carcateristici osb - rezumat teza stangianinaileana

8/17/2019 Carcateristici OSB - Rezumat Teza StanGianinaIleana

1/63

1

Investeşte în oameni! FONDUL SOCIAL EUROPEAN

Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere” Domeniul major de intervenţie 1.5. „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării”

Titlul proiectului: „Studii doctorale pentru dezvoltare durabilă (SD-DD)” Numărul de identificare al contractului: POSDRU/6/1.5/S/6 Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov

Universitatea Transilvania din BrasovScoala Doctorala Interdisciplinara

Centrul de cercetare: Produse high tech pentr u automobile

Drd. Ing. Gianina Ileana STAN

Cercetări privind optimizarea panourilor compozitefonoabsorbante şi rezistente la şoc utilizate la protecţia

habitatului limitrof autostrăzilor

Research on optimization of composite soundproofing

panels and shok resistant used to protect habitat

adjacent highway

Conducător ştiinţific Prof.dr.ing. Ioan CURTU

BRASOV, 2011


2/63

2

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETARII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENŢA Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov Nr. 4729 din 01. 09. 2011

PREŞEDINTE: - Prof.dr.ing.CHIRU AnghelDecan-Facultatea de Inginerie MecanicaUniversitatea Transilvania din Brasov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: - Prof.dr.ing. CURTU IoanUniversitatea Transilvania din Brasov

REFERENŢI: - Prof.dr.ing. NASTĂSESCU Vasile Academia Tehnica Militară Bucureşti - Prof.dr.ing. HADĂR Anton Universitatea Politehnica Bucureşti - Prof.dr.ing. ROŞCA Calin Universitatea Transilvania din Brasov

Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 10.10.2011, ora 12,sala U I2 Aula Universitatii “Transilvania” din Brasov

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm săle transmiteţi în timp util, pe adresa [email protected].

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de

doctorat.

Vă mulţumim.

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


3/63

3

CUPRINS

PREFATA ................................................................................................................................ 4/5FOREWORD ........................................................................................................................... 6/61. INTRODUCERE .................................................................................................................. 8/71.1 Actualitatea şi importanţa subiectului tezei ....................................................................... 8/71.2 Consideraţii teoretice .......................................................................................................... 8/71.3 Strada şi elementele ei constitutive ................................................................................ 14/101.4 Bariera protectoare ......................................................................................................... 21/10

1.5 Tipuri de structuri ale panourilor ................................................................................... 22/101.6. Panouri fonoabsorbante cu arc sau curbate în partea superioară .................................. 30/111.7. Concluzii ....................................................................................................................... 31/122. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR PRIVIND PANOURILE STRADALEFONOABSORBANTE ........................................................................................................ 33/122.1 Elemente teoretice privind sursele de zgomot rutier şi posibilităţile de atenuare prin barajesonore ................................................................................................................................... 33/122.2 Clasificarea panourilor stradale fonoabsorbante ............................................................ 39/132.3 Proprietăţi fizice şi acustice ale panourilor stradale fonoabsorbante ............................. 47/152.4 Concluzii ........................................................................................................................ 57/213. OBIECTIVELE TEZEI .................................................................................................... 59/22

4. ASPECTE TEORETICE PRIVIND PANOURILE STRADALE FONOABSORBANTE.............................................................................................................................................. 60/224.1 Analiza factorilor acustici care acţionează asupra componentelor panoului stradalfonoabsorbant ....................................................................................................................... 60/224.2 Clasificarea metodelor numerice şi modele utilizate în tehnică ..................................... 65/234.3 Modelarea numerică a panourilor stradale fonoabsorbante. Analiza dinamica ............. 89/304.4. Modelarea numerica a panoului stradal fonoabsorbant. Rezistenţa la şoc a panourilorstradale fonoabsorbante ........................................................................................................ 95/324.5 Concluzii ...................................................................................................................... 101/365. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND CARACTERISTICILE MECANICE ŞIACUSTICE ALE PANOURILOR STARDALE FONOABSORBANTE ........................ 104/375.1.Introducere ................................................................................................................... 104/375.2. Scopul cercetărilor experimentale ............................................................................... 106/385.3 Referinţe normative ..................................................................................................... 108/395.3.1 Termeni şi definiţii .................................................................................................... 108/395.4 Teste experimentale ...................................................................................................... 111/415.4.1 Prezentarea panoului fonoabsorbant supus testării ................................................... 111/415.4.2 Etapele procedurii de testare a absorbţiei acustice şi a indicelui de reflexie sonoră . 112/415.4.3 Măsurarea indicelui de reflexie ................................................................................. 113/425.4.4 Măsurători pentru indicele de fonoizolare ............................................................... 127/465.4.5 Căderea fragmentelor de panouri stradale fonoabsorbante în urma coliziunilor ...... 145/50

5.5 Concluzii ...................................................................................................................... 149/536. CONCLUZII FINALE. CONTRIBUŢII PERSONALE ŞI ORIGINALE, DIRECŢIIVIITOARE DE CERCETARE .......................................................................................... 150/536.1 Concluzii generale ........................................................................................................ 150/536.2 Contribuţii personale şi originale ................................................................................. 154/566.3 Direcţii viitoare de cercetare ........................................................................................ 154/56BIBLIOGRAFIE………………………………………………………………………….158/58ANEXE ................................................................................................................................ 166/-ANEXA A ............................................................................................................................ 166/-ANEXA B. DEFINIŢIA ŞI UTILIZAREA SEMNALULUI MLS ................................... 171/-ANEXA C. Rezumat / Abstract ......................................................................................... 174/61

ANEXA D. Curriculum Vitae ............................................................................................ 175/62


4/63

4

TABLE OF CONTENT

FOREWORD ............................................................................................................................... 4/51. INTRODUCTION .................................................................................................................... 8/6

1.1 About the actuality and importance of the subject of the thesis ......................................... 8/71.2 Theoretical considerations .................................................................................................. 9/71.3 Street and its constituent elements ................................................................................... 14/71.4 The sound barrier panel .................................................................................................... 21/-

1.5 Structure types of sound barrier panel .............................................................................. 22/-1.6 Sound barrier panel arc shaped or curved shaped .......................................................... 30/101.7 Conclusions .................................................................................................................... 31/11

2. STATE OF THE ART IN RESEARCH REGARDING SOUND BARRIER PANELS ..... 33/122.1 Theoretical elements of road noise sources and the possibilities of sound attenuation bysound barrier ......................................................................................................................... 33/122.2 Classification of highway sound barrier panels ............................................................. 39/122.3 Physical and acoustical properties of highway sound barrier ........................................ 47/132.4 Conclusions .................................................................................................................... 57/21

3. THESIS OBJECTIVES ........................................................................................................ 59/224. THEORETICAL CONSIDERATIONS REGARDING THE ROAD SOUND BARRIER 60/22

4.1 Analysis of acoustical parameters which acts on components of noise barrier ............. 60/234.2 Classification of numerical methods and models used in technique .............................. 65/234.3 Numerical modeling of road sound barrier. Dynamical analysis ................................... 89/304.4 Numerical modeling of road sound barrier. Shock behavior of road sound barrier ....... 95/324.5 Conclusions .................................................................................................................. 101/36

5. EXPERIMENTAL RESEARCH ....................................................................................... 104/375.1.Introduction .................................................................................................................. 104/375.2. The aim of experimental research ............................................................................... 106/385.3 References ................................................................................................................... 108/395.3.1 Terms and definitions ............................................................................................... 108/395.4 Experimental testing ..................................................................................................... 111/415.4.1 Presentation of sound barrier panel used during tests .............................................. 111/415.4.2 The steps of testing procedure for sound insulation index and sound reflection index112/415.4.3 Measuring of sound reflection index ........................................................................ 113/425.4.4 Measuring the sound insulation index ...................................................................... 127/465.4.5 Analysis of fragments fallen after collision with road sound barrier panel ............. 145/505.5 Conclusions .................................................................................................................. 149/53

6. FINAL CONCLUSIONS, PERSONAL ORIGINAL CONTRIBUTIONS, FUTURERESEARCH DIRECTIONS .................................................................................................. 150/53

6.1 General conclusions ..................................................................................................... 150/536.2 Personal and original contributions .............................................................................. 154/56

6.3 Future research directions ............................................................................................ 154/56APPENDIX ............................................................................................................................ 158/58APPENDIX A ...........................................................................................................................166/-APPENDIX B. DEFINITION AND USE OF MLS SIGNAL .................................................166/-ANEXA C. Rezumat / Abstract…………………………………...………………………...174/61ANEXA D. Curriculum Vitae…………………………………………………….......…….175/62


5/63

5

PREFATA

Lucrarea „CERCETARI PRIVIND OPTIMIZAREA PANOURILOR COMPOZITEFONOABSORBANTE şi REZISTENTE LA SOC UTILIZATE LA PROTECTIA

HABITATULUI LIMITROF AUTOSTRAZILOR ”, este structurată în şase capitole areconcluzii şi contribuţii personale, listă bibliografică, 9 tabele şi 87 figuri explicative şi douăanexe.

În capitolul I, intitulat INTRODUCERE este prezentat un scurt istoric al străzii, sunt

puse în evidenţă principale caracteristici ale străzii, cu elementele ei constitutive, precum şi osuccintă clasificare a panourilor stradale fonoabsorbante. Capitolul se încheie cu concluziireferitoare la elementele prezentate.

Capitolul II, cu titlul STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR PRIVINDPANOURILE STRADALE FONOABSORBANTE, este consacrat prezentării elementelorteoretice privind sursele de zgomot rutier şi posibilităţile de atenuare prin baraje sonore, precumşi o clasificare generală a panourilor stradale fonoabsorbante în funcţie de proprietăţile fizice şiacustice ale panourilor, finalizându-se cu concluziile aferente.

Sunt detaliate proprietăţile panourilor stradale fonoabsorbante şi influenţa lor în proiectarea unui model performant care să ofere o protecţie împotriva zgomotului rutier, dar înacelaşi timp să îndeplinească condiţiile de design impuse de mediul în care sunt amplasate.

În capitolul III al tezei, OBIECTIVELE TEZEI sunt concretizate prin:Clarificarea aspectelor teoretice, determinarea principalelor proprietăţi fizice

şi acustice evaluarea materialelor ce intra în componenta panourilor stradale

fonoabsorbante .

Modelarea, simularea şi optimizarea unui nou produs care să îndeplinească

cerinţele de mediu şi protecţie împotriva zgomotului rutier.

Prezentare şi testarea proprietăţilor fizico-mecanice, a noului panou stradal

fonoabsorbant.

Capitolul IV având titlul ASPECTE TEORETICE PRIVIND PANOURILESTRADALE FONOABSORBANTE descrie programele utilizate în cadrul lucrării pentru

modelarea şi analiza panourilor stradale fonoabsorbante cu metoda elementelor finite (MEF):ABACUS şi LS DYNA. Folosirea acestor programe a condus la simplificarea procesului de proiectare şi realizare a unui panou stradal fonoabsorbant cu proprietăţi acustice şi fiziceconform standardelor europene UNI EN 1793:1999, respectiv UNI EN 1794:2001.

În capitolul V, intitulat CRECETARI EXPERIMENTALE prezintă proiectarea,obţinerea şi testarea panourilor stradale fonoabsorbante realizate din foi de tabla din aluminiu,având ca material izolant fibră de sticlă. În acest capitol sunt detaliaţi parametrii cu influenţăsemnificativă asupra proprietăţilor panourilor, cum ar fi de exemplu poziţia, orientarea şi distanţala care este poziţionată sursa de zgomot. De asemenea sunt prezentate metoda de măsurare,aparatura de măsurat precum şi condiţiile de mediu care trebuie să fie îndeplinite pentru catestarea să fie validată.

În capitolul VI, intitulat CONCLUZII FINALE. CONTRIBUŢIIPERSONALE ŞI ORIGINALE, DIRECŢII VIITOARE DE CERCETARE”, se sintetizeazărezultatele obţinute pe parcursul acestui studiu şi oferă recomandări pentru aplicaţii specifice

precum şi cinci propuneri pentru cercetările ulterioare (viitoarele modele teoretice să efectueze oanaliză la nivel local şi global pentru toate experimentele realizate.

Teza de doctorat se încheie cu „BIBLIOGRAFIA”, rezultat al unei amplecercetări bibliografice desfăşurate în vederea soluţionării obiectivelor asumate în cadr ul tezei dedoctorat, cuprinzând un număr de 53 de titluri, aparţinând unei mari diversităţi de domenii – matematică, fizică, mecanică teoretică, acustică, rezistenţa materialelor, metode de calculnumeric şi programe specializate de calcul. Dintre acestea , 12 titluri sunt semnate dedoctorandă, majoritatea acestor lucrări publicate reflectă etape ale cercetării ştiinţifice

desfăşurate în domeniul temei tezei de doctorat.


6/63

6

FOREWORD

The paper "RESEARCH ON OPTIMIZATION OF COMPOSITE SOUNDPROOFINGPANELS AND SHOCK RESISTANT TO PROTECT HABITAT ADJACENT HIGHWAYS",is structured in six chapters with conclusions and personal contributions, bibliographic list, 9tables and 87 figures and two related explanatory.

In Chapter I, entitled INTRODUCTION, that presents a brief history of the street, are

highlighted the main features of the street, its elements, and a brief classification of sound barrier panels. The chapter ends with conclusions on the evidence presented.

Chapter II, entitled STATE OF THE ART IN RESEARCH REGARDING SOUNDBARRIER PANELS, is dedicated to presenting the elements of theory of road noise sources andthe possibilities of sound attenuation by dams, and a general classification of the sound barrier

panels related to their acoustical and physical properties, ending with the related conclusion.Further are detailed the sound absorbtion properties of these sound barrier panels and

their influence in designing a performant model that offers protection against road noise, but alsodesigned to meet the requirement imposed by the environment in which they are located.

In Chapter III of this thesis, THESIS OBJECTIVES are embodied by:• Clarify the theoretical determination of the main physical and acoustic evaluation of

materials that goes into structure of sound barrier panels.

• Modeling, simulation and optimization of a new product that meets environmental

requirements and protection against road noise.

• Introduction and testing physical and mechanical properties of the new sound -

absorbing panel .

Chapter IV with the title THEORETICAL ASPECTS ON SOUND ABSORBINGPANELS, describes the software used for modeling and analysis of sound barrier panels with

finite element method (FEM) and LS DYNA ABACUS. The use of these programs hassimplified the design process and allows the design of a road sound barrier panel with acousticand physical properties according to UNI EN 1793:1999 European Standards respectively UNIEN 1794:2001.

Chapter V, entitled EXPERIMENTAL RESEARCH on the sound barrier panels presentsaspects of the design, procurement and testing sound barrier panels sheets made of aluminum,with the fiberglass insulation. In this chapter are studied the parameters with significantinfluence on the properties of panels, such as the position, orientation and distance from noisesource is located. Also are presented the measuring method, measuring equipment andenvironmental conditions that must be insured for testing.

Chapter VI, entitled „FINAL CONCLUSIONS. PERSONAL AND ORIGINALCONTRIBUTIONS, FUTURE RESEARCH DIR ECTIONS” summarizes the results obtainedduring this study and provide recommendations for specific applications and five proposals forfurther research, future theoretical models to analyze local and global level for all experiments.

PhD thesis ends with "References", the result of an extensive bibliographic researchcarried out in order to solve the pledges made in the thesis, comprising a total of 53 titles,

belonging to a wide variety of areas - mathematics, physics, mechanics, theoretical acoustic,strength of materials, numerical methods and computer programs specialist. Of these, 12 aresigned by the doctoral titles; most published work reflects these stages of research conducted inthe thesis topic.


7/63

7

1. INTRODUCERE

1.1 Despre actualitatea şi importanţa subiectului tezei

Deşi principalul atribut al barierelor de zgomot este de a proteja comunităţile depoluarea sonora provenită de la autostrăzile în continuă ascensiune, marea majoritate aacestora nu satisfac această necesitate, având în primul rând un rol estetic şi abia dupăaceea un rol de protecţie. Cu toate acestea, există bariere de zgomot la care o uşoară

optimizare a designului, modului de amplasare, poziţiei şi dimensiunilor acestora arputea ridica nivelul de protecţie împotriva poluării sonore. Pentru a evita aceste greşelicostisitoare şi pentru a ne asigura că fiecare barieră de zgomot oferă o protecţie sonorăridicată, este esenţial să se înţeleagă principiile de bază ale teoriei barierelor acustice.

1.2 Consideraţii teoreticeFactori acustici ce caracterizează panourile stradale

Pe autostrăzile pe care nu sunt amplasate bariere de zgomot, poluarea sonorăeste datorată în principal zgomotului rutier produs de autovehiculele aflate în mişcareşi afectează în mod direct zonele expuse. Acest zgomot este reprezentat în metoda

razelor printr-o linie ce uneşte sursa cu receptorul şi se notează cu Lp,dir şi se numeştezgomot direct. Un alt zgomot care prezintă un nivel înalt de poluare sonoră, estezgomotul produs de autovehicul şi reflectat de partea carosabilă-autostrada sau solulaflat în apropierea autostrăzii . Acest zgomot se numeşte zgomot indirect şi se noteazăcu Lp,grd (figura 1.2).

Fig.1.2. Propagarea zgomotului produs de autovehicul prin metoda razelor

Amplasarea unei bariere de zgomot între sursă şi receptor poate reduce foarte multputerea zgomotului direct, deşi de cele mai multe ori, barierele practic reprezintămediul prin care acesta este filtrat şi transmis către receptor. Acest zgomot se numeştezgomot transmis şi se notează cu Lp,trans. Undele de zgomot direct care depăşesc barierade zgomot sunt difractate către receptor, respectiv sol sau parte carosabilă, după cumeste cazul. Acesta este zgomotul difractat şi se notează cu Lp,diff. (figura 1.2). Prezenţabarierei, de asemenea, elimină zgomotul indirect Lp,grd , o altă sursă importantă depoluare sonoră.

Utilizând metoda razelor, Maekawa, s-au pus în evidenţă performanţele acusticeale unei bariere de zgomot, adică diferenţa dintre Lp,dir şi Lp,diff.

Teoria dezvoltată de Maekawa calculează performanţele acustice ale unui ecranvertical în ceea ce priveşte numărul Fresnel N, care este definit ca:

N=2/, (1.1)unde: este diferenţa dintre lungimea de undă a zgomotului difractat şi lungimea deundă a zgomotului direct; - -lungimea de undă a sunetului în aer.

Pierderea de semnal (Insertion loss) IL


8/63

8

În zona de umbră, zona situată între barieră şi receptor, este definit ca fiindpozitiv, iar zona luminată situată între sursă şi barieră este considerat ca fiind negativ.Kurze Anderson a definit pierderea de semnal, insertion loss IL, a unei bariere dezgomot cu ajutorul ecuaţiei:

; pentru -0,2 < N < 12,5. (1.2)Formula de mai sus se aplică numai în cazul zgomotului produs de un singur

vehicul în cel mai apropiat punct al sau de receptor. Pentru a descrie performanţa uneibariere pentru un flux de trafic şi expresiile ecuaţiilor sunt mult mai complexe. Dinfericire, pentru calcul zgomotului produs de traficul rutier nu se vor utiliza acesteecuaţii ca metode de calcul deoarece sunt disponibile rezultatele în formă grafică sautabelară şi programe pe calculator care pun în aplicare aceste metode. Izolarea acustică

Capacitatea unui panou de a atenua sunetul transmis după ce a fost străbătut deacesta se numeşte transmission loss - izolarea acustica.

Atenuarea sonoră obţinută cu ajutorul unei bariere sonore subţiri poate ficompromisă dacă aceasta nu este concepută pentru a se asigura că nivelul de zgomot

transmis nu influenţează în mod semnificativ nivelul de zgomot global ce ajunge lareceptor. Astfel se stabileşte că o barieră sonoră atenuează nivelul zgomotului transmisde traficul rutier, cu cel puţin 0,5 dB (A), iar nivelul zgomotului transmis se poatecalcula cu relaţia:

Lp,trans = Lp,diff +10, dB. (1.3)Izolarea acustică obţinută în urma amplasării barierelor de zgomot este

influenţată de o serie de factori, cum ar fi: masa pe unitatea de suprafaţă, grosime,rigiditate, pierderea de semnal (insertion loss) şi unghiul de incidenţă al sunetului. Celmai important dintre aceşti factori îl reprezintă masa pe unitatea de suprafaţă a bariereide zgomot, iar masa minimă se calculează cu formula:

(1.4)unde A este izolarea acustică potenţială a barierei de zgomot şi se calculează cu relaţia

A= Lp,dir - Lp,diff. (1.5)În această ecuaţie este luată în considerare doar masa efectivă a barierei de zgomot,celelalte elemente (ex. de susţinere), nefiind luate în calcul. De asemenea, este esenţialca bariera să nu prezinte perforaţii pătrunse pentru a evita scurgerile de sunet, deoareceperforaţiile de dimensiuni mari permit trecerea zgomotului fără a-l amortiza, iar cele

înguste îl pot amplifica.Pentru panourile simple omogene cea mai importantă proprietate o reprezintă masa pe

unitatea de suprafaţă a panoului, cu ajutorul căreia se poate exprima foarte simplupierderea de transport R:

R = 20 log (mf) – 47, dB (1.6)unde : m este masa peunitatea de suparafata; iar f este frecventa critica a materialului.Cu toate acestea, pentru cea mai mare parte a materialelor de construcţie rigiditateastatică trebuie să fie suficient de mare astfel încât acestea să reziste la unde sonore cu ogama de frecvente cuprinsa intre 50 - 5.000 Hz.Cremer, în urma studiilor efectuate, şi ţinând cont de aceste modificări a dat o nouainterpretare a ecuaţiei de mai sus.

R 20 log (mf ) 10 log (2hw / pwc) 47, dB (1.7)

Pentru majoritatea materialelor omogene subţiri, această relaţie este valabilă în cea maimare gamă de frecvenţe. Cu toate acestea, pentru a obţine rezultate precise , trebuie săse ţină cont de un factor suplimentar în cazul frecvenţelor joase. Astfel pentru panouri


9/63

9

cu o suprafaţă cuprinsă intre (10 – 12) m2 relaţia este valabilă doar pentru frecvenţe maimici de 200 Hz. Sewell face o corecţie a relaţiei şi obţine o ecuaţie pentru panouri cu osuprafaţă infinită:

R= - log10[ln(kA1/2)] +20 log10[1-(/c)2] , dB (1.8)Aceste relatii (1.6), (1.7) şi (1.8) nu sunt valabile pentru panouri cu grosimi şi greutatimari cum ar fi cele din caramidă sau beton.Cele mai des întâlnite situaţii sunt cele în care panourile nu sunt simple, ele fiindalcătuite din doua panori cu un material fonoabsorbant sau cu un spaţiu gol intre ele,aceasta solutie constructivă detreminând obţinerea de valori considerabile a le pierderiide transport – izolarea acustică. Cel mai simplu panou este cel realizat din două panorisubţiri cu gol de aer între ele, cu sau fară interconectori. Pentru acest tip de panou, Shella dezvoltat trei relaţii pentru determinarea coeficientului de transmission loss pentrutrei game de frecventă diferite, după cum urmează:

R = 20 log ( f (m1 + m2 )) - 47 dB pentru f


10/63

10

m1 ,m2 - masele pe unitatea de suprafaţă a celor două panouri ,(kg/m2).În ceea ce priveşte comportamentul panourilor cu pereţi dubli pot fi încă oferite

unele indicaţii pe baza literaturii de specialitate şi experimentele care s-au făcut pana î nprezent. Dacă distanţa care separă cele două panouri este cuprinsă în limita de 100 -150mm, proprietăţile acustice ale ansamblului pot fi considerate comparabile cu celefurnizate de un singur perete de masă echivalentă. Pentru distante intre panouri mai mari de 150 mm izolarea fonică creşte; pentru distanţe echivalente sau mai mult de

jumătate din lungimea de undă a sunetului incident este posibil să se obţină o izolaţieacustică egală cu suma aritmetică a izolărilor fonice ale celor două elemente luate înconsiderare separat.

a bFig.1.5. Variaţia frecvenţei de rezonantă fo în funcţie de grosimea stratului de aer şi

masa unuia dintre pereţi panoului: a- panouri din gips; b- panouri din lemn

1.3 Strada şi elementele ei constitutiveContinua dezvoltare şi modernizarea accentuată a străzilor şi componentelor

adiacente lor, au determinat o separare tot mai mare între mediul înconjurător şi străzi,

respectiv autostrăzi. Dezavantajele străzilor, respectiv autostrăzilor sunt, separareagenerată de arterele mari pe teritoriul traversat, factori perturbatori de natură fizică,perceptivă, psihologică şi poluantă, fiind înţelese ca de o inserare a unui alt punct demediu, sau ca o adevărată poluare a aerului, a apei, a solului şi a liniştii.

Cercetările urmăresc atât prezentarea raportului om – vehicul – infrastructura – peisaj, cât şi obţinerea unui model de panou cu proprietăţi acustice deosebite,construcţie uşor de realizat şi modulat , design adecvat mediului de amplasare,durabilitate, fiabilitate, rezistenţă mare la impact şi costuri reduse. Până la dezvoltareape scară largă a căilor ferate, în secolul XIX, ideea de infrastructură, de comunicare şitransport, a fost împrumutată de la căile de acces şi drumuri şi, de fapt, a coincis cu

acestea.Într-adevăr, excepţie făcând rutele maritime (şi unele lacuri şi râuri), căile de

legătură între zonele locuite, constau în poteci, drumuri pentru transportul animalelor,drumuri pentru transportul mărfurilor (drumul sării, drumul mătăsii, etc.) al cărorprototip a fost şi va rămâne de-a lungul mileniilor strada.

Elementele constitutive ale străzii sunt: carosabilul, marginea carosabilului,parapet protector, panourile stradale fonoabsorbante, reţea de colectare a apei, canalulpentru cablajul reţelei electrice şi de telefon, canal pentru colectarea apei pluviale,elemente de semnalizare, elemente pentru asigurarea siguranţei stradale.

O importanţă deosebită o are marginea carosabilului, fiind zona cea mai

populată cu elemente componente informaţionale necesare fluidificării traficului şi înacelaşi timp reprezintă graniţa între ambientul extern şi zona carosabilă.

GIPS LEMN


11/63

11

Fig. 1.8. Elementele constitutive ale străzii şi percepţia mediului ambient (SITAV, 2005)

1.6. Panouri fonoabsorbante cu arc sau curbate în partea superioarăO posibilitate de a îmbunătăţi calităţile fonoabsorbante ale panourilor stradale

este arcuirea panourilor sau simpla curbare a extremităţii superioare. Prin aceastămodalitate se obţine o putere de absorbţie mărită de până la 3 ori, ceea ce echivalează cu

reducerea înălţimii panourilor până la o treime.

Fig. 1.28. Panouri fonoabsorbante cu arc sau curbate în partea superioară


12/63

12

Fig.1. 30. Comparaţie între puterea de absorbţie a panourilor verticale şi cea a panourilor curbe

1.7. ConcluziiSinteza informaţiei din domeniul studiat cuprinde: istoricul folosirii panourilor

fonoabsorbante stradale, tipuri de structuri de panouri stradale fonoabsorbante, materiiprime şi materiale folosite în construcţia acestora, sisteme constructive, tipuri de

încercări, influenţa zgomotelor asupra mediului ambient habitatului, factori careinfluenţează intensitatea zgomotului(absorbţia energiei sonore)(umiditatea,temperatura, vegetaţia, dimensiunile, distanţa faţă de autostradă, etc.).

În urma identificării problematicii panourilor compozite şi a comportării lor ladiferite condiţii de mediu a rezultat:

elementele componente ale panourilor stradale fonoabsorbante sunt: fundaţia panou lui, panoul propriu-zis, canalul pentru cablaj şi canalul pentru colectarea apelor pluviale;

în funcţie de cerinţele mediului în care sunt amplasate, panourile pot fi reflectante,absorbante sau combinate. Panourile se adaptează în funcţie de condiţiile climatice şi derelief astfel structura lor, dimensiunile şi modul de amplasare variază de la o ţară la alta;

materialele din care pot fi realizate panourile sunt: otel, lemn, beton, beton armat, sticlă, polimetilacrilat, policarbonat, material plastic, pământ şi vegetaţie şi de regula se întâlnescîn combinaţii;

amplasarea unui panou stradal reduce mult puterea zgomotului direct, zgomotul filtrat de panou şi transmis receptorului se numeşte zgomot transmis;

zgomotul difractat reprezintă zgomotul care depăşeşte panoul şi vine recepţionat dereceptor;

frecvenţa de rezonanţă este dependentă de natura materialului, masa panoului, precum şide unghiul de incidenţă al undei sonore;

la panourile sandwich frecvenţa de rezonanţă creşte invers proporţional cu masa panoului

şi scade invers proporţional cu grosimea stratului de aer dintre panouri; curbarea la extremitatea superioara a panoului stradal, permite amplasarea lui la o

distanţă faţă de receptor, cu ¼ faţă de normal ş.a.

2. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR PRIVIND PANOURILE STRADALEFONOABSORBANTE

2.1 Elemente teoretice privind sursele de zgomot rutier şi posibilităţile de atenuareprin baraje sonore

ZgomotulZgomotul poate fi definit ca un sunet nedorit şi neagreat, sau ca sunet, în general,

cauzat întâmplător, a cărui frecvenţă este vizibil neregulată. Înainte de a trece ladescrierea zgomotului este oportun să ne oprim asupra conceptului de senzaţieacustică. Aceasta:


13/63

13

• depinde de mai mulţi factori: durată, fondul pe care se desfăşoară, repetitivitateazgomotului, frecvenţa, secvenţa de componente de sunet, etc.;

• este subiectivă, un sunet ce poate fi plăcut pentru mine, nu trebuie neapărat să fie plăcut şicelorlalţi. De asemenea, depinde mult de percepţia urechii umane, care este diferită de la o

persoană la persoană. Pentru a înţelege mai bine efectele pe care zgomotul le poate produce asupra

oamenilor, este necesar să se facă distincţia între diferitele tipuri de zgomot, în funcţiede caracteristicile spectrului de frecvenţă şi a modului de emisie:

•

zgomot continuu, un zgomot care continuă neîntrerupt pe durata timpului de observare. • zgomot discontinuu, un zgomot care se întrerupe de mai multe ori pe durata timpului de

observare, pentru o perioada de timp nu mai puţin de o secundă. • zgomot parţial, adică un zgomotul emis de o sursă care funcţionează continuu sau

discontinuu pentru o perioadă de timp limitată în cursul unei zile. • zgomot impulsiv, care se caracterizează prin impulsuri sonore de intensitate ridicată, dar

mai mică de 140 dB (A), cu o durată foarte scurtă de expunere. • zgomotul impulsiv repetitiv, care se caracterizează prin impulsuri de intensitate a

sunetului mai mici decât cele precedente, dar şi de foarte scurtă durată, care sunt repetatecu un ritm variabil de la 30 de impulsuri pe minut şi 600 de impulsuri pe minut (foarte

frecvent întâlnit în industrie, este caracteristic pistoalelor automate, ciocane ..).

Puterea acustică Puterea acustică a unei surse este cauza care produce fenomenul de sunet,

în timp ce depresiunea acustică reprezintă efectul. Cunoaşterea puterii acustice a uneimaşini precum şi a oricărui alt tip de sursă este foarte importanta în toate problemelelegate de controlul zgomotului.

Comportamentul sunetului în prezenţa obstacolelor În cazul în care energia acustică (Wi) întâlneşte un obstacol, constând într-un alt

mediu decât cel în care se propagă, apare fenomenul de descompunere (fig.2.3): o parte

din energie este reflectată (W r ), o parte este transmisă (W t), iar o parte este absorbită decătre mediu (W a). În funcţie de tipul de material folosit, se schimbă proporţiile acesteidescompuneri respectându-se legea conservării energiei:

Wi = Wr + Wa + Wt (2.1)

Fig.2.3 Descompunerea energiei acustice în prezenţa obstacolelor

2.2 Clasificarea panourilor stradale fonoabsorbante

Există mai multe tipuri de panouri stradale fonoabsorbante care se pot clasifica înfuncţie de materialele ce intră în componenţa lor, performanţete acustice, estetică,durabilitate, costuri de întreţinere, etc.

O clasificare primară a barierelor acustice în funcţie de provenienţa materialelordin care sunt realizate le împarte pe aceste în două mari categori:

o

Bariere acustice artificiale: bariere acustice fonoizolante; bariere acustice fonoabsorbante;


14/63

14

bariere acustice fonoizolante şi fonoabsorbante. o Bariere acustice naturale

bariere acustice vegetale (garduri vii, păduri, copaci, etc.); bariere acustice – forme de relief (movile, coline, etc.); bariere acustice mixte.

Panouri stradale refelectorizantePanourile stradale reflectorizante sunt barierele construite din materiale de

construcţii comune cum ar fi: • panouri prefabricate de beton; • blocuri de cărămidă; • blocuri de beton uşor sau panouri; • panouri de ciment fibros; • panouri de foi de metal (oţel, aluminiu); • panouri de sticlă; • panouri de materiale plastice; • panouri din lemn.

Bariere fonoabsorbante

Absorbţia de sunet poate fi exprimată: - ca un coeficient de absorbţie care exprimă raportul dintre energia sunetului

reflectat şi energia sunetului incident pe o barieră acustică; - ca un coeficient ie care exprimă raportul dintre energia sunetului incident şi

energia sunetului reflectat de o barieră; - ca indice de absorbţie, coeficient de reducere al zgomotului

Barierele fonoabsorbante reprezintă o inovaţie relativ nouă şi, prin urmare,utilizarea lor nu este larg răspândită asa cum e cazul barierelor reflectorizante. Bariereabsorbante includ în construcţia lor:

• panouri compozite realizate cu ajutorul unor materiale de umplutură cuproprietăţi fonoabsorbate cum ar fi fibra minerală, situate în spatele unor foi - panouride metal perforate, din lemn, elemente de plastic, beton cu perforaţii, etc.

• panouri compozite din ceramică; • panouri compozite din metal sinterizate; • panouri dintr-un amestec de ciment şi aşchii de lemn sau lemn; • panouri sau blocuri de beton celular; • blocuri de caramida cu cavităţi de rezonanţă; • bariere alcatuite complet din plante.

Putem identifica două tipuri de sisteme constructive utilizate pentru aobţinerea de panouri fonoabsorbante:-

panouri tip sandwich ce includ în alcatuirea lor un material fonoizolant;- panouri alcatuite din blocuri de material poros sau cu cavităţi.

O bariera a sunetului este o structură, naturală sau artificială, interpusă întresursa de zgomot şi punctul de recepţie, care intersectează linia vizuală directă întreaceste două puncte. În funcţie de forma lor barierele acustice se împart în:

bariere verticale bariere curbe bariere frânte

bariere înclinate

Optimizarea formei barierelor acusticeCercetările efectuate din întreaga lume au dus la identificarea a numeroaseforme de bariere care sunt mult mai eficiente decât barierele obişnuite, alcătuite dintr -


15/63

15

un singur panou cu grosime mică, plane şi reflectorizante. Datorita îmbunătăţiri iformei, pe o înălţime de 2 m, se poate obţine o reducere a zgomotului, cauzat detraficul rutier, cuprinsă între 1.5 - 3.5 dB. Se disting două tipuri diferite de panouri:

• bariere acustice cu o singură margine reflectantă de diferite forme; • bariere acustice cu multiple margini reflectante.

Dintre barierele acustice cu o singură margine reflectantă putem amintibarierele în formă de T sau Y, bariere cu profil în formă de săgeată, pană, etc. (figura2.16.). În toate aceste cazuri, de importanţă majoră pentru eficienţa barierei rămân,

înălţimea barierei şi tipul de teren pe care acestea sunt amplasate. De asemenea dintrebarierele puternic reflectante, cele cu laturi verticale oferă performanţe mai bune decâtcele cu laturi uşor înclinate.

Fig. 2.14. Modele de bariere acustice îmbunătăţite Barierele profil T oferă o îmbunătăţire substanţială a coeficientului insertionloss, în comparaţie cu barierele reflectorizante plane. Cu toate acestea, o barieră cuprofilul în forma de săgeată prezintă un coeficient al insertion loss mai mare decât cel albarierelor profil T. De asemenea, în cazul barierelor acustice în formă de pană seobserva că acest coeficient insertion loss variază în funcţie de unghiul de înclinare aldeschiderii profilului în formă de pană.

2.3 Proprietăţi fizice şi acustice ale panourilor stradale fonoabsorbante Proprietăţi fizice ale panourilor stradale fonoabsorbante

Fig.2.21. Fenomenul de difracţie al undelor sonore

h=H/e(0.5Q+B)Fig.2.18. Determinarea înălţimii barierei acustice

O prima caracteristică a barierelor acustice care prezintă o importanţă majoră în construcţia acestora este înălţimea minimă a barierei care se calculează cu relaţia de

mai sus unde: H – este distanţa de la nivelul carosabilului pană la înălţimea clădirii afectate depoluarea sonoră;


16/63

16

e – distanţa de la axul drumului până la peretele cel mai apropiat al clădirii afectate depoluarea sonoră; Q – lăţimea părţii carosabile; B – distanţa de la marginea carosabilului până la bariera acustică.

Determinarea înălţimii minime a panourilor stradale fonoabsorbanteDeterminarea înălţimii minime a panourilor stradale fonoabsorbante se

efectuează cu ajutorul relaţiei: hmin = H unde:-

H - este înălţimea receptorului care trebuie protejat de zgomotul rutier;-

d - distanţa de la axul drumului până la bariera acustică; - D - distanţa de la axul drumului până la receptor.

Fig.2.23. Determinarea înalţimii minime a panoului fonoabsorbant Exemplu de calcul:

Cunoscând distanţa de la axul drumului până la receptor D= 25 m, distanţade la axul drumului până la bariera acustică d = 6 m şi înălţimea receptorului (un bloccu 4 etaje) H = 12 m, se poate calcula înălţimea minimă a barierei acustice hmin = 2,88 m.

Fig 2.19.Variaţia înălţimii minime a barierei acustice în funcţie înălţimea receptorului şide distanţa de la axul drumului până la receptor

Determinarea înălţimii eficiente a panourilor stradale fonoabsorbante Determinarea înălţimii eficiente a panourilor stradale fonoabsorbante se face

în funcţie de nivelul de atenuare a zgomotului care trebuie obţinut în zona respectivă înurma amplasării lor. În acest fel se observa ca înălţimea eficientă a barierei acustice estedirect proporţională cu distanţa dintre barieră şi receptor.

Fig.2.20. Determinarea înălţimii eficiente a panoului fonoabsorbant

Receptor

Bariera

Axul drumului


17/63

17

Cunoscând diminuarea nivelului de zgomot şi distanţa de la mijloculcarosabilului până la peretele cel mai apropiat al edificiului sau zonei afectate depoluarea sonoră, se poate determina înălţimea eficientă a unei bariere acustice, caretrebuie adăugată la înălţimea minimă pentru a realiza o barieră acustică care sădiminueze nivelul de zgomot până la valoarea dorită.

Fig.2.21. Variaţia înălţimii eficiente a barierei acustice în funcţie de distanţa la care este amplasată

Lungimea optima a barierei acusticeDifracţia de sunet nu apare doar la marginea de sus a unei bariere acustice, ci,de asemenea, şi în zona finală, la capete. Astfel, de reducerea nivelului global dezgomot prevăzut de o barieră de zgomot nu depinde doar de înălţimea şi localizarea ei

între sursa de zgomot şi receptor, ci, de asemenea, de lungimea sa. Sunetul difractat în jurul capetelor unei bariere va tinde să fie mai puţin semnificativ decât sunetul difractat în zona de la marginea de sus a barierei. S-a constatat că, în general, că o barierăacoperă un unghi de 160 ° pornind de la sursă la receptor, o zonă în care undele sonoredifractate nu sunt semnificative (figura 2. 22).

Fig.2.22.Unghiul de acoperire al unei bariere

Lungimea barierei poate fi redusă, în cazul în care spaţiul permite, prin orientareacapetelor barierelor sonore la un anumit unghi spre interiorul autostrăzii (figura 2.23).

Fig.2.23 Optimizarea lungimii barierei prin orientarea capetelor la un anumit unghi

Caracteristici acustice ale panourilor stradale fonoabsorbanteO barieră sonoră pentru autostrăzi, nu este un dispozitiv uşor de realizat;

pentru a construi un produs bun şi a-l amplasa în mod corespunzător în mediulambiant, sunt necesare cunoştinţe tehnice şi ştiinţifice vaste care să acopere diverse

domenii de cercetare. Pentru a evalua eficienţa protecţiei barierei sonore, trebuie săcalculeze caracteristica extrinsecă a atenuării zgomotului cu ajutorul panourilor stradalefonoabsorbante şi anume insertion loss.


18/63

18

Panourile stradale fonoabsorbante se bazează pe principiul fizic alrezonatorului Helmholtz. Elemente geometrice semnificative ale rezonatorului sunt:volumul V din cavitatea rezonatorului, diametrul gâtului d, grosimea gâtului s. Volumul de aer conţinut în cavitatea rezonatorului este echivalent cu al unui arc, iar celdin zona gâtului este echivalent cu o masă. Acest sistem masă-arc are o frecvenţăproprie de rezonanţă la fel ca un sistem mecanic.

Fig.2.25. Elementele componente şi principiul de funcţionare al rezonatorului. Când o undă sonoră ajunge la rezonator acesta împinge masa de aer din zona

gâtului rezonatorului comprimând aerul din cavitate (arcul). Dacă frecvenţa undeisonore este egală cu frecvenţa proprie a rezonatorului, dependentă de caracteristicilesale geometrice, ca şi într-un sistem mecanic se produce fenomenul de "rezonanţă":oscilaţiile undei sonore la nivelul gâtului rezonatorului se amplifică şi o parte dinenergia sonoră se transformă în căldură. Prin urmare, se verifică o absorbţie a sunetului.

Izolarea fonică Izolarea fonică a unui material compozit exprimă capacitatea să de a împiedica transmiterea de energie sonoră. Factorul de transmitere a energiei sonore sedefineşte astfel: raportul dintre energia transmisă W t şi energia acustică emisă W i.Valoarea să fiind cu atât mai mică cu cât capacitatea materialului de reţinere a undelorsonore este mai mare.

(2.1) Izolarea fonică R este dată de relaţia:

(dB) (2.2)Izolare fonică este proprietatea ce caracterizează toate panourile

fonoabsorbante de separare: verticale şi orizontale, interne şi externe, fixe şi mobileutilizare în arhitectura urbană. Cunoaşterea să este necesară pentru a se putea precizanivelul de izolare fonică între două medii, fie ele interne sau externe.

Panouri fonoabsorbante de separare omogene

În general, izolaţia fonică depinde de frecvenţa sunetului f (Hz) şi de masa peunitatea de suprafaţă, m(kg/m2) după cum urmează:

R = 20 log (m ∙f) – 48 dB (2.4)

Fig.2.27. Dependenţa izolării fonice în funcţie de masa pe unitatea de suprafaţă


19/63

19

Un panou separator fonoabsorbant, lovit de energia sunetului, este supusvibraţiilor şi rezonanţei, fenomene care îi pot influenţa comportamentul acustic. Astfel

în zonele de înaltă şi joasă frecvenţă pot să apară pierderi de izolare fonică datoratefrecvenţelor de rezonanţă sau coincidenţă; frecvenţa la care începe să aibă loc pierderease defineşte ca frecvenţă critică ( fc), valoarea să putând fi calculată în cazul în care estecunoscută viteza de propagare a sunetului în material.Tabel 2.1 Pierderea de izolare fonică datorată amortizării interne a materialului

În tabelul 2.1 sunt prezentate valoarile parametrului h∙ fc pentru unelemateriale, ce reprezintă produsul dintre frecvenţa critică şi grosimea h a panouluidivizor,precum şi valoarea factorului η ca fiind pierderea datorată amortizării interne amaterialului.Exemplu de calcul:

- Foaie de sticlă de grosime 5 mm va avea frecvenţa critică fc=12/0.005 = 2400 Hz;- Zid de cărămidă solidă a de grosime 24 cm va avea frecvenţa critică: fc = 22/0.24 =

91.6 Hz;- Placă de gips de grosime 12,5 mm va avea frecvenţa critică fc = 30/0,0125 = 2400 Hz;

Panouri fonoabsorbante de separare duble

În plus faţă de rezonanţele descrise mai sus la panourile de separare simple, un panoude separare dublu prezintă atât rezonanţa datorată pereţilor dubli cât şi masei de aer ce

îi desparte. Frecvenţa de rezonanţă a acestui ansamblu masă-aer-masă, f0, depinde deasemenea de unghiul de incidenţă a undei sonore, ea putând fi exprimată utilizândurmătoarea expresie:

Hz (2.5) Unde : d este distanţa intre cele două elemente

m1 ,m2 - sunt masa pe unitatea de suprafaţă a două elemente (kg/m2)

În ceea ce priveşte comportamentul panourilor cu pereţi dubli pot fi încăoferite unele indicaţii pe baza literaturii de specialitate şi experimentele care s-au făcutpana în prezent. Dacă distanţa care separă cele două panouri este cuprinsă în limita de100-150 mm, proprietăţile acustice ale ansamblului pot fi considerate comparabile cucele furnizate de un singur perete de masă echivalentă. Pentru distante intre panourimai mari de 150 mm izolarea fonica creşte; pentru distanţe echivalente sau mai mult de

jumătate din lungimea de undă a sunetului incident este posibil să se obţină o izolaţieacustică egală cu suma aritmetică Izolărilor fonice ale celor două elemente luate înconsiderare separat.Absorbţia acustica

Coeficientul α de absorbţie a sunetului se defineşte ca fiind raportul dintre energiaabsorbită şi energia acustică,α (2.6)


20/63

20

şi exprimă proprietatea unui material de a absorbi energia acustică. Absorbţia acusticăeste practic o transformare a energiei acustice incidente în căldură. În general, absorbţiase produce pentru una dintre următoarele cazuri: porozitate, cavitate rezonantă,membrane;Absorbţia datorată porozităţii.

Este întâlnită la materiale cu o structură fibroasă sau celulară la care se încadrează lemnul masiv şi produsele pe bază de lemn(celule deschise) ce conţin unprocent ridicat de aer în ele (de obicei peste 90%). Pot fi de origine minerale, vegetale,animale, sintetice, etc. Absorbţia este datorată frecării de particulelor de aer ce vibrează

în interstiţiile structurii poroase, din punct de vedere cantitativ, aceasta depinde dedensitatea, cantitatea de aer, rezistenta materialului la fluxul de energ ie sonoră. Îndomeniul frecvenţelor sonore, materialele cu celule deschise oferă cele mai buneperformanţe la frecvenţe înalte (figura2.29).

Fig.2.29. Coeficientul de absorbţie al materialelor fibroase/poroase în funcţie defrecvenţele undei sonore

Absorbţia în cazul materialelor cu cavităţi rezonante. Principiul fizic care stă la bazaacestui tip de absorbţie este principiul rezonatorului care este format dintr-o cavitate cuun orificiu de intrare. În cazul în care cavitatea este complet goală, rezonatorii sunt

definiţi ca fiind neacoperiţi şi curba de rezonanţă are o tendinţă foarte selectiva. Dacăgăurile sunt umplute, chiar şi parţial cu material poroase, rezonatorii sunt acoperiţi şicurba de rezonanţă se lărgeşte acoperind o gamă mai largă defrecvenţă (Fig. 2.35.a).

a bFig.2.30. a-coeficientul de absorbţie al materialelor cu cavităţi rezonante; b-structura

unui material cu cavităţi rezonante Principiul rezonator este de asemenea folosit la panouri perforate sau cu fante,

fiind frecvent utilizate în zonele în care se urmăreşte atenuarea zgomotelor produse dediverşi factori. Găurile şi cavităţile aflate în spatele perforaţiilor funcţionează într-adevăr ca nişte rezonatoare legate în paralel.

Absorbţia în cazul materialelor tip membrana.Fenomenul de absorbţie are loc în acest caz, în urma vibraţiilor emise de omembrană după ce a fost „lovită” de energia sonoră. Energia sonoră iniţial este


21/63

21

convertită în energie mecanică şi, ulterior, apare efectul termic datorat frecărilor interne în urma deformărilor elastice a masei membranei, care formează pernă de aer în spateleei. În funcţie de materialul de umplere, parţial sau total, structura conferă o absorbţie ,cu efecte similare cu cele descrise pentru materialele cu cavitatea rezonantă. Structurilede tip membrană sunt folosite în principal atunci când sunt necesare absorbţii deenergie sonora cu frecvenţe foarte mici, greu de realizat cu alte sisteme (Fig. 2.36).

a bFig.2.31. a-coeficientul de absorbţie al materialelor tip membrana; b-structura unui

material tip membrana2.4 Concluzii

Eficienţa oricarei bariere de zgomot scade cu cât banda de trafic este maidepartată de aceasta. Astfel într-o zonă în care sunt amplasate bariere acustice, deobicei, banda de trafic cea mai îndepartată de barieră, domină nivelul de zgomot rutier.Prin urmare, creşterea înălţimii barierei nu va modifica nivelul de zgomot dominant albandei de trafivc cea mai îndepărtată şi poate duce la utilizarea de bariere inacceptabil

de mari. În aceste situaţii, utilizarea celei de-a două bariera, situată între părţilecarosabile, poate fi un avantaj considerabil, întrucât cele două bariere sunt situate cât

mai aproape posibil de cele două surse de zgomot (figura 2.37).

Fig.2.32. Bariere de zgomot ce separă benzile de trafic De asemene se evidenţiază următoarele concluzii:

- unghiul de înclinare necesar pentru a îmbunătăţi eficienţa barierei acustice depinde dedistanţa dintre barierele de separare şi variază direct proporţional cu distanţa dintrebariere.

- datorita îmbunătăţirii formei, pe o înălţime de 2 m, se poate obţine o reducere azgomotului, cauzat de traficul rutier, cuprinsă între 1.5 - 3.5 dB

- în cazul drumurilor suburbane cu trafic intens, prevederea panourilor stradale fonoabsorbante cu dispozitive de reducere a zgomotului (cilindri reflectorizanţi , margini

reflectante în formă de y, t, etc.), permite reducerea înălţimii acestora cu pana la 2 m


22/63

22

- înălţimea minimă a panoului stradal fonoabsorbant variază direct proporţional cuînălţimea receptorului şi invers proporţional cu distanţa de la axul drumului până lareceptor

- lungimea minimă a barierei variază direct proporţional cu distanţa la care sunt amplasate fata de receptor, precum şi în funcţie de gradul de diminuare al nivelului de zgomot carese doreşte a fi obţinut.

- deşi au un rol esteic deosebit,o mare parte a bio-barierelor, necesită un sistem deîntreţinere permanent, lucru care implică costuri suplimentare.

3. OBIECTIVELE TEZEI

In conformitate cu concluziile obţinute în urma analizei stadiului actual al cercetărilorprivind domeniul abordat, şi a sintetizării aspectelor teoretice legate de proprietăţilefizice şi acustice a panourilor stradale fonoabsorbante, în cadrul capitolelor 1 şi 2 aletezei de doctorat, am definit următoarele obiective:

1. Cercetări teoretice privind panourile stradale fonoabsorbante, unde am urmăriturmătoarele aspecte:

- Analiza factorilor acustici care acţionează asupra componentelor panourilor stradalefonoabsorbant- Clasificarea metodelor numerice şi modele utilizate în tehnică - Modelarea numerica cu MEF a panourilor stradale fonoabsorbante. Analiza dinamica- Modelarea numerica cu MEF a panourilor stradale fonoabsorbante. Rezistenţa la şoc apanourilor stradale fonoabsorbante

2. Cercetări experimentale privind construcţia şi exploatarea panourilorfonoabsorbante, urmărind probleme legate de: - Măsurarea indicelui de reflexive- Măsurători pentru indicele de fonoizolare

- Căderea fragmentelor de panouri stradale fonoabsorbante în urma coliziunilor.74. ASPECTE TEORETICE PRIVIND PANOURILE STRADALEFONOABSORBANTE

4.1 Analiza factorilor acustici care acţionează asupra componentelor panoului stradalfonoabsorbant

Studiul acusticii se referă la generarea, propagarea şi recepţia undelormecanice şi vibraţiilor. Unda de propagare a sunetului constă din alternarea decompresii şi rarefieri care sunt detectate ca schimbări ale presiunii de către un receptor.Structurile din urechea noastră, precum şi receptorii realizaţi de om, sunt sensibili la

schimbările presiunii sunetului. Diferenţele dintre sunete sunt cauzate de intensitate, înălţime şi ton. Muzica şi zgomotele sunt sunete, însă diferenţa dintre ele esteurmătoarea. Unele sunete sunt neplăcute, în timp ce altele sunt plăcute la ascultare.Sunetul ploii poate să fie o muzică plăcută pentru cineva, în timp ce sunetul produs lapian de către cineva fără experienţă care exersează poate să fie un zgomot neplăcut.Pentru clasificarea sunetelor, există proprietăţi pe care sunetul trebuie să îl aibă pentru afi considerat „muzical". Un sunet trebuie să aibă o înălţime identificabilă, o tonalitatebună şi plăcută, iar partea care se repetă sau ritmul să fie muzical. Zgomotul nu are

înălţime identificabilă, tonul plăcut şi ritm stabil.

Amplitudinea

Amplitudinea este caracteristica undelor acustice pe care o percepem ca volum. Distanţamaximă pe care o undă o parcurge de la poziţia normală, sau zero, este amplitudinea,iar aceasta corespunde cu gradul de mişcare a moleculelor de aer ale unei unde. Când


23/63

23

gradul de mişcare a moleculelor creşte, acestea lovesc urechea cu o forţă mai mare. Dincauza aceasta urechea percepe un sunet mai puternic. O comparaţie de unde acustice laamplitudine scăzută, medie şi înaltă demonstrează schimbarea sunetului prin alterareaamplitudinii. Aceste trei unde au aceeaşi frecvenţă şi ar trebui să sune la fel, însă existăo diferenţă perceptibilă în volum.

Amplitudinea undei acustice este gradul de mişcare a moleculelor de aer din undă. Cu câtamplitudinea unei unde este mai mare, cu atât moleculele lovesc mai puternic timpanulurechii şi sunetul este auzit mai puternic. Amplitudinea unei unde acustice poate să fieexprimată în unităţi măsurând distanţa pe care se întind moleculele de aer, saudiferenţa de presiune între compresie şi extensie ale moleculelor, sau energia implicată

în proces.Caracteristicile fizice ale sunetelorOrice sunet simplu, cum ar fi o notă muzicală, poate să fie descrisă în totalitate,specificând trei caracteristici perceptive: înălţime, intensitate şi calitate (timbru). Acestecaracteristici corespund celor trei caracteristici fizice: frecvenţa, amplitudine şiconstituţia armonică, respectiv forma undei. Zgomotul este un sunet complex, o mixarede mai multe frecvenţe diferite, sau note care nu sunt legate armonic.

Frecvenţa

Oamenii percep diferenţele de frecvenţă ca sunete mai "înalte" sau sunete mai "joase".Frecvenţa unui sunet este numărul de perioade sau oscilaţii pe care o undă acustică leefectuează într-un timp dat. Unitatea de măsură a frecvenţei este hertz-ul, [Hz] sauperioada pe secundă. Undele se propagă la frecvenţe mari şi la frecvenţe joase, daroamenii nu sunt capabili să le audă în afara unei raze relativ mici. Sunetele pot să fieproduse la frecvenţe dorite prin metode diferite. Creşterea frecvenţei sunetului vadetermina creşterea înălţimii, însă aceasta pare să crească mai puţin cu fiecare pas. Deexemplu, se observă diferenţe remarcabile pentru frecventele de 200 Hz şi 225 Hz,comparativ cu cele de 400 Hz şi 425 Hz. În general, oamenii aud undele acustice defrecvenţe cuprinse între 20 şi 20.000 Hz. Sub 20 Hz sunt infrasunete, iar peste 20.000 Hz sunt ultrasunete. infrasunete (sub 20 Hz) < auzul uman < ultrasunete (peste 20000 Hz)Scala decibelică Dacă amplitudinea sunetului creşte într-o serie de paşi egali, atunci se observă ca tăria(intensitatea) sunetului va creşte cu paşi succesivi mai mici. în general, intensitateasunetului se descrie folosind unităţi logaritmice, numite decibeli (dB). Pe scala decibelicătotul se referă la putere, care este amplitudinea lui 2 dB şi corespunde la aproximativpragul de auz normal, iar 130 dB pentru pragul maxim în care sunetul devine durerospentru oameni (tabelul 4.1).Tabelul 4.1 Exemple de sunete şi zgomote

Sunetele uzuale dB în aerPragul auzului 0 dBŞoapta la 1 metru 20 dBConversaţie normală 60 dBMotor cu reacţie 140 dBSunet dureros pentru om 130 dB

De notat că nivelele de zgomot exemplificate pentru aer nu sunt egale cu cele propagate în apă. Scala decibelică se utilizează deoarece "tăria" (intensitatea) sunetelor variazăexponenţial, iar pentru calcularea parametrilor sunetului ar trebui să se folosească prea

multe zerouri şi să se multiplice numerele. 4.2 Clasificarea metodelor numerice şi modele utilizate în tehnică O clasificare a metodelor şi tehnicilor de aproximaţie este prezentată în figura 4.2.


24/63

24

Fig.4.2. Metode aproximative pentru a determina proprietăţile materialelor compozite Scopul unor metode aproximative este acela de a reduce ecuaţia diferenţială sauintegrală, care simulează un sistem fizic cu o infinitate de grade de libertate, împreunăcu condiţiile de contur, la un sistem de ecuaţii algebrice, deci un sistem cu un numărfinit de grade de libertate.Criterii de discretizare a continuumului în elemente finiteProcesul de discretizare a continuumului este un rezultat al raţionamentului ingineresc.Alegerea numărului şi locului nodurilor elementului, precum şi tipului elementuluitrebuie să fie astfel făcută încât analiza efectuată să fie precisă [5].O reţea de elemente finite este optimă atunci când precizia cerută este atinsă cu unminim de resurse în procesul de analiza şi calcul, deci aceasta se caracterizează prineconomie, simplitate şi ordine. O astfel de reţea implică puţine grade de libertate şielemente finite pe care se interpolează cu polinoame de grad mic [4]. Reţelele trebuie să evite noduri disparate şi elemente cu geometrie extremă, astfel încâtsă nu fie necesare calcule suplimentare pentru controlul erorilor asociate acestor situaţii.

De asemenea reţeaua trebuie să fie destul de fină pentru a se obţine valori fiabile dindiscretizare, reţelele excesiv de fine fiind excluse.

Studiul asupra parametrilor ce caracterizează elementul de bază al elementului finit(triunghiul)Modelele matematice ale problemelor ştiinţifice şi tehnice se prezintă deseori sub formade sisteme de ecuaţii diferenţiale care leagă funcţiile necunoscute de derivatele lorparţiale. Modelul este completat de ecuaţiile care descriu condiţiile iniţiale şi condiţiilela limită.Uneori - destul de rar, pentru probleme relativ simple - soluţiile pot fi obţinute în formă

analitică. Atunci când nu este posibil acest lucru trebuie făcut un calcul aproximativ înbaza unei metode numerice. Esenţa acestor metode numerice constă de fapt în a căutafuncţia necunoscută doar pentru un anumit număr mare de puncte,dar nu pentru întregdomeniul de definiţie. Cu alte cuvinte, domeniul continuu al problemei diferenţiale se înlocuieşte prin unuldiscret. Această aproximaţie transpune ecuaţia (ecuaţiile diferenţiale) iniţiale în ecuaţiialgebrice posibil de rezolvat. Metoda elementelor finite este una din metodelenumerice, aproximative, care realizează această transpunere continuu - discret.Perfecţionările continui aduse metodei elementelor finite şi adecvarea acesteia pentruun domeniu foarte larg de probleme au făcut ca FEM să devină principala unealtă CAE

(de simulare numerică). Elementele de bază ale analizei unui mediu elastic continuu cu ajutorul unui modelalcătuit din elemente finite se pot sistematiza după cum urmează [5]:


25/63

25

1. Mediul continuu este discretizat (separat) prin linii sau suprafeţe imaginare într-un număr de elemente finite (figura 4.3.).2.

Elementele sunt conectate doar într-un număr finit de "noduri" (puncte nodale)aflate pe conturul lor. Deplasările nodurilor vor constitui necunoscutele problemei. 3. Deplasările punctelor din interiorul elementelor se descriu ca funcţii dedeplasările nodurilor (funcţia deplasărilor). 4.

Starea de deformaţie din element se descrie ca funcţie de deplasările nodurilor.Starea de deformaţie determină la rândul ei starea de tensiune în element şi pecontur.5.

În noduri se introduc forţe echivalente stării de tensiuni de pe conturulelementelor şi sarcinilor distribuite.

Punând condiţia de echilibru a forţelor din noduri se determină deplasărilenecunoscute, astfel că se pot determina în continuare şi tensiunile.

Fig.4.3. Discretizarea mediului continuuPentru a înlesni înţelegerea mecanismului prin care se "articulează" mărimile propriidiferitelor etape în rezolvarea unei probleme de teoria elasticităţii cu ajutorulelementelor finite se prezintă cazul solicitării cu o stare plană de tensiune a unui corpoarecare. Cel mai simplu element din care s-ar putea alcătui o structură plană estetriunghiul [214]. Corpul din figura 4.4 a fost discretizat (împărţit) prin linii drepte într-un număr de asemenea elemente (triunghiuri) legate între ele doar prin noduri.

Fig.4.4 Deplasările nodurilor elementului

Fie un element oarecare e cu nodurile i, j, m (figura.4.4). Deplasările nodurilor (necunoscute) pe cele două direcţii , pentru nodurile i, j şi m, şi

anume: mm j jii vuvuvu ,,,,, .Fie {a}e- vectorul deplasărilor nodurilor elementului e:

m

m

j

j

i

i

m

j

i

e

vu

v

u

v

u

a

a

a

a}{

(4.7)


26/63

26

unde

i

i

iv

ua

este vectorul deplasărilor nodului i;

j

j

jv

ua

este vectorul

deplasărilor nodului j;

m

m

mv

ua

este vectorul deplasărilor nodului m. Funcţia deplasărilor pentru punctele din interiorul elementului. Pentru starea planădeplasările se pot descrie prin două componente [4]:

),(

),(

y xv

y xuu

u(x,y)- deplasarea în direcţia x; v(x,y)-deplasarea în direcţia y.Deplasările punctelor din interiorul elementului se descriu în funcţie de deplasărilenodurilor. Pentru funcţiile u şi v se aleg expresii polinomiale. Este firesc ca acesteexpresii polinomiale să cuprindă atâtea constante câte se pot determina din condiţiadeplasărilor din noduri (u(xi ,yi )=ui , v(xi ,yi )=vi , ...).Condiţia ca în cele trei noduri funcţia deplasărilor elementului să fie egală cudeplasările nodurilor conduce la şase ecuaţii din care se pot determina şase constante.Pentru elementul cu 3 noduri şi două componente ale deplasărilor se poate alege:

u(x,y) = a1+ a2x+ a3y;v(x,y) = a4+ a5 x+ a6y; (4.8)unde a1, a2,.... a6 - constante (necunoscute) care se determină din condiţiile:

unde

;,,

;,,

;,,

mmmm

j j j j

iiii

vvuu y y x x

vvuu y y x x

vvuu y y x x

(4.9)

;a

;a

;a

321

321

321

mmm

j j j

iii

ya xau

ya xau

ya xau

.a

;a

;a

321

321

321

mmm

j j j

iii

vavav

vavav

vavav

(4.10)Prin rezolvarea celor două sisteme (3.3), rezultă constantele:

a1 , a2 , a3 ca f( m ji uuu ,,

) şi

a4 , a5 , a6 ca f( m ji vvv ,,

)Pentru simplificarea relaţiilor dar şi pentru generalizare se notează:

2;

2;

2

yc xba N

yc xba N

yc xba N mmmm

j j j

jiii

i

(4.11)Funcţiile Ni, N j, Nm - se numesc funcţii de formă . Cu ajutorul acestor funcţii vectorul {u}al deplasărilor unui punct al elementului se poate scrie în formă condensată:

eem ji a N a IN IN IN y xv

y xuu ][],,[

),(

),(

(4.12)

unde:

10

01 I

, matricea identică (matricea unitate; IA = Al = A). m ji IN IN IN ,, suntsubmatrici ale matricei N . Matricea N este numită funcţia de formă a elementului. Starea de deformaţii din element într-un punct oarecare, se poate descrie prin vectoruldeformaţiilor (specifice) {ε} [5]. Pentru starea plană de tensiune acest vector are 3 componente:

Componentele vectorului {

} trebuie la rândul lor, să fie exprimate funcţie dedeplasările din noduri. În formă matricială:


27/63

27

m

m

j

j

i

i

mm j jii

m ji

m ji

xy

y

x

v

u

v

u

v

u

bcbcbc

ccc

bbb

x

v

y

u

y

v

x

u

000

000

2

1}{

(4.14)

În relaţia (4.14), în cazul general, se includ şi deformaţiile aşa-zise iniţiale }{ o (independente de sarcină). Acestea pot fi determinate de diferite contracţii, creşteri aleunor cristale sau modificări de temperatură, astfel:

0

0

0

0}{

xy

y

x

(4.16)Mai concret, pentru o stare plană de tensiune într-un material izotrop cu un coeficientde dilatare termică α, supus unei creşteri de temperaturi θe se vor produce, datorită

dilatărilor, următoarele deformaţii:

0

}{ 0e

e

(4.17)Pentru o stare plană de deformaţie

.

0

)1(}{ 0

e

e

v

(4.18)Vectorul deformaţiilor specifice devine: }{}{}{ 0

e B (4.19)

Starea de tensiune din elemente. Pentru starea plană de tensiune vectorul }{ altensiunilor este :

xy

y

x

xy

y x

y x

xy

y

x E

E

E

E

2

1

00

01

01

1

)1(2

1

1

}{22

2

(4.20)S-a notat cu [D] - matricea de elasticitate. Aceasta matrice depinde numai deproprietăţile de material, modulul de elasticitate , E şi coeficientul lui Poisson, υ, astfel:

[D]=

2

100

01

01

1 2

E

(4.21)Cu aceasta notaţie

}){}({}{ 0 D (4.22)


28/63

28

Studiul asupra parametrilor ce reprezintă elementul de bază al elementului finit(pătratul)

Procesul de proiectare modernă este un proces complex care presupune,printre altele, utilizarea metodelor de modelare şi analiză care au la bază utilizareasofturilor performante. Metoda elementelor finite oferă soluţii pentru problemele învederea identificării câmpurilor de variaţie a tensiunilor şi deplasărilor în principal. Problemele de tip identificare câmpuri oferă o distribuţie spaţială a variabilelordependente, modelarea matematică a distribuţiilor şi dependentelor fiind realizată prinecuaţii diferenţiale şi expresii ce conţin integrale.Utilizând metoda elementului finit (MEF) mediile continue, cu un număr infinit degrade de libertate, se aproximează cu medii discrete, cu un număr finit de grade delibertate, fiind reuniunea unor subdomenii mai mici, numite elemente finite – figura 4.5.Operaţia de alegere a numărului şi tipului de elemente finite, coroborată cu împărţireadomeniului într-un număr de elemente finite se numeşte discretizare.

Fig.4.5. Metoda elementelor finiteMetoda elementelor finite este un procedeu de rezolvare aproximativă, cu ajutorulprogramelor de modelare şi simulare, a unei game largi de probleme inginereşti.Aplicaţiile practice ale MEF se pot grupa în trei clase de probleme [4,5]:

Probleme de echilibru, care presupun determinarea parametrului sau parametrilornecunoscuţi pentru un regim staţionar al procesului fizic respectiv. Probleme de valori proprii, anumite valori critice ale parametrilor fizici pentruconfiguraţii de echilibru şi condiţii limită date. Probleme de propagare, cu parametrii necunoscuţi dependenţi de timp, careurmăresc studiul regimurilor tranzitorii.

La utilizarea elementelor finite curbe apar două posibilităţi de aproximare.Prima se referă la stabilirea energiei potenţiale din placa curbă şi alta la alegerea funcţieicare stabileşte câmpul deplasărilor. În teoria plăcilor curb subţiri se admit o serie deaproximaţii şi simplificări care diferă de la autor la autor. Dificultăţi apar la alegerea

funcţiilor care descriu câmpul deplasărilor din interiorul şi transversal pe elementulfinit.Discretizarea structurii în elemente finiteDiscretizarea plăcii curbe în elemente finite conduce la elemente finite curbe. Însă, seobţin rezultate destul de exacte şi dacă se discretizează placa curbă în elemente finiteplane de formă triunghiulară sau dreptunghiulară. Elementele finite triunghiulare sefolosesc în cazul plăcilor curbe cu dublă curbură (figura 4.6.a, b, c, d, e), a plăcilor curbecu margini neregulate şi la studiul zonelor cu concentrări de eforturi (figura 4.6. f, g, h).


29/63

29

Fig.4.6. Elemente finite triunghiulareElementele finite plane de formă dreptunghiulară se utilizează la calculul plăcilor curbela care nodurile elementului se află pe două curbe de coordonate principale. Plăcilecurbe cilindrice se pot discretiza în elemente finite plane de formă dreptunghiulară(figura 4.7).

Fig.4.7. Elemente finite plane de formă dreptunghiulară

Element finit inelar – curbLa plăcile curbe de rotaţie supuse la acţiuni axial simetrice se utilizează elemente finiteinelare. În figura 4.8.b se prezintă discretizarea unei plăci curbe subţiri în elementefinite tronconice (figura 4.8 d), iar în figura 4.8e se prezintă discretizarea rezervoruluicilindric în elemente finite cilindrice(figura 4.8.f).

Fig.4.8. Elemente finite inelare

Discretizarea plăcilor curbe în elemente finite curbe conduce la o precizie mai mare arezultatelor, faţă de elementele finite plane. Acest fapt se datorează aproximării maibune a geometriei plăcii curbe. La aceste elemente trebuie acordată o atenţie deosebităcondiţiilor de continuitate, conformitate şi deplasărilor de corp rigid. Cuplareadeformaţiilor din planul tangent cu cele normale face ca problema deplasărilor de corprigid să fie mai complicată decât la elementele finite plane. Pentru a obţine rezultatecorecte este necesar să se utilizeze o teorie exactă a plăcilor curbe, iar câmpuldeplasărilor să satisfacă condiţiile referitoare la deplasările rigide.

Element finit inelar – curb (fig.3.8). În cazul acţiunilor axial simetrice şi a plăcilor curbesubţiri care prezintă simetrie în raport cu axa de rotaţie se folosesc elemente finitecurbe.


30/63

30

4.3 Modelarea numerică a panourilor stradale fonoabsorbante. Analiza dinamica Înainte de a demara o analiză dinamică, este foarte important să definim scopul acesteianalize pentru a lua o decizie cu privire la modul de concepere a modelului cu elementefinite ce urmează să fie creat. Procesul unei analize dinamice este reprezentat în figura4.12.

Fig.4.12. Schema procesului analizei dinamiceÎn multe cazuri frecvenţele naturale şi forma modurilor unei structuri

furnizează suficiente informaţii pentru a lua decizii despre designul structurii. Răspunsul forţat este următorul pas în procesul de evaluare dinamică. Rezultatele uneianalize dinamice cu răspuns forţat sunt evaluate funcţie de designul sistemului.Modificările necesare se aplică pe sistem funcţie de caz. Aceste schimbări sunt aplicatela modelul cu elemente finite prin modificarea parametrilor de analiză. Procesul serepetă până când se obţine un design acceptabil. Aşadar paşii primari ce se parcurg

într-o analiză statică ar putea fi structuraţi în felul următor: • definirea încărcărilor statice; • formularea corespunzătoare a modelului cu elemente finite; • alegerea unui tip de analiză corespunzător care să determine cât mai fidel comportamentul

static al structurii;• evaluarea rezultatelor.

Surprinderea celor patru etape prezentate anterior în cadrul unei analize modale se vapune în evidenţă studiind o placă pătrată fixată după două laturi - verticale şi liberădupă celelalte două - orizontale.

Presiunea vântului

Metodele de a calcula presiunea vântului pe dispozitive de reducere a zgomotului aufost armonizate în scopul de a lua în considerare condiţiile climaterice specifice dinfiecare regiune.Poziţionate la marginea autostrăzilor, barierele acustice, sunt expuse la o serie de forţecare se datorează presiunii vântului, presiunea dinamică cauzate de traficul aerian, şigreutatea proprie. Ele pot fi, de asemenea, supuse la şocuri provocate de pietre sau alteresturi aruncate cu forţa de pneurile autovehiculelor şi, în unele ţări pe perioada iernii,forţă dinamică a zăpezii aruncate de echipamentele de deszăpezire.

Încărcarea dată de vânt se calculează în conformitate cu ENV 1991-2-4, care sebazează pe hărţi naţionale care indică viteza de bază a vântului. Presiunea de referinţă avântului, în pascali, la înălţimea h de la nivelul mediu al solului, se calculează astfel:

qref = =0.612 (4.68)


31/63

31

unde: ρ este densitatea a aerului, în kg/m3 ; ρ =1.25 kg/m3 ; viteza media a vântului, m/s

Presiunea de referinţă a vântului în România determinată din viteza dereferinţă mediată pe 10 min. şi având 50 ani intervalul mediu de recurentă este indicată

în Harta de zonare şi în Tabelul 1 din Anexa A.Pentru determinarea unor valori concrete ale tensiunii normale şi a

deplasărilor de deformaţie ce apar la placa ce urmează a fi analizată, în tabelul următor

se prezintă datele de intrare pentru placa de analizat. Tabel 4.2. Caracteristicile fizico-mecanice ale placii de OSB 4 testată Lungime 600[mm]Lăţime 600[mm]Grosime 18[mm]Densitate 550 kg/m3Modulul de elasticitate longitudinal 4,8∙103 [MPa]Modulul de elasticitate transversal 1,9∙103 [MPa]Coeficientul lui Poisson 0,19

În figura 4.15. se prezintă distribuţia tensiunilor de deformare von Mises pe oplacă din OSB 4 solicitată la presiunea vântului p = 5∙103 N/m2. Condiţiile de frontierăale plăcii sunt următoarele: placa este simplu rezemată pe două direcţii. Din figură seobserva că tensiunea variază de la 0,131 MPa la 4,236 MPa.

Fig.4.15. Distribuţia tensiunilor de deformare von Mises – placa simplu rezemată În figura 4.16. se prezintă distribuţia deplasărilor la o placă din OSB 4

solicitată la presiunea vântului p = 5∙103 N/m2. Condiţiile de frontieră ale plăcii sunturmătoarele: placa este simplu rezemată pe două direcţii. Din figură se observă că

deplasarea plăcii variază de la 0 la 3,706 mm.

Fig. 4.16. Distribuţia deplasărilor - placa simplu rezemată.


32/63

32

În figura 4.17. se prezintă distribuţia tensiunilor de deformare von Mises pe oplacă din OSB 4 solicitată la presiunea vântului p = 5∙103 N/m2. Condiţiile de frontierăale plăcii sunt următoarele: placa este încastrată la ambele capete. Din figură se observacă tensiunea variază de la 0,075 MPa la 2,603 MPa.

Fig.4.17. Distribuţia tensiunilor de deformare von Mises – placa încastrată. În figura 4.18. se prezintă distribuţia deplasărilor la o placă din OSB 4solicitată la presiunea vântului p = 5∙103 N/m2. Condiţiile de frontieră ale plăcii sunturmătoarele: placa placa este încastrată la ambele capete. Din figură se observă cădeplasarea plăcii variază de la 0 la 7,430 mm.

Fig. 4.18. Distribuţia deplasărilor - placă simplu rezemată. 4.4. Modelarea numerica a panoului stradal fonoabsorbant. Rezistenţa la şoc apanourilor stradale fonoabsorbante

Panoul este lovit cu un ciocan de formă dublu-conică, cu greutate de 45 de kg,suspendat în doua fire cu o lungime de 4 m. Panoul este lovit în poziţia centrului degreutate de la înălţimea minima de 1,5 m şi cu o viteză de 16,7 km/h.

În figura 4.20. se prezintă deformarea plastică la o placă din OSB 4 solicitată la încercarea la şoc prin lovire cu un ciocan –pendul cu o viteză de 16,7 km/h. Condiţiile defrontieră ale plăcii sunt următoarele: placa este simplu rezemată pe două direcţii. Dinfigură se observă că deplasarea plăcii variază de la 0 la 23,74 mm.


33/63

33

Fig.4.20. Deformarea plastică – panou din OSB 4 simplu rezematÎn figura 4.21. se prezintă distribuţia tensiunilor de deformare von Mises la o

placă din OSB 4 solicitată la încercarea la şoc prin lovire cu un ciocan–pendul cu oviteză de 16,7 km/h. După rularea analizei modelului, softul LS DYNA permitevizualizarea distribuţiei câmpului de tensiuni şi deformaţii pe panoul analizat precumşi valorile maxime ale acestora. Din figură se observă că valoarea tensiunilor von Misessvariază de la 0 la 2,052 MPa.

Fig.4.21. Distribuţia tensiunilor de deformare von Mises În figura 4.22. se prezintă distribuţia deplasărilor la o placă din OSB 4

solicitată la încercarea la şoc prin lovire cu un ciocan–pendul cu o viteză de 16,7 km/h,simplu rezemată. Condiţiile de frontieră ale plăcii sunt următoarele: placa este simplurezemată pe două

carcateristici osb - rezumat teza stangianinaileana

Documents