.11. Valor del coeficiente CP

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Las ecuaciones anteriores no son válidas en el caso de barreras mayores de 4 m o colo-cadas a menos de 4,5 m del centro de la vía, ya que los valores calculados sobreestiman el efecto de la barrera. 2.2.5.- Atenuación por reflexiones ΔLR El factor de atenuación ΔLR se calcula como:

ΔLR = Nref δref siendo: - Nref: número de reflexiones entre la fuente y el receptor, con un máximo de 3. - δref: nivel reductor, cuyo valor es - 10 lg (1 - α) siendo α el coeficiente de absorción

de la pared (0,17 para edificios y 0,21 para otros objetos).

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3.- MEDICIÓN DEL RUIDO DE TRÁFICO AÉREO MÉTODO DOCUMENTO CEAC 29’

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3.- MEDICIÓN DEL RUIDO DE TRÁFICO AÉREO. DOCUMENTO CEAC 29 Los elementos que intervienen en el proceso de cálculo (o sistema de modelización del ruido) se muestran en la figura 3.1. El modelo de ruido procesa los datos entrantes (ae-ropuerto y tráfico aéreo) con el fin de calcular niveles de ruido.

Modelización de ruido

Base de datos de aviones

Entrada de datos

CaracterísticasDatos acústicos

Del aeropuertoDe circulación aéreaDel radarDe explotaciónOtros

Modelización de la propagación sonoraAcumulación de vuelos

Motor de cálculo Pretratamiento

Datos entrantesdel escenario

Niveles de ruido Post-tratamientoCurvas de nivelde ruido

Figura 3.1. Modelización del ruido de aviones

Los datos entrantes definen la geometría del aeropuerto (configuración de las pistas y de las vías de circulación) y su tráfico aéreo (número de movimientos de las diversa catego-rías de aviones sobre trayectorias específicas en diferentes momentos). Esta fase es una de las más complejas. Con el fin de minimizar los cálculos, los aviones se agrupan por categorías en las se en-cuentran modelos con prestaciones similares. Esta agrupación no es necesaria si se posee información de las trayectorias individuales (a partir de datos del radar) y de los datos acústicos apropiados. El Nivel de Exposición Sonora (SEL, LAE) generado por una aeronave en el curso de sus operaciones debe calcularse utilizando una técnica de segmentación. En la figura 3.2 se expone la manera de determinar el valor máximo del nivel de presión sonora (LAmax) o el nivel de exposición sonora (SEL, LAE) de aviones.

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1) Operaciones del avión

Masa del avión

Procedimiento de explotación

Condiciones atmosféricas

2) Rutas Datos radar

Pretratamiento

3) Perfil vertical: altitud,velocidad, potencia motor

4) Perfil de laemisión sonora

5) Rodadura

6) Inversor de potencia

Datos acústicos

Datos operacionales

Receptor

8) Directividadlateral

10) Factoresdel receptor

11) Escala/Medidadel ruido

12) Directividadlongitudinal

13) Integración a lolargo de la trayectoria

7) Atenuaciónal aire libre

9) Atenuaciónsuplementaria

Motor de cálculodel ruido

Datos del avión

Trayectoria dela propagación

Bucle deintegración

LAmaxLAE

Figura 3.2. Determinación de los niveles acústicos de aviones En la figura 3.3 se tiene una descripción de una trayectoria de vuelo, tanto en el despe-gue como en el aterrizaje. La trayectoria de vuelo (tanto en sus tramos rectos como circulares) se divide en seg-mentos rectos (a potencia y velocidad constantes), de longitud mínima 3 m. Lo que se hace es dividir la trayectoria en arcos, en los que se definen tres puntos, uno en cada ex-tremo y el otro en el centro.

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Cont

inua

ción

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l

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pegu

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e)

y

x

z

Altu

ra

Eje de la trayectoria

Distan

cia

latera

l

Figura 3.3. Definición de la trayectoria de vuelo Para cada segmento se determina la distancia más corta, en la Recomendación 2003/613/CE se le denomina distancia oblicua d (slant distance o slant range) entre el observador y la trayectoria de vuelo, así como el Punto de Aproximación Perpendicular más Próximo (PCPA) al observador (figura 3.4).

y

x

z

h

q

L

P1

P2

γ

βl

dd1

d2

d = [l + (h cos ) ]2 2 1/2γ

PCPA

CPTrayectoria en tierra

Figura 3.4. Definición de la distancia oblicua d 3.1.- MODELIZACIÓN DE LA FUENTE. CARACTERIZACIÓN DE LOS AVIONES El organismo ECAC-CEAC recomienda usar los datos contenidos en la base de datos in-ternacional de ruido y de características de los aviones (www.aircraftnoisemodel.org). Es-ta base de datos, ANP, contiene características de los aviones y de los motores, así como las relaciones Ruido-Potencia-Distancia (NPD) de una gran parte del parque de aviones que operan en los aeropuertos de la Unión Europea. Cualquier novedad está aprobada por los fabricantes y generada de acuerdo con las especificaciones SAE, aprobadas por la ECAC-CEAC. Esta base comparte con la americana INM los datos de aviones comunes.

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Estos datos están normalizados para unas condiciones determinadas: - Presión atmosférica: 101.325 kPa (1013,25 mb) - Sin precipitación - Velocidad de viento inferior a 8 m/s (15 nudos) - Velocidad: 160 nudos (85,33 m/s, 307,2 km/h) - Terreno llano, desprovisto de objetos reflectantes Las medidas se efectúan a 1,2 m del suelo. Los principales parámetros que determinan el agrupamiento de aviones son: - Peso máximo en el despegue. Divide los aviones en ligeros, medios y pesados. - Motor: tipo (turborreactores y turbopropulsores) y número - Tasa de by-pass: relación entre la tasa de by-pass y la emisión sonora. Distingue en-

tre los turborreactores de simple y doble flujo, con una tasa de by-pass pequeña, media o elevada.

- Colocación de los motores: existen diferencias de emisión lateral del sonido en avio-nes con motores detrás o bajo las alas.

- Tipo de operación: despegue o aterrizaje. - Certificación acústica de la OACI En la práctica los aviones se agrupan por: - Equivalencia acústica: dos aviones son acústicamente equivalentes si producen un

ruido comparable (LAmax, LAE) en un cierto número de puntos o si tienen una huella acústica similar.

- La importancia del ruido: el ruido en los aeropuertos lo produce mayoritariamente un número pequeño de tipos de avión. Por tanto, son estos últimos los que hay que re-presentar de manera precisa.

Cuando se trata de modelizar un avión que no se encuentra en la base de datos, se toma como avión similar uno que, a ser posible, provenga del mismo constructor y tenga un peso, número de motores y relación peso-potencia similares. 3.2.- DESCRIPCIÓN DE LA TRAYECTORIA DE VUELO El conjunto de rutas, perfiles verticales y parámetros operacionales del avión se determi-nan a partir de los datos del escenario en conjunción con las características del avión ob-tenidas de la base de datos ANP. Los datos Ruido-Potencia-Distancia (NPD) de la base ANP definen el ruido de un avión en una trayectoria horizontal de longitud infinita a velocidad y potencia constantes. Para adaptar estos datos a las trayectorias de aterrizaje y despegue, caracterizadas por fre-cuentes cambios de velocidad y potencia, cada trayectoria se divide en segmentos.

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El punto de aproximación perpendicular más cercano (PCPA) en la trayectoria de vuelo para un segmento P1P2 varía según el observador (CP) se encuentre sobre el segmento, delante o detrás (figura 3.5).

q

q < 0d = d1

q > 0d = d2

0 < q < L

q

q

L L L

P1 P1 P1

P2 P2 P2

βl l

d

dd

d1d1 d1

d2

d2 d2

PCPA

PCPA

PCPA

CP CP CP

Figura 3.5. Determinación del punto de aproximación más cercano (PCPA) - Variación de la altura del segmento

o Punto de cálculo (CP) sobre el segmento: se toma la altura del PCPA (interpo-lación lineal).

o Punto de cálculo (CP) detrás o delante del segmento: se toma la altura del punto (P1, P2) más próximo al CP.

- Variación de la velocidad en el segmento o Punto de cálculo (CP) sobre el segmento: se toma la velocidad del PCPA (in-

terpolación lineal). o Punto de cálculo (CP) detrás o delante del segmento: se toma la velocidad del

punto (P1, P2) más próximo al CP. - Variación de la potencia del segmento o del nivel sonoro

o Punto de cálculo (CP) sobre el segmento: se toma la altura del PCPA (interpo-lación lineal).

o Punto de cálculo (CP) detrás o delante del segmento: se toma la altura del punto (P1, P2) más próximo al CP.

3.3.- PROPAGACIÓN DEL SONIDO AL AIRE LIBRE Antes de determinar la exposición al ruido procedente del tráfico total en un punto, se ha de calcular el nivel de exposición sonora (SEL, LAE) para cada operación de cada grupo de aeronaves:

FVLvref )l,()d,(SEL)y,x(SEL Δ+Δ+Δ+βΛ−ε= siendo:

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SEL(ε,d)vref: nivel de exposición al ruido en un punto de coordenadas (x, y) provocado

por un movimiento en ruta de llegada o salida de un avión con un empuje ε a la distancia oblicua más corta medida desde la curva ruido-potencia-distancia (NPD).

)l,(βΛ : atenuación suplementaria del sonido durante la propagación lateral a la di-rección del avión, para un ángulo de elevación β y una distancia horizontal l.

ΔL: función de directividad para el ruido de rodadura por detrás del punto de comienzo de la carrera en pista (figura 3.6).

r

Φ

Figura 3.6. Ruido de rodadura

- Φ ≤ 90º:

ΔL = 0 - 90º < Φ ≤ 148,4º:

ΔL = 51,44 - 1,553 Φ + 0,015147 Φ2 – 0,000047173 Φ3 - 148,4º < Φ ≤ 180º:

ΔL = 339,18 - 2,5802 Φ - 0,0045545 Φ2 + 0,000044193 Φ3 ΔV: corrección para tener en cuenta la velocidad efectiva en la trayectoria de

vuelo:

vv

lg10 refV =Δ

con: vref: velocidad utilizada en los datos NPD v: velocidad efectiva de la trayectoria de vuelo

ΔF: corrección para la longitud finita del seguimiento de la trayectoria de vue-lo.

Los cálculos se basan en datos NPD SEL para una velocidad de referencia (habitualmente 160 nudos, 307 km/h, para los aviones a reacción y 80 nudos, 154 km/h, para los avio-nes de hélice pequeños) Los indicadores de ruido LDEN y Lnight son:

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( )⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡++= ∑ 10/SEL

j,ij,i,nightj,i,eveningj,i,dayDEN

j,i10N10N16.3N86400

1lg10L

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= ∑ 10/SEL

j,ij,i,night

nightNight

j,i10NT

1lg10L

siendo: Nday, i, j, Nevening, i, j, Nnight, i, j: número de movimientos del grupo de aviones j en el trayecto

de vuelo i durante los períodos diurno, vespertino y nocturno de un día medio

Tn: duración del período nocturno, en segundos SELi, j: nivel de exposición sonora del grupo de aviones j en la trayectoria de vuelo i. El número de movimientos en un día medio se calcula como la media del número de mo-vimientos durante un año:

Ni, j = Naño, i, j / 365 donde los movimientos se cuentan por separado para los períodos diurno, vespertino y nocturno. LDEN añade 5 dB adicionales al período vespertino (factor 3,16) y 10 dB al nocturno (fac-tor 10).

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4.- MAPAS ESTRATÉGICOS DE RUIDO Y PLANES DE ACCIÓN

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4.- MAPAS ESTRATÉGICOS DE RUIDO Y PLANES DE ACCIÓN Un mapa de ruido es una representación gráfica de la realidad acústica de un lugar y en un periodo de tiempo determinados. Un mapa estratégico es un mapa de ruido di-señado para poder evaluar globalmente la exposición al ruido en una zona determinada, debido a la existencia de distintas fuentes de ruido, o para poder realizar predicciones globales para dicha zona. La combinación de los mapas de ruido que muestran la situación real presente con la car-tografía de calidad acústica, que representa los objetivos y zonas de servidumbre acústi-ca que se establezcan, sin duda será muy útil para presentar de manera clara y atractiva la información más importante para planificar las medidas de prevención y corrección de la contaminación acústica Los planes de acción se diseñan para gestionar el ruido y sus efectos, incluyendo la re-ducción del mismo si no hubiese ninguna otra salida. Las medidas de la atenuación del ruido tienen que ser planificadas en detalle para las áreas identificadas como problemáti-cas dentro del contexto del mapa. En la elaboración de los diferentes planes de acción se debe dar sentido y utilidad pública al mapa estratégico como elemento de gestión de la contaminación acústica. Ejemplo de ello sería la integración de dichos planes en los Planes Generales de Organización Urbana (PGOU), de manera que se regule la protección del medio ambiente urbano frente a los ruidos y vibraciones que impliquen molestia, riesgo o daño para las personas o bienes de cualquier naturaleza. 4.1.- MAPAS ESTRATÉGICOS Los mapas estratégicos deben ser realizados mediante unos criterios metodológicos muy concretos para que sean comparables entre sí. Es obligación de cada Administración el informar a los ciudadanos de las conclusiones de los mapas y exponer los mismos al pú-blico. Estos mapas deben constituir el punto de partida para el diseño y la realización de los Planes de Acción. Los mapas han de describir los siguientes apartados: - Situación acústica existente, anterior o futura en función de un determinado indicador

de ruido. - Exceso de ruido en relación a los valores límite. Identificación de las zonas con afec-

ciones de mayor importancia, contra las que se debe luchar en los planes de acción. - Identificación de zonas tranquilas o de especial protección desde el punto de vista

acústico. - Número estimado de personas, viviendas, escuelas y hospitales que en un área de-

terminada están expuestos a unos valores de ruido específicos en función de un de-terminado indicador de ruido.

- Superficie afectada por los distintos valores de ruido.

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- Orientación para una futura ordenación territorial (las zonas de servidumbre acústica de una infraestructura, por ejemplo).

Los tipos de mapas estratégicos a realizar serán: - Ciudades. El énfasis se pone en determinar el ruido procedente de cada tipo de fuente

(que incluye las distintas infraestructuras, junto con las fuentes industriales y los puer-tos).

- Carreteras y autopistas principales. - Grandes líneas férreas. - Grandes aeropuertos. El resto de actividades ruidosas (ruidos vecinales, ocio, etc.) no es de interés para los mapas estratégicos. Los mapas estratégicos han de poseer una información más completa y específica que los mapas de ruido convencionales. De su definición se desprende que deberá constar al menos de dos partes diferenciadas: - Mapa de niveles sonoros: mapas de líneas isófonas realizados a partir del cálculo de

niveles sonoros en puntos receptores que abarcan toda la zona de estudio. - Mapa de exposición al ruido: en el que figuren las viviendas y población expuestas a

determinados niveles de ruido (en fachada de edificios), y otros datos exigidos por la Directiva 2002/49/CE (END, Environmental Noise Directive) y la Ley del Ruido.

Además, pueden contener: - Mapas de conflicto: representando el exceso de ruido soportado por una zona en rela-

ción a los criterios de sensibilidad del área, que normalmente están relacionados con su uso.

- Mapas de impacto: analizan la diferencia entre la simulación de las medidas correcto-ras y los valores actuales. Análisis Coste/Beneficio.

Toda esta información ha de especificarse por cada una de las fuentes examinadas, en cada uno de los periodos de evaluación y para cada uno de los índices propuestos. 4.1.1.- Información necesaria La realización del mapa requiere la recopilación de una serie de datos, bien mediante una campaña de medidas o bien mediante técnicas de predicción. Se ha de describir y definir con precisión el área de estudio: - Datos de población, viviendas, colegios y hospitales. - Autoridades implicadas. - Receptores cerca de la vía.

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- Usos del suelo desde el punto de vista de zonificación acústica - Datos cartográficos disponibles:

o Descripción de los actuales corredores de tráfico. o Caracterización y descripción de las fuentes de ruido al margen de la infraes-

tructura a estudio. Ruido de fondo: industria, tráfico rodado, ferrocarriles, aero-puertos, otros viales, etc. Datos de ubicación, dimensiones y datos sobre el trá-fico.

Se han de conocer las condiciones de operación de la infraestructura: - Densidad de tráfico, velocidad, puntos de aceleración y frenada, etc. - Base de datos sobre potencia emitida por los ferrocarriles implicados. - Estudios previos de la zona:

o Encuestas a la población o Denuncias

- Futuros proyectos, legislación, políticas ambientales implantadas, criterios de acepta-ción y límites.

4.1.2.- Toma de medidas El objetivo perseguido con la campaña de medidas acústicas es el de estimar la potencia sonora de las fuentes de ruido como dato de entrada al modelo. Para ello se ha de tener en cuenta la normativa existente: - ISO 8297: 1994 ‘Acoustics -Determination of sound power levels of multisource indus-

trial plants for evaluation of sound pressure levels in the environment - Engineering method’.

- EN ISO 3744: 1995 ‘Acoustics -Determination of sound power levels of noise using sound pressure - Engineering method in an essentially free field over a reflecting plane’.

- EN ISO 3746: 1995 ‘Acoustics -Determination of sound power levels of noise sources using an enveloping measurement surface over a reflecting plane’.

Para la estimación del ruido ambiente se han de tener en cuenta las normas de aplicación (familia ISO 1996): - Precisión espacial del estudio. Muestreo espacial. - Búsqueda de áreas y zonas con el mismo comportamiento acústico. - Elección e identificación de los mejores puntos. - Precisión temporal del estudio. Muestreo temporal. Historia temporal. - Variaciones diarias del evento a medir. Periodicidad diurna. - Variaciones estacionales (semanales, anuales, etc.). Medidas a largo plazo. - Acontecimientos especiales y aperiodicidades. - Duración de cada una de las tomas de datos (decisión sobre hora y fecha de cada

muestra, duración de cada medida Leq y si se va a describir como una historia tempo-ral dicha medida (p. ej. usando Leq de 1 s).

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- Promedios temporales, filtrado. - Simplificaciones y aproximaciones debidas a limitaciones en el número de instrumen-

tos, de personal, de tiempo. Correlación entre zonas. - Efectos meteorológicos. Programación de las medidas que tengan en cuenta la evolu-

ción de las variables meteorológicas que influyen en la propagación en periodos lar-gos.

- Caracterización y descripción de todas las fuentes de ruido. Ruido específico y Ruido de fondo: industria, tráfico rodado, aeropuertos, ferrocarriles, etc. Datos de ubicación, dimensiones y datos sobre el tráfico.

- Determinación en los puntos de inmisión de la influencia de reflexiones, absorciones, aislamientos, etc. Características orográficas y geográficas.

- Calidad del ruido. Determinación de ciertas características del ruido presente. Confir-mación de la presencia de tonalidades (que se pueden trasladar a los cálculos) y de ruido impulsivo (que no se puede trasladar).

Durante el trabajo de campo se ha de proceder a: - Revisar y corregir la cartografía de trabajo mediante ortofotos actualizadas. - Recopilar datos de atributos en el modelo de emisión y de propagación (revisión de

orografía, viviendas, etc.). - Inventario de barreras 4.1.3. Predicción de ruido Un software de predicción incluirá el programa de cálculo de propagación del ruido y, a ser posible, las fuentes de emisión. Tendrá en cuenta, básicamente: - La potencia radiada por la fuente emisora. - Distancia a la fuente, absorción del aire, reflexiones, dirección y fuerza del viento, gra-

diente de temperatura, geometría del lugar (orografía, edificios, naturaleza de los mismos, etc.).

- Un sistema de edición que permita introducir datos. - Un sistema de representación gráfica 3D, georreferenciado a un Sistema de Informa-

ción Geográfica (GIS). - Posibilidad de trabajo en red. Para llevar esta tarea a cabo, el programa deberá aceptar - Importar y exportar distintos formatos cartográficos: dxf, dwg (leerá todas las capas

del AutoCAD y las traducirá a su formato), y shp en general. - Modificación de coordenadas de referencia y de la geometría de los objetos que apa-

recen en el programa (altura, población, aislamiento y otros datos) - Activación y desactivación de objetos. - Resultados accesibles en una base de datos. - Modificación de la precisión del cálculo (número de rayos, número de reflexiones ad-

misible, mallado, etc.).

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- Resultados en distintos tipos de ponderación, presentación de distintos índices, valores máximos y mínimos, histogramas de frecuencias, etc.

- En casos especiales se darán series temporales (o una película de la situación acústica a lo largo de un tiempo determinado), se representarán ciclos de trabajo, etc.

- Cálculo de los valores en los puntos de inmisión deseados. Representación del ruido en un punto, en las fachadas escogidas, en todo el plano interpolando un mallado con superficies de color, isolíneas 3-D, cortes de una capa vertical en 2-D, de manera nu-mérica en el mapa, tablas, etc.

- Primeras modificaciones y variantes sobre el modelo inicial, ajustando características de la fuente o del ruido de fondo, tales como definición temporal, espectral, de directi-vidad, etc.

- Representación gráfica del mapa: usos urbanos y zonificaciones, situaciones críticas y problemáticas.

- Posibilidad de combinar varios gráficos con distinta información. - Tablas, diagramas, gráficos con la mas diversa información sobre un punto El modelo se puede utilizar para: - Un estudio acústico completo. - Validar la calidad de un estudio acústico (con medidas de campo) anterior. - Evaluar las responsabilidades en los puntos de inmisión elegidos de distintas fuentes

de ruido por separado (eliminación del ruido de fondo). - Identificar el número de personas expuestas a diferentes niveles de ruido. - Predecir el ruido en el interior de viviendas (Usando datos de aislamiento en fachada) - Evaluación de la afección acústica hacia determinada población - Determinar la repercusión de una infraestructura de transporte aun no existente (Pre-

dicción del ruido en futuros escenarios). - Simulación (análisis sonoro interactivo). Como herramienta de gestión para evaluar la

influencia de determinados cambios en la infraestructura o en su entorno, y comparar los distintos escenarios posibles.

- Estrategias de control del ruido. Desarrollo de soluciones técnicas en un problema de ruido ambiental, con objeto de reducir los niveles de ruido existentes. Por ejemplo: el uso de barreras, trazado alternativo de líneas de tren, distintas alternativas de mate-riales en fachada, velocidades y tráfico de trenes, nuevas viviendas, nueva infraestruc-tura o nuevas soluciones al tráfico viario, etc.

- Monitorado de las tendencias en materia de ruido en una zona o de los efectos de una determinada decisión urbanística

En las figuras 4.1 y 4.2 se tienen dos mapas estratégicos de ruido

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Figura 4.1. Mapa estratégico LDEN. Escala 1:25.000


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Figura 4.4. Mapa de zonas de afección noche. Escala 1:25.000

4.2.- PLANES DE ACCION

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Los Planes de acción se encuadran dentro de una serie de pasos, en los que la adminis-tración plantea su estrategia y actuaciones políticas y técnicas con respecto al ruido y su control. Serán revisados en caso de necesidad, cuando ocurre un desarrollo importante afectando la situación existente del ruido y, por lo menos, quinquenalmente después de la fecha de su aprobación. El público será consultado sobre planes de acción, fomentán-dose su participación. Los Planes de Acción deben incluir al menos los siguientes elementos: - Descripción de la aglomeración, carreteras, ferrocarriles y aeropuertos principales, y

otras fuentes de ruido considerados. - Autoridad responsable. - Contexto legal. - Valores límites. - Resumen de los resultados del mapa de ruido. - Evaluación del número estimado de la gente expuesta al ruido, la identificación de los

problemas y de las situaciones que necesitan ser mejoradas. - Expediente de las consultas públicas. - Cualquier medida de reducción del ruido ya en vigor y cualquier proyecto en prepara-

ción. - Acciones que las autoridades competentes se preponen tomar en los cinco años

próximos, incluyendo cualquier medida de preservar áreas tranquilas o de especial in-terés acústico.

- Estrategia a largo plazo. - Información financiera (si está disponible), presupuestos, análisis de costo-eficacia,

análisis de costes-beneficio. - Medidas consideradas para evaluar la puesta en práctica y los resultados del plan de

acción. Como no hay unos criterios fijos marcados sobre el escenario tipo en el que se debe rea-lizar un plan de acción, se deben tener en cuenta diversos factores: - Zonas con altos niveles acústicos. - Zonas protegidas acústicamente. Según la Ley de Ruido en las ciudades se deben fijar

zonas acústicamente protegidas. - Número de personas afectadas, quizá el principal criterio para designar sea el número

de personas afectadas por kilómetro cuadrado. - Análisis Coste/Beneficio, donde se analiza la eficacia de las medidas en función de sus

posibilidades de implantación y el coste social y económico de las medidas adoptadas y su efectividad a nivel de reducción real (en euros/dB). Tendrán más prioridad los planes de acción que consigan efectos positivos sobre más población afectada.

Los planes de acción deben responder a un plan de actuación global, en el que se cons-truya un panorama general de la situación y se vayan abordando las acciones por orden de prioridad y en la medida de la disponibilidad de recursos y presupuestos. Esta tarea no

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será fácil y deberá verse como una acción global y progresiva, en la que cada año se irán ejecutando más planes de acción que vayan mejorando el panorama global poco a poco. Lo ideal desde luego sería contar con un plan de actuación global a escala nacional. Ante la diversidad de organismos competentes y de administraciones, es de esperar que al menos estos planes deban plantearse en cada uno de los estamentos de la administra-ción central (carreteras, ferrocarriles y aeropuertos), en cada una de las autoridades au-tonómicas y en cada uno de los ayuntamientos afectados por las sucesivas etapas de la ley. En cualquier caso, los planes se han de ejecutar de forma coordinada entre las distin-tas administraciones en las cuales entren en interacción geográfica de competencias. Para alcanzar la disminución eficaz del ruido, varias posibilidades pueden ser explotadas: - Planificación del tráfico - Planeamiento del uso del suelo - Medidas técnicas realizadas sobre las fuentes de ruido - Uso de fuentes más silenciosas - Reducción en la transmisión sonora - Medidas o incentivos reguladores o económicos. Se puede actuar de varias maneras sobre el tráfico rodado: - Reducción de la densidad de tráfico

o En zonas céntricas saturadas, a través de medidas disuasorias, por ejemplo pri-mando la salida del centro de las urbes de tiendas y supermercados de primera necesidad.

o Promoción del transporte ecológico, carriles bici. o Extensión del sistema del transporte público, carril bus y taxi. o Aumento de estacionamientos. o Reubicación y rediseño de viales en función de puntos negros (acústicos) de tráfi-

co. o Creando restricciones (físicas) de tráfico en el centro de las urbes. o Redirigiendo el tráfico pesado o Restringiendo el tráfico pesado a ciertas horas

- Reducción de la velocidad o Sistemas disuasorios de RADAR o Designación de zonas cuya limitación sea 20 Km/h o Designación de las zonas tráfico reposado (campus universitarios, zonas deporti-

vas, residencias, etc.) o Rediseño de la disposición de las calles

- Renovación del parque automovilístico o Ayudas a los vehículos pesados de bajo ruido o Transporte urbano eléctrico o Ayudas e incentivos a la renovación del parque automovilístico

- Actuaciones sobre el pavimento mediante el uso de asfaltos porosos La actuación sobre el tráfico ferroviario puede ser:

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- La reducción de rugosidad de la interacción vía-rueda a través de nuevo material - Limitación de la velocidad de paso de los trenes en algunos tramos - Rediseño de las ruedas del tren - Modernizar las vías, las traviesas y el balasto procurando que amortigüe las vibracio-

nes del tren - Modernización de la máquina y los vagones. Evitar en lo posible maquinas diesel - Mitigar el efecto aerodinámico en los trenes de alta velocidad En los aeropuertos se puede: - Optimizar rutas y procedimientos de vuelo, tales como los de aterrizaje y despegue - Restringir vuelos nocturnos - Incentivar y penalizar a las compañías en función del ruido emitido por sus aviones En los centros industriales se puede: - Realizar ajustes técnicos sobre la operación de la maquinaria - Proteger el edificio para no facilitar la transmisión estructural del ruido - Apantallar las fuentes - Ajustar horarios Se puede actuar contra el ruido en su vía de propagación: - Obstáculos

o Barreras, trincheras y bancos de tierra o Edificios o Túneles y canales

- Ventanas y asilamiento en la vivienda o Sistemas de aire acondicionado o Doble acristalamiento o Única solución para muchos problemas acústicos, sobre todo los relacionados con

aeropuertos - Urbanismo

o Reducción de tráfico sacando del centros urbano los centros de ocio, comercio y otros polos de atracción de masas

o Establecimiento de áreas de transición entre la fuente de ruido y aquellas áreas sensibles desde el punto de vista de calificación acústica

De acuerdo con los objetivos de calidad acústica que establecen los límites legales para cada uso del suelo se identifican edificaciones, barrios o zonas sensibles que tienen un importante grado de afección. Es necesario analizarlas, priorizar las afecciones encontra-das y, en definitiva, preparar las bases del futuro Plan de Acción. Igualmente las servi-dumbres acústicas (dónde se pueden o no desarrollar nuevos usos del suelo) de la in-fraestructura resultan de la interpretación de los mapas sonoros en función de los límites establecidos en cada administración para cada uso.

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Para ello se generarán mapas que contendrán información necesaria relativa a esos obje-tivos de calidad para cada una de las zonas acústicas. La evaluación siempre se hará en función de los límites asignados para cada área de uso y medidos (y/o calculados) a pie de fachada de los edificios. 4.3.- DATOS A COMUNICAR A LA COMISIÓN EUROPEA Los mapas que se han de elaborar se dividen en dos tipos bien diferenciados: - Mapas de niveles sonoros - Mapas de exposición al ruido Los Mapas de niveles sonoros son mapas de líneas isófonas realizados a partir del cálcu-lo de niveles sonoros en puntos receptores que abarcan toda la zona de estudio en las condiciones estipuladas. Los mapas que, como mínimo, se deben generar son los siguien-tes: - Mapa de niveles sonoros de Lden (en dB, rangos de 55-59, 60-64, 65-69, 70-74, >75) y

Lnight (en dB, rangos de 50-54, 55-59, 60-64, 65-69, >70) a una altura de 4 metros so-bre el nivel del suelo, con la representación de líneas isófonas que delimiten los. Adi-cionalmente llevarán la misma información para Lday y Levening.

- Mapa con los datos de superficies totales (en km2) expuestas a valores de Lden superio-res a 55, 65, y 75 dB, respectivamente. Las isófonas correspondientes a 55, 65 y 75 dB figurarán en el mapa y se incluirá información sobre la ubicación de las ciudades, pueblos y aglomeraciones situadas dentro de esas curvas.

Estos mapas de niveles sonoros deberán servir para delimitar zonas de afección y para la información al público, por lo que la información debe se clara e inteligible, incluyendo un resumen en el que se recogerán los puntos principales. Deben tener un formato digital y estar georreferenciados para su posterior incorporación a un sistema de información geográfica. Los Mapas de exposición al ruido tienen por objeto representar y evaluar la exposición de la población al ruido. Por tanto, en ellos se incluyen datos relativos a viviendas y pobla-ción expuestos a determinados niveles de ruido en fachada de edificios, y otros datos exigidos por la Directiva 2002/49/CE y la Ley del Ruido. Los mapas de exposición al ruido incluirán la siguiente información: - Fachadas de viviendas expuestas a cada uno de los rangos siguientes de valores de

Lden (en dB, rangos de 55-59, 60-64, 65-69, 70-74, >75) y Lnight (en dB, rangos de 50-54, 55-59, 60-64, 65-69, >70) a una altura de 4 metros sobre el nivel del suelo:, y el número total estimado de personas (expresado en centenas) cuya vivienda, en la fa-chada más expuesta, está expuesta a cada uno de estos rangos. Adicionalmente lleva-rán la misma información para Lday y Levening.

De todos ellos se debe generar un mapa para cada tipo de fuente y para el conjunto de todas ellas incidiendo en la zona

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Para la evaluación de los niveles de ruido en fachada de edificios con el objetivo de ela-borar los mapas de exposición al ruido se considerará únicamente el sonido incidente, es decir, no se considera el sonido reflejado en la fachada del edificio donde se realiza la evaluación, aunque sí se considerarán las reflexiones en el resto de los edificios y obstá-culos presentes en el área de estudio. Para el análisis de población expuesta a niveles comprendidos entre los valores de Lden y Lnight citados se empleará la información GIS de edificaciones y los resultados de niveles en fachadas de edificios. Para ello se tendrán en cuenta los datos censales de la siguiente manera: - Conociendo los datos de población de cada zona censal, ésta se reparte entre los edi-

ficios de la zona de estudio de forma proporcional a la superficie edificada útil. Preferi-ble para zonas de segunda residencia.

- Analizando datos estadísticos, relativos a la superficie media de cada vivienda, porcen-tajes de viviendas ocupadas y tamaño medio del hogar.

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5.- MÉTODOS DE SIMULACIÓN DE CAMPOS SONOROS

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5.- MÉTODOS DE SIMULACIÓN DE CAMPOS SONOROS 5.1.- RESUMEN El ruido de tráfico existente en vías urbanas depende de los vehículos que lo producen y de las características de las calles, pero también de la posición del receptor de tal ruido. Incluso considerando una sección transversal en una calle, el ruido, o más propiamente el nivel de presión sonora, no se distribuye uniformemente sino que es muy grande en las proximidades de los vehículos circulantes (zona de campo próximo) y disminuye en mayor o menor medida si el receptor se acerca a las fachadas de los edificios (zona de campo reverberante). Aun así, tal disminución de ruido no es siempre totalmente progresiva, pues en el campo reverberante también pueden existir tanto zonas de refuerzo sonoro como de sombra sonora (por ejemplo si hay vehículos aparcados). Quiere esto decir que dos micrófonos situados en una misma sección transversal de una calle pero en diferentes posiciones no tienen por qué registrar necesariamente el mismo ruido; las diferencias podrán ser tanto más acusadas cuanto más ancha sea la calle y mayor sea la frecuencia de ese sonido. Por todo ello, para determinar un valor representativo del ruido en una calle es cuando menos conveniente que primero se determine la distribución espacial del nivel de presión sonora en cada sección transversal de esa calle, bajo las hipótesis de circulación de vehículos que sean características de tal vía. En general, la generación y la transmisión del sonido están afectadas por numerosos fac-tores, en muchos casos dependientes de la frecuencia. Los contornos geométricos no suelen ser simples y, además, es habitual la coexistencia de varias fuentes sonoras de ca-racterísticas diversas. Por todo ello el cálculo de los niveles sonoros inducidos en una de-terminada posición puede resultar complejo, incluso imponiendo hipótesis simplificadoras. El grado de complejidad aumenta cuando se trata de establecer el nivel de ruido, no ya en un punto concreto, sino en toda la extensión de un cierto dominio, por ejemplo para obtener un mapa sonoro. En estos casos resulta necesario el empleo de ciertos métodos de simulación de tipo iterativo, especialmente adecuados para su incorporación en pro-gramas de cálculo de ordenador. El objeto genérico de estos métodos de simulación es la predicción de la distribución espacial (e incluso temporal) del nivel de presión sonora en un determinado espacio (cerrado o abierto), ante la presencia de unas determinadas fuentes sonoras. En este capítulo se ofrece una introducción a estos métodos, con especial énfasis en los lla-mados métodos de Acústica Geométrica por ser los más ampliamente utilizados en los pro-gramas de estimación de ruido ambiental. Tras introducir los métodos basados en la teoría Acústica, sucesivamente se muestran las principales características de los métodos llamados de Rayos y de Imágenes Virtuales, para terminar describiendo algunos aspectos referentes a la operación de programas comerciales de aplicación práctica. 5.2.- TEORÍA ACÚSTICA La transmisión de las perturbaciones sonoras en un medio fluido está regida por los prin-cipios fundamentales de conservación de la Mecánica de Fluidos: conservación de la ma-

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sa (principio de continuidad), conservación de la cantidad de movimiento y conservación de la energía. En forma matemática estos principios se concretan en un sistema de ecua-ciones diferenciales, que involucran derivadas espaciales y temporales de distintas magni-tudes fluidomecánicas, tales como la velocidad, la presión, etc. En el terreno de la Acústica, en el que sólo se consideran fluctuaciones de pequeña am-plitud, las ecuaciones se pueden simplificar notablemente y quedar reducidas a la llama-da ecuación de onda. En coordenadas cartesianas, la ecuación de onda se puede expre-sar en la forma:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂∂

+∂∂

+∂∂

⋅=∂∂

2

2

2

2

2

22

2

2

yp

yp

xp

ctp

donde p es la presión sonora y c es la velocidad del sonido. La ecuación de onda estable-ce pues una proporción entre las derivadas segundas temporales y espaciales de la pre-sión. En general, las soluciones que satisfacen dicha ecuación se caracterizan por poseer para cada frecuencia del sonido emitido distribuciones espaciales de tipo senoidal. El campo sonoro global se puede construir por superposición del campo sonoro correspon-diente a cada frecuencia. A pesar de su relativa sencillez, la solución analítica de la ecuación de onda sólo es viable bajo condiciones de contorno geométricas simples, como por ejemplo los casos del soni-do transmitido a lo largo de un conducto rectilíneo o del sonido generado por una esfera de radio pulsante (monopolo) sin contornos próximos. En los casos de condiciones de contorno más complejas se hace necesario acudir a mé-todos de resolución numérica mediante técnicas de elementos finitos o de elementos de contorno. Estas técnicas se basan en: - la transformación del dominio de estudio (continuo) en un dominio discretizado, defi-

nido por un conjunto de puntos de cálculo. - la transformación de las ecuaciones diferenciales en sistemas de ecuaciones algebrai-

cas referidas al valor de cada variable sobre estos puntos. Estos métodos proporcionan una solución aproximada al problema, tanto más precisa cuanto mayor sea el número de puntos de cálculo considerados y mayor, por tanto, el sistema de ecuaciones algebraicas. Por ello requieren el uso de medios informáticos con una considerable potencia de cálculo y de memoria. Su aplicación resulta adecuada para el estudio del campo sonoro próximo a las fuentes emisoras, como en estudios de la emi-sión de sonido desde fuentes de ruido, la interacción entre el campo sonoro y el estado de vibración de una estructura, etc. Un ejemplo de programa comercial de estas caracte-rísticas es el programa Sysnoise, de la casa belga LMS. 5.3.- ACÚSTICA GEOMÉTRICA

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5.3.1.- Principio de la Acústica Geométrica A partir de una cierta distancia de la fuente emisora, función de la longitud de onda, la propagación del sonido es semejante a la propagación de las ondas esféricas (o planas): las fluctuaciones de presión y velocidad, que además están en fase, sólo dependen de la distancia radial a la fuente. Ello sugiere partir de la solución correspondiente al sonido transmitido en modo de onda plana desde una determinada fuente, para considerar a continuación los efectos de los contornos geométricos y de las propiedades físicas del medio. Estos métodos, denominados de Acústica Geométrica, se apoyan en el Principio de Fer-mat: toda onda que transmita entre dos puntos se propaga en línea recta (en ausencia de obstáculos). Por tanto se puede considerar que la transmisión de energía sonora es rectilínea. En analogía con la emisión de luz, se habla de rayos acústicos para referir las trayectorias rectilíneas seguidas por la energía sonora entre una fuente y un receptor. Al igual que los rayos ópticos, los rayos acústicos se reflejan con un ángulo de reflexión igual al de incidencia cuando alcanzan una superficie lisa y rígida. El estudio de estas re-flexiones en cada caso constituye el principal objetivo de los métodos de simulación de Acústica Geométrica. Por sus características los métodos de Acústica Geométrica resultan de interés para cál-culos de la distribución de sonido no muy cerca de las fuentes emisoras (es decir, fuera de la zona de campo próximo), tanto en espacios abiertos como en espacios cerrados (con una importante componente de reverberación). Existen dos grandes tipos de méto-dos de Acústica Geométrica: el de rayos y el de imágenes virtuales. Estos métodos se abordan en los siguientes apartados. 5.3.2.- Límites de validez de la Acústica Geométrica El principal fenómeno de transmisión sonora considerado en Acústica Geométrica es el de la reflexión especular del sonido desde contornos rígidos. Sin embargo también pueden adquirir importancia otros fenómenos, como son: - Difracción: cuando la longitud de onda λ es del mismo orden de magnitud que las

dimensiones de los obstáculos.

- Difusión: cuando λ es del mismo orden de magnitud que la rugosidad de la superficie del obstáculo.

- Refracción: cambio de dirección en la propagación del sonido por un cambio de me-dio, la presencia de viento no uniforme o la presencia de gradientes térmicos.

Tomando como referencia una velocidad del sonido de 340 m/s, se tiene:

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- A una frecuencia de 34 Hz le corresponde una longitud de onda λ de 10 m. Cualquier obstáculo en el recorrido de esta onda larga resulta pequeño, y por tanto se produce difracción. No es aplicable la Acústica Geométrica.

- Para una frecuencia de 125 Hz (λ=2.5 m) el sonido bordea pequeñas superficies, co-lumnas, mobiliario, etc., y las superficies rugosas reflejan especularmente.

- A 500 Hz (λ=68 cm) la mayoría de los objetos no son ni grandes ni pequeños respec-to a la longitud de onda. Se produce reflexión difusa.

- A 2000 Hz (λ=17 cm) cualquier objeto empieza a producir sombra acústica.

- A partir de 8000 Hz (λ=4 cm) cada irregularidad de una superficie se comporta como un espejo y refleja especularmente.

Se deduce pues que, incluso dentro del rango de validez de la Acústica Geométrica, el grado de detalle con que se han de describir los contornos rígidos es diferente para cada rango de frecuencia. Ejemplo: un cerramiento de grandes dimensiones en zig-zag, como el de la figura 5.1, a bajas frecuencias reflejaría como un único espejo plano, a frecuencias medias generaría más o menos reflexiones difusas y en frecuencias altas se comportaría como un conjunto de pequeños espejos en zig-zag.

Figura 5.1 5.4.- MÉTODO DE RAYOS ACÚSTICOS 5.4.1.- Base del Método de Rayos

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Este método se basa en la distribución y proyección de la energía sonora desde cada fuente a lo largo de un conjunto de direcciones principales: los Rayos Acústicos. A cada rayo se le ha de asignar una zona de influencia, a modo de ángulo sólido, de modo que al aumentar la distancia desde la fuente aumente la superficie transversal asociada. Además, cada rayo avanza a la velocidad del sonido y choca contra cualquier superficie rígida, reflejándose especularmente (figura 5.2).

Figura 5.2 A lo largo de cada rayo se produce una disminución de la presión sonora, debida en pri-mer lugar a la divergencia de las ondas sonoras, según la conocida relación:

2

.

2

r4cW

pπ

⋅ρ⋅=

Hay que considerar también otros mecanismos adicionales que disminuyen la presión so-nora, como son: - Absorción de energía sonora durante el avance del rayo a lo largo del medio fluido. - Absorción de energía sonora en las reflexiones. Al contrario que la atenuación por divergencia, estos mecanismos son función de la fre-cuencia y, por tanto, originan una distorsión en la distribución espectral del sonido a lo largo de cada rayo. 5.4.2.- Zona de influencia de cada Rayo En el uso general de estos métodos, se pretende efectuar el cálculo sobre un cierto con-junto de posiciones receptoras. Por ello, para cada rayo, el algoritmo de cálculo también ha de determinar si afecta o no a cada receptor, es decir, si el receptor está dentro del ángulo sólido de influencia. Esta tarea es sencilla si la zona de influencia de cada rayo es cónica (figura 5.3), porque basta con comparar la longitud del rayo con la distancia del punto receptor al propio rayo (es decir, a una recta).

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Figura 5.3 Sin embargo, los conos originan un importante problema de acoplamiento entre sí: o se apoyan, con lo que habrá puntos del espacio que no estén asignados a ningún rayo, o se solapan, con lo que habrá puntos asignados simultáneamente a dos o incluso más rayos (figura 5.4).

Figura 5.4 Para evitar este problema se pueden usar zonas de influencia piramidal, bien de base triangular (figura 5.5) o bien cuadrangular, pero como contrapartida se vuelve más com-pleja la determinación de pertenencia de los receptores a cada zona.

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Figura 5.5 5.4.3.- Otros aspectos del Algoritmo de Cálculo Los algoritmos de los métodos de rayos acústicos son de tipo iterativo: uno por uno se va lanzando cada rayo, analizándose sus cambios de dirección y a qué posiciones receptoras afecta. Simplemente, cuando la intensidad del rayo es inferior a un cierto valor, se pasa a un nuevo rayo. La precisión de los cálculos depende del número total de rayos proyecta-do y del número de reflexiones. En términos generales, la precisión disminuye con la dis-tancia recorrida por cada rayo, debido al aumento relativo de la zona de influencia. Por ejemplo, como muestra la figura 5.6, en las zonas de las esquinas se asume que la direc-ción de reflexión del rayo es representativa de todo su cono o pirámide de influencia, lo que sólo es cierto en parte.

Figura 5.6

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5.5.- FOCOS VIRTUALES 5.5.1.- Base del método Los frentes de onda esféricos emitidos desde una fuente puntual inciden sobre una su-perficie plana y se reflejan especularmente, de modo que se podrían considerar genera-dos a partir de una segunda fuente sonora ficticia (virtual) situada simétricamente a la primera respecto a la superficie reflejante (figura 5.7).

Figura 5.7 El método de las Imágenes Virtuales consiste en determinar las fuentes virtuales corres-pondientes a cada pared o contorno de un dominio, calcular la contribución directa de cada fuente virtual a la presión sonora de cada posición receptora (ya sin necesidad de analizar la reflexión de cada rayo acústico) y establecer la presión sonora total de esas posiciones como la suma acumulada de las contribuciones de cada fuente, tanto reales como virtuales. Los frentes de onda reflejados desde una determinada superficie pueden volver a refle-jarse desde otro contorno, por lo que su correcta simulación requerirá la adopción de un nuevo foco virtual, de un orden superior. 5.5.2. Ejemplo de generación de Focos Virtuales Considérese como ejemplo el recinto bidimensional de la Figura 5.8, limitado por las pa-redes a, b, c y d. El sonido emitido desde la fuente puntual F0 alcanzará a las cuatro pa-redes, reflejándose desde ellas. El sonido reflejado desde la pared a se puede suponer generado desde la fuente virtual situada en F1a y puede alcanzar a las otras paredes, ori-ginando una nueva reflexión, en este caso de segundo orden. Al sonido procedente de la pared a y reflejado desde la pared b le correspondería una fuente virtual de segundo or-den situada en la posición F2ab, que guarda simetría con F1a respecto a la pared b. A su vez este sonido reflejado desde la pared b podrá volver a originar una nueva reflexión

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sobre la pared c, de tercer orden ya, cuyo origen virtual estaría situado en F3abc, y así su-cesivamente.

Figura 5.8 No todas las posiciones receptoras de un recinto han de estar afectadas por todas las fuentes, reales y virtuales, que se generen. En el caso de la figura 5.8 tanto el foco real F0 como la fuente virtual F1a alcanzan a todos los puntos del dominio, lo que no se cum-ple para las siguientes fuentes virtuales de orden superior, tal y como muestran las áreas rayadas de influencia para F2ab y F3abc. 5.5.3.- Algunos aspectos del Algoritmo de Cálculo Con el método de las imágenes, la presión sonora en cada punto se puede evaluar como:

i

n

0i2i

in

0i

2i

2 ·r4

W·cpp δ

πρ== ∑∑

==

&

donde ri es la distancia desde la fuente virtual i-ésima, δi es un parámetro que vale 1 si el punto está afectado por la fuente i-ésima (si hay visión) o vale 0 si no lo está, y iW& es la potencia de la fuente virtual i-ésima. En general esta potencia se relaciona con la de la fuente anterior a través de:

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)1·(WW i1ii α−= −

&& donde αi es el coeficiente de absorción sonora de la pared que origina la reflexión. La po-tencia sonora va pues disminuyendo para las nuevas fuentes, por lo que a partir de un cierto orden de reflexión su magnitud se podrá considerar ya despreciable. Los algoritmos de simulación con el método de las imágenes son de tipo recursivo: desde cada foco virtual de orden i se pueden a su vez originar tantos focos virtuales de orden i+1 como número de cerramientos (menos 1) tenga el recinto (figura 5.9). El número de focos virtuales contemplados aumenta exponencialmente con el orden de reflexión. El proceso de generación de focos virtuales sigue una estructura de ramificación, por lo que el algoritmo ha de contener un procedimiento para la definición de las fuentes virtuales que termine con una llamada recursiva a sí mismo. Previamente a la llamada recursiva que dé paso a focos de orden superior, desde dicho procedimiento se deberá proceder al cálculo de la contribución del foco virtual sobre cada uno de los puntos receptores consi-derados en el dominio. Esta tarea deberá comenzar con un análisis de visión, es decir, determinar si cada punto receptor está realmente influenciado o no por el foco virtual.

Figura 5.9 5.6.- APLICACIONES Existe en el mercado un buen número de programas comerciales basados en las conside-raciones de la Acústica Geométrica para el cálculo de la distribución de ruido en entornos de distintas características. Algunos de los más extendidos son: Cadna, Mithra (01dB), Raynoise (LMS), SoundPlan (Delta), Trasgu (Ingeniería de Servicios Integrados Trasgu), etc. En su mayoría emplea el método de rayos, en ocasiones complementada con la ge-neración de fuentes virtuales para las primeras reflexiones. Una variante habitual es el método de rayos inversos, según el cual se proyectan iterativamente los rayos desde las posiciones receptoras en todas las direcciones, y se examina si interceptan a alguna fuen-te. Esta variante resulta útil cuando en el problema se consideran fuentes lineales ade-más de puntuales, tales como las asociadas al ruido del tráfico por carreteras. Los pasos a seguir en el uso de estos programas de simulación son:

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1) Introducción de los datos de entrada, tanto geométricos como de fuentes sonoras (suelen permitir la importación de geometrías de recintos o de topografías generadas desde otros programas). 2) Selección del tipo de cálculo a realizar: número y posición de los receptores, paráme-tros de cálculo tales como el número de rayos, el máximo orden de reflexión o las condi-ciones atmosféricas, las bandas frecuenciales, etc). 3) Ejecución de los cálculos y grabación de los resultados. 4) Visualización gráfica de resultados, por ejemplo mediante mapas con franjas de colo-res correspondientes a intervalos de presión sonora (normalmente en dBA). El abanico de aplicaciones de estos programas está en continua expansión, siendo algu-nas: - Distribución del ruido en espacios abiertos (ruido de tráfico, de plantas industriales,

estudios de impacto acústico, etc.). - Determinación de mapas sonoros en ciudades. - Distribución del ruido en recintos cerrados (auditorios, talleres industriales). - Análisis de la atenuación mediante interposición de barreras y apantallamiento de

fuentes. - Determinación de los tiempos de reverberación en recintos (mediante ecogramas) en

función de la absorción de los cerramientos. - Transmisión de ruido a lo largo de los circuitos de ventilación y aire acondicionado.

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