Capítulo VI. Proposta Acústico Arquitetônica de um Ambiente Escolar Modelo CAPÍTULO VI PROPOSTA ACÚSTICO-ARQUITETÔNICA DE UM AMBIENTE ESCOLAR MODELO

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1 148 CAPÍTULO VI PROPOSTA ACÚSTICO-ARQUITETÔNICA DE UM AMBIENTE ESCOLAR MODELO A pesquisa desenvolvida nas escolas das redes municipal e estadual mostra, a princípio, uma realidade que preocupa uma vez que grande maioria delas apresenta uma acústica inadequada e sofre com o intenso ruído externo, provindo principalmente do tráfego terrestre, provocando, ainda, o aumento dos ruídos internos, produzidos pelos próprios alunos, o que prejudica ainda mais a aprendizagem, devido principalmente à dificuldade de concentração e a comunicação truncada, além de levar ao aparecimento de problemas no aparelho fonador do professor ao longo dos anos, pela necessidade que tem de falar em um nível de voz mais alto com o objetivo de se fazer entendido pelos alunos. Neste capítulo apresenta-se uma proposta alternativa de sala de aula, mantendo-se a estrutura modular dos prédios, mas tal que as características geométricas e de materiais de cada módulo possa contribuir para estabelecer um ambiente acusticamente adequado à atividade de ensino, garantindo melhores condições de trabalho e saúde, para a população envolvida, bem como contribuindo, em última instância, para níveis elevados de aprendizagem. Finalmente, a proposta é analisada no software RAYNOISE, como forma de se constatar sua adequação aos objetivos já delineados. 6.1 PRESUPOSTOS BÁSICOS DE UM ESPAÇO PEDAGÓGICO A construção de um edifício escolar exige projetos adequados que ofereçam facilidade e rapidez de execução e resultem em um edifício com mínimas exigências de conservação, materiais bons e adequados, sem prejuízo da qualidade e da economia. Dentro deste contexto, o projeto arquitetônico de escolas para ensino da rede estadual e municipal é geralmente padronizado, concebendo o prédio escolar como uma estrutura modular composta por células que representam as salas de aula. A padronização dos ambientes baseia-se nas dimensões, exigências ambientais, instalações, equipamentos e componentes básicos. Assim, a partir desta padronização, o projetista organiza o espaço dentro de um determinado terreno, considerando a legislação vigente do local. Entretanto, nota-se que o projetista usa pouco material de referência,

2 149 enquanto cria a forma, limitando-se aos códigos e algumas listas de checagem, raramente aplicando ao projeto simulação e/ou otimização (CHVATAL et al. 1998). Por outro lado, o projeto do edifício escolar deve levar em consideração questões relativas a isolamentos, nível de ruídos externos, clima, insolação, ventilação, iluminação, natureza do subsolo, topografia, dimensões dos espaços internos, área disponível, bem como outros aspectos que podem ser considerados relevantes para a realidade local. A Tabela 6.1 apresenta, de modo resumido alguns elementos importantes que devem ser observados durante o projeto do edifício escolar, ou seja, as condicionantes ambientais a serem respeitadas. É preciso ressaltar, ainda, que algumas soluções ideais para a acústica arquitetônica podem esbarrar em outros aspectos igualmente importantes para o projeto tais como conforto térmico, iluminação ou funcionalidade, o que leva à necessidade da busca da conciliação entre eles e a satisfação dos usuários. Tabela Condicionantes Ambientais da Sala de Aula. Fonte: Ficha Técnica Funda-Escola. Deve-se, ainda, observar a densidade populacional, a qual pode ser definida pela lotação do ambiente. Este fator depende, principalmente, da disponibilidade de área útil por aluno dentro da sala de aula. Para o ensino fundamental, recomenda-se no mínimo 1,5 m 2 por

3 150 aluno e uma lotação máxima por professor de 30 alunos. A flexibilidade de uso desse espaço educacional é visto como importante. Assim, as salas de aulas devem ter formato e dimensões que permitam arranjos variados das carteiras e mesas para abrigarem atividades de ensino como trabalhos individuais, em pequenos grupos ou em conjuntos. (KOWALTOWSKI e MIKANI, 2001) 6.2 PROPOSTA DE SALA DE AULA MODELO Inicialmente, apresenta-se o modelo de edifícios que hoje são usados pela Secretaria de Educação SEDUC, os quais consistem de um Bloco Básico composto por um total de cinco salas de aula, conforme mostrado na Fig. 6.1, a qual apresenta uma planta baixa geral do bloco e as vistas lateral e frontal de um módulo de sala de aula. Figura 6.1 Elementos do Edifício Escolar Proposto pela SEDUC. Sob o ponto de vista da acústica, o modelo proposto pela SEDUC não representa uma alternativa técnica adequada para ambientes que se destinam á sala de aula, uma vez que a sua concepção apresenta uma considerável área de vazamento, representada pelas paredes confeccionadas por tijolos furados, contribuindo para que os ruídos externos tornem a relação sinal/ruído inadequada, devido aos altos valores de ruído de fundo, o que interrompe o

4 151 processo de aprendizagem, conforme constatado nas escolas avaliadas no Capítulo IV deste trabalho. Por outro lado, as relações geométricas das dimensões da sala de aula levam a um ponto fora da região recomendada pelo diagrama de Bolt Beranek Newmann, conforme mostrado na Fig Figura 6.2 Diagrama de Bolt Bereanek Newmann para a Sala de Aula SEDUC. Assim, a sala de aula proposta objetiva minimizar os problemas acústicos encontrados na sala de aula da SEDUC, além de possibilitar conforto térmico e lumínico, tornando a proposição um ambiente qualificado tanto sob o ponto de vista da acústica quanto da arquitetura. Para tal, os seguintes fatores serão considerados: No aspecto arquitetônico: Geometria (as proporções adequadas, forma e tamanho da sala) e Conforto Térmico e Lumínico (ventilação cruzada, tamanho das janelas, orientação e posição de projeto das aberturas). No aspecto acústico: Localização; Revestimentos internos; e Vazamentos Fatores Arquitetônicos No que diz respeito a estes fatores, a premissa básica de orientação da nova proposta foi a de manter as dimensões da edificação o mais próximo possível daquelas estipuladas pela

5 152 SEDUC. Assim, uma pequena alteração na altura da sala, de 3,00 m para 3,50 m, já possibilita uma adequação do ambiente ao diagrama Bolt Beranek Newmann, como mostrado na Fig. 6.3, tal que as dimensões básicas da sala de aula fica sendo 8.00 x 6.00 x 3.50 m. Figura 6.3 Diagrama de Bolt Bereanek Newmann para a Sala Proposta. Uma vez estabelecidas às dimensões e proporções corretas para a Sala se considerou criar ligeiras inclinações nas paredes, tendo por base que as paredes divergentes direcionam as reflexões para o fundo da sala, mas sem alterar a área de planta proposta pela SEDUC. Então, foram propostos ângulos de inclinação de 10 e de 27 nas paredes laterais, ficando a forma da sala como apresentada na Fig Figura 6.4 Forma da Sala de Aula Proposta

6 153 Na figura 6.5 podemos observar a forma em que a inclinação das paredes ajudam a direcionar as reflexões laterais para o fundo da sala. Figura 6.5 Raios Acústicos No que diz respeito ao conforto térmico, as primeiras considerações que são usualmente feitas pelo projetista tratam da orientação solar e da ventilação através da localização das aberturas dos ambientes que compõem o programa de projeto. Assim, observa-se a posição da edificação segundo as direções norte, sul, leste e oeste, bem como a direção predominante do vento em relação à orientação do ambiente e das aberturas (ventilação cruzada em diferentes posicionamentos)(da GRAÇA et. al., 2001). Em relação à iluminação, buscou-se aproveitar a iluminação natural, a qual nos climas tropicais úmidos, como no caso de Belém-PA, reduz de forma significativa a utilização de luz elétrica, pois este tipo de clima permite a iluminação natural durante quase todo o período diurno anual. Por outro lado, o controle da insolação é importante também em relação ao conforto térmico e quebra-sóis podem ser usados tanto para o re-direcionamento, como para difusão da luz.

7 154 No caso da proposta, as aberturas tiveram como parâmetro para ventilação natural 1/8 da área do piso da sala de aula, definindo uma área de aberturas de 6m 2 para uma área de 48m 2 de piso. Portanto, de forma a captar o vento e permitir a ventilação cruzada dos espaços internos, esta área de abertura foi posicionada na direção predominante do vento que, no caso de Belém-PA, é N 45 L, conforme mostrado na Fig. 6.5, ficando o Bloco Básico de Salas de Aula conforme a configuração apresentada na Fig Figura Ventos em relação à Sala Figura 6.7 Planta Geral do Bloco Básico Proposto.

8 Fatores Acústicos Na sala de aula o que se busca é uma condição adequada para a inteligibilidade da fala, uma boa distribuição do som e um tempo ótimo de reverberação, tal que se tenha uma boa concentração e um ótimo nível de aprendizagem. Portanto, a sala proposta deverá possibilitar um ambiente adequado para a aprendizagem e, neste caso, deverá atender as seguintes recomendações: 1. Apresentar uma relação Sinal/Ruído acima de +15 db enquanto que o tempo de reverberação deve estar na faixa de 0,4 a 0,6 s; 2. Evitar paralelismo, de modo a prevenir o aparecimento de defeitos acústicos (ecos e ecos palpitantes) que normalmente ocorrem entre fechamentos verticais e entre piso e teto. O paralelismo e os materiais altamente reflexivos acentuam os problemas levantados em relação à organização interna do ambiente; 3. O Nível Maximo de Ruído de Fundo na sala de aula deve ser baixo. Para atender estas recomendações, a proposta de sala nova prevê a utilização de materiais distintos daqueles usados na proposta conceitual da SEDUC, uma vez que a obtenção de um tempo de reverberação baixo está associada à utilização de materiais acústicos que permitam o aumento da absorção da energia sonora no ambiente, frente a impossibilidade de diminuição do volume do ambiente. Por outro lado, as inclinações que foram dadas nas paredes da sala, juntamente com a colocação de material absorvente no fundo da sala, já permitem prevenir a existência de eco e do eco palpitante, mas torna-se necessário ainda o uso de persianas acústicas nas aberturas, de modo a permitir a iluminação e ventilação natural e minimizar a entrada de ruído externo, minimizando o ruído de fundo no ambiente. A Tabela 6.1 apresenta a relação de material a ser usada na edificação da nova sala de aula proposta.

9 156 Tabela 6.2 Relação de Material a ser Usado na Sala de Aula 6.3 ANÁLISE ACÚSTICA DA SALA DE AULA PROPOSTA A análise acústica da sala de aula proposta foi realizada no programa comercial RAYNOISE através do método híbrido de análise, selecionando a opção de feixes de raio cônicos combinada com a opção MAPPING, a qual utiliza como critério para abandonar um feixe de raios o parâmetro Ordem de Reflexão, ao mesmo tempo em que estabelece que a computação da energia sonora seja feita a partir da definição das superfícies de recepção dos raios, exatamente do mesmo modo em que se fez para a sala estudada no Capítulo V deste trabalho. A geometria da sala proposta foi gerada no programa AUTOCAD 2004 e é apresentada na Fig. 6.7, já no ambiente do programa RAYNOISE. Nesta figura pode ser identificada, ainda, a posição da fonte sonora, a qual representa a voz do professor com níveis de potência sonora disponíveis na biblioteca do RAYNOISE e aqui apresentados na Tabela.2. Figura 6.8 Modelo da Sala de Aula com Indicação da Fonte Sonora.

10 157 Tabela 6.3 Valores dos Níveis de Potência Sonora para a Voz do Professor. BANDA DE OITAVA (Hz) NWS (db) Para a execução da simulação numérica foram informados ao programa RAYNOISE os seguintes parâmetros adicionais: Número de Raios = ; Ordem de Reflexão = 30; Absorção Sonora do Ar, de acordo com valores constantes da biblioteca do programa RAYNOISE; Valores de Coeficiente de Absorção para os materiais da parede, piso, teto, etc. conforme a Tabela 6.3. FREQÜÊNCIA (Hz) Tabela 6.4 Valores de Coeficiente de Absorção Sonora Material 1 Material 2 Material 3 Material 4 Material 5 Material 6 Material ,36 0,36 0,1 0,07 0,35 0,15 0, ,36 0,44 0,6 0,57 0,25 0,11 0,08 0,09 0,31 0,8 0,56 0,18 0,1 0,06 0,18 0,29 0,82 0,82 0,12 0,07 0,05 0,17 0,39 0,78 0,59 0,07 0,06 0,04 0,22 0,25 0,6 0,34 0,04 0,7 0,06 Durante a simulação, uma malha de pontos posicionada paralela ao piso foi concebida de modo a se obter o NPS nas bandas de oitava e, assim, poder visualizar o campo acústico no ambiente. As Figs. 6.8 a 6.13 mostram o campo acústico na malha de pontos em um diagrama de cor para cada uma das bandas de oitava.

11 158 Outra informação importante é o tempo de reverberação do ambiente (RT60) o qual foi calculado pelo RAYNOISE em um total de cinco pontos, dando o resultado apresentado na Tabela 6.4. Tabela 6.4 Tempo de Reverberação em Segundos. FREQUÊNCIA PONTOS DE OBTENÇÃO DO RT60 RT60 (Hz) médio 125 0,54 0,54 0,54 0,55 0,54 0, ,38 0,39 0,39 0,39 0,39 0, ,76 0,76 0,75 0,77 0,74 0, ,6 0,6 0,6 0,61 0,6 0, ,61 0,61 0,6.1 0,62 0,6 0, ,51 0,52 0,52 0,52 0,5 0,51 Figura 6.9 Distribuição do Campo Acústico na Banda de Oitava de 125 Hz.

12 159 Figura 6.10 Distribuição do Campo Acústico na Banda de Oitava de 250 Hz. Figura 6.11 Distribuição do Campo Acústico na Banda de Oitava de 500 Hz.

13 160 Figura 6.12 Distribuição do Campo Acústico na Banda de Oitava de 1000 Hz. Figura 6.13 Distribuição do Campo Acústico na Banda de Oitava de 2000 Hz.

14 161 Figura 6.14 Distribuição do Campo Acústico na Banda de Oitava de 4000 Hz. 6.4 MODELO DIFUSO x RAYNOISE Para verificar a possibilidade de uso do modelo difuso para a previsão do NPS no interior da sala de aula proposta, foi feito o mesmo procedimento já adotado no Capítulo V deste trabalho e que diz respeito à comparação das Curvas de Propagação Sonora numérica e analítica, sendo a curva analítica obtida através da Eq. (5.3) e os valores de α m calculados a partir dos valores de absorção e área de revestimento usados na simulação numérica no programa RAYNOISE. O resultado desta comparação é apresentado no conjunto de curvas apresentadas nas Figs

15 162 CPS 125 Hz CPS 250 Hz PsS (db) -6,0-8,0-10,0-12,0-14,0-16,0-18,0 2,3 2,7 3,5 3,6 4,5 PS (db) -6,0-8,0-10,0-12,0-14,0-16,0-18,0 2,3 2,7 3,5 3,6 4,5 Raynoise -10,5-12,0-12,6-13,0-12,9 Raynoise -15,5-15,8-16,0-14,8-12,6 Analítico -11,36-12,89-12,89-13,56-13,66 Analítico -12,6-14,76-15,5-15,8-16,0 Distância (m) Distância (m) CPS 500 Hz CPS 1000 Hz PS (db) -6,0-8,0-10,0-12,0-14,0-16,0-18,0 2,3 2,7 3,5 3,6 4,5 PS (db) -6,0-8,0-10,0-12,0-14,0-16,0-18,0 2,3 2,7 3,5 3,6 4,5 Raynoise -12,8-12,9-13,0-12,4-11,0 Raynoise -14,6-14,8-15,0-14,0-12,1 Analítico -11,0-12,4-12,8-12,9-13,0 Analítico -12,1-14,0-14,6-14,8-15,0 Distância (m) Distância (m) CPS 2000 Hz CPS 4000 Hz PS(dB) -6,0-8,0-10,0-12,0-14,0-16,0-18,0 2,3 2,7 3,5 3,6 4,5 PS (db) -6,0-8,0-10,0-12,0-14,0-16,0-18,0 2,3 2,7 3,5 3,6 4,5 Raynoise -13,7-13,9-14,1-13,2-11,6 Analítico -11,6-13,2-13,7-13,9-14,1 Raynoise -13,0-13,2-13,2-12,5-11,1 Analítico -11,1-12,5-13,0-13,2-13,2 Distância (m) Distância (m) Figura 6.15 Curvas de Propagação Sonora Numérica e Analítica 6.5 COMENTÁRIOS FINAIS Neste capítulo foi apresentada uma proposta de uma nova sala de aula, tal que se viabilizasse um ambiente adequado tanto no que diz respeito ao conforto acústico quanto ao conforto térmico e lumínico. Fatores de importância acústica e arquitetônica foram levados em conta, dando origem a uma nova forma de sala e ao uso de materiais acusticamente adequados, sem, entretanto, alterar significativamente as dimensões principais da sala de aula originalmente propostas pela SEDUC. Assim, no que se refere às proporções entre as dimensões principais, estas levaram a uma adequação do ambiente ao diagrama Bolt Beranek Newmann.

16 163 Para comprovar a adequação acústica da sala proposta, foi realizada uma simulação no programa RAYNOISE e feito o cálculo do tempo de reverberação em cinco pontos, obtendose um tempo de reverberação médio, por banda de oitava, dentro da faixa de valores recomendados para este tipo de ambiente, ou seja, de 0,4 a 0,6 s, havendo um desvio para mais (0,76 s) apenas na banda de 500 Hz. O mapeamento do NPS no interior da sala foi feito para uma malha de quarenta e dois pontos, produzindo diagramas de cor que permitem uma visibilidade da distribuição do campo acústico por banda de oitava. Finalmente, um teste foi realizado para verificar a adequação do uso do modelo analítico de campo difuso para a sala proposta, tendo por base a Curva de Propagação Sonora. As curvas quando sobrepostas, ou seja, as CPS numérica e analítica, mostram que há uma boa concordância entre os dois modelos apenas para os pontos que estão posicionados aproximadamente no centro da sala, sendo que a maior concordância se deu na banda de oitava de 125 Hz, o que mostra a adequação do modelo analítico para reproduzir os resultados do RAYNOISE na baixa freqüência.

17 130 Figura Planta de Distribuição da Proposta da Salas de Aula.

18 131 Figura 6.17 Seçôes da Sala de Aula Proposta

19 132 Figura Perspectivas das Salas de Aula.