ACOUSTIC PERFORMANCE OF A CLASSROOM: a case study at the State University of Mato Grosso - Campus Sinop

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1 DESEMPENHO ACÚSTICO DE UMA SALA DE AULA: estudo de caso na Universidade do Estado de Mato Grosso - Campus Sinop Allan Daniel Maleski Winck¹, Ana Carolina de Souza², Ana Carolina Vicentim Batista Ribeiro³, Hellen Karoline Batista Mass 4, Izabela Carolina Torres Buffon 5 1 Acadêmico de Engenharia Civil, UNEMAT - campus de Sinop, danielallan.mw@gmail.com 2 Acadêmica de Engenharia Civil, UNEMAT- campus de Sinop, carolsouzza14@hotmail.com 3 Acadêmica de Engenharia Civil, UNEMAT- campus de Sinop, anacarolinavicentim@gmail.com 4 Acadêmica de Engenharia Civil, UNEMAT- campus de Sinop, hellen_mass@hotmail.com 5 Acadêmica de Engenharia Civil, UNEMAT- campus de Sinop, izabelabuffon@gmail.com Resumo No ambiente educacional o excesso de ruído não causa apenas incômodo, como também interfere diretamente no rendimento do aluno e do professor. Diversos projetos têm buscado a atenuação do ruído, segundo limites estabelecidos em normas brasileiras como a NBR e NBR 10152, que consideram os limites sonoros de nível de pressão sonora, em decibel ponderado na curvatura A, o db(a), permitido em diferentes ambientes e horários. O objetivo nesse trabalho era avaliar o desempenho acústico de uma sala de aula na Universidade do Estado de Mato Grosso, campus de Sinop, localizada próxima a uma avenida com fluxo intenso de veículos e pedestres. Neste estudo de caso, a metodologia de análise buscou aferir, in loco, o condicionamento e o isolamento acústico por meio da aferição do tempo de reverberação do espaço físico e da perda por transmissão na fachada mais crítica. Os resultados das medições acústicas demostraram que os elementos do sistema de vedação vertical externa (SVVE) não são suficientes ao desempenho acústico necessário para que os níveis de ruído interno sejam atendidos, assim como o tempo de reverberação aferido também se mostrou fora dos limites ótimos. Porém, soluções viáveis de projeto foram encontradas para incrementar o conforto acústico dos usuários. Palavras-chave: Acústica, condicionamento, isolamento, sala de aula. ACOUSTIC PERFORMANCE OF A CLASSROOM: a case study at the State University of Mato Grosso - Campus Sinop Abstract In the educational context, excessive noise is not only a nuisance, it also interferes directly with the student and teacher's income. Several projects have sought noise attenuation, according to limits established in Brazilian standards such as NBR and NBR 10152, which both consider the sound limits of sound pressure level, in decibel weighted in curvature A, db (A), allowed in different environments and schedules. The objective of this study was to evaluate the acoustic performance of a classroom at the State University of Mato Grosso, Sinop campus,

2 located near an avenue with an intense flow of vehicles and pedestrians. In this case study, the analysis methodology sought to assess, in loco, acoustic conditioning and isolation by measuring the reverberation time of the physical space and the loss by transmission in the most critical facade. The results of the acoustic measurements showed that the elements of the external vertical sealing system (EVSS) does not suffice to the acoustic performance necessary for the internal noise levels, just as the reverberation time measured was also shown to be outside the optimum limits. However, feasible design solutions have been found to increase the acoustic comfort of users in this classroom. Keywords: Acoustics, conditioning, isolation, classroom. Introdução Os materiais convencionais de construção constituídos por tijolo ou bloco, argamassa e revestimento não são suficientes para algumas situações desejáveis de conforto acústico, por ser uma forma antiga de construção derivada de uma época em que não existiam as tecnologias disponíveis nos dias atuais. Com o avanço da sociedade houve um aumento populacional, assim como o crescimento do tráfego urbano e consequentemente a elevação dos níveis de ruídos na zona urbana, fazendo com que os estudos de aplicação da acústica surgissem. Assim houve a necessidade do aprimoramento acústico em diferentes ambientes e diferentes atividades, como, por exemplo, em salas de aula, uma vez que o desempenho acústico desse local implica diretamente no aprendizado do aluno e no discurso do professor, pois o excesso de ruído influencia no nível de concentração, já que os estudantes passam a maior parte do tempo ouvindo e os professores falando. Logo, realizou-se um estudo em uma sala de aula da Universidade do Estado de Mato Grosso, bloco E, sala E7, localizada próxima a uma avenida com fluxo intenso de veículos e pedestres, a fim de analisar a situação do condicionamento e do isolamento acústico do espaço físico. Efetuou-se uma aferição, in loco, das variáveis acústicas características da sala, podendo a partir desses dados encontrar soluções viáveis para o tratamento acústico do ambiente, a fim de atender as especificações da Norma Brasileira , que informa o nível de ruído permitido em salas de aulas, que estão entre 40 a 50 db(a). Materiais e Métodos A fundamentação teórica e o desenvolvimento dos cálculos foram baseados nas Normas Brasileiras "Acústica - Avaliação do ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade - Procedimento", Níveis de ruído para conforto acústico e Tratamento acústico em recintos fechados. Utilizou-se um aplicativo presente em smartphones para obter o nível de pressão sonora no interior e exterior do local e o tempo de reverberação foi medido com o auxílio de um Sonômetro Hand-held Analyzer 2270 da Bruel&Kjaer; Microfone ½ 4189 polarizado; Microfone pré-amplificador ZC-0032; Todas as técnicas de medições foram feitas conforme sugerem as normativas.

3 Condicionamento Acústico Com a ajuda do sonômetro, aparelho disponibilizado pela Universidade do Estado de Mato Grosso, foram efetuadas as medições do tempo de reverberação do local, a uma distância de no mínimo 1 m de quaisquer superfícies, como paredes, teto, pisos e móveis. Os níveis de pressão sonora no recinto devem ser o resultado da média aritmética dos valores medidos em pelo menos três posições distintas, afastadas entre si em pelo menos 0,5 m, conforme as especificações da NBR No estudo do condicionamento acústico de um determinado espaço é necessário primeiramente medir o tempo de reverberação do ambiente para se fazer uma comparação com o tempo de reverberação ótimo e então definir o tipo de tratamento acústico que o recinto precisa. Para fazer uma análise da sala de aula é preciso primeiramente identificar o tempo de reverberação do ambiente. As medições ocorreram no dia 17 de Agosto às 17h40min. Com o auxílio do sonômetro e quatro balões de 10 polegadas foram realizadas quatro medições, sendo a primeira no fundo da sala na posição A, com o ar condicionado ligado, a segunda no mesmo local com o ar condicionado desligado, a terceira no centro da sala na posição B e a última na posição C, conforme Figura 1. Figura 1- Planta baixa sala de aula E7 Fonte: AutoCAD. Acervo Pessoal, 2016 Isolamento Acústico e Ruído Ambiental Para fazer um estudo do isolamento acústico de um ambiente é necessário saber os níveis de ruído dentro e fora do recinto. As aferições foram feitas dentro de uma sala de aula e fora dela, na fachada mais próxima da fonte sonora linear (avenida), o nível de ruído em resposta rápida (fast) a cada 5 segundos, durante 1 minuto. Para isso utilizou-se um aparelho smartphone contendo um aplicativo de sonômetro calibrado. Conforme a NBR "Avaliação do ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade" as medições em ambientes internos devem ser efetuadas a uma distância de no mínimo 1 metro de quaisquer superfícies, como paredes, teto, pisos e móveis. E no exterior das edificações, as medições devem ser efetuadas em pontos afastados aproximadamente 1,2 m do

4 piso e pelo menos 2 m do limite da propriedade e de quaisquer outras superfícies que possam refletir o som, como muros, paredes, entre outros. Como as medições são feitas a cada 5 segundos durante 1 minuto, é preciso fazer uma equivalência entre as leituras (no qual n corresponde a quantidade de leituras efetuadas e Li o valor em db encontrado na aferição), assim, o nível de pressão sonora equivalente (LAeq) em db, é calculado pela expressão: n L Aeq = 10 log ( 1 n i=1 10Li ) db (Equação 1) Resultados e Discussão A partir das aferições das condições isolamento e condicionamento acústico torna-se possível a elaboração de propostas viáveis para melhorar o desempenho do ambiente do espaço físico em estudo. O tratamento acústico depende diretamente da comparação entre o tempo de reverberação (TR) medido e o tempo de reverberação ótimo (TRO), pois a partir disso será feita uma análise do condicionamento acústico. Caso o TR seja menor que o TRO deve-se diminuir as áreas de elementos absorventes do ambiente a fim de que o som leve um tempo maior para ser atenuado em 60 db. Na hipótese do TR ser maior que o TRO, é feita a inserção de elementos de materiais que sejam mais absorventes no recinto, com a finalidade de diminuir a persistência do som nesse ambiente. Condicionamento Acústico Os dados obtidos nessas medições estão descritos na Tabela 1. Tabela 1 Medição do tempo de reverberação com o sonômetro Posição Tempo de Reverberação (s) A 1,60 A 1,60 B 1,63 C 1,61 T R (médio) 1,61 Fonte: Acervo pessoal O cálculo do tempo de reverberação (Tr) também pode ser obtido de forma analítica pela equação de Sabine (Equação 2), utilizando o volume (V) e área equivalente de absorção (representado por A ou Si, Sn) da sala de aula e o coeficiente de absorção sonora (α) a 500 Hz dos componentes nela presente. Tr = 0,161 V α A (Equação 2) A sala E7 possui pé-direito de 3,45 m, largura de 5,75 m e comprimento de 7,95 m, totalizando um volume de 157,71 m³. Abaixo segue a Tabela 2 e 3 indicando os coeficientes de absorção para cada material e o cálculo do Si αi, em diferentes situações.

5 Tabela 2 Sala de aula vazia DESCRIÇÃO DA Si(m²) αi (500 Hz) Si αi SUPERFÍCIE Forro 45,7125 0,06 2,74275 Piso 45,7125 0,01 0, Paredes 76,9993 0,025 1, Janelas 13,708 0,27 3,70116 Carteiras 36 0,02 0,72 Mesa 1 0,03 0,03 Cadeira almofadada 1 0,25 0,25 Lâmpada 6 0,03 0,18 Ar condicionado 2 0,03 0,06 Porta 1 0,3 0,3 Quadro branco 3,8227 0,3 1,14681 Cortina 4 0,2 0,8 Fonte: Acervo pessoal, S i αi 12,31283 T R = 0, ,71 12,31 T R = 2, s Tabela 3 Sala de aula com lotação máxima DESCRIÇÃO DA SUPERFÍCIE Si(m²) αi (500 Hz) Si αi Forro 45,7125 0,06 2,74275 Piso 45,7125 0,01 0, Paredes 76,9993 0,025 1, Janelas 13,708 0,27 3,70116 Carteiras com alunos 36 0,44 15,84 Mesa 1 0,03 0,03 Cadeira almofadada 1 0,25 0,25 Lâmpada 6 0,03 0,18 Ar condicionado 2 0,03 0,06 Porta 1 0,3 0,3 Quadro branco 3,8227 0,3 1,14681 Cortina 4 0,2 0,8 Fonte: Acervo pessoal, T R = 0, ,71 27,43283 T R = 0, s S i αi 27,43283

6 O tempo de reverberação considerado ótimo para o volume dessa sala de aula é de aproximadamente 0,58 segundos, segundo o gráfico de tempo de reverberação ótimo na banda de 500 Hz, Figura 02 (ABNT, 1992). O valor foi determinado pela interceptação entre o volume da sala e da curva da sala de conferência. Figura 2 Diagrama para determinação de t o. Fonte: Figura 1 do Anexo A da NBR 12179:1992. Comparando o tempo de reverberação calculado analiticamente e o medido pelo sonômetro com o tempo ótimo, nota-se que o TR do recinto está acima do estipulado, sendo assim necessário haver um tratamento de condicionamento acústico. Tratamento Para Condicionamento Acústico O tratamento para condicionamento acústico a ser utilizado para aproximar o tempo de reverberação para o tempo ótimo na sala E7 é realizar a aplicação da Lã de Pet. Um produto desenvolvido através de garrafas plásticas recicladas, uma alternativa sustentável para isolamento térmico e acústico, sua composição é de 100% poliéster e hipoalergênico, evitando prejuízos à saúde e dispensando a utilização de equipamentos de proteção individual (EPI s) na sua aplicação. Em comparação com as Lãs acústicas já conhecidas na construção civil, como a Lã de Rocha e a Lã de Vidro, o tratamento a ser utilizado não degrada o meio ambiente, reaproveitando matéria prima reciclada que seriam descartadas aumentando a poluição terrestre.

7 A Lã de PET possui um baixo peso específico, cerca de 1,38 g/m³, tendo como vantagem a utilização de uma estrutura construtiva mais leve, e que custa em média R$ 13,00 o m², assim, sendo mais econômica. O coeficiente de absorção acústica do material (αn) está em torno de 0,8. O produto escolhido para fazer o tratamento foi a Lã de PET em forma REVEST de espessura de 5 cm e 1,2m x 2,7m de área, e REVEST FRAME de espessura de 5 cm e área de 60cm x 60cm. Através da equação de Sabine e do tempo ótimo de reverberação (T O ), obtemos a área em que o material deve ser aplicado, a fim de melhorar o desempenho acústico do local de estudo. Temos que: T O = 0,58 = 0,161 Volume (S i α i + S n α n ) 0,161 (157,71) (27,43283) + (0,8 S n ) Sn = 20,43 m² Para chegar ao TR ótimo deve ser aplicada uma área de 20,43 m² de Lã de PET, distribuída preferencialmente na parede do fundo da sala e borda do forro, para uma melhor absorção sonora. Isolamento Acústico Para medir o nível de isolamento acústico da fachada voltada para a Avenida da Saudade, fonte sonora linear, utilizou-se do aplicativo para smartphone denominado Decibelímetro, calibrado em um sonômetro em -8 db. Foram realizadas três medições na parte interna central da sala de aula, duas na parte externa da sala de aula a 2 m da parede voltada à fonte sonora linear e três medições na calçada da parte externa do campus, durante um minuto com intervalos de cinco segundos, conforme tabela 4. Tabela 4 Níveis sonoros Interior da sala Exterior a sala (2m da fachada Parte externa da universidade, mais próxima à fonte linear) na calçada Nível sonoro 46,61883 db 58,60762 db 69,89367 db Fonte: Acervo pessoal, Considerando a perda de transmissão (PT) da parede da fachada, que é composta por parede e duas janelas, obteve-se os resultados apresentados na tabela 5. Detalhe da partição Tabela 5 Perda de transmissão sonora da fachada Coeficiente de Coeficiente de PT (db) transmissão sonora de transmissão sonora da cada elemento (τ n ) partição composta (τ c ) Parede de tijolo 6 cm 35 0,00031 Janela simples de 3 mm. 20 0,01 Fonte: Acervo pessoal, PT (db) 2, ,64

8 Portanto, pela forma analítica a parede da fachada, que se encontra voltada para a Avenida da Saudade, atenua 25,64 db. E através das medições realizadas pelo smartphone, observou-se que a mesma parede teve uma atenuação de 11,99 db. Essa diferença ocorre porque os parâmetros não são equiparáveis. Perda por transmissão equivale a um valor de isolamento medido em laboratório (Rw) e os valores medidos pelo smartphone equivalem a uma medição de campo (DnT). Tratamento Para Isolamento Acústico O nível de conforto acústico levando em conta o nível de pressão sonora para uma sala de aula está entre 35 db(a) e 45 db(a) e o nível de ruído medido com o smartphone dentro da sala foi de 46,62 db um pouco acima do estabelecido, mas levando em consideração o erro de medição por não ser um aparelho padrão que não tem uma boa precisão o nível de ruído no interior da sala pode estar variando para mais ou para menos, logo, optou-se por fazer um tratamento de isolamento acústico com barreira vegetal de cerca viva. De acordo com a norma do DNIT 076/2006-ES Tratamento ambiental acústico das áreas lindeiras da faixa de domínio Especificação de serviço, a utilização da cerca viva pode funcionar como quebra vento e barreira acústica além de contribuir com a estética visual do local. É importante salientar que a escolha da espécie deve ser de acordo com a disponibilidade regional da planta. Para o tratamento de isolamento acústico do local em estudo foi escolhida o Sabiá do Campo (Mimosa caesalpiniaefola Bendl.) que possui um bom desempenho, pois cresce rapidamente até atingir três metros de altura, possui florescência branca que dura até oito meses, é resistente ao fogo e tem uma vida útil muito longa, chegando a 50 anos, além de ter um baixo custo, cerca de R$ 0,50 a muda. O uso da cerca viva como atenuador de ruído pode ser usado conforme Figura 3. Figura 3- Detalhamento do tratamento com cerca viva Fonte: AutoCAD. Acervo Pessoal, Para chegar a um nível sonoro mais confortável a utilização de cerca viva no limite da propriedade é uma boa alternativa, por ser de baixo custo, muito durável, tem crescimento rápido, melhora o visual estético, além de ser uma escolha sustentável. Conclusão

9 Após a coleta de dados e uma análise aprofundada da sala E7, bloco E, da Universidade do Estado de Mato Grosso, constatou-se que o desempenho acústico não está adequado para o ambiente, ultrapassando os limites das normas utilizadas como apoio. Como a sala em estudo possui o tempo de reverberação acima do desejável, deve ser realizado um tratamento para absorver o excesso de ruído do ambiente. O tratamento acústico escolhido para tornar o tempo de reverberação mais próximo do tempo ótimo foi a aplicação de Lã de PET na parede do fundo da sala e borda do forro. No estudo de isolamento acústico notou-se uma baixa perda de transmissão nos elementos do sistema de vedação vertical externa (SVVE) em relação ao ruído emitido pelo tráfego da Avenida da Saudade, fazendo-se necessário o emprego de uma cerca viva como forma de uma barreira acústica vegetal para atenuar o ruído dentro do ambiente. Com a aplicação dos materiais e métodos de redução de nível de ruído é possível aumentar a audibilidade e inteligibilidade dentro da sala de aula contribuindo para o maior rendimento dos docentes e discentes.

10 Referências Bibliográficas I CONGRESSO DAS ENGENHARIAS DO ESTADO DE MATO GROSSO BRASIL. NBR 10151, de junho de Acústica - Avaliação do ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade Procedimento. Associação Brasileira de Normas e Técnicas, Rio de Janeiro, RJ, 01 jun Disponível em: < 51.pdf>. Acesso em: 08 jun BRASIL. NBR 10152, de dezembro de Níveis de ruído para conforto acústico. Associação Brasileira de Normas e Técnicas, Rio de Janeiro, RJ, 05 jun Disponível em: < 2.pdf>. Acesso em: 08 jun BRASIL. NBR 12179, de abril de Tratamento acústico em recintos fechados. Associação Brasileira de Normas e Técnicas, Rio de Janeiro, RJ, Nov Disponível em: < Acesso em: 08 jun DNIT. DNIT 076/2006-ES Tratamento ambiental acústico das áreas lindeiras da faixa de domínio Especificação de serviço. GERGES, S. N. Y. Ruído: Fundamentos e Controle. Florianópolis, p. INTERNATIONAL STANDART. Acustic- Rating of Sound Insulation in Buildings and of Buildings Elementes, Part 2: Impact sound insulation. ISO ed p. MB Instrumentos. Sonômetro. Disponível em: < Acesso em: 10 jun MELHOR ACÚSTICA. Tempo de Reverberação. Disponível em: < Acesso em: 9 jun UNEMAT SINOP. Professor Interativo. Acústica da Edificação. Transmissão Sonora. Disponível em:< _pdf_aula_9_transmissao.pdf>. Acesso em: 10 jun