Proyecto De Grado - USBCali
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MODELO ACÚSTICO ARQUITECTÓNICO PARA INSTITUCIONES EDUCATIVAS PÚBLICAS DE LA CIUDAD DE MEDELLÍN ANDRES CÁLAD POSADA FERNANDO ADOLFO LUNA ZAPATA JUAN DAVID DUQUE ARIZA Proyecto De Grado Asesor: MSc. Luis Alberto Tafur Jiménez Universidad de San Buenaventura Facultad De Ingenierías Ingeniería de Sonido Medellín 2014
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MODELO ACÚSTICO ARQUITECTÓNICO PARA INSTITUCIONES
EDUCATIVAS PÚBLICAS DE LA CIUDAD DE MEDELLÍN
ANDRES CÁLAD POSADA
FERNANDO ADOLFO LUNA ZAPATA
JUAN DAVID DUQUE ARIZA
Proyecto De Grado
Asesor:
MSc. Luis Alberto Tafur Jiménez
Universidad de San Buenaventura
Facultad De Ingenierías
Ingeniería de Sonido
Medellín
2014
TABLA DE CONTENIDO
Resumen 4
Introducción 5
1. Objetivos 7
1.1 Objetivo general 7
1.2 Objetivos específicos 7
2. Descripción general de la propuesta 9
2.1 Planteamiento del problema de investigación. 9
2.2 justificación 11
2.3 Marco teórico 13
2.3.1 Efectos del flujo de energía sonora en
aulas de clase
16
2.3.2 Criterios y estándares de desempeño
acústico
20
2.3.3 Recomendaciones básicas para el
diseño acústico de espacios de enseñanza
según la norma ANSI S12.6 y la guía BB93
27
2.3.4 Alternativas para el tratamiento
acústico y control de ruido
31
2.3.5 Acústica y comodidad en los espacios
de aprendizaje
34
2.3.6 Arquitectura bioclimática 34
2.4 Estado del arte 41
3. Metodología 44
4. Desarrollo 47
4.1 Descripción del caso de estudio 47
4.1.1 Planteamiento de las condiciones
iniciales de la zona de influencia del
proyecto
49
4.1.2 Planteamiento de la infraestructura
física del modelo
54
4.2 Sistemas de ventilación pasiva 61
4.2.1 Selección del modelo de ventilación 61
4.2.2 Estimación del caudal de aire según
las áreas de ventilación
64
4.2.3 Diseño de las rejillas acústicas
67
4.2.4 Diseño de captadores de viento
bidireccionales
72
4.2.5 Análisis del sistema propuesto para
ventilación pasiva
75
4.3 Control de ruido para el modelo arquitectónico 77
4.3.1 Materiales de construcción 81
4.3.2 Aislamiento de superficies sin
tratamiento
81
4.3.3 Propuesta para mejorar el aislamiento
acústico de las superficies
91
4.3.4 Descripción de las soluciones y STC
individual
99
4.3.5 Análisis de los resultados tras realizar
el control de ruido en el modelo
106
4.4 Acondicionamiento acústico de los espacios 108
4.4.1 Diagnostico del modelo arquitectónico
inicial
108
4.4.2 Propuestas para el acondicionamiento
acústico de los espacios
125
4.4.3 Análisis de los resultados tras realizar
el acondicionamiento acústico
138
5. Conclusiones 139
Bibliografía 143
Bibliografía sobre Acústica general y acústica de
aulas de Clase
143
Bibliografía referente a normas, guías y
estándares
145
Bibliografía sobre ventilación natural, eficiencia
energética y bioclimática.
148
Anexos 150
Anexo A: Evaluación de las condiciones acústicas
en las aulas de clases de las instituciones
educativas públicas de Medellín
150
Anexo B: Consideraciones respecto a los niveles
de ruido de fondo máximos de los ambientes
educativos.
168
Anexo C: Cálculo de STC para superficies de
separación compuestas según ANSI S12.6, 2002.
170
Anexo D: Conceptos referentes a la acústica 172
Anexo E: Planimetrías 185
4
RESUMEN
Este proyecto propone un modelo arquitectónico para instalaciones escolares con
condiciones aptas para el desarrollo de las actividades académicas integrando
calidad acústica, comodidad térmica y visual. Su infraestructura está planteada
para cubrir las necesidades de una población de 500 estudiantes en las jornadas
de preescolar, primaria, básica y media. El modelo incluye los espacios principales
según la normativa técnica colombiana para el planeamiento y diseño de
instalaciones y ambientes escolares NTC 4595 como son aulas de prejardín,
jardín, transición, primaria, básica secundaria y media, biblioteca, sala de
sistemas, laboratorio integrado y aula múltiple. El proyecto se aborda desde la
etapa inicial de planeamiento teniendo en cuenta las condiciones de ruido del
sector, la cantidad de espacios necesarios para cubrir la población, los
requerimientos físicos de cada ambiente en cuanto a ventilación e iluminación y
finalmente las estrategias para el control de ruido y el acondicionamiento acústico
de cada tipo de espacio. El modelo se propone para satisfacer los requerimientos
acústicos de ambientes escolares sin desconocer las necesidades de ventilación e
iluminación y que permita su implementación según las condiciones climáticas y
geográficas de la ciudad de Medellín. El modelo arquitectónico planteado muestra
que existen alternativas de control que integran el usual confort térmico y visual de
la infraestructura escolar tradicional con la calidad acústica de los espacios
educativos.
5
INTRODUCCIÓN
Medellín es una ciudad que viene transformándose con gran aceleración desde
hace varios años. Una de las campañas con mayor trascendencia en la ciudad
inició a través de la alcaldía en 2004 con el nombre de “Medellín la más Educada”,
la cual fundamentaba la educación como herramienta de transformación social
(Alcaldía de Medellín, 2008). Uno de los objetivos principales de esta campaña fue
poder garantizar el acceso a la educación de todos los niños y jóvenes de la
ciudad, buscando disminuir la desigualdad social y fortaleciendo la cultura
ciudadana. Para cumplir con el objetivo de ampliar la cobertura en la educación se
plantearon dos estrategias principales:
1) Implementar colegios de calidad (nueva infraestructura física con gran
cantidad de ambientes de aprendizaje)
2) Mejorar las condiciones del entorno para que niños y jóvenes pudieran
asistir fácilmente a las instituciones educativas.
A finales del 2009 ya se contaba con 5 parques biblioteca, 18 colegios nuevos y
132 escuelas con gran dotación de infraestructura física y tecnológica. Estas cifras
actualmente siguen en aumento, razón por la cual dicha campaña pasó a ser
dirigida por la gobernación de Antioquia y hoy es conocida con el nombre de
“Antioquia la más Educada” (Gobernacion de Antioquia , 2012). La búsqueda por
satisfacer la demanda escolar en diferentes partes de la ciudad ha llevado a que
muchas de estas nuevas instituciones educativas se construyan en zonas en las
que el ruido es significativamente alto. Escuelas ubicadas al lado de vías
principales y zonas industriales ya son casos comunes y son motivo de
preocupación por los efectos negativos que el ruido genera sobre el proceso de
enseñanza-aprendizaje. Niveles bajos de atención e irritabilidad son algunas
consecuencias de habitar un entorno ruidoso que afecta la comodidad y el
desarrollo normal de las actividades académicas. Por otro lado, los diseños
6
arquitectónicos que se utilizan actualmente en los espacios escolares buscan
garantizar buena capacidad, ventilación e iluminación, ignorando casi siempre la
importancia de implementar mecanismos de control de ruido y acondicionamiento
acústico interior.
Ante esta situación, este proyecto plantea un modelo arquitectónico que
implementa las estrategias necesarias para el control de ruido y el
acondicionamiento acústico desde la etapa inicial de planeamiento; buscando al
tiempo beneficiar las condiciones de comodidad térmica y visual mediante
sistemas de ventilación e iluminación natural. Para esto, se parte de unas
condiciones preestablecidas, similares a las que se podrían encontrar en un caso
real de la ciudad de Medellín. Proponer un modelo que cumpla con los aspectos
técnicos primordiales para el correcto desarrollo del proceso educativo permitirá
que las instituciones educativas sean realmente colegios de calidad.
7
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Elaborar un modelo arquitectónico escolar para la ciudad de Medellín que
incorpore sistemas de acondicionamiento acústico y aislamiento a ruido según la
funcionalidad de los espacios educativos, buscando el cumplimiento de
estándares internacionales para tiempos de reverberación, ruido de fondo,
aislamiento a ruido aéreo y de impactos, y aplicando principios que permitan
integrar la ventilación e iluminación natural con las soluciones acústicas
planteadas.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Elaborar el acondicionamiento acústico interior de los ambientes educativos
dentro del modelo arquitectónico, con el fin de lograr parámetros acústicos
óptimos para la correcta transmisión de la palabra.
Realizar el aislamiento de las superficies internas y externas de los
ambientes educativos dentro del modelo arquitectónico, con el fin de lograr
los niveles de ruido de fondo máximos en cada espacio.
Proponer un sistema de ventilación natural para los espacios de
enseñanza que permita la refrigeración pasiva interior sin elevar los niveles
de ruido de fondo máximos en los espacios de enseñanza.
Elaborar un documento sobre las soluciones implementadas en el modelo
arquitectónico escolar para lograr los criterios de diseño acústico y de
8
ventilación. En el cual se incluyan especificaciones técnicas de los sistemas
de acondicionamiento usados, simulaciones, planos, materiales y
recomendaciones de construcción para la mejora de las condiciones
acústicas en establecimientos educativos.
9
2. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PROPUESTA
2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
Este proyecto surge a partir de un estudio previo sobre la caracterización acústica
de las instituciones educativas públicas de la ciudad de Medellín, el cual se
presenta en el Anexo A. Este estudio encontró que en general, las aulas de clase
de los colegios públicos de la ciudad tienen un comportamiento acústico bastante
desfavorable para el aprendizaje. Los resultados fueron alarmantes, revelando que
de las 33 aulas medidas en 7 instituciones educativas ubicadas en diferentes
partes de la ciudad, ninguna cumplió con los criterios acústicos que sugiere la
NTC 4595 ni en términos de los niveles de ruido de fondo, ni en términos del
tiempo de reverberación.
Además, una comparación entre la actual norma técnica colombiana y diferentes
normas internacionales para la acústica en instituciones educativas deja ver que
los rangos de la norma colombiana son bastante flexibles frente a los otros
estándares, con lo cual resulta aún más crítico el hecho de que los
establecimientos educativos no cumplan ni siquiera con lo que exige la NTC 4595.
A partir del mencionado estudio pudo concluirse que en la construcción de
establecimientos educativos públicos en Medellín tiene mayor prioridad la
ventilación e iluminación natural en comparación con la comodidad acústica
interior. Esto ocurre por la escasa información respecto al tema de comodidad
acústica en la norma técnica NTC 4595 sobre planeamiento y diseño de los
ambientes escolares y debido también al desconocimiento de las graves
consecuencias de una acústica deficiente en un ambiente de enseñanza-
aprendizaje por parte del gobierno y el sector de la construcción.
10
Una de las principales falencias que se pudieron encontrar respecto al diseño de
varias instituciones educativas medidas, y sobre todo en aulas que han sido
construidas recientemente, fue el tratamiento dado a la mampostería en muros
que dan a pasillos, espacios de recreo o calles que rodean la institucion, dejando
gran cantidad de aberturas que implican que el aislamiento al ruido sea mínimo.
Aunque estas aberturas mejoran la ventilación, afectan también las condiciones
acústicas del aula al constituirse en un camino de transmisión de ruido directo.
Esto fue uno de los causantes de los altos ruidos de fondo en las aulas. Un
ejemplo de este tipo de diseño puede verse en la Fig. 2.1
Fig. 2.1 Aberturas en las paredes de un aula en una institución educativa.
Otras de las características que influyen en los niveles de ruido de fondo son el
uso de ventanas y puertas delgadas que presentan poco aislamiento, losas ligeras
entre pisos que facilitan la transmisión de ruido por vía estructural y el hecho de
que las aulas están ubicadas en la mayoría de los casos alrededor de los patios
de recreo y cercanas a vías con alto flujo vehicular.
11
En cuanto a los altos tiempos de reverberación, se observó que una de las causas
es el uso de materiales poco absorbentes en las superficies interiores de las aulas,
como puede verse en la Fig. 2.2 en donde todas las superficies están construidas
con materiales que facilitan las reflexiones del sonido.
Fig. 2.2 Aula de una institución educativa que presenta paredes, techos y pisos sin ningún
tipo de acondicionamiento.
Debido a las condiciones halladas se concluyó que para lograr que en las
instituciones educativas de la ciudad existan espacios que cumplan con todos los
requisitos de comodidad para facilitar los procesos de enseñanza-aprendizaje, se
hace necesario plantear una propuesta de diseño arquitectónico que logre integrar
la ventilación e iluminación natural con la calidad acústica interior.
2.2 JUSTIFICACIÓN
La investigación realizada previa a este trabajo (ver el Anexo A), mostró que la
calidad acústica de varias instituciones educativas de la ciudad de Medellín era
deficiente. Uno de los motivos principales fue que en la construcción de las
mismas no se incluyeron criterios mínimos que favorecieran la disminución del
12
ruido proveniente del exterior, ni del tiempo de reverberación al interior de las
aulas. El poco interés por la acústica de las aulas de clase se ve reflejado en la
ausencia de información precisa respecto al tema en la normativa Colombiana y
en el desconocimiento de las múltiples consecuencias negativas de una acústica
deficiente en el proceso de enseñanza-aprendizaje.
Por lo anterior se decidió proponer un modelo arquitectónico escolar que incorpore
criterios acústicos en los espacios de aprendizaje, conservando los conceptos de
ventilación e iluminación natural. Esto, teniendo en cuenta que incluir la acústica
en ambientes donde debe prevalecer la ventilación natural implica realizar un
estudio integral de las diferentes necesidades según las condiciones del entorno y
clima, que facilitan la toma de decisiones a la hora de definir el área de la
ventilación natural, un valor que define qué tan susceptible al ruido será un aula.
Se espera que esta propuesta de diseño sirva de ejemplo sobre cómo incluir los
criterios acústicos en las instalaciones escolares y demuestre que es posible
conseguir un balance entre calidad acústica, térmica y visual. Lo anterior trae
impactos positivos para el desarrollo de las múltiples actividades académicas
beneficiando tanto a estudiantes como docentes. Por un lado, los estudiantes
podrán escuchar mejor a sus maestros, gracias a que hay una mejora en la
inteligibilidad de la palabra y se reducen las distracciones provocadas por los
niveles de ruido exterior favoreciendo un aumento en el rendimiento académico.
Por otro lado, se genera una mejora en las condiciones de trabajo de los
profesores, quienes tendrán que realizar un esfuerzo menor al hablar para darse a
entender, reduciendo aquellos problemas relacionados con la fatiga vocal y
permitiendo conseguir un ambiente laboral más confortable.
13
2.3 MARCO TEÓRICO
El comportamiento acústico de un cuarto está definido por la interacción de las
ondas sonoras con las superficies que lo conforman, cuando incide una onda
sonora sobre una superficie se ejerce una vibración forzada debido a la presión
incidente, producto de esta vibración se puede presentar que parte de la energía
incidente se refleje, se irradie al espacio, se transforme en calor o se transmita a
través del sólido. La Fig. 2.3 ilustra el comportamiento de la energía sobre el
sólido.
Fig. 2.3 Flujo de energía sobre una superficie
El comportamiento de las ondas de presión sonora sobre una superficie está
estrechamente ligada a las propiedades físicas de los materiales, conceptos como
coeficiente de absorción, de transmisión y de reflexión, nos permiten cuantificar de
acuerdo a las propiedades de los materiales la cantidad de energía sonora que se
absorbe, se transmite y se refleja entre dos particiones contiguas al incidir una
onda de presión sonora.
14
El coeficiente de absorción es una propiedad de los materiales, está definido como
la razón que existe entre la intensidad de energía sonora absorbida por una
superficie y la intensidad de energía sonora que incide sobre ella (Ecuación 1). La
intensidad sonora es la potencia acústica transferida por unidad de área normal a
la dirección de propagación.
I
A
I
I
(1)
Donde:
AI Intensidad de energía sonora absorbida.
II Intensidad de energía sonora incidente.
Debido a las múltiples direcciones de procedencia del sonido y de la dependencia
del coeficiente de absorción con la frecuencia, es necesario hacer un promediado
espacial del coeficiente de absorción en todos los posibles ángulos de incidencia
sobre una superficie y representar estos valores por cada banda de octava en una
curva α Vs F, estas curvas son las que se encuentran más comúnmente y
representan el coeficiente promedio de absorción por cada frecuencia de un
material específico (Sommerhoff, 1989).
La absorción A es una propiedad de una superficie que depende del área y del
coeficiente de absorción del material como lo muestra la Ecuación 2.
SA
(2)
Donde:
15
S es el área superficial en m².
α es el coeficiente de absorción.
En una sala cualquier objeto dentro de ella también absorbe energía sonora, por
esta razón se define el coeficiente de absorción medio de una según la ecuación
3:
t
n
S
AAA
...21
(3)
Donde:
An es la absorción de la enésima superficie.
St es el área de la superficie total que proporciona absorción.
Otras propiedades de los materiales que permiten entender el comportamiento de
las ondas sonoras dentro de una habitación pueden cuantificarse mediante el
coeficiente de reflexión y el coeficiente de transmisión. El coeficiente de reflexión
es la razón entre la intensidad de energía sonora reflejada y la intensidad de
energía sonora incidente sobre una superficie (Ecuación 4), también puede
definirse en términos de presión como la razón entre la presión sonora reflejada y
la presión sonora incidente (Sommerhoff, 1989).
I
R
I
R
P
P
I
I
(4)
Donde:
RR PI , Son la intensidad y la presión sonora reflejada respectivamente.
16
II PI , Son la intensidad y la presión sonora incidente respectivamente.
El coeficiente de transmisión se define como la razón entre la energía sonora que
se transmite a través de una superficie y la energía sonora que incide sobre ella
(Ecuación 5). El coeficiente de transmisión depende de la masa y la rigidez del
material del que se compone la pared, en ciertos casos dos paredes del mismo
material pueden tener el mismo coeficiente de absorción y de reflexión pero
distinto coeficiente de transmisión, debido a que el coeficiente de transmisión
disminuye a medida que aumenta la densidad superficial (masa por metro
cuadrado). (Sommerhoff, 1989).
I
t
I
I
(5)
Donde:
II ,tI son la intensidad sonora incidente y transmitida respectivamente.
2.3.1 Efectos del flujo de energía sonora en aulas de clase
Un adecuado proceso de enseñanza necesita de instalaciones aptas en todos los
aspectos arquitectónicos, no solamente en términos de iluminación, espacialidad y
ventilación, sino también de condiciones tales que permitan una buena
inteligibilidad de la palabra, es decir, que permitan una escucha clara de la
información oral. La inteligibilidad de la palabra puede cuantificarse usando
17
métodos de medida subjetivos como el porcentaje de pérdida de articulación de
consonantes %Alcons (Articulation loss consonant) y objetivos como el índice de
transmisión del habla STI/RASTI (Speech transmission Index/Rapid speech
transmission index). En la Tabla 2.1 se muestra la valoración subjetiva de los
resultados de inteligibilidad mediante estos dos métodos:
Tabla 2.1. Valoración subjetiva de la inteligibilidad mediante %Alcons y STI/RASTI (IEC
60268-16, 2003)
Una buena inteligibilidad se logra mediante la aplicación de principios acústicos a
los diseños arquitectónicos con el fin de controlar los factores que puedan interferir
con la transmisión del mensaje hablado como altos niveles de ruido de fondo y
altos tiempos de reverberación (Kumar, 2009). El comportamiento acústico de los
espacios puede caracterizarse mediante el estudio de algunos parámetros como el
nivel de ruido de fondo y el tiempo de reverberación, aunque adicionalmente por
tratarse de aulas de clase se pueden usar conceptos como distancia profesor
alumno y relación señal a ruido.
La reverberación es un factor predominante en espacios de grandes volúmenes y
especialmente si sus superficies son duras y altamente reflectoras, una fuente
sonora dentro de estos espacios genera un campo energético compuesto por el
sonido directo de la fuente y las múltiples reflexiones con las superficies, a este
último se le llama campo reverberante; estas sucesivas reflexiones persisten
18
dentro del espacio un determinado tiempo después de cesar la fuente que produce
la excitación, a este tiempo, es decir desde el momento en que se produce la
excitación hasta el momento en el cual desaparece completamente se le conoce
como tiempo de reverberación, más específicamente (Miyara, 2000) define el
tiempo de reverberación como el tiempo en segundos que toma al sonido decaer
60dB por debajo de su nivel inicial después de cesada la excitación sonora, el
tiempo de reverberación se conoce por su abreviatura en ingles de Reverberation
Time como RT60.
Respecto a la inteligibilidad de la palabra, el tiempo de reverberación es un factor
muy importante ya que el nivel de inteligibilidad está ligado directamente a la
percepción clara de las consonantes debido a su contenido de altas frecuencias,
por tanto un exceso de reverberación en una sala provoca un aumento en el
enmascaramiento de las consonantes por parte de las vocales que tienen un
contenido predominante en baja frecuencia, esto genera una pérdida de
inteligibilidad de la palabra (Carrión, 1998).
En el caso de aulas de clase, los estudiantes sentados más próximos al docente
reciben un mayor nivel energético del sonido directo y las primeras reflexiones del
sonido, facilitando el entendimiento del mensaje oral, mientras que los estudiantes
sentados en la parte posterior del aula reciben en menor medida la energía del
sonido directo y las primeras reflexiones viéndose afectados por la reverberación
del espacio, lo que dificulta el entendimiento del mensaje, el control de la
reverberación puede ayudar a incrementar la energía del sonido directo y de las
primeras reflexiones aunque tiempos muy altos de reverberación ocasionan un
crecimiento energético de las reflexiones tardías o perjudiciales y del nivel de
ruido de fondo (Hodgson & Wong, 2009).
19
Diferentes autores recomiendan ciertos tiempos de reverberación según la utilidad
que tenga la sala, en la Tabla 2.2 se muestran algunos valores recomendados en
el libro Diseño Acústico de Espacios Arquitectónicos (Carrión, 1998).
Tabla 2.2. Tiempos de reverberación óptimos por tipo de sala (Carrión, 1998)
El ruido de fondo es el sonido no deseado que proviene de diferentes fuentes, en
el caso de aulas de clase el ruido de fondo se considera perturbador ya que
interfiere con la habilidad para comprender los mensajes hablados dentro del aula.
La procedencia del ruido puede ser debido al tráfico vehicular, a la lluvia, a las
aulas adyacentes y a las instalaciones interiores de los espacios educativos, en
general se considera ruido a todo aquello que perturbe la actividad académica y
que sea procedente del exterior del aula como lo muestra la Fig. 2.4. Aquellos
agentes generadores de ruido al interior no se consideran ruido de fondo.
20
Fig. 2.4. Tipos de ruido que inciden al interior del aula de clase. (Building Bulletin 93, 2003)
El ruido de fondo se mide generalmente mediante el decibel de nivel de presión
sonora compensado con escala A (dBA) y promediado temporalmente para
encontrar el nivel continuo sonoro equivalente dBAeq. (Ercoli & Azzurro, 1998).
2.3.2 Criterios y estándares de desempeño acústico
Un espacio que posee confort acústico es aquel en el cual las molestias causadas
por el ruido y el comportamiento de diferentes parámetros acústicos como la
reverberación y el aislamiento al ruido se encuentran controlados, permitiendo que
al interior del recinto sea posible realizar diferentes actividades sin molestias
auditivas. Como el confort es un parámetro referente a la comodidad y esta puede
ser subjetiva, de manera general se entiende que el confort acústico en un espacio
se da cuando los diferentes parámetros acústicos y sus medidas se encuentran
dentro de los estándares y valores recomendados por las diferentes normativas y
legislaciones vigentes.
21
A continuación se mencionan los valores recomendados de varios parámetros
acústicos para los diferentes ambientes escolares, estos son:
Niveles de ruido de fondo máximos y tiempos de reverberación máximos en
los diferentes ambientes escolares.
Niveles mínimos de aislamiento al ruido transmitido por vía aérea (entre
espacios adyacentes)
Nivel máximo de transmisión de ruido de impactos entre pisos.
Los valores recomendados para cada parámetro acústico que se presentan en
este capítulo hacen parte de recomendaciones dadas en normas ISO, ASTME y
guías de diseño para la construcción de colegios.
2.3.2.1 Nivel de ruido de fondo máximo
En los diferentes ambientes pedagógicos se debe proporcionar un nivel de ruido
de fondo apropiado para lograr una buena inteligibilidad de la palabra. El criterio
de ruido de fondo para ambientes de aprendizaje primarios tipo A (Tabla 2.3) se
basa en la relación señal a ruido de +15 dBA necesaria para garantizar la
comprensión del mensaje oral a un nivel promedio en la voz del docente de 50dBA
SPL (nivel de voz normal) según como se explica en el Anexo B (ANSI/ASA,
2010).
El descriptor de ruido usado para caracterizar el nivel de ruido de fondo al interior
de las aulas de clase es el nivel de presión sonora continuo equivalente con
ponderación “A” medido en un tiempo de 30 minutos, LAeq(dBA),30min.
Expresado de acuerdo a la norma ISO 1996:2003. Los niveles de ruido de fondo
que se expresan en la Tabla 2.3 son los máximos permitidos para cada uno de los
ambientes.
22
Tabla 2.3. Criterios de desempeño para niveles de ruido de fondo en interiores, nivel de
ruido de fondo máximo LAeq(dBA),30min. (Adaptación BB93 y NTC 4595)
Clasificación
propuesta
Clasificación de los
espacios según NTC
4595
Tipo de espacio
Nivel de
ruido de
fondo
máximo
interior
LAeq
(dBA)
30min
Consideración
de ruido
impulsivo a)
Ambientes
Primarios
A Prejardín (3-4años) 35
A Jardín (4-5años) 35
A Transición(5-6años) 35
A Básica (6-13años) 35
A Media (14-16años) 35
A Especial 35
Ambientes
Secundarios
B Bibliotecas 35
B Salas de informática 40
B Salas de audiovisuales 35
B Centros de ayudas educativas 35-40
C Laboratorios y aulas de tecnología 40
C Talleres de dibujo y arte 40
D Campos deportivos 40-50
E Corredores y espacios de
circulación 45
F Aulas múltiples 35
F Foros y teatros 35
F Aulas de Música 30-35
Ambientes
Terciarios
Complementarios Oficinas 40
Complementarios Servicios sanitarios 50
a) Consideración de ruido impulsivo: Estudios demuestran que los procesos académicos pueden ser
interrumpidos por eventos individuales ruidosos (como sobrevuelo de aviones) incluso cuando el
ruido de fondo está por debajo de los valores de LAeq (dBA) que aparecen en la tabla. En los
recintos con un límite de 35 dBA o menos, el ruido de fondo no debe exceder de forma frecuente
55dBA LA1, 30min (Ver Apéndice 1 BB93).
23
Debe considerarse cuidadosamente los ruidos producidos por las instalaciones
eléctricas, hidro-sanitarias o de climatización, entre otras.
2.3.2.2 Nivel mínimo de aislamiento a ruido aéreo
Aislar adecuadamente las superficies que conforman un espacio de aprendizaje
permite lograr los niveles de ruido de fondo máximos al interior y mejorar la calidad
del ambiente de estudio. Los valores mínimos de aislamiento para estructuras de
separación simples o compuestas entre espacios primarios y otros espacios se
expresan mediante el Sound Transmission Class STC como se muestra en la
Tabla 2.4, de acuerdo a la norma Estadounidense ASTME E 90. Este es un valor
que indica la pérdida de transmisión de las superficies sin dependencia de la
frecuencia. Las estructuras compuestas involucran puertas, ventanas, ductos para
ventilación, ductos para cableado eléctrico, etc. El método de cálculo STC
compuesto según la norma ANSI S12.6 se explica en el Anexo C.
Tabla 2.4. Valores mínimos de aislamiento a ruido aéreo para estructuras de separación
simples o compuestas entre ambientes primarios A, espacios adyacentes y espacios
exteriores de la institución. (Adaptación ANSI S12.6 y NTC 4595)
Parámetro
descriptor
Valores mínimos de aislamiento a ruido aéreo para estructuras de separación
simples o compuestas entre ambientes primarios A y espacios adyacentes.
Otros
ambientes
primarios A,
ambientes
secundarios
B y Espacios
de
circulación
Ambientes secundarios
C, E, ambientes
terciarios
complementarios
oficinas y cuartos de
almacenamiento
Ambientes
terciarios
complementarios
para servicios
sanitarios
Ambientes
secundarios
tipo D y F
STC (dB) 50 45 53 60
24
Un valor de 50dB de STC es el mínimo requerimiento para fachadas y techos
exteriores de los ambientes educativos. Sin embargo cuando se conoce el
espectro de una fuente predominante de ruido sobre fachadas, los valores
mínimos de aislamiento STC se calculan a partir del procedimiento descrito en la
norma ANSI S12.6:2002 Anexo D2.3.3 para ruido de tráfico vehicular, aplicando
los términos de corrección contenidos en la Tabla 2.5.
Tabla 2.5. Términos de corrección respecto a los porcentajes de fenestración.
%
fenestración
Corrección STC para muros y techos
(dB)
Corrección STC para ventanas y puertas
(dB)
1 a 25 15 6
26 a 70 20 11
Ejemplo de aplicación: suponiendo un nivel de ruido de tráfico vehicular de
65dBA incidente sobre las fachadas de un espacio de aprendizaje primario con
35dBA de ruido de fondo máximo interior; La reducción que deben tener las
superficies de separación es de 65dBA-35dBA = 30dB, para ello considerando los
porcentajes de fenestración de las superficies, por ejemplo un muro exterior con
un porcentaje de puertas, ventanas y ductos de 25%, el STC mínimo debe ser de
30dB + 15dB, es decir el STC de la superficie debe ser de al menos 45dB
(ANSI/ASA, 2002).
2.3.2.3 Nivel máximo de aislamiento a ruido de impacto
Los ruidos transmitidos a través de pisos por efecto de pasos, movimiento de
objetos entre otras actividades, se constituyen en una fuente que ayuda a
incrementar los niveles de ruido de fondo interior en el cuarto receptor, es por ello
que se hace necesario aplicar un control sobre el camino de transmisión para
25
mitigar este efecto y permitir niveles de ruido óptimos al interior del cuarto
receptor.
Los valores contenidos en la Tabla 2.6 son los valores máximos permisibles de
nivel de presión sonora de impacto normalizado y ponderado Ln,w(dB) acorde a la
norma EN ISO 140-7:1998 y expresados mediante la norma EN ISO 717-2:1997,
estos valores se deben lograr sin la utilización de alfombras sobre el piso superior.
Tabla 2.6 Valores máximos permisibles para Ln,w(dB). (Adaptación BB93 y NTC 4595)
Clasificación
propuesta
Clasificación según
NTC 4595 Tipo de espacio
Máximo nivel de presión
sonora de impacto Ln,w
Ambientes
Primarios
A Pre-jardín (3-4años) 60
A Jardín (4-5años) 60
A Transición(5-6años) 60
A Básica (6-13años) 60
A Media (14-16años) 60
A Especial 60
Ambientes
Secundarios
B Bibliotecas 60
B Salas de informática 60
B Salas de audiovisuales 60
B Centros de ayudas educativas 60
C Laboratorios y aulas de
tecnología 65
C Talleres de dibujo y arte 60
D Campos deportivos 65
E Corredores y espacios de
circulación 65
F Aulas múltiples 60
F Foros y teatros 60
F Aulas de Música 55
Ambientes
Terciarios
Complementarios Oficinas 65
Complementarios Servicios sanitarios 65
26
2.3.2.4 Tiempo de reverberación máximo
El tiempo de reverberación es un factor muy importante que puede afectar la
calidad de la comunicación en un espacio, un exceso de reverberación provoca el
enmascaramiento de las consonantes con los sonidos vocales lo que genera una
degradación de la inteligibilidad de la palabra y puede producir un incremento en
los niveles de ruido de fondo. Absorber la energía del campo reverberante
producto de reflexiones tardías (aquellas que arriban al receptor después de los
0.05 s) para que su nivel energético sea inferior a la energía del sonido directo y
las primeras reflexiones proporciona una mejora en la calidad de la comunicación.
La reverberación en los espacios de enseñanza dirigida se controla
primordialmente en tres bandas de frecuencia 500 Hz, 1000 Hz y 2000 Hz debido
a que en este rango de frecuencias se ubica el mayor contenido energético de la
voz humana según la norma BB93. El criterio para tiempos de Reverberación
usado es el Tm definido como el promedio aritmético de los tiempos de
reverberación en 500 Hz, 1000 Hz y 2000 Hz. La Tabla 2.7 establece los Tiempos
de reverberación Tm óptimos para cada ambiente escolar (Departament for
Education UK, 2004).
Tabla 2.7. Tiempos de reverberación óptimos para cada ambiente escolar (Adaptación BB93
y NTC 5695)
Clasificación
propuesta
Clasificación según NTC
4595 Tipo de espacio
Tiempo de
reverberación óptimo
Tm(s)
Ambientes
Primarios
V<=283m³
A Pre-jardín (3-4años) <0,6
A Jardín (4-5años) <0,6
A Transición(5-6años) <0,6
A Básica (6-13años) <0,6
A Media (14-16años) <0,8
A Especial <0,6
27
Clasificación
propuesta
Clasificación según NTC
4595 Tipo de espacio
Tiempo de
reverberación óptimo
Tm(s)
Ambientes
Secundarios
B Bibliotecas <1.0
B Salas de informática < 0,8
B Salas de audiovisuales < 0,8
B Centros de ayudas educativas < 0,8
C Laboratorios y aulas de tecnología < 0,8
C Talleres de dibujo y arte < 0,8
D Campos deportivos < 2
E Corredores y espacios de circulación < 1,5
F Aulas múltiples 0,8 - 1,2
F Foros y teatros 0,8 - 1,2
F Aulas de Música < 1
Ambientes
Terciarios
Complementarios Oficinas < 1
Complementarios Servicios sanitarios < 1,5
2.3.3 Recomendaciones básicas para el diseño acústico de espacios de
enseñanza según la norma ANSI S12.6 y la guía BB93.
Se debe evitar que las instalaciones de ambientes primarios se ubiquen
cerca de las principales fuentes de ruido exterior (Vías de circulación de
vehículos, aeropuertos, zonas industriales, sitios de construcción,
ferrocarriles, etc.) de no ser posible se debe usar muros exteriores que
posean las características de aislamiento apropiadas respecto a los valores
de pérdida de transmisión.
En sitios donde los niveles de ruido ambiental superan los 70dB LAeq es
recomendable el uso de barreras o pantallas acústicas en la envolvente de
la edificación para controlar los niveles de ruido exterior que inciden en las
instalaciones. Entre los sistemas que pueden ser usados como barreras
28
están árboles, arbustos, bancos de tierra o barreras de concreto alrededor
del edificio escolar.
No se debe instalar ventanas en fachadas críticas expuestas a niveles altos
de ruido. En tal caso las ventanas ubicadas cerca de las fuentes de ruido
deben estar correctamente instaladas, usando en los posible cristales
dobles, las ventanas de cristal simple son poco aislantes de ruido.
El aislamiento a ruido de fachadas simples o compuestas debe satisfacer
los valores mínimos recomendados STC y su diseño debe ser compatible
con los requerimientos para comodidad visual y térmica que se propone en
la norma Colombiana de edificaciones escolares.
En cuanto al ruido transmitido a través de corredores interiores, se
recomienda alternar las puertas de acceso a los ambientes educativos
creando rutas más largas con el fin de conseguir una mayor atenuación
sonora por distancia recorrida, Las puertas deben estar correctamente
instaladas ya que los malos cierres o las ranuras disminuyen notablemente
el aislamiento sonoro.
Se recomienda usar el distanciamiento a campo abierto para reducir los
niveles de ruido exterior que inciden en las instalaciones escolares, para
conocer el nivel de atenuación sonora producto de divergencia geométrica,
absorción atmosférica, efecto de suelo, reflexiones de superficie y
apantallamiento por obstáculos debe seguirse los lineamientos descritos en
la norma ISO 9613-1.
Se recomienda el uso de sistemas de iluminación que produzcan poco
ruido, a fin de que los dispositivos lumínicos no sean una fuente de ruido
interior y permitan cumplir con los requisitos de ruido de fondo máximos.
29
La ubicación de tomas eléctricos se debe intercalar con un espacio mínimo
de separación de 60cm, si se trata de sistemas de conexionado de muro
hueco es recomendable el uso de un elemento aislante como la fibra de
vidrio para evitar la transmisión de ruido entre los espacios.
Se recomienda canalizar las cañerías y ductos PVC por los pasillos de
circulación y no por los espacios de aprendizaje.
Los diámetros de cañerías deben ser los adecuados para garantizar un flujo
laminar y no un flujo turbulento ya que éste puede convertirse en una fuente
de ruido importante.
Se recomiendo no ubicar baños ni servicios sanitarios de ningún tipo
adyacentes a espacios primarios de enseñanza, en tal caso la superficie de
separación debe cumplir con los niveles mínimos de aislamiento.
Se recomienda evitar contactos rígidos de cañerías y ductos con la
estructura del edificio, para ellos se debe usar fijaciones o soportes
elásticos con el fin de evitar la transmisión de ruido a través de estructuras.
En caso de usar sistemas de ventilación mecánicos, se debe evitar el uso
de sistemas que no usen ductos debido a que el nivel de ruido producido
por los mismos no permite el cumplimiento de los criterios para ruido de
fondo, además los ductos pueden tratarse con material absorbente y
conseguir una disminución de los niveles de ruido. En cuanto a velocidades
de flujo en ductos de aire acondicionado, las velocidades de flujo de aire en
conductos troncales no deben sobrepasar los 4.1m/s y los ductos
secundarios deben tener una velocidad de flujo de 3m/s.
30
Se recomienda el uso de silenciadores acústicos para la unidad manejadora
de aire y el conducto matriz de suministro y retorno de aire, los conductos
entre salas adyacentes deben estar recubiertos de material absorbente con
el fin de facilitar el aislamiento de ruido entre espacios.
Se debe evitar las uniones rígidas entre equipos, conductos y estructuras,
se recomienda el uso de uniones flexibles para minimizar el nivel de ruido
que pueda transmitirse estructuralmente.
Se debe evitar ubicar, talleres, salas de danza, aulas múltiples, gimnasia o
cualquier otra sala donde puedan darse actividades con altos niveles de
ruido de impacto sobre un espacio de enseñanza primario, en dichos casos
se requiere que las superficies de separación cumplan con los valores de
pérdida de transmisión apropiados.
Se debe considerar el ruido de impacto producido por la lluvia y no usar
techos ligeros o que incorporen luces de techo en ambientes educativos
primarios o que requieran bajos niveles de ruido de fondo.
Para controlar fenómenos de ondas estacionarias en los recintos, se
recomienda evitar el uso de paralelismos en las superficies, usar formas
irregulares sobre las paredes ayuda a romper los paralelismos.
Se recomienda que la altura de aulas de clase no supere los 3m de altura
ya que en espacios de grandes volúmenes se dificulta alcanzar los tiempos
de reverberación óptimos.
Para alcanzar los valores de tiempo de reverberación propuesto se
recomienda aplicar materiales absorbentes primero en la pared posterior,
después en el anillo lateral y trasero alrededor del techo, dejando el centro
31
y la parte anterior del techo como superficies reflectantes, finalmente aplicar
materiales absorbentes en el sector superior de las paredes laterales a 1/3
de la altura. Si estas medidas no son suficientes debe realizarse tratamiento
en las superficies restantes.
Con el fin de lograr valores óptimos de tiempo de reverberación, aislamiento a
ruido de impactos y ruido de fondo se usan diferentes alternativas acústicas y de
control de ruido que actúan sobre las propiedades de absorción, reflexión y
transmisión del sonido.
2.3.4 Alternativas para el tratamiento acústico y control de ruido
2.3.4.1 Materiales absorbentes: Son materiales que poseen un coeficiente alto
de absorción sonora. El uso de estos materiales permite la reducción del tiempo
de reverberación, eliminar ecos molestos, entre otros efectos. Un material poroso
es un material absorbente que de acuerdo al espesor, la porosidad, la densidad y
la forma de montaje pueden reducir enormemente la energía sonora que incide
sobre ellos, cuando la onda sonora penetra por los poros produce la vibración del
aire contenido en ellos y genera fricción con las paredes de las cavidades lo que
da lugar a una pérdida de energía sonora. Algunos de los materiales porosos más
usados en el tratamiento acústico son la fibra de vidrio, la lana de roca, la espuma
de poliuretano y la resina de melamina (Shaw Arquitectos, 2002).
Los resonadores acústicos extraen la energía del campo acústico generalmente
en baja frecuencia. Un resonador de membrana consiste de una hoja de material
tensa, flexible y no porosa que se instala a una distancia de separación de la
pared de tal forma que el material pueda vibrar al incidir sobre él la onda sonora.
La vibración de la membrana produce una transformación del sonido en energía
dinámica, logrando una pérdida de energía sonora. Existe otro tipo de resonadores
32
llamado resonador simple de Helmholtz. Un resonador de este tipo consiste de
una cavidad cerrada de aire conectada por una abertura hacia el exterior llamada
cuello. Las ondas sonoras que inciden sobre él hacen vibrar el aire dentro de la
cavidad produciendo una pérdida de energía sonora debido a las fuerzas de
fricción y viscosidad. Este tipo de resonadores se puede implementar de manera
múltiple en una superficie, es decir, en un panel de material rígido y no poroso se
realizan una serie de perforaciones para posteriormente instalarlo con un espacio
de separación de la pared. La masa de aire contenida entre las perforaciones vibra
al incidir sobre ellas la onda sonora generando la perdida de energía.
El inmobiliario dentro de una sala se constituye como un elemento absorbente, ya
que cada elemento está compuesto por distintos materiales que contienen un
coeficiente de absorción determinado. Mediante la utilización de los anteriores
principios se pueden lograr alternativas de diseño que permitan mejorar las
condiciones acústicas de los espacios de enseñanza (Shaw Arquitectos, 2002).
2.3.4.2 Difusores: Los difusores acústicos dispersan las ondas sonoras en
pequeñas ondas de menor energía y producen una propagacion mas homogenea
en lugar de focalizar el sonido en un solo punto. Lo que se pretende con la
implementación de estos sistemas es la generación de un campo sonoro más
uniforme, para lo cual es necesario que el sonido se refleje de manera aleatoria en
todas las direcciones (Cox & D’Antonio, 2009). Cualquier elemento que rompa la
uniformidad de la pared incrementa la difusion del sonido. Los difusores que
pueden emplearse pueden ser de diferentes tipos pero las dimensiones del
difusor deben ser del mismo orden de la longitud de onda de la frecuencia que se
quiere afectar. Existen diferentes diseños de difusores, los más usados son los
difusores QRD (Cuadratic Residue Difussor), de Schroeder (Reflection Phase
Grating), entre otros. Su funcionamiento está basado en la teoría de interferencia
de las ondas sonoras: Tras penetrar en las ranuras de los difusores, las ondas se
33
radian con diferencias de fase y tiempo, que dependerán de la profundidad del
diseño.
2.3.4.3 Alternativas de aislamiento: Pueden usarse métodos de control tales
como sistemas de paredes simples o paredes dobles. En cuanto a paredes
simples, se consigue la transformación de la energía sonora incidente en energía
dinámica por efecto de la vibración de la pared al incidir la onda sonora. Se puede
conseguir una mayor reducción energética en la medida en que la masa superficial
de la pared sea más alta, al doblar la masa se puede conseguir una reducción de
6dB en aislamiento. En cuanto a paredes dobles, es decir, doble muro con una
distancia de separación, este sistema ofrece un aislamiento mayor al de la pared
simple. Mientras que la pared expuesta a la onda sonora entra en vibración, hace
que la cavidad de aire se comporte como un muelle excitando la segunda pared.
En conjunto, este sistema logra la transformación energética de la onda incidente
en mayor grado, haciendo que la onda sonora pierda su energía. A este sistema
comúnmente se le incluye material absorbente en la cavidad o se le incluyen
resortes de contacto entre ambas superficies, esto puede potenciar enormemente
el efecto de pérdida de energía de la onda.
En cuanto a la transmisión de ruido estructural, el principio de control se basa en
la reducción de la cantidad de energía transmitida por ruido de impacto. Para ello
los sistemas de control involucran materiales elásticos con gran capacidad de
deflexión. Es común la utilización de materiales como cauchos, espumas o
revestimientos plásticos. El principio aplicado para estos sistemas se basa en la
desarticulación de la unión rígida entre las superficies expuestas a la vibración y
los elementos adyacentes. Los sistemas de montaje involucran también un arreglo
de elementos que ayudan a la disipación energética de la onda incidente (Shaw
Arquitectos, 2002).
34
2.3.5 Acústica y comodidad en los espacios de aprendizaje
CONFORT: Habitabilidad y comodidad en los ambientes escolares
El confort en los espacios de aprendizaje va más allá de ser un lujo a ser una
necesidad. Garantizar las condiciones necesarias para desarrollar las actividades
académicas no es solo cuestión de disponer de un recinto para que sea utilizado
por los estudiantes y un docente. Los diferentes espacios escolares deben dar la
oportunidad a todos los que lo ocupan de sentirse frescos en días calurosos,
deben disponer de una cantidad de luz adecuada y deben permitir que la
comunicación al interior se lleve a cabo de forma efectiva.
La integración del confort térmico, lumínico y acústico es muy importante. Estos
tres parámetros deben tratarse con especial cuidado en la fase de diseño y
cualquier descuido en alguno de ellos puede afectar negativamente el desempeño
de los estudiantes y degradar las condiciones laborales de los docentes (Sheng
Wa, 2008).
Disponer de diferentes ambientes escolares con estándares adecuados de confort
es una necesidad básica en espacios que son habitados alrededor de 8 horas
diarias.
2.3.6 Arquitectura bioclimática
En los países en desarrollo, como Colombia, se observa que los costos y
disponibilidad de materiales, junto con la disponibilidad de una fuente de energía
ininterrumpida juegan un papel importante a la hora de diseñar y construir una
institución educativa. Por esto, se buscan diseños que tengan una buena relación
35
costo beneficio, que sean rentables y que consuma la menor cantidad posible de
energía externa (Kumar, 2009).
El modelo arquitectónico que plantea este proyecto involucrará soluciones
acústicas que incorporan conceptos de la arquitectura bioclimática con el fin de
lograr un buen balance entre el confort acústico y los diseños para iluminación y
ventilación. El término bioclimático hace referencia al aprovechamiento de las
condiciones climáticas de un determinado lugar para generar confort al interior de
una construcción en lo posible sin el uso de fuentes de energía diferentes al sol.
La arquitectura bioclimática se adapta al medio ambiente procurando eliminar la
dependencia de energía, aprovechando las condiciones climáticas del entorno
para la consecución de ambientes confortables.
A la hora de realizar una construcción bioclimática deben tenerse en cuenta
algunos factores que permitirán una relación armoniosa de la edificación con el
entorno. De una manera muy general deben determinarse los límites del terreno,
es decir:
Las propiedades vecinas, caminos, vías y demás instalaciones que puedan
tener algún efecto sobre la iluminación o la ventilación de la construcción.
La orientación de la edificación ya que una correcta orientación permitirá el
aprovechamiento de la energía solar y los vientos de una mejor forma para
obtener condiciones de confort térmico y lumínico adecuadas.
La topografía de los terrenos que puedan incidir en el curso de los vientos y
los espacios vegetales que puedan aprovecharse para climatizar los
ambientes.
En suma, un diseño bioclimático depende de las condiciones puntuales donde va
a construirse la edificación y busca aprovechar las condiciones climáticas para
obtener al interior de la edificación ambientes confortables (Jones, 2002).
36
El incluir sistemas de acondicionamiento acústico que permitan un
aprovechamiento de las condiciones de iluminación y ventilación naturales dentro
de las aulas de clase sin necesidad de recurrir al uso de sistemas eléctricos,
además de la utilización de materiales acústicos que ofrezcan las mismas
garantías para el acondicionamiento que los materiales convencionales pero
procesados con base a actividades de desarrollo sostenible para el medio
ambiente, contribuirán a generar un diseño acústico arquitectónico para aulas que
vaya de la mano con las alternativas de eficiencia energética y con los conceptos
de arquitectura bioclimática.
En la ciudad de Medellin se ha generado en los últimos años una tendencia hacia
la construcción con elementos de sostenibilidad. Esta tendencia ha llegado se ha
manifestado también en planteles educativos. Un ejemplo es el Edificio de
Ingenierías de la Universidad EAFIT, en donde la preferencia por la iluminación
natural y la ventilación natural hacen que esta edificación se convierta en un
importante referente sobre la aplicación de principios bioclimáticos para una
construcción con fines educativos. Una foto del edificio se aprecia en la Fig. 2.5.
Fig. 2.5. Edificio de Ingenierías de EAFIT (Imagen tomada de http://www.eafit.edu.co/)
37
Otro ejemplo de cómo los principios bioclimáticos se han ido integrando a la
construcción de planteles educativos son los jardines infantiles del programa Buen
Comienzo. Este programa busca brindar una formación integral a los niños de
bajos recursos de la ciudad de Medellín, con el propósito de cumplir un acuerdo de
la Asamblea Nacional por la Educación de garantizar la gratuidad y el acceso a la
educación para los niños y niñas entre los 0 y los 6 años. Los diseños de estos
jardines favorecen la ventilación y la iluminación natural, junto con una integración
entre las aulas y la naturaleza.
Fig. 2.6. Jardín infantil Buen Comienzo en Moravia (Imagen tomada de http://www.edu.gov.co/)
2.3.6.1 Estrategias de ventilación pasiva
El propósito de los sistemas de ventilación natural es garantizar la renovación de
aire al interior de las edificaciones para propósitos de comodidad térmica y de
expulsión de aire viciado. El efecto de renovación del aire al interior se produce
por los cambios de temperatura y presión de las masas de aire al incidir sobre el
edificio. Es importante mencionar que para efectos de renovación de aire, el
diseño de los sistemas de ventilación debe considerar el hecho de que el aire
caliente es menos denso que el aire frío y por tanto, las masas de aire caliente se
38
distribuyen en las partes altas de los cuartos como se ve en la Fig 2.7 (AChEE,
2012).
Fig. 2.7. Renovación del aire al interior por el cambio de temperatura
Existen tres métodos de ventilación natural: Ventilación simple lateral, ventilación
cruzada y ventilación mediante chimeneas de viento o captadores. La ventilación
simple consiste en una única abertura que permite la entrada de aire fresco y
desaloja el aire viciado, no es muy efectiva para cubrir uniformemente áreas de
planta grandes, puede generar turbulencias fuertes en temporadas de verano lo
que produce vientos indeseados. La ventilación cruzada se genera a partir de
aberturas dispuestas en la fachada frontal y posterior, este sistema produce en la
parte expuesta donde actúa el viento una zona de presión positiva y en la parte
posterior una zona de presión negativa o descompresión, así se garantiza el flujo
del aire en el interior (Yarke, 2005). Un ejemplo se ven el a Fig. 2.8.
Fig. 2.8. Funcionamiento de la ventilación cruzada
39
El sistema de ventilación mediante captadores de viento se basa en las
densidades propias del aire caliente y frío para proporcionar el flujo de aire. A
medida que el aire se calienta sube por efecto de la disminución de su densidad,
este aire es expulsado por medio del sistema y se reemplaza por aire frío exterior
que es más denso y por tanto, tiende a distribuirse en la parte baja del cuarto. Este
sistema funciona muy bien en situaciones donde el aire exterior se encuentra a
menor temperatura que el aire interior en al menos 2ºC. La Figura 2.9 explica
estos tres sistemas de forma sencilla (Yarke, 2005).
Fig. 2.9. Sistemas de ventilación natural
2.3.6.2 Recomendaciones para construcciones que incluyan ventilación
natural
El diseño de sistemas de ventilación natural debe realizarse desde la etapa inicial
de planeación del edificio, ya que los componentes de la edificación pueden
obstruir el flujo de aire o desviarlo. Para realizar un diseño adecuado de un
sistema de ventilación natural debe buscarse que el sitio de construcción permita
obtener el mayor flujo de aire respecto a las condiciones topográficas y los
edificios aledaños (Etheridge, 2012).
Para construcciones en zonas urbanas es conveniente que el edificio se ubique lo
más lejos posible de otros edificios colindantes. En caso de que esto no sea
posible, debe planearse la ubicación del edificio teniendo en cuenta que el eje
longitudinal de la construcción esté ubicado entre 45 º y 90º respecto a la dirección
40
del viento en climas cálidos. En caso de que las condiciones del sector no
permitan una ubicación correcta, el edificio debe erigirse lo más alto posible con el
fin de captar los flujos de aire por encima de las edificaciones circundantes
(Bustamante, 2009). Una práctica usual es el uso de la vegetación, como arbustos
o árboles que emplazados de manera controlada pueden ayudar a encauzar las
corrientes de viento hacia las fachadas de las edificaciones. La vegetación genera
efectos de refrigeración en la medida en que ésta actúa como sombrero y a la vez
absorbe el calor contenido en el aire, produciendo un enfriamiento significativo del
mismo (Yarke, 2005).
Otro aspecto importante para el diseño es la forma del techo, la cual modifica los
remolinos de viento descendentes en las partes superiores de los edificios. Un
techo plano o con pendientes menores a 15º genera presiones negativas sobre
toda la superficie produciendo un efecto de succión en cualquier abertura que se
construya a nivel. Techos con pendientes mayores a 15º generan una presión
positiva de viento lo que facilitaría en cualquier abertura a nivel la entrada de aire.
En el caso de techos a dos aguas, si estos tienen inclinaciones menores a 21º se
generan presiones de viento negativas en su totalidad y si son pendientes
mayores a 21º, se produce una presión positiva en la cara expuesta a la corriente
y una presión negativa en la cara opuesta. El uso de salientes de techo favorece el
incremento de presiones positivas en aberturas ubicadas en las paredes laterales
generando un aumento en el flujo de aire entrante a la edificación (Yarke, 2005).
Para diseñar sistemas de ventilación que permitan una comodidad térmica interior
y sensación de frescura, se recomienda ubicar las aberturas de ventilación a la
altura de las personas o distribuidas de tal forma que sea más fácil la salida de
aire caliente en la parte alta y la entrada de aire fresco en la parte baja, usando
preferiblemente sistemas de ventilación cruzada, las cuales pueden estar
apoyadas por otro tipo de sistemas. Existe un efecto de flujo de aire denominado
efecto jet que puede en determinado caso servir para generar enfriamiento
41
estructural. Este efecto se da cuando la abertura de ventilación expuesta a la
corriente de viento se abre cercana a una de las paredes laterales. Esto produce
que el flujo de aire entrante realice un barrido sobre las superficies interiores hasta
el punto de salida, facilitando el enfriamiento del recinto superficialmente. Para los
recintos donde se requiera mayor distribución de aire y de cobertura uniforme, es
recomendable usar áreas de abertura de entrada de aire menores a las áreas de
salida (Campos Rivas, 2012), (Yarke, 2005).
2.4 ESTADO DEL ARTE
El estudio de la acústica en las aulas de clase es un tema que se ha venido
tratando con mayor intensidad en diferentes países durante los últimos años
(Trombetta Zannin & Marcon, 2007). El interés por este tema está orientado a
comprender los problemas acústicos típicos que en estos recintos se producen y
encontrar soluciones que favorezcan a la comunicación bidireccional que allí se
presenta. Un aula bien diseñada tiene en cuenta diferentes parámetros acústicos
que facilitan la escucha y mejoran la experiencia de aprendizaje (Kumar, 2009).
Los parámetros acústicos más representativos que permiten saber si un aula se
encuentra en condiciones óptimas son el tiempo de reverberación y el ruido
exterior que incide sobre el aula, este último parámetro conocido como el ruido de
fondo medido en el lugar (Trombetta Zannin & Zanardo Zwirtes, Evaluation of the
acoustic performance of classrooms in public schools, 2009).
Mediciones de diferentes estudios han demostrado que los altos niveles de ruido
de fondo y prolongados tiempos de reverberación son resultados comunes en
estos espacios, lo que dificulta un buen desempeño académico y la labor docente
en general (Sala & Viljanen, 1995). Estudios realizados en 6 escuelas públicas de
Curitiba, Brasil mostraron que los niveles de ruido superan los 65 dB y los tiempos
42
de reverberación son mayores a 1 segundo (Trombetta Zannin & Zanardo Zwrites,
2008). Lo anterior también es consecuencia del bajo nivel de aislamiento al ruido
exterior que poseen las aulas estudiadas. Detalles como puertas delgadas,
aberturas de ventilación fijas, ventanas mal terminadas y rotas logran que el aula
sea vulnerable frente a las diferentes fuentes de ruido como el proveniente de los
pasillos, patios, aulas adyacentes y el entorno donde se encuentra la institución
educativa.
Los diferentes problemas que se presentan en estos espacios están afectando de
forma importante el desempeño académico, puesto que estudiantes expuestos a
mayores niveles de ruido tienen mayor dificultad para concentrarse (Ali, 2013). Un
aula en la cual la inteligibilidad es pobre repercute de manera negativa en los
estudiantes generando problemas para ejecutar tareas de comprensión y
memoria, y dificultando el desarrollo del lenguaje en los niños.
Los problemas de ruido y altos tiempos de reverberación provocan una
disminución de la inteligibilidad de la palabra. Una investigación en South China
University of Technology concluyó que para mejorar la escucha, el aprendizaje y el
ambiente de enseñanza es necesario que existan criterios de construcción y
diseño acústico que disminuyan el ruido de fondo generado por diferentes fuentes
de ruido como sistemas de ventilación, el ruido de tráfico aéreo y vehicular y el
entorno en general (Jianxin, 2009). El uso de ventiladores en aulas altamente
susceptibles al ruido, es decir, con mínimos niveles de aislamiento, son
características suficientes para que el espacio sea inadecuado para tareas
académicas (Mydlarz & Conetta, 2012)
La situación se ha convertido además en un problema de salud ocupacional en el
gremio de la docencia debido a que los profesores deben elevar el nivel de la voz
constantemente para superar el ruido y poder hacerse escuchar entre sus
alumnos. Esto trae consigo fatiga vocal, problemas en cuerdas vocales e
43
irritabilidad (Cardoso Sampaio, 2012). La diferencia entre el nivel de ruido de
fondo y el nivel de presión sonora radiado por la voz debe ser mayor que 5 dB
para que el cerebro tenga la capacidad de distinguir las dos señales, por lo cual,
en aulas susceptibles al ruido los docentes deben incrementar la voz hasta un
nivel muy elevado (Cantor Cutiva, Vogel, & Burdorf, 2013).
Otro estudio en Brasil realizó una encuesta a 1035 estudiantes y 80 docentes,
estos últimos evaluaron en una escala de cero a tres, indicando puntajes mayores
o iguales que dos en aspectos como fatiga general, incremento del nivel normal de
la voz y fatiga vocal, dolor de cabeza e irritabilidad. El 83% de los alumnos
encuestados indicó que el ruido molesto se encontraba al interior del salón, lo cual
hace referencia a la reverberación (Trombetta Zannin, Zanardo Zwrites, & Marcon
Passero, 2012).
Esta última cifra confirma que el ruido en aulas no debido únicamente a problemas
del entorno, sino que también se debe a la falta de un buen acondicionamiento
acústico interior como lo muestra un estudio realizado en Copenhague
(Kristiansen, 2011) que concluyó que docentes que desempeñaban su función en
aulas con tiempos de reverberación elevados suelen ser menos pacientes y poco
amigables con los estudiantes. Los estudiantes presentaban problemas para la
ejecución de tareas que implicaban concentración y comprensión lectora. }
Una consideración de diseño importante es el volumen del aula, el cual está ligado
totalmente al tiempo de reverberación, pero también a un parámetro que puede
ser crítico, como lo es la distancia docente-estudiante. Este parámetro sumado a
condiciones desfavorables de inteligibilidad y ruido traen como consecuencia que
el mensaje oral se vea degradado al punto de no ser comprensible y en algunos
casos ni siquiera audible (Everest, 2001)
En Colombia, un estudio de seguridad ocupacional realizó mediciones de ruido y
44
reverberación en la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. Se concluyó
que las condiciones acústicas de 25 aulas de la universidad eran deficientes y
entorpecían la labor docente, generándoles problemas de salud y en
consecuencia afectando todo el proceso pedagógico (Cantor & Muñoz, 2009).
En el ámbito colombiano, la norma que rige los parámetros de construcción de
espacios de enseñanza es la NTC 4595 “Ingeniería Civil y Arquitectura,
Planeamiento y Diseño de Instalaciones y Ambientes Escolares”. Esta norma
posee un pequeño apartado denominado “Comodidad Auditiva” el cual es muy
corto, impreciso en conceptos y sugiere valores que se consideran poco estrictos
respecto a normativas internacionales. Por ejemplo, para el ruido de fondo la
norma colombiana sugiere niveles entre 40 y 45 dBA mientras que un valor de 35
dBA es recomendado por la norma americana (ANSI/ASA S12.60-2010/Part1,
2010) o la organización mundial de la salud (World Helath Organization, 1999).
3. METODOLOGÍA
Inicialmente este proyecto de investigación plantea las condiciones iniciales bajo
las cuales se va a desarrollar el modelo arquitectónico escolar, siguiendo una
metodología similar a la recomendada en (Instituto Nacional de la Infraestructura
Física Educativa, 2011). Primero se determina la cantidad de estudiantes que va a
albergar la institución, el número de espacios que debe llevar la infraestructura y
las dimensiones físicas de cada espacio según lo dispuesto en la norma NTC
4595 (Ministerio de Educación Nacional, 2006), y en la forma en que se debe
abordar un proyecto de infraestructura escolar según la Guía Técnica Colombiana
GTC 223 (ICONTEC, 2011). Posteriormente se describen las características
climáticas normales de la ciudad de Medellín, ciudad en la cual se va a aplicar el
modelo. Finalmente se establecen las condiciones de ruido de la zona buscando
representar una situación común en la ciudad. En esta parte del proyecto es
45
necesario definir el tipo de infraestructura que llevarán los bloques y el diseño
general de la institución. Para esto se utilizan herramientas de diseño asistido por
computador, como el software AutoCAD y el software SketchUp.
Luego de tener todo lo anterior definido, se procede a realizar el diseño de
ventilación para los espacios. En este paso es necesario considerar las
dimensiones que se proponen en la NTC 4595 para comodidad térmica en
términos de caudal y renovación de aire. Seguidamente se hace una búsqueda de
las alternativas en sistemas de ventilación natural que ofrezcan métodos para el
control de ruido entre exteriores e interiores. Posteriormente se hace la
descripción de los métodos de ventilación seleccionados que permitan aplicarse a
las características del proyecto de infraestructura escolar y las condiciones
climáticas de la ciudad (IDEAM, 2005). Además se realiza el modelo de ventilación
para cada espacio buscando que se cumplan los criterios para ventilación. Para
ello se usan diferentes herramientas como fórmulas matemáticas para ventilación
natural y la herramienta de cálculo en Excel para ventilación natural de la División
de Ciencias y Artes desarrollada por la Universidad Autónoma Metropolitana de
México .
El paso a seguir es la implementación de los sistemas de control de ruido que
permitan obtener al interior de los recintos los criterios de ruido de fondo máximos
para el desarrollo de las actividades de enseñanza-aprendizaje. En esta etapa es
necesario realizar el planeamiento de la ubicación de los recintos y los bloques
respecto a las principales fuentes de ruido de la zona y del interior del colegio.
Para ello se realiza un análisis de la utilidad de los espacios y se clasifican según
sus niveles de tolerancia y emisión de ruido como se propone en Guía de Diseño
Británica BB93 (Departament for Education UK, 2004). A la vez se analiza el
aporte de ruido producto de las vías circundantes a la institución que afectan a las
fachadas de los bloques, para lo cual se utiliza el software de predicción de ruido
ambiental CadnaA. Se realiza el control de ruido de las superficies para conseguir
46
el aislamiento acústico necesario usando el software para aislamiento INSUL. Esta
etapa tiene como finalidad obtener niveles de ruido de fondo apropiados para
espacios de aprendizaje conservando las áreas de ventilación e iluminación que
se proponen en la norma NTC 4595. Esto con el propósito de obtener un
equilibrio entre comodidad acústica, térmica y lumínica dentro del modelo
propuesto.
Posteriormente se realiza el proceso de acondicionamiento acústico. Este proceso
involucra realizar el análisis de los recintos con las condiciones obtenidas
después de implementado el aislamiento a ruido. Para ello se usa el software
CATT-Acoustic y se modelan los 4 espacios principales que describen las
características de la infraestructura completa de la institución. Los espacios
seleccionados son: Un aula de preescolar, un aula de básica y media
(bachillerato), la biblioteca y el aula múltiple. Mediante el software se hace un
análisis de las condiciones en cuanto a tiempo de reverberación, claridad,
definición, distribución de modos normales y niveles de presión sonora en el
espacio. Según los resultados obtenidos se procede a plantear las soluciones
acústicas para lograr los criterios recomendados en espacios escolares con el fin
de conseguir el mejor desempeño acústico y siguiendo las recomendaciones de
construcción de la norma BB93 (Departament for Education UK, 2004) y la norma
ANSI S12.60 (ANSI/ASA, 2010). La evaluación de los resultados se realiza
incluyendo las características de las soluciones dentro del software CATT-Acoustic
para cada espacio, hasta el momento en que se logren los valores recomendados
en cada parámetro y cada aula con las soluciones implementadas.
Finalmente se elabora el documento que contiene el modelo completo de la
infraestructura escolar. En este documento se incluyen planos de las soluciones,
diseños de cada etapa para cada espacio y las propuestas constructivas para el
mejoramiento de las condiciones acústicas y de aislamiento que se conjuguen de
la mejor forma con los sistemas para ventilación e iluminación propuestos.
47
Fig.3. Metodología.
4. DESARROLLO
4.1 DESCRIPCION DEL CASO DE ESTUDIO
Se propone el diseño de una Institución Educativa (I.E) dotada con los ambientes
escolares básicos sugeridos por la normativa nacional y se ubica en un contexto
urbano para simular una situación común que sea de aplicación para la ciudad de
Medellín. El objetivo es proporcionar el confort acústico en todos los espacios
teniendo como reto el uso predominante de la ventilación e iluminación natural,
siendo estas componentes propios de las construcciones sustentables y eficientes
48
energéticamente. Se evalúan las particularidades presentes en el diseño antes y
después del tratamiento acústico y el control de ruido.
La planeación de un proyecto de infraestructura escolar siempre se verá afectado
por diferentes variables, algunas como el tamaño del predio disponible y el
presupuesto incidirán definitivamente sobre los espacios y servicios que la futura
Institución Educativa pueda ofrecer. Para la realización de un plan de
infraestructura escolar se requiere un estudio de las tendencias demográficas de
la zona, evaluar la cobertura de la red de servicio escolar, establecer un número
de población que usará el servicio, y diversos estudios de planeación que definirán
los pasos para la ejecución del proyecto como lo sugiere la GTC 223 (ICONTEC,
2011).
La Fig. 4.1 muestra las 3 fases principales que se tienen en cuenta al momento de
planear la construcción de una institución educativa (I.E).
Fig. 4.1. Fases para la planeación de una I.E. Fuente: GTC 223 (ICONTEC, 2011).
Por lo mencionado anteriormente, se hace claridad sobre el modelo que se va a
desarrollar, el cual partirá de unas condiciones iniciales básicas para efectos de
aplicación prácticos. Esto buscará recrear un caso hipotético que podría
presentarse en el momento de planear y diseñar una I.E. y que sirve como
49
ejemplo ilustrativo para la aplicación de conceptos y principios que se dieron
anteriormente sobre cómo mejorar el desempeño acústico conservando los
principios de la ventilación natural y la iluminación.
Es importante aclarar que el caso de estudio se desarrolla haciendo énfasis en los
recintos críticos que requieren de mayor acondicionamiento y control acústico
según su utilidad, principalmente en aquellos donde la transmisión de la palabra
es más importante, como son las áreas de estudio individual y áreas de trabajo
grupal asistido. Los espacios que son considerados de carácter opcional por la
norma NTC 4595 como son: restaurantes, cafeterías, foros o teatros, aulas de
música, coliseos, oficinas, baños entre otros espacios, no son tratados en el caso
de estudio.
4.1.1 Planteamiento de las condiciones iniciales de la zona de influencia del
proyecto
La siguiente información indica las condiciones iniciales para el caso de estudio y
sobre las cuales se tomaran decisiones que se encuentren a favor de la
integración de los niveles de confort visual, térmico y acústico.
4.1.1.1 Predio y entorno
Se tiene a disposición un predio de 15000m² para dar cobertura a una población
de 500 estudiantes en doble jornada, incluyendo preescolar, secundaria y media
académica (edades entre 3 – 16 años). En la zona predomina el ruido de tráfico
automotor ya que el predio se encuentra rodeado por 3 calles y sus alrededores
son de carácter residencial. En el plan de infraestructura se ha decido que el
proyecto disponga de los espacios físicos principales enunciados posteriormente
50
los cuales adoptarán las dimensiones que propone la NTC 4595. La Fig. 4.2
muestra la ubicación del predio en el sector.
Fig. 4.2 Predio otorgado para la construcción de la I.E
4.1.1.2 Vías circundantes
Las vías se encuentran construidas en hormigón asfáltico y sobre ella se tienen los
datos que se describen en la Tabla 4.1. Estos datos se proponen basados en un
estudio de aforo vehicular realizado en la ciudad sobre 1 via principal y una
secundaria (Infraestructura y Obras Públicas de Medellín, 2011).
Tabla 4.1: Descripción de las vías del sector.
TIPO DE VIA
AFORO (vehículos/día)
Vel. Máx (Km/h)
Vía principal 20000 80 km/h
Vía secundaria
4000 60 Km/h
Vía terciaria 2000 30 km/h
51
4.1.1.3 Condiciones climáticas de la zona
Se analizan las condiciones ambientales de la ciudad de Medellín ya que sobre
estas debe realizarse el diseño de la ventilación. Los datos climatológicos de la
ciudad que son más útiles para el caso se encuentran en la Tabla 4.2.
Tabla 4.2: Datos Climatológicos de Medellín
Precipitación promedio (mm) 1656
Días de lluvia promedio al año 215
Temperatura media (°C) 22
Temperatura mínima media (°C) 16.4
Temperatura máxima media (°C) 28
Humedad Media (%) 68
Velocidad media del viento (metros/segundo) 1.6
Dirección predominante del viento Norte
Fuente: Atlas climático de Colombia (IDEAM, 2005)
4.1.1.3.1 Clasificación climática de la ciudad de Medellín
La clasificación climática es necesaria para definir las áreas efectivas de
ventilación e iluminación que deben tener los diferentes espacios del modelo
arquitectónico.
La NTC 4595 establece diferentes áreas para los siguientes tres tipos de clima:
Clima moderado, frío y templado: Temperatura que fluctúa entre 5°C y
22°C con variaciones marcadas entre el día y la noche y humedad relativa
que oscila entre 40% y 60%.
52
Clima cálido seco: Temperatura que fluctúa entre 5°C y 35°C con cambios
muy acentuados de temperatura en el día y la noche y humedad relativa
entre 10% y 60%.
Clima cálido húmedo: Temperatura que fluctúa entre 22°C y 32°C, que se
mantiene relativamente constante durante las 24 horas del día y humedad
relativa que está entre 65% y 95%
Con los datos de la Tabla 4.2 que se dieron en las condiciones iniciales no es
posible ubicar a Medellín en alguna de las 3 clasificaciones. Es necesario abordar
otro análisis para poder definir la clasificación climática de la ciudad.
Clasificación de Caldas: Considera la variación de la temperatura respecto a la
altitud (pisos térmicos). Esta clasificación es exclusiva para el trópico americano.
La Tabla 4.3 muestra esta clasificación. En la clasificación de Caldas se puede
ubicar a Medellín en el piso térmico templado.
Tabla 4.3. Clasificación de Caldas
Piso
Térmico
Rango de altura
(metros)
Temperatura
(°C)
Variación de la altitud por condiciones
locales
Cálido 0 a 1000 T 24 Límite superior
Templado 1001 a 2000 24 > T Límite superior 500
Límite inferior 500
Frío 2001 a 3000 17.5 > T Límite superior 400
Límite inferior 400
Páramo Bajo 3001 a 3700 12 > T
Páramo Alto 3701 a 4200 T < 7
53
Para corroborar esta clasificación se realiza otro análisis en el cual se tiene en
cuenta la humedad relativa y la velocidad promedio del viento. Esta es la fórmula
de Leonardo Hill y Morikofer – Davos. (IDEAM, 2005) para obtener el índice de
confort (IC).
Para el caso de Medellín se usa la Ecuación 6, la cual se utiliza para elevaciones
entre 1000 y 2000 metros sobre el nivel del mar
IC = (34.5 - ts ) (0.05 + 0.06 v+ h/180) (6)
Donde:
IC = índice de confort
ts = temperatura del aire en grados Celsius (°C)
v = velocidad del viento en metros por segundo (m/s)
h = humedad relativa en porcentaje (%)
Según los análisis del IDEAM (IDEAM, 2005). Medellín posee un IC entre 7 y 11
que lo califica como agradable. Con estas comprobaciones se recomienda asumir
las áreas para ventilación e iluminación que recomienda la NTC 4595 para climas
moderado, frio y templado. La Tabla 4.4 muestra la valoración subjetiva para cada
rango del IC.
Tabla 4.4. Valoración del índice de Confort
IC Sensación Experimentada
0 a 3 Incómodamente caluroso
3 a 5 Caluroso
5 a 7 Cálido
7 a 11 Agradable
11 a 13 Algo Frío
13 a 15 Frío
Más de 15 Muy Frío
54
Según el IDEAM, en la ciudad de Medellín la dirección del viento es norte en la
mayor parte del año, como se ve en la Fig. 4.3. Por tal motivo se debería planear
la ubicación de los bloques de forma que el eje longitudinal de la construcción esté
ubicado a 45º aproximadamente respecto a la dirección del viento y así facilitar el
flujo de aire en las edificaciones para el modelo de ventilación natural.
Fig. 4.3. Estadísticas de vientos en Medellín. Fuente: IDEAM
4.1.2 Planteamiento de la infraestructura física del modelo
4.1.2.1 Selección del modelo arquitectónico
Existen 2 modelos arquitectónicos básicos para infraestructura escolar como se ve
en la Fig. 4.4. Uno de ellos es el de corredor central con salones a ambos lados y
el otro es el de aula-corredor. La selección entre uno y otro dependerá de
diferentes situaciones.
55
Fig. 4.4. Tipos de modelos arquitectónicos
El modelo de corredor central aunque permite un aprovechamiento más efectivo
del terreno en casos donde el diseño arquitectónico se deba erigir en un único
bloque, es poco favorable para los sistemas de ventilación natural y requiere un
mayor control de ruido en los espacios de circulación. El compuesto por bloques
independientes de aulas como aula corredor permite realizar una mejor planeación
y distribución de los espacios y es más conveniente para la ventilación natural.
Debido a lo anterior se decide para este caso de estudio seleccionar el modelo
aula corredor, ya que es primordial realizar una planeación sobre la distribución de
los espacios por el entorno ruidoso y favorecer la ventilación natural.
4.1.2.2 Ambientes escolares
La cantidad de ambientes escolares serán los demandados por el Proyecto
Educativo Institucional como lo indica NTC 4595 en su sección 3.3 Como requisito
en este caso de estudio (Ministerio de Educación Nacional, 2006), la I.E debe
56
contar al menos con los siguientes ambientes escolares para suplir las
necesidades para una población de 500 estudiantes:
Prejardín
Jardín
Transición
Primaria
Básica Secundaria y media
Biblioteca
Sala de Sistemas
Laboratorio Integrado
Aula Múltiple
4.1.2.3 Dimensiones y áreas de los espacios
Para definir el área de las aulas y la cantidad de las mismas con una demanda de
500 estudiantes, se usa la tabla A.1 del anexo A de la NTC 4595. También de esta
misma norma se toman las áreas para iluminación y ventilación requeridas para
cada tipo de espacio y según la clasificación climática de la ciudad obtenida en el
numeral 4.1.1.3.
En la Tabla 4.5 se exponen el número de estudiantes por cada aula, las áreas de
ventilación e iluminación propuestas en la NTC 4595 y algunos comentarios
referentes a las estrategias de construcción.
57
Tabla: 4.5. Planeamiento físico de los ambientes según su función y las recomendaciones
contenidas en la norma NTC4595.
4.1.2.4 Distribución de los espacios respecto a los niveles de emisión y
tolerancia al ruido
Con los espacios ya definidos se realiza una evaluación sobre los lugares más
sensibles al ruido, la cual se puede observar en la Tabla 4.6.
Tipo de
Ambiente
Número de
estudiantes Cantidad
Área
planta
en m²
Altura
en m
Área para
iluminación
m²
Área para
ventilación
m²
Comentarios
Pre-jardín 15 2 30 2,5 6 2 Las puertas
deben tener
un ancho
mínimo de
0,8m. Los
corredores
deben tener
un ancho
mínimo entre
1,2m a 1,8m.
Los ambientes
de preescolar
deben
ubicarse en
los niveles de
acceso,
básica 1° y 2°
nivel,
secundaria y
media, sin
restricción
hasta 4° nivel.
Jardín 20 2 40 2,5 8 2.5
Transición 30 1 60 2,5 12 4
Primaria 30 5 52,5 3 10,5 3
Básica
secundaria
y media
30 6 52,5 3 10,5 3
Biblioteca 100 1 240 3,5 48 16
Sala de
sistemas 40 1 88 3 17,6 6
Laboratorio
integrado 40 1 92 3 18,4 6
Taller de
arte 40 1 120 3 24 8
Aula
múltiple 170 1 238
5.8
47,6 16
58
Tabla 4.6. Niveles de emisión y tolerancia según el uso de los espacios. (Departament for
Education UK, 2004)
Tipo de espacio
Clasificación de los ambientes según el nivel de emisión y
tolerancia
Actividad ruidosa (Emisor) Tolerancia al ruido (Receptor)
Pre jardín Promedio Baja
Jardín Promedio Baja
Transición Promedio Baja
Básica primaria, básica secundaria y
Media Promedio Baja
Bibliotecas Baja Baja
Salas de Sistemas Promedio Media
Laboratorio integrado Promedio Media
Talleres de arte Promedio Media
Aulas múltiples Alta Baja
Corredores y espacios de circulación Promedio-Alta Alta
Oficinas Promedio Media
Servicios sanitarios Promedio Alta
Campos deportivos Alta Alta
De la Tabla 4.6 se puede deducir que el aula múltiple y los campos deportivos
deben estar lo más retirados posible de los salones al ser espacios donde pueden
producirse altos niveles de ruido.
4.1.2.5 Conformación de los bloques de aulas y ubicación respecto a las vías
aledañas
Teniendo en cuenta lo anterior y por seguridad como lo recomienda la NTC 4595
se decide construir un bloque de un solo nivel para las aulas de preescolar (jardín,
pre jardín y transición). Otro bloque de dos pisos en un área separada para
primaria y bachillerato, en el primero y segundo nivel respectivamente. Un tercer
bloque conformado por biblioteca en el primer nivel y aula de sistemas, laboratorio
y aula de artes inmediatamente encima de esta. El aula múltiple, las zonas de
59
recreación y los espacios auxiliares (oficinas, almacenamiento, entre otros) junto a
los demás bloques deben ser ubicados en el predio según la tolerancia al ruido
descrita en la columna derecha de la Tabla 4.6.
(a)
(b)
(c)
(d)
Fig. 4.5. (a) Bloque de preescolar, (b) bloque de básica y media (primaria y
bachillerato), (c) biblioteca y aulas auxiliares, (d) aula múltiple.
Al encontrarse el predio rodeado por tres calles y teniendo en cuenta el aforo de
cada vía, se planifica la ubicación de los espacios escolares dentro del predio
según sus niveles de tolerancia y emisión de ruido como puede verse en la Fig.
4.6.
60
Fig. 4.6. Ubicación de los bloques dentro del predio
Preescolar considerándose como el ambiente pedagógico más sensible al ruido es
ubicado lejos de la vía principal, un bloque de espacios auxiliares es puesto
paralelo a la calle para que sirva de pantalla y de forma intencional también se ha
ubicado la zona deportiva en la parte lateral derecha para generar la mayor
distancia posible entre la vía principal y las aulas.
Una de las caras del bloque de primaria/bachillerato ha quedado expuesta a la vía
con menor aporte de ruido, cualquier otra orientación aumentaría los
requerimientos de aislamiento acústico. En la Fig. 4.7. se puede ver mejor la
ubicación respecto a las vías.
61
Fig. 4.7. Ubicación de los diferentes ambientes pedagógicos respecto a las vías
4.2 SISTEMA DE VENTILACIÓN PASIVA
4.2.1 Selección del modelo de ventilación
El confort térmico al interior de los diferentes ambientes pedagógicos es muy
importante para que las actividades académicas se desarrollen normalmente. Las
condiciones térmicas de Medellín permiten optar por un modelo de ventilación
cruzada que favorece la renovación del aire al interior de los espacios de forma
más eficiente. La Fig. 4.8 muestra el concepto de un sistema de ventilación
cruzada el cual incluye orificios de entrada de aire inferiores y de salida de aire
superiores.
62
Fig. 4.8. Forma de funcionamiento de la ventilación cruzada
Dentro del sistema de ventilación se hará uso de rejillas acústicas para lograr los
requerimientos de comodidad térmica interior buscando el control de ruido en sus
ductos para que no se constituyan en caminos directos de transmisión de ruido.
Debido a las dificultades encontradas en los sistemas de ventilación usuales de la
infraestructura escolar. No se consideran sistemas de ventilación a través de
ventanas ni otras aberturas ya que estas serían caminos directos de transmisión
de ruido aéreo.
Para el modelo acústico arquitectónico planteado en este proyecto, las ventanas
solo se usarán para cumplir requerimientos de iluminación natural. El uso de
captadores de viento bidireccionales también ayudará a la renovación del aire en
los diferentes espacios y se placarán según las dimensiones de los ambientes. La
propuesta del modelo de ventilación para el proyecto arquitectónico se puede ver
en la Fig. 4.9 y se muestra un ejemplo ilustrativo en la Fig. 5.
63
Fig. 4.9. Propuesta para la ventilación de los diferentes espacios en la que se conjugan
captadores de viento y rejillas de ventilación.
Fig. 5. Diseño de ventilación pasiva para el auditorio. Se muestran las rejillas bajas para
entrada de aire, rejillas altas para salida de aire, y captadores de viento en el techo.
64
Para el caso de los bloques conformados por dos plantas el sistema es el mismo,
pero se utilizarán ductos que partirán desde el techo falso de los recintos ubicados
en la planta baja con el fin de conducir el aire desde y hacia los captadores. Las
áreas de entrada y salida de aire propuestas para el modelo se muestran en la
Tabla 4.7 y se hacen con referencia a las áreas propuestas en la norma NTC
4595.
Tabla 4.7. Áreas de entrada y salida de aire, y numero de elementos para ventilación
seleccionados en cada espacio del modelo arquitectónico.
Tipo de
Ambiente
Área de
entrada de aire
en m² NTC
Área de salida
de aire en m²
NTC
Área para
ventilación
total en m²
Número de
Rejillas
acústicas para
el modelo
Número de
Captadores de
viento
Pre-jardín 0,9 0,9 1,8 8 0
Jardín 0,9 1,7 2,6 12 2
Transición 1,4 2,2 3,6 16 3
Primaria 0,9 1,3 2,2 10 1
Básica
secundaria y
media
0,9 1,3 2,2 10 1
Biblioteca 4,1 7,0 11,1 52 0
Sala de
sistemas 1,3 1,7 3,0 14 2
Laboratorio
integrado 1,3 1,7 3,0 14 2
Taller de arte 1,9 1,7 3,6 17 2
Aula múltiple 4,0 6,4 10,4 48 6
4.2.2 Estimación del caudal de aire según las áreas de ventilación
Para el cálculo de caudal por estudiante en litros por segundo se usa la Ecuación
7 propuesta para ventilación cruzada y ventilación en stack de Víctor Oglyay en el
65
libro “Arquitectura y clima” y la herramienta de cálculo en Excel publicada por la
Universidad Autónoma Metropolitana de México para cálculo de ventilación.
)sin(597.0 AvefrQ (7)
Donde
Q caudal de aire en m³/s
Ve velocidad del viento local en m/s
A área de abertura de entrada
fr factor de relación de áreas de salida y entrada (Tabla 4.8).
Tabla 4.8 para la determinación del factor fr.
Relación de aberturas fr
Salida Entrada As/Ae
1,00 4 0,25 0,343
1,00 2 0,50 0,632
3,00 4 0,75 0,849
1,00 1 1,00 1,000
1,25 1 1,25 1,104
1,50 1 1,50 1,177
1,75 1 1,75 1,228
2,00 1 2,00 1,265
2,25 1 2,25 1,292
2,50 1 2,50 1,313
2,75 1 2,75 1,329
3,00 1 3,00 1,342
Para efectos de cálculo con rejillas de ventilación y captadores de viento se usa
una velocidad del viento incidente de 1.2m/s (reducción del 25% en la velocidad
del viento, debido a las láminas horizontales de la rejilla que bloquean el paso de
aire), un ángulo de incidencia de 45º y las áreas libres efectivas de ventilación. Los
valores se calculan usando la Ecuación 7, Los resultados del caudal por persona
se encuentran en la Tabla 4.9.
66
Tabla 4.9. Caudal por persona en cada aula de clase.
Tipo de
Ambie
nte
Dimensi
ones de
los
recintos
(m)
Nº de
estudia
ntes
Área
s de
entr
ada
de
aire
en
rejill
as
(m²)
Áre
as
de
sali
da
de
aire
en
rejill
as
(m²)
Área
de
entra
da de
aire
en
capta
dor
(m²)
Área
de
salid
a de
aire
en
capta
dor
(m²)
Q por
estudi
ante
(l/s),
ventila
ción
cruzad
a con
rejillas
Q por
estudi
ante
(l/s)
ventila
ción
con
captad
ores
Q total
de
ventilaci
ón
(l/s/estud
iante)
Q
(l/s/pers
ona)
según
ASHRA
E
Q
(l/s/pers
ona)
según
BB101
Pre-
jardín 6x5x2,5 15 0,46 0,46 0,02 0,02 15,5
0
16 5 a 7,5 8 a 12
Jardín 8x5x2,5 20 0,46 0,91 0,04 0,04 14,7 0,9 16 5 a 7,5 8 a 12
Transic
ión
12x5x2,
5 30 0,7 1,15 0,06 0,06 14,3 0,90 15 5 a 7,5 8 a 12
Primari
a 8x6,5x3 30 0,46 0,7 0,02 0,02 9,2 0,30 10 5 a 7,5 8 a 12
Básica
secund
aria y
media
8x6,5x3 30 0,46 0,7 0,02 0,02 9,2 0,30 10 5 a 7,5 8 a 12
Bibliot
eca
20x12x3
,5 100 2,3 3,7 0,04 0,04 14 0 14 5 a 6 8 a 12
Sala de
sistem
as
8x10x3 40 0,7 0,91 0,04 0,04 10 0,50 11 5 a 7,5 8 a 12
Labora
torio
integra
do
8x10x3 40 0,7 0,91 0,04 0,04 10 0,50 11 5 a 7,5 8 a 12
Taller
de arte 12x10x3 40 1,02 0,91 0,04 0,04 12,2 0,50 13 5 a 7,5 8 a 12
Aula
múltipl
e
20x12x5 170 2,05 3,5 0,12 0,12 7,5 0,30 8 5 a 7,5 8 a 12
67
Los valores estimados de caudal están por encima de los valores propuestos en
normas internacionales para Europa (BB101) y EEUU (ASHRAE). Pero por
tratarse de un clima tropical estos valores son apropiados para los requerimientos
de comodidad térmica en los espacios escolares.
4.2.2.1 Ventilación nocturna
Este concepto arquitectónico dice que los edificios expuestos a la radiación solar
durante todo el día absorben calor mediante la masa térmica de los materiales que
lo componen. El calor acumulado es liberado en la noche cuando hay un cambio
de temperatura considerable. Si los espacios no tienen forma de ventilarse durante
la noche el intercambio de calor será pobre y dificultará el enfriamiento del edificio
disminuyendo la efectividad de cualquier sistema de ventilación. El uso de rejillas
permitirá fácilmente la ventilación nocturna, permitiendo liberar el calor acumulado
(Yarke & Mermet, 2005).
4.2.3 Diseño de las rejillas acústicas
Para propósitos de control de ruido las rejillas se diseñan con material absorbente
en sus caras interiores, lo cual permitirá una absorción sonora de acuerdo a sus
dimensiones y propiedades. Este material absorbente debe recubrirse con capas
de aluminio o velos de fibra de vidrio para garantizar que no haya transporte de
material particulado y proporcionar protección a la intemperie.
El sistema de ventilación cruzada tomará como terminales de impulsión y
expulsión las rejillas acústicas diseñadas como se muestra en la Fig. 5.1. Estas
rejillas tendrán un ducto de longitud de 90 cm para entrada de aire en la parte baja
de los recintos y 120 cm para salida de aire en la parte alta.
68
Fig. 5.1 Rejilla acústica con lana de vidrio interior
Cabe aclarar que el sistema de ventilación según la norma NTC 4595 para
espacios de aprendizaje debe garantizar las áreas mínimas según la clasificación
climática del lugar donde se construya la institución. Se proponen áreas para clima
frío y templado entre 1/10 y 1/15 del área de piso de los espacios.
4.2.3.1 Cálculo de atenuación sonora debido al revestimiento interior de las
rejillas
Para determinar el nivel de reducción sonora de las rejillas, debe realizarse una
medición del elemento siguiendo los lineamientos descritos en la norma ISO 140-
10:1991 (medida en laboratorio de aislamiento aéreo de pequeños elementos de
construcción). Pero puede estimarse el nivel de atenuación sonora que provee el
material absorbente en el interior del ducto, según los coeficientes de absorción
69
del material, el área de libre circulación de aire y el perímetro del ducto
rectangular, mediante la Ecuación 8 (Madrid, 2010).
S
PL 4.105.1
(8)
Donde
ΔL Atenuación por unidad de longitud (dB/m)
α Coeficiente de absorción del recubrimiento interior.
P perímetro del ducto en m.
S Área de la sección libre al paso de aire del ducto (m²).
La rejilla de ventilación acústica para el modelo posee un ducto de 90cm de largo
para entrada de aire y 120cm de largo para salida, 62cm de ancho y 32cm de alto
en el perímetro del ducto y un área libre de paso de aire de 0.11m². El material
absorbente escogido como recubrimiento interior es fibra de vidrio de 5cm de
espesor con un revestimiento de aluminio. Los coeficientes de absorción del
material se ven en la Tabla 5 y las atenuaciones por unidad de longitud están
indicadas en la Tabla 5.1. Con las especificaciones de reducción se obtiene la
gráfica dada en la Fig. 5.2.
Tabla 5. Coeficientes de absorción de la fibra de vidrio.
F(Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Fibra de vidrio 50mm 0,25 0,45 0,7 0,8 0,85 0,85
Tabla 5.1. Atenuación por longitud del ducto.
F(Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
ΔL (dB/m) 2,48 5,64 10,47 12,63 13,74 13,74
ΔL dB para un ducto de longitud 0.9m 2,23 5,08 9,43 11,36 12,37 12,37
ΔL dB para un ducto de longitud 1.2m 3,0 6,8 12,6 15,2 16,5 16,5
70
Atenuación Sonora Rejillas
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
125 250 500 1000 2000 4000
F(Hz)
dB
ate
nu
ac
ión
Atenuación en ducto de 0,9m Atenuación en ducto de 1,2m
Fig. 5.2. Atenuación del ducto
Determinación del valor STC:
Con el fin de realizar el cálculo de aislamiento en las superficies compuestas que
incluyen puertas, ventanas y ductos de ventilación, la rejilla de ventilación usada
corresponderá a un modelo ya caracterizado por un fabricante el cual se muestra
en la Fig. 5.3. Esto se realiza con fines prácticos, ya que no se cuenta con un
laboratorio para poder realizar la medición de la ISO 140-10 sobre un prototipo de
una rejilla acústica.
71
Fig. 5.3. Rejilla SoundScoop caracterizada por el fabricante Passivent (PASSIVENT, 2012)
En la Fig. 5.4 se muestran la caracterización acústica para diferentes tipos de
rejilla de acuerdo a su longitud y área.
Fig. 5.4. Rejilla SoundScoop caracterizada por el fabricante Passivent (PASSIVENT, 2012)
El fabricante Passivent especifica un nivel diferencia Dn,e ,w, para la rejilla según
la norma ISO 140-10. Para ductos con longitudes de 90cm y 120cm los valores
Dn,e,w son 39 dB y 42 dB respectivamente, contando con un recubrimiento interno
de alta absorción.
72
Es necesario obtener un valor STC de la rejilla para poder incluirla en los cálculos
de superficies compuestas. Con el valor Dn,e,w, que da el fabricante es posible
hallar un valor de STC mediante la relación con Rw que se da en la Ecuación 9
obtenida de la norma ISO 140-10.
dBSventweDnRw 10log10,, (9)
Donde Svent es el área de la sección rectangular del ducto. Posteriormente se
obtiene el valor del índice de reducción Rw el cual corresponde al valor STC de las
rejillas. Esta relación STC y Rw se obtiene mediante inspección en el software de
aislamiento INSUL. La Tabla 5.2 muestra los valores STC correspondientes a
cada valor Dn,e,w en las rejillas.
Tabla 5.2. Valores STC para las rejillas.
A0=10m² Svent (m²) Dn,e,w
(dB) STC (dB)
Rejilla de
0.9m 0,2 39 22
Rejilla de
1.2m 0,2 42 25
4.2.4 Diseño de captadores de viento bidireccionales
Los captadores de viento se usarán como complemento al sistema de ventilación
cruzada. El captador de tipo bidireccional conduce las corrientes de viento al
interior de los edificios y desaloja el aire caliente contenido en la parte alta de los
cuartos, debido al efecto de presiones positivas y negativas que se generan en
sus caras (Saadatian & Haw, 2012). Un esquema de un captador de viento se
muestra en la Fig. 5.5.
73
Fig. 5.5. Composición de un captador de viento bidireccional
4.2.4.1 Cálculo de atenuación sonora debido al revestimiento interior en el
ducto de los captadores
El ducto del captador de viento es de sección rectangular, cada sección posee
0.2m de ancho por 0.3m de largo para paso de aire libre y la longitud del ducto es
diferente para las aulas del primer piso ya que están más alejadas. El material
absorbente escogido como recubrimiento interior es fibra de vidrio de 5cm de
espesor con un revestimiento de aluminio. Los coeficientes de absorción están
74
indicados en la Tabla 5.3. La curva de atenuación sonora por frecuencia para un
ducto de 3m se muestra en la Fig. 5.6.
Tabla 5.3. Atenuación en dB/metro para los ductos del captador de viento.
F(Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
ΔL (dB/m) 2,51 5,72 10,62 12,80 13,94 13,94
ΔL dB para un ducto de longitud 3m 7,5 17,2 31,9 38,4 41,8 41,8
Fig. 5.6. Atenuación sonora para un ducto de 3m
75
4.2.5 Análisis del sistema para ventilación pasiva propuesto
El diseño del sistema para ventilación pasiva es crucial para obtener los niveles
de ruido de fondo permitidos al interior de los espacios. Es importante notar que
los modelos actuales de las instituciones educativas ofrecen comodidad térmica
basados en circulación de aire a través de ventanas u orificios en las paredes
(Anexo A). Estas prácticas arquitectónicas no posibilitan la inclusión de sistemas
para el control de ruido, ya que un orificio abierto se constituye en un camino
directo de transmisión que anula el efecto del aislamiento acústico implementado.
En un trabajo de indagación realizado para llevar a cabo la evaluación de las
condiciones acústicas actuales de las instituciones educativas públicas de
Medellín (Anexo A) se encontró que la mayor problemática que se presentaba en
las aulas en cuanto a los niveles de ruido de fondo es la relacionada con las
aberturas para ventilación y que la concepción de los arquitectos es favorecer la
comodidad térmica y visual en sus diseños.
Para un clima como el de la ciudad de Medellín, es indudable que controlar los
niveles de ruido dentro del modelo conservando las áreas de ventilación
propuestas por la NTC 4595 es imposible de realizar. Por lo tanto para este
proyecto se hizo una modificación de las áreas de ventilación propuestas por la
NTC 4595 y se ajustaron según criterios internacionales como la norma BB101
británica y la de Estados Unidos ASHRAE. En el caso planteado para este
proyecto ésta modificación de las áreas se realizó conservando los niveles de
comodidad térmica y los caudales para la renovación de aire viciado necesarios
para el número de estudiantes de cada espacio, teniendo en cuenta un balance
adecuado entre acústica y ventilación. Esto permite lograr un mayor control en los
niveles de ruido que ingresa a los salones.
76
Existen alternativas para implementar sistemas de ventilación pasiva en interiores
que poseen características para el control de ruido. En normas como la británica
BB93 por ejemplo se mencionan algunas de ellas. Pero se eligen finalmente las
rejillas de ventilación acústicas y los captadores de viento, debido a que permiten
su utilización en exteriores y es posible una instalación sin modificaciones
importantes en la infraestructura del modelo, comparativamente con otras
soluciones. Además el uso de rejillas facilita la obtención de los caudales de aire
necesarios para las necesidades del numero de estudiantes.
Respecto a los valores de atenuación que ofrecen estas alternativas para
ventilación se encontraron dificultades para cuantificar la pérdida de transmisión
debido al material absorbente del ducto, ya que no se cuenta con los recursos
necesarios para llevar a cabo una medición de nivel diferencia según como lo
indica la norma ISO 140-10. Dado que construir un prototipo de rejilla acústica
para tal fin no hace parte de los alcances del proyecto, se elige una rejilla
disponible en el mercado que está debidamente caracterizada. Finalmente se
realiza el diseño del sistema de ventilación para cada espacio del modelo
instalando el número de rejillas y captadores para satisfacer los valores de
renovación de aire sin afectar los niveles de ruido de fondo interiores.
Con el fin de que el modelo propuesto pueda ser aplicado a las condiciones de la
ciudad de Medellín, se usa el sistema para ventilación basado en el concepto de
ventilación cruzada con aberturas bajas para entrada de aire y aberturas altas
para salida de aire. Esta decisión se fundamenta en el hecho de que en la ciudad
existe una dirección predominante del viento que puede ser aprovechada con este
fin y que adicionalmente el sistema de ventilación cruzada es el más efectivo para
lograr valores de renovación de aire más ágiles. En los espacios escolares más
grandes se usa el captador de viento como complemento al sistema de
ventilación. Este captador se instala desde el techo del recinto hasta el techo falso
interior. Se realiza el diseño de esta forma para que el recubrimiento de lana de
77
vidrio del techo falso ayude a la mitigación del ruido que ingresa a través de este
ducto, adicional a la atenuación producida por el material absorbente que recubre
el ducto interiormente. Con la utilización de las rejillas de ventilación y los
captadores de viento fue posible realizar el diseño de ventilación para que se
conjugara correctamente con las soluciones para aislamiento propuestas
posteriormente.
4.3 CONTROL DE RUIDO PARA EL MODELO ARQUITECTÓNICO
Debido a que la situación planteada considera un predio en el cual predomina el
ruido vehicular aportado por 3 vías circundantes. Se utiliza el software CadnaA
para realizar una predicción del ruido aportado por cada calle y de esta forma
encontrar el nivel de presión sonora en la fachada de cada bloque.
Fig. 5.7. Vista en perspectiva del modelo arquitectónico.
La simulación y los niveles de presión sonora en la fachada pueden verse en la
Fig. 5.8.
78
Fig. 5.8. Predicción de ruido ambiental generado por las vías con el software CadnaA y nivel
de presión sonora en dBA para cada cara de los bloques.
La designación planteada en la Fig. 5.9 para cada cara de los bloques facilitará la
comprensión de las tablas de datos posteriores.
Fig. 5.9. Designación de las caras de los bloques
79
Los valores recomendados STC se calculan a partir de los niveles de ruido que
inciden sobre las fachadas según el método descrito en la norma ANSI S12.60 de
2002 en su anexo D, este proceso se da en función de las superficie total de la
envolvente de los bloques y el porcentaje de área que representan puertas,
ventanas y ductos del total del área. Las fachadas deben cumplir el criterio
contenido en la Tabla 5.4 columna 6 para lograr los niveles de ruido de fondo
óptimos al interior de cada espacio de aprendizaje.
Tabla 5.4. Criterios STC calculados a partir de niveles de ruido de fondo máximos en los
recintos y los niveles de ruido vehicular sobre fachadas. Método ANSI S12.6.
Bloque Tipo de
espacio Cara
Nivel de ruido de
fondo máximo
LAeq dBA
Nivel de ruido
vehicular Lm,e
dBA
Criterio STC dB
según ANSI
anexo D
B preescolar1
Pre-jardín
Frontal
35
54 34
Posterior 53 33
L.derecha 48 28
Cielo 53 33
Pre-jardín
Frontal 54 34
Posterior 53 33
Cielo 53 33
Jardín
Frontal 54 34
Posterior 53 33
L.izquierda 54 34
Cielo 53 33
B preescolar2
Jardín
Frontal
35
55 35
Posterior 57 37
L. Derecha 55 35
Cielo 56 36
Transición
Frontal 55 35
Posterior 57 37
Cielo 56 36
B Primaria,
básica y media
Primaria,
básica y media
Frontal 57 37
Posterior 61 41
Cielo 61 41
80
Bloque Tipo de
espacio Cara
Nivel de ruido de
fondo máximo LAeq
dBA
Nivel de ruido
vehicular Lm,e
dBA
Criterio STC dB
según ANSI anexo
D
B
Biblioteca
Biblioteca
Frontal
45
52 32
Posterior 53 33
Lateral
Izquierda 57 37
Salón de Artes
Frontal 52 22
Posterior 53 23
Lateral
izquierda 60 30
Cielo 55 25
Sala de
sistemas
Frontal 52 22
Posterior 53 23
Lateral
derecha 53 23
Cielo 55 25
Laboratorio
Integrado
Frontal 52 22
Posterior 53 23
Cielo 55 25
B Aula
múltiple Aula múltiple
Frontal
35
53 33
Lateral
izquierda 57 37
Lateral
derecha 54 34
Posterior 54 34
Cielo 53 33
Con relación a los niveles de ruido de tráfico en la zona donde se construye la
institución, se encuentra que es necesario lograr valores de aislamiento a ruido
aéreo en fachadas y muros exteriores de 41dB STC aproximadamente. Este es el
valor máximo en el sector de mayor exposición a ruido dentro del modelo
arquitectónico.
81
4.3.1 Materiales de construcción
El modelo físico del edificio se compone de los siguientes materiales con las
dimensiones determinadas por el diseño de cada tipo de espacio:
Paredes de ladrillo visto de 20 cm de espesor.
Ventanas de vidrio laminado de 6 mm de espesor.
Puerta de aglomerado de madera de 4 cm de espesor.
Rejilla de ventilación acústica de 90 cm y 120 cm.
Cielos de concreto de 20 cm de espesor.
4.3.2 Aislamiento de las superficies sin tratamiento
El cálculo de pérdida de transmisión sonora STC y aislamiento a ruido de impacto
Ln,w de las superficies se realiza mediante el software INSUL con una precisión
de ±3dB. Las superficies compuestas simuladas incluyen puertas y ventanas. Las
Tablas 5.5 muestran el aislamiento de las superficies que componen el modelo en
cada espacio. Las caras resaltadas son aquellas que no requieren un tratamiento
para mejorar el aislamiento a ruido, mientras que las caras restantes requieren
algún tipo de tratamiento adicional para lograr el criterio calculado en el numeral
anterior. El cálculo del STC global con rejillas se hizo implementando la
metodología descrita en el Anexo C de éste documento de acuerdo a la norma
ANSI S12.6 de 2002.
82
Tabla 5.5.1 Aislamiento de las superficies que componen el modelo, condiciones iniciales
sin tratamiento.
Detalles
generales de
construcción
Tipo de
espacio Cara Áreas
STC
compuesto
sin rejillas
STC
Global
con
rejillas (
método
ANSI
S12)
Criterio de
aislamiento
STC ANSI
S12 y Ln,w
BB93
Requiere
Tratamiento
Muro de
ladrillo visto
de espesor
20cm.
Ventana
simple en
vidrio
laminado de
6mm de
espesor.
Puerta de
aglomerado
de madera de
4cm de
espesor.
Rejillas de
ventilación
acústicas de
90cm STC
22dB y 120cm
STC 25dB.
Pre-jardín
Frontal
Muro:
12,7m².
Ventana:
2,5m².
Puerta:
2m².
Ventilación
(rejilla
90cm):
0,8m².
40dB 35dB STC 41dB Si
Posterior
Muro:
12,2m².
Ventana:
5m².
Ventilación
(rejilla
120cm):
0,8m².
38dB 35dB STC 41dB Si
Lateral
derecha y
separación
aula-aula
Muro 15m². 54dB 54dB STC 41dB y
STC 50dB No
Cielo de
concreto
Cielo:
240m². 59dB 59dB STC 41dB No
83
Tabla 5.5.2 Aislamiento de las superficies que componen el modelo, condiciones iniciales
sin tratamiento.
Detalles
generales de
construcción
Tipo de
espacio Cara Áreas
STC
compuesto
sin rejillas
STC
Global
con
rejillas (
método
ANSI
S12)
Criterio de
aislamiento
STC ANSI
S12 y Ln,w
BB93
Requiere
Tratamiento
Muro de
ladrillo visto
de espesor
20cm.
Ventana
simple en
vidrio
laminado de
6mm de
espesor.
Puerta de
aglomerado
de madera de
4cm de
espesor.
Rejillas de
ventilación
acústicas de
90cm STC
22dB y 120cm
STC 25dB.
Jardín
Frontal
Muro:
18,7m².
Ventana:
2,5m².
Puerta:
2m².
Ventilación
(rejilla de
90cm):
0,8m².
41dB 36dB STC 41dB Si
Posterior
Muro:
14,9m².
Ventana:
7,5m².
Ventilación
(rejilla de
120cm):
1,6m².
37dB 34dB STC 41dB Si
Lateral
Izquierda y
separación
aula-aula
Muro 15m². 54dB 54dB STC 41dB y
STC 50dB No
Cielo de
concreto
Cielo:
240m². 59dB 59dB STC 41dB No
84
Tabla 5.5.3 Aislamiento de las superficies que componen el modelo, condiciones iniciales
sin tratamiento.
Detalles
generales de
construcción
Tipo de
espacio Cara Áreas
STC
compuesto
sin rejillas
STC
Global
con
rejillas (
método
ANSI
S12)
Criterio de
aislamiento
STC ANSI
S12 y Ln,w
BB93
Requiere
Tratamiento
Muro de
ladrillo visto
de espesor
20cm.
Ventana
simple en
vidrio
laminado de
6mm de
espesor.
Puerta de
aglomerado
de madera de
4cm de
espesor.
Rejillas de
ventilación
acústicas de
90cm STC
22dB y 120cm
STC 25dB.
Transición
Frontal
Muro:
27,8m².
Ventana:
5m².
Puerta:
2m².
Ventilación
(rejilla de
90cm):
1,2m².
40dB 35dB STC 41dB Si
Posterior
Muro:
26,5m².
Ventana:
7,5m².
Ventilación
(rejilla de
120cm):
2m².
39dB 34dB STC 41dB Si
Lateral
izquierda
aula-baño
Muro 15m². 54dB 54dB STC 53dB No
Cielo de
concreto
Cielo:
240m². 59dB 59dB STC 41dB No
85
Tabla 5.5.4 Aislamiento de las superficies que componen el modelo, condiciones iniciales
sin tratamiento.
Detalles
generales de
construcción
Tipo de
espacio Cara Áreas
STC
compuesto
sin rejillas
STC
Global
con
rejillas (
método
ANSI
S12)
Criterio de
aislamiento
STC ANSI
S12 y Ln,w
BB93
Requiere
Tratamiento
Muro de
ladrillo visto
de espesor
20cm.
Ventana
simple en
vidrio
laminado de
6mm de
espesor.
Puerta de
aglomerado
de madera de
4cm de
espesor.
Rejillas de
ventilación
acústicas de
90cm STC
22dB y 120cm
STC 25dB.
Primaria,
básica y
media
Frontal
Muro:
18,2m².
Ventana:
5m².
Puerta:
2m².
Ventilación
(rejilla de
90cm):
0,8m².
39dB 34dB STC 41dB Si
Posterior
Muro:
19,8m².
Ventana:
5m².
Ventilación
(rejilla de
120cm):
1,2m².
40dB 37dB STC 41dB Si
Lateral
izquierda
Aula-Esc.
Muro
21,1m². 54dB 54dB STC 45 No
Separación
Aula-Aula,
Muros de
Muros
espaciados
50cm
21,1m².
63dB 63dB STC 50dB No
Cielo 20cm
de espesor
Cielo:
52m². 59dB 59dB STC 41dB No
Cielo-piso cielo-piso:
52m². Ln,w =76dB
Ln,w
=76dB Ln,w = 60dB Si
86
Tabla 5.5.5 Aislamiento de las superficies que componen el modelo, condiciones iniciales
sin tratamiento.
Detalles
generales de
construcción
Tipo de
espacio Cara Áreas
STC
compuesto
sin rejillas
STC
Global
con
rejillas (
método
ANSI
S12)
Criterio de
aislamiento
STC ANSI
S12 y Ln,w
BB93
Requiere
Tratamiento
Muro de
ladrillo visto
20cm de
espesor.
Ventana
simple en
vidrio
laminado de
6mm de
espesor de
1,76mx4m,
Ventana
simple de
vidrio de 6mm
de espesor de
1,5mx0,4m
Puerta de
aglomerado
de madera de
4cm de
espesor con
dos hojas de
apertura.
Rejillas de
ventilación
acústicas de
90cm STC
22dB y 120cm
STC 25dB
Biblioteca
Frontal
Muro:
52,1m².
Ventana:
14m².
Puerta:
3,9m².
Ventilación
(rejillas de
90cm):
4m².
39dB 34dB STC 41dB Si
Posterior
Muro:
48,2m².
Ventana:
21m².
Ventilación
(rejillas de
120cm):
4,8m².
38dB 35dB STC 41dB Si
L. Izquierda
Muro
40,4m².
Ventanas
2,4m².
Ventilación
(rejillas de
120cm):
1,6m².
43dB 38dB STC 41dB Si
L: derecha Muro:
44,4m². 54dB 54dB STC 45dB No
Cielo-piso
de concreto
cielo-piso:
240m². Ln,w =76dB
Ln,w
=76dB Ln,w = 60dB Si
87
Tabla 5.5.6 Aislamiento de las superficies que componen el modelo, condiciones iniciales
sin tratamiento.
Detalles
generales de
construcción
Tipo de
espacio Cara Áreas
STC
compuesto
sin rejillas
STC
Global
con
rejillas (
método
ANSI
S12)
Criterio de
aislamiento
STC ANSI
S12 y Ln,w
BB93
Requiere
Tratamiento
Muro de
ladrillo visto
de espesor
20cm.
Ventana
simple en
vidrio
laminado de
6mm de
espesor de
2,08mx1,2m.
Ventana
simple de
vidrio de 6mm
de espesor de
1,5mx0,4m.
Puerta de
aglomerado
de madera de
4cm de
espesor.
Rejillas de
ventilación
acústicas de
90cm STC
22dB y 120cm
STC 25dB.
Salón de
Artes
Frontal
Muro:
27,7m².
Ventana:
7,5m².
Puerta:
2m².
Ventilación
(rejilla de
90cm):
1,8m².
39dB 34dB STC 41dB Si
Posterior
Muro:
29,9m².
Ventana:
7,5m².
Ventilación
(rejilla de
120cm):
1,6m².
40dB 37dB STC 41dB Si
Lateral
izquierda
Área de
muro
30,7m².
Área de
ventana:
1,8m².
43dB 43dB STC 41dB No
Cielo de
concreto
Área de
cielo:
240m².
59dB 59dB STC 41dB No
88
Tabla 5.5.7 Aislamiento de las superficies que componen el modelo, condiciones iniciales
sin tratamiento.
Detalles
generales de
construcción
Tipo de
espacio Cara Áreas
STC
compuesto
sin rejillas
STC
Global
con
rejillas (
método
ANSI
S12)
Criterio de
aislamiento
STC ANSI
S12 y Ln,w
BB93
Requiere
Tratamiento
Muro de
ladrillo visto
de espesor
20cm.
Ventana
simple en
vidrio
laminado de
6mm de
espesor de
2,08mx1,2m.
Ventana
simple de
vidrio de 6mm
de espesor de
1,5mx0,4m.
Puerta de
aglomerado
de madera de
4cm de
espesor.
Rejillas de
ventilación
acústicas de
90cm STC
22dB y 120cm
STC 25dB.
Sala de
sistemas
Frontal
Muro:
17,8m².
Ventana:
5m².
Puerta:
2m².
Ventilación
(rejilla de
90cm):
1,2m².
39dB 34dB STC 41dB Si
Posterior
Muro:
16,9m².
Ventana:
7,5m².
Ventilación
(rejillas de
120cm):
1,6m².
38dB 35dB STC 41dB Si
Lateral
derecha
Muro
30,7m².
Ventana:
1,8m².
43dB 43dB STC 41dB No
Cielo de
concreto
Cielo:
240m². 59dB 59dB STC 41dB No
89
Tabla 5.5.8 Aislamiento de las superficies que componen el modelo, condiciones iniciales
sin tratamiento.
Detalles
generales de
construcción
Tipo de
espacio Cara Áreas
STC
compuesto
sin rejillas
STC
Global
con
rejillas (
método
ANSI
S12)
Criterio de
aislamiento
STC ANSI
S12 y Ln,w
BB93
Requiere
Tratamiento
Muro de
ladrillo visto
de espesor
20cm.
Ventana
simple en
vidrio
laminado de
6mm de
espesor de
2,08mx1,2m.
Ventana
simple de
vidrio de 6mm
de espesor de
1,5mx0,4m.
Puerta de
aglomerado
de madera de
4cm de
espesor.
Rejillas de
ventilación
acústicas de
90cm STC
22dB y 120cm
STC 25dB.
Laboratorio
Integrado
Frontal
Muro:
17,8m².
Ventana:
5m².
Puerta:
2m².
Ventilación
(rejilla de
90cm):
1,2m².
39dB 34dB STC 41dB Si
Posterior
Muro:
16,9m².
Ventana:
7,5m².
Ventilación
(rejillas de
120cm):
1,6m².
38dB 35dB STC 41dB Si
Muro
separación
aulas
Muro
32,5m². 54dB 54dB STC 50dB No
Cielo de
concreto
Cielo:
240m². 59dB 59dB STC 41dB No
90
Tabla 5.5.9 Aislamiento de las superficies que componen el modelo, condiciones iniciales
sin tratamiento.
Detalles
generales de
construcción
Tipo de
espacio Cara Áreas
STC
compuesto
sin rejillas
STC
Global
con
rejillas (
método
ANSI
S12)
Criterio de
aislamiento
STC ANSI
S12 y Ln,w
BB93
Requiere
Tratamiento
Muro de
ladrillo visto
de 20cm de
espesor.
Ventanas de
vidrio
laminado
simple de
6mm de
2mx4m.
Puertas de
aglomerado
de madera de
4cm de
espesor con
dos hojas de
apertura,
dimensiones
2,2mx4,4m.
Rejillas de
ventilación
acústicas de
90cm STC
22dB y
120cm STC
25dB.
Aula
múltiple
Frontal
Muro:
51,6m².
Puertas:
8,8m².
Ventilación
(rejillas de
120cm):
2m².
45dB 38dB STC 41dB Si
Lateral
izquierda
Muro 76m².
Ventanas
24m².
Ventilación
(rejillas de
120cm):
4m².
38dB 36dB STC 41dB Si
Lateral
derecha
Muro:
76,4m².
Ventana:
24m².
Ventilación
(rejillas de
90cm):
3,6m².
38dB 35dB STC 41dB Si
Posterior Muro:
62,4m². 54dB 54dB STC 41dB No
Cielo de
concreto
Cielo:
240m². 59dB 59dB STC 41dB No
91
4.3.3 Propuesta para mejorar el aislamiento acústico de las superficies
El aislamiento acústico de las particiones se hace con relación a los criterios
mencionados en las tablas 5.5 anteriores con el fin de lograr los valores de ruido
de fondo recomendados. Para ello es necesario aplicar sistemas de control de
ruido como ventanas dobles, puertas reforzadas con láminas de acero, muros
dobles y techos suspendidos. Las Tablas 5.6 muestran las soluciones aplicadas
para lograr el máximo valor de perdida de transmisión STC en las superficies de
cada espacio.
Tabla 5.6.1. Soluciones aplicadas para aumentar el STC en las caras de los recintos
Tipo de
espacio Cara Detalles tratamiento
STC
compu
esto sin
rejillas
STC
Glob
al
Criterio
Pre-jardín
Frontal
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm,
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interior de 6mm de
espesor y vidrio exterior laminado de
10mm de espesor con separación de
30cm STC52dB. Puerta: Aglomerado de
madera de 3,7cm de espesor más lámina
de acero externa de 1,6mm STC41dB.
50dB 38dB STC 41dB
Posterior
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interno de 3mm,
espacio de separación de 20cm y vidrio
externo laminado de 5mm de espesor
STC48dB.
53dB 41dB STC 41dB
L.Derecha No requiere aislamiento 54dB 54dB STC 41dB
Cielo No requiere aislamiento 59dB 59dB STC 41dB
92
Tabla 5.6.2. Soluciones aplicadas para aumentar el STC en las caras de los recintos
Tipo de
espacio Cara Detalles tratamiento
STC
compu
esto sin
rejillas
STC
Glob
al
Criterio de
aislamient
o
Jardín
Frontal
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 11cm STC59dB.
Ventana doble: Vidrio interior de 3mm de
espesor y vidrio exterior laminado de
5mm de espesor con separación de 15cm
STC47dB. Puerta: Aglomerado de
madera de 3,7cm de espesor más lámina
de acero externa de 1,6mm STC41dB.
50dB 38dB STC 41dB
Posterior
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interno de 3mm,
espacio de separación de 30cm y vidrio
externo laminado de 6mm de espesor
STC51dB.
57dB 38dB STC 41dB
Lateral
Izquierda
y
separació
n aula-
aula
No requiere aislamiento 54dB 54dB STC 41dB y
STC 50dB
Cielo de
concreto No requiere aislamiento 59dB 59dB STC 41dB
93
Tabla 5.6.3. Soluciones aplicadas para aumentar el STC en las caras de los recintos
Tipo de
espacio Cara Detalles tratamiento
STC
compu
esto sin
rejillas
STC
Glob
al
Criterio de
aislamient
o
Transición
Frontal
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interior de 3mm de
espesor y vidrio exterior laminado de
6mm de espesor con separación de 30cm
STC51dB. Puerta: sin adiciones
STC38dB.
50dB 38dB STC 41dB
Posterior
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 11cm STC59dB.
Ventana doble: Vidrio interno de 3mm,
espacio de separación de 9cm y vidrio
externo laminado de 5mm de espesor
STC44dB.
50dB 37dB STC 41dB
Lateral
izquierda
aula-baño
No requiere aislamiento 54dB 54dB STC 53dB
Cielo de
concreto No requiere aislamiento 59dB 59dB STC 41dB
94
Tabla 5.6.4. Soluciones aplicadas para aumentar el STC en las caras de los recintos
Tipo de
espacio Cara Detalles tratamiento
STC
compu
esto sin
rejillas
STC
Glob
al
Criterio de
aislamient
o
Primaria,
básica y
media
Frontal
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interior de 3mm de
espesor y vidrio exterior laminado de
5mm de espesor con separación de 10cm
STC45dB. Puerta: Aglomerado de
madera de 3,7cm de espesor con 2
láminas de acero de 1.6mm de espesor
una a cada lado STC44dB.
50dB 38dB STC 41dB
Posterior
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interno de 3mm,
espacio de separación de 10cm y vidrio
externo laminado de 5mm de espesor
STC45dB.
53dB 41dB STC 41dB
L. Izquierda No requiere aislamiento 54dB 54dB STC 45
Aula-Aula, No requiere aislamiento 63dB 63dB STC 50dB
Cielo No requiere aislamiento 59dB 59dB STC 41dB
Cielo-piso de
concreto sin
baldosa
Cielo falso: Placa de yeso laminado de
12,5mm, con espacio de separación de
25cm, cavidad rellena de fibra de vidrio de
75mm de espesor.
Ln,W=5
3dB
Ln,W
=53d
B
Ln,w =
60dB
95
Tabla 5.6.5. Soluciones aplicadas para aumentar el STC en las caras de los recintos
Tipo de
espacio Cara Detalles tratamiento
STC
compu
esto sin
rejillas
STC
Glob
al
Criterio de
aislamient
o
Biblioteca
Frontal
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interior de 3mm de
espesor y vidrio exterior de 5mm de
espesor con separación de 15cm. Puerta:
Aglomerado de madera de 3,7cm de
espesor con 1 lámina de acero de 1.6mm
de espesor STC41dB.
50dB 38dB STC 41dB
Posterior
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 10cm STC59. Ventana
doble: Vidrio interno de 3mm, espacio de
separación de 8cm y vidrio externo
laminado de 5mm de espesor STC42dB.
47dB 37dB STC 41dB
Lateral
izquierda
Muro doble: ladrillo 20cm + panel de yeso
laminado de 12.5mm con cavidad de aire
de10cm STC59dB. Ventana doble: Vidrio
interno de 3mm, espacio de separación
de 8cm y vidrio externo laminado de 5mm
de espesor STC42dB.
53dB 41dB STC 41dB
L.
Derecha No requiere aislamiento 54dB 54dB STC 45dB
Cielo-piso
de
concreto
Cielo falso: Placa de yeso laminado de
12,5mm, con espacio de separación de
25cm, cavidad rellena de fibra de vidrio de
75mm de espesor.
Ln,W=5
3dB
Ln,W
=53d
B
Ln,w =
60dB
96
Tabla 5.6.6. Soluciones aplicadas para aumentar el STC en las caras de los recintos
Tipo de
espacio Cara Detalles tratamiento
STC
compu
esto sin
rejillas
STC
Glob
al
Criterio de
aislamient
o
Salón de
Artes
Frontal
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interior de 3mm de
espesor y vidrio exterior laminado de
6mm de espesor con separación de 15cm
STC48dB. Puerta: Aglomerado de
madera de 3,7cm de espesor con 1
lámina de acero de 1.6mm de espesor
STC41dB.
50dB 38dB STC 41dB
Posterior
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interno de 3mm,
espacio de separación de 15cm y vidrio
externo laminado de 6mm de espesor
STC48dB.
53dB 41dB STC 41dB
Lateral
izquierda
Muro doble: ladrillo 20cm + panel de yeso
laminado de 12.5mm con cavidad de aire
de15cm STC61dB. Ventana doble: Vidrio
interno de 3mm, espacio de separación
de 7cm y vidrio externo laminado de 5mm
de espesor STC43dB.
55dB 55dB STC 41dB
Cielo de
concreto No requiere aislamiento 59dB 59dB STC 41dB
97
Tabla 5.6.7. Soluciones aplicadas para aumentar el STC en las caras de los recintos
Tipo de
espacio Cara Detalles tratamiento
STC
compu
esto sin
rejillas
STC
Glob
al
Criterio de
aislamient
o
Sala de
sistemas
Frontal
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interior de 3mm de
espesor y vidrio exterior laminado de
6mm de espesor con separación de 15cm
STC48dB. Puerta: Aglomerado de
madera de 3,7cm de espesor con 1
lámina de acero de 1.6mm de espesor
STC41dB.
50dB 38dB STC 41dB
Posterior
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interno de 3mm,
espacio de separación de 10cm y vidrio
externo de 6mm de espesor STC45dB.
50dB 37dB STC 41dB
Lateral
derecha
Muro doble: ladrillo 20cm + panel de yeso
laminado de 12.5mm con cavidad de aire
de15cm STC61dB. Ventana doble: Vidrio
interno de 3mm, espacio de separación
de 7cm y vidrio externo laminado de 5mm
de espesor STC43dB.
55dB 55dB STC 41dB
Cielo de
concreto No requiere aislamiento 59dB 59dB STC 41dB
98
Tabla 5.6.8. Soluciones aplicadas para aumentar el STC en las caras de los recintos
Tipo de
espacio Cara Detalles tratamiento
STC
compu
esto sin
rejillas
STC
Glob
al
Criterio de
aislamient
o
Laboratorio
Integrado
Frontal
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interior de 3mm de
espesor y vidrio exterior laminado de
6mm de espesor con separación de 15cm
STC48dB. Puerta: Aglomerado de
madera de 3,7cm de espesor con 1
lámina de acero de 1.6mm de espesor
STC41dB.
50dB 38dB STC 41dB
Posterior
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interno de 3mm,
espacio de separación de 10cm y vidrio
externo de 6mm de espesor STC45dB.
50dB 37dB STC 41dB
Muro
separació
n aulas
No requiere aislamiento 54dB 54dB STC 50dB
Cielo de
concreto No requiere aislamiento 59dB 59dB STC 41dB
99
Tabla 5.6.9. Soluciones aplicadas para aumentar el STC en las caras de los recintos
Tipo de
espacio Cara Detalles tratamiento
STC
compu
esto sin
rejillas
STC
Glob
al
Criterio de
aislamient
o
Aula
múltiple
Frontal
Muro doble: ladrillo 20cm + panel de yeso
laminado de 12.5mm con cavidad de aire
de15cm STC61dB. Puerta: Aglomerado
de madera de 4,7cm de espesor con 1
lámina de acero de 5mm de espesor
STC45dB.
53dB 41dB STC 41dB
Lateral
izquierda
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interno de 3mm,
espacio de separación de 20cm y vidrio
externo laminado de 6mm de espesor
STC47dB.
53dB 41dB STC 41dB
Lateral
derecha
Muro doble: pared de ladrillo de 20cm +
panel de yeso laminado de 12,5mm con
cavidad de aire de 15cm STC61dB.
Ventana doble: Vidrio interno de 3mm,
espacio de separación de 10cm y vidrio
externo laminado de 5mm de espesor
STC44dB.
50dB 38dB STC 41dB
Posterior No requiere aislamiento 54dB 54dB STC 41dB
Cielo de
concreto No requiere aislamiento 59dB 59dB STC 41dB
4.3.4 Descripción de las soluciones y STC individual
100
4.3.4.1 Puertas: para las puertas es necesario aplicar un refuerzo en las caras
con láminas de acero y usar en los perímetros materiales elásticos que eviten
cualquier tipo de grieta. Se recomienda que las puertas exteriores tengan un valor
STC mínimo de 30dB. Para el diseño de aulas de clase se usan puertas
corredizas para conseguir que el cerramiento se ajuste completamente a las
superficies. En la Tabla 5.7 se muestra la descripción de cada uno de los tipos de
puerta con su valor STC.
Tabla 5.7. Tipos de puertas usadas para el aislamiento
Elemento Descripción
101
4.3.4.2 Ventanas: El aislamiento mínimo recomendado es de 30dB STC. Se debe
reemplazar el uso de ventanas con vidrios simples por sistemas que incluyan
doble vidrio con cavidad de aire. No se debe usar ventanas como sistemas de
ventilación interior ya que constituyen un camino de transmisión de ruido directo.
Para incrementar el nivel de aislamiento y controlar el efecto de ondas
estacionarias en la cavidad de aire, se recubre el perímetro interior del marco de
las ventanas con material absorbente como fibra de vidrio. Para disminuir la
transmisión de ruido estructural no debe haber uniones rígidas entre la el marco
de fijación de las ventanas y los muros que la soportan, se recomienda incluir
terminaciones de materiales elásticos. Algunas de las configuraciones de ventanas
usadas para el aislamiento son las que se muestran en la Tabla 5.8.
Tabla 5.8. Configuraciones de ventanas usadas para el asilamiento
Elemento Descripción
102
103
104
4.3.4.3 Muros dobles: Para conseguir un aislamiento adecuado los muros deben
tener un espesor de 20 cm o más, y dado el caso, se debe complementar con
sistemas de muros falsos con cavidad de aire para incrementar el aislamiento. Se
recomienda que los paneles interiores que forman los muros falsos no tengan
uniones rígidas con las paredes para controlar los ruido transmitidos
estructuralmente, para ello se debe realizar las terminaciones con selladores
elásticos en los perímetros del panel. Para controlar el efecto de ondas
estacionarias en la cavidad de aire se debe incluir material absorbente como fibra
de vidrio en el interior. Las diferentes configuraciones de muros dobles con su
valor STC se muestran en la Tabla 5.9.
Tabla 5.9. Configuraciones de muros dobles usadas para el aislamiento
Elemento Descripción
105
4.3.4.4 Techo falso: Para controlar el ruido transmitido por vibraciones a través de
las estructuras cielo-piso, se debe incluir un sistema de techo suspendido como el
mostrado en la siguiente tabla. Debido a que se incluye un sistema de ventilación
natural mediante captadores de viento en techos para algunos recintos, el montaje
de cielo falso debe realizarse con una separación de 10cm aproximadamente
respecto a los muros laterales con el fin de permitir el paso de aire hacia el interior
y proveer una atenuación adicional al ruido transmitido por los ductos de
ventilación. Debe evitarse uniones rígidas entre las losas de concreto y el panel
interior que conforma el techo falso, para ello se debe realizar el montaje con
sistemas de fijación elásticas o que incluyan algún tipo de material elástico entre
las junturas. Para el bloque de biblioteca es recomendable usar tapetes de goma
en el piso superior para disminuir el efecto de ruidos de impacto provenientes del
piso superior, aunque el valor de aislamiento necesario se obtiene con la
aplicación del techo suspendido. La descripción de este montaje se muestra en la
Tabla 6.
Tabla 6. Techo falso utilizado para el aislamiento a ruido de impactos
Elemento Descripción
Nota: Los detalles de las construcciones para aislamiento a ruido y
acondicionamiento acústico se encuentran en el Anexo E (planimetrías).
106
4.3.5 Análisis de los resultados tras realizar el control de ruido en el modelo
Para realizar el diseño de control de ruido dentro del modelo se parte de dos
aspectos importantes. El primero es que en la zona existe un predominio del ruido
vehicular producto de las calles circundantes al predio, el cual incrementa
enormemente los niveles de ruido de fondo al interior de los espacios. Y el
segundo es que deben conservarse las áreas para ventilación e iluminación que
facilitan las condiciones térmicas y lumínicas dentro de las aulas. Estos dos
aspectos limitan el espectro de trabajo para lograr valores determinados de
aislamiento. Allí es donde toma importancia uno de los objetivos del proyecto el
cual consiste en obtener niveles de ruido de fondo óptimos en los espacios sin
interferir con los diseños para ventilación e iluminación.
Como ya se mencionó anteriormente, las áreas para ventilación e iluminación del
modelo arquitectónico cumplen con los requerimientos técnicos que debe tener
una instalación con propósitos educativos. Tomando en cuenta esto, se parte del
análisis de las condiciones iniciales de la infraestructura en términos de niveles de
ruido interior conservando tales áreas y se proponen las alternativas acústicas
para alcanzar los criterios de ruido de fondo dentro de los espacios.
Inicialmente la infraestructura del modelo se planteó ubicando los espacios más
críticos en cuanto a tolerancia al ruido separados de los espacios ruidosos y de las
fuentes de ruido exteriores. Esto facilitó la tarea del control de ruido en los
bloques. Adicionalmente incluir en los diseños muros con un espesor de 20 cm de
ancho como lo recomienda la norma ANSI S12.6 permite obtener los valores de
TL recomendados sin incluir soluciones adicionales. En casos donde las
superficies contienen ventanas o cualquier tipo de abertura, se necesitó de un
tratamiento adicional para lograr los criterios de pérdida de transmisión
adecuados.
107
En la práctica, según lo visto en el estudio de las condiciones acústicas de las
Instituciones Educativas Públicas de Medellín (Anexo A), se encontraron
problemas asociados a la distribución de las aulas respecto de las zonas comunes
y de los espacios con niveles elevados de emisión. Generalmente se disponen
patios de recreo en medio de salones de clase, puertas conjuntas entre aulas,
pasillos con elevados niveles de ruido reverberante y debido a la carencia de
mantenimiento, puertas y ventanas defectuosas que favorecen el ingreso de ruido
del exterior; además de las antes mencionadas aberturas para ventilación. Esta
problemática puede evitarse desde una etapa de diseño haciendo una distribución
correcta de los espacios, implementando sistemas de ventanas apropiados,
puertas con cerramientos herméticos y estableciendo los lugares de recreo y
esparcimiento alejados de las aulas de clase como se realizó dentro del modelo
planteado.
Si se consideran todas estas prácticas desde una etapa de diseño, es posible
lograr niveles adecuados de ruido de fondo en las aulas conjuntamente con los
requerimientos para ventilación e iluminación, como puede verse en los niveles
logrados después de realizado el aislamiento de ruido en todas las superficies del
modelo arquitectónico. Por ejemplo para la pared frontal de biblioteca, la cual
posee áreas de iluminación y ventilación considerablemente grandes con un valor
de TL inicial de 34 dB STC, después de las alternativas de control de ruido
implementadas se logra llegar a un valor máximo de aislamiento de 38 dB STC.
Este valor garantizaría el aislamiento óptimo para alcanzar valores de ruido de
fondo aceptables al interior.
Debido a que la rejilla usada dentro del modelo corresponde a una rejilla comercial
con un valor de aislamiento STC determinado. Se presentó un reto a la hora de
lograr el valor de aislamiento máximo de las superficies compuestas. Encontrando
que en todos los casos es posible alcanzar un valor STC máximo conservando las
áreas de ventilación y que éste no puede ser superado sin cambiar dichas áreas.
108
Este hecho se constituyó en el principal obstáculo para realizar las tareas de
control de ruido. Aún así, se logró conseguir los criterios de aislamiento necesarios
calculados según la norma ANSI S12.6 para la totalidad de las superficies dentro
del modelo y que a su vez satisface el criterio para ruido de fondo de la norma
NTC 4595 en un rango aproximado de diferencia de ±3dB STC.
Esto demuestra que sí es posible alcanzar niveles de comodidad acústica
conjuntamente con sistemas de iluminación y ventilación naturales. Y que estas
alternativas pueden aplicarse en los proyectos de infraestructura escolar para la
situación de la ciudad de Medellín, lo que mejoraría enormemente la calidad del
ambiente educativo.
4.4 ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO DE LOS ESPACIOS
4.4.1 Diagnóstico del modelo arquitectónico inicial
Se realizó un diagnóstico en algunos ambientes escolares del modelo para poder
identificar las condiciones acústicas en las que se encontraba previo al proceso de
aislamiento y acondicionamiento, de manera que se pudiera hacer una
comparación frente a las condiciones obtenidas cuando se alcanzaron criterios
acústicos óptimos. Estos ambientes fueron el salón de Prejardín, un salón de
primaria y bachillerato, la biblioteca y el aula múltiple.
Tanto para la elaboración del diagnóstico de las condiciones iniciales como para el
diseño del acondicionamiento acústico se utilizó el software de predicción para
acústica CATT-Acoustic v8.0. Se escogió una posición de fuente al interior de
cada recinto en la ubicación donde típicamente se ubicaría el emisor. Para el caso
de las aulas de Prejardín y Bachillerato, la fuente se ubicó a 1m del tablero a una
altura de 1.6m con respecto al suelo. Para el caso del aula múltiple la altura de la
109
fuente se estableció a 1.6m con respecto a la tarima y la distancia a la pared
frontal del escenario fue de 2m. En el caso de la biblioteca la fuente se ubicó en el
centro del recinto. Se utilizaron los niveles que vienen determinados en CATT-
Acoustic v8.0, (los cuales fueron calculados a partir de la ANSI S3.79 según se
expresa en el manual del usuario).
Los espectros para los diferentes niveles de voz son los que se muestran en la
Tabla 6.1 Se debe aclarar que el SPL a 125 Hz no está definido en este estándar,
por lo cual CATT-Acoustic establece un nivel -6dB por debajo de la banda de 250
Hz. En todos los espacios se simuló un nivel de voz normal para la fuente, a
excepción del aula múltiple donde se utilizó un nivel de voz elevado.
Tabla 6.1. Espectros para los diferentes niveles de la voz. Para las simulaciones se utilizó el
nivel de voz normal y el nivel de voz elevado.
Frecuencia (Hz) SPL (dB)a 1 m
Nivel de voz normal Nivel de voz elevado Nivel de voz fuerte
125 51.2 55.5 58
200 57.2 61.5 64
500 59.8 65.6 70.3
1000 53.5 62.4 70.7
2000 48.8 56.8 65.9
4000 43.8 51.3 59.9
En la Tabla 6.2 se muestran los niveles de presión sonora medidos a 1m para
ángulos desde 0° hasta 180° para el caso de un nivel de voz normal relativo a la
voz docente.
110
Tabla 6.2. Espectro de la voz a nivel normal para ángulos desde 0° hasta 180°.
Ángulo
SPL (dB) a 1 m
125Hz
250Hz
500Hz
1kHz
2kHz
4kHz
8kHz
16kHz
0 50.2 56 57.4 55 51.2 46.3 46.4 38
15 51 56.7 58 54.8 50.2 44.6 45.4 37.9
30 50.1 55.8 57.5 54.3 51.1 45.6 44.7 37.5
45 49.8 55.5 57.4 53.6 50.4 44.7 43.3 35.7
60 49.6 55.2 57.3 53.5 48.7 42.4 40.6 33.6
75 49.1 54.4 56.7 53.6 46.5 41 39.4 32.9
90 48.6 53.7 55.8 53.4 44.2 40 37.7 30.8
105 48.1 52.9 54.6 52.5 43.6 37.3 34.9 27.9
120 47.5 52.1 53 50.4 43.3 33.6 31.4 23.8
135 47.1 51.5 51.9 48 41.9 31.8 28.6 20.2
150 46.7 51.1 51.4 47.1 38.2 29.6 24.9 16.3
165 46.6 51 51.4 48.1 36.2 25.3 21.4 14.5
180 46.6 50.9 51.5 48.7 38.1 27.4 20.1 11.3
Fuente: (Monsona & Hunter, 2012)
La directividad se puede expresar en decibeles según la ecuación 10.
(10)
Donde Pef es la presión eficaz generada por la fuente en cierta dirección a una
distancia determinada y Po es una presión eficaz de referencia que se establece
como la presión producida en un ángulo de 0°. La directividad en dB se muestra
en la Tabla 6.3.
111
Tabla 6.3: Directividad en dB para una voz a nivel normal.
Ángulo Directividad en dB
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 KHz 2 KHz 4 KHz 8 KHz 16 KHz
0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
15 0.8 0.7 0.6 -0.2 -1.0 -1.7 -1.0 -0.1
30 -0.1 -0.2 0.1 -0.7 -0.1 -0.7 -1.7 -0.5
45 -0.4 -0.5 0.0 -1.4 -0.8 -1.6 -3.1 -2.3
60 -0.6 -0.8 -0.1 -1.5 -2.5 -3.9 -5.8 -4.4
75 -1.1 -1.6 -0.7 -1.4 -4.7 -5.3 -7.0 -5.1
90 -1.6 -2.3 -1.6 -1.6 -7.0 -6.3 -8.7 -7.2
105 -2.1 -3.1 -2.8 -2.5 -7.6 -9.0 -11.5 -10.1
120 -2.7 -3.9 -4.4 -4.6 -7.9 -12.7 -15.0 -14.2
135 -3.1 -4.5 -5.5 -7.0 -9.3 -14.5 -17.8 -17.8
150 -3.5 -4.9 -6.0 -7.9 -13.0 -16.7 -21.5 -21.7
165 -3.6 -5.0 -6.0 -6.9 -15.0 -21.0 -25.0 -23.5
180 -3.6 -5.1 -5.9 -6.3 -13.1 -18.9 -26.3 -26.7
El criterio acústico al que se apuntó durante el acondicionamiento fue el tiempo de
reverberación óptimo para cada recinto.
Tanto en el diagnóstico como en los análisis del acondicionamiento se encontró el
tiempo de reverberación mediante tres métodos. El primero consistió en calcular el
valor teórico mediante la fórmula de Sabine para lo cual se utilizó una hoja de
datos. Para los otros dos métodos se implementó la simulación de la sala en
CATT-Acoustic. Por un lado se obtuvo el valor teórico por Sabine que entrega la
simulación y por otro lado, se obtuvo el valor T-30, que es el tiempo de
reverberación obtenido gracias al trazado de rayos que genera CATT-Acoustic.
Para las aulas de Prejardín y bachillerato no se consideró la absorción del aire
puesto que son recintos pequeños, mientras que en la biblioteca y bachillerato se
encontraron resultados para el tiempo de reverberación tanto con absorción del
aire como sin ella. Se estableció una temperatura de 22°, un porcentaje de
112
humedad relativa del 68% y una densidad del aire 1.20 Kg/m3. De los resultados
para el tiempo de reverberación por cada método se encontró el valor Tm, el cual
es el tiempo de reverberación promedio entre las frecuencias de 500, 1000, y 2000
Hz. Estas bandas de frecuencia son las que tienen el contenido más importante
para la comprensión de la palabra hablada (Departament for Education UK, 2004).
El Tm encontrado durante el diagnóstico se comparó con el tiempo de
reverberación óptimo para cada tipo de ambiente escolar. El Tm encontrado tras el
aislamiento acústico del recinto, que generó cambios en las dimensiones y en la
absorción de las superficies, fue el que permitió tomar las decisiones de cómo se
realizaría la disminución del tiempo de reverberación hasta encontrar el Tm
óptimo.
El punto inicial para el diagnóstico de las condiciones acústicas al interior del
recinto es conocer los coeficientes de absorción de las superficies que lo
conforman. La Tabla 9.4 muestra los coeficientes de absorción para las superficies
de los recintos antes del aislamiento acústico.
Tabla 6.4: Coeficientes de absorción de las superficies de los recintos antes del aislamiento
acústico
Material Frecuencia (Hz) Fuente
125 250 500 1000 2000 4000
Pared de ladrillo estándar 0.05 0.04 0.02 0.04 0.05 0.05 1
Techo de concreto en bruto 0.02 0.03 0.03 0.03 0.04 0.07 1
Piso de concreto liso, pintado o lucido 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 1
Puerta de aglomerado de madera 0.2 0.25 0.2 0.2 0.15 0.2 1
Ventanas de vidrio simple 6mm 0.1 0.06 0.04 0.03 0.02 0.02 1
Rejillas de ventilación 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 1
Silla de madera desocupadas 0.02 0.02 0.04 0.06 0.1 0.1 2
Tarima de Madera con espacio debajo 0.4 0.3 0.2 0.17 0.15 0.1 1
Fuentes:
1. BB93 (Departament for Education UK, 2004)
2.http://www.farq.edu.uy/joomla/images/stories/acustico/Tablas/Tablas%20de%20Absorcion.pdf
113
A partir de los tiempos de reverberación encontrados y considerando las
dimensiones de cada ambiente escolar, se realizó un análisis de los modos
normales de vibración que se generan en la sala.
Finalmente se encontraron los parámetros D-50, C-50 y RASTI que permitieron
conocer la calidad acústica del recinto en términos de la inteligibilidad. Información
acerca de estos parámetros se puede encontrar en el ANEXO D. También se
encontró el comportamiento del SPL directo y SPL total en la sala para comparar
los efectos de las reflexiones en el nivel de presión sonora que llega a la zona de
audiencia. Para el caso del aula múltiple se encontró el valor de C-80 para
conocer la claridad en términos musicales. A continuación se presentan los
resultados para el diagnóstico en cada uno de los recintos evaluados.
4.4.1.1 Prejardín
La Fig. 6 es el modelo geométrico implementado en CATT-Acoustic para el salón
de Prejardín. En la Tabla 6.5 se muestran los tiempos de reverberación calculados
y simulados.
Fig. 6. Modelo geométrico para el aula de Prejardín.
114
Tabla 6.5. Tiempos de reverberación en el aula de Prejardín.
Método Tiempo de Reverberación (s)
125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz Tm Tm
óptimo
TR Sabine
(Calculado)
2.08 2.23 2.64 2.05 1.70 1.52 2.13
<0.6 TR Sabine
(Simulado)
2.09 2.24 2.65 2.06 1.71 1.52 2.14
T-30 Simulado 2.11 2.23 2.67 2.04 1.73 1.51 2.15
Utilizando como TR el valor en 500 Hz del T-30 para hallar la Frecuencia de
Schroeder Fsch se encontró que Fsch=344.48 Hz. La Fig. 6.1 muestra el
comportamiento de los modos normales en la sala.
Fig. 6.1. Cantidad de modos normales de vibración por intervalo de frecuencia con longitud
10Hz
115
Se resaltan algunas barras con color rojo para indicar los intervalos de frecuencia
en los cuales se presentan concentraciones altas de modos normales de
vibración. Este fenómeno ocurre porque el largo del salón es múltiplo entero de la
altura (el ancho del recinto es de 5m, el largo es de 6m y la altura es de 3m).
En la Fig. 6.2 se muestran los parámetros D-50, C-50, SPL directo y SPL total y la
Fig. 6.3 muestra el RASTI en porcentaje para la zona de audiencia dentro del aula.
Fig. 6.2. Parámetros D-50, C-50, SPL directo y SPL total para el aula de Prejardín
116
Fig. 6.3. RASTI (%) para la zona de audiencia del aula de Prejardín.
4.4.1.2 Primaria y bachillerato (básica y media)
La Fig. 6.4 es el modelo geométrico implementado en CATT-Acoustic para el
salón de Primaria y Bachillerato. En la Tabla 6.6 se muestran los tiempos de
reverberación calculados y simulados.
Fig. 6.4. Modelo geométrico para el aula de primaria y bachillerato
117
Tabla 6.6: Tiempos de reverberación mediante calculados y simulados en el aula de
primaria y bachillerato
Método Tiempo de Reverberación (s)
125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz Tm Tm
óptimo
TR Sabine
(Calculado)
2.67 2.83 3.25 2.5 2.02 1.79 2.59
<0.6 TR Sabine
(Simulado)
2.68 2.85 3.27 2.51 2.03 1.79 2.60
T-30 Simulado 2.72 2.86 3.3 2.53 2.04 1.82 2.62
Utilizando como TR el valor en 500 Hz para T-30, se encontró que Fsch=281.65
Hz. La Fig. 6.5 muestra la cantidad de modos normales con respecto a intervalos
de frecuencia con longitud de 10 Hz para el salón de Primaria y Bachillerato.
Fig. 6.5 Cantidad de modos normales de vibración por intervalo de frecuencia con longitud
10Hz
118
Se observa que existen algunos intervalos de frecuencia con una densidad modal
grande, sin embargo el problema no es tan preocupante como el que se
observaba en el aula de Prejardín. Esto ocurre porque en el aula de Primaria y
Bachillerato ninguna de sus dimensiones es múltiplo entero de la otra.
En la Fig. 6.6 se muestran los parámetros D-50, C-50, SPL directo y SPL total y la
Fig. 6.7 muestra el RASTI en porcentaje para la zona de audiencia dentro del aula.
Fig. 6.6 Parámetros D-50, C-50, SPL directo y SPL total para el aula de primaria y
bachillerato
119
Fig. 6.7. RASTI (%) para la zona de audiencia del aula de primaria y bachillerato
4.4.1.3 Biblioteca
La Fig. 6.8 es el modelo geométrico implementado en CATT-Acoustic para la
biblioteca. En la Tabla 6.7 se muestran los tiempos de reverberación calculados y
simulados. Por un lado, sin considerar la absorción del aire y por otro lado,
considerándola.
120
Fig. 6.8. Modelo geométrico para la biblioteca
Tabla 6.7. Tiempos de reverberación calculados y simulados para la biblioteca
Método Tiempo de Reverberación (s)
125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz Tm Tm
óptimo
TR Sabine
(Calculado)
4.56 4.67 5.15 4.14 3.42 2.90 4.24
<1.0
TR Sabine
(Simulado)
4.53 4.64 5.12 4.12 3.4 2.88 4.21
T-30 Simulado
4.51 4.61 5.19 4.13 3.5 3.07 4.27
TR Sabine
(absorción
aire)
4.49 4.51 4.71 3.65 2.87 2.09 3.74
T-30
(absorción
aire)
4.45 4.51 4.74 3.66 2.92 2.16 3.77
De acuerdo al T-30 en 500 Hz (considerando la absorción del aire) se encontró
que Fsch=145.14 Hz. En la Fig. 6.9 se grafica el comportamiento de los modos
normales de vibración en la sala.
121
Fig. 6.9. Cantidad de modos normales de vibración por intervalo de frecuencia con longitud
10Hz
Se observa que no existen cantidades irregulares de modos normales de vibración
que ameriten ser consideradas en el acondicionamiento. La frecuencia de
Schroeder es baja debido a que el recinto posee un volumen grande. Se puede
afirmar que la biblioteca no necesita un tratamiento para corregir los modos
normales de vibración.
Debido a que la biblioteca es un ambiente escolar en donde se buscan
condiciones de silencio dadas por bajos niveles de ruido de fondo y tiempos de
reverberación bajos, mas no está diseñada para la transmisión de la palabra
hablada, no se realizó el análisis del D-50, C-50, SPL y RASTI como se hizo en los
anteriores espacios de enseñanza.
4.4.1.4 Aula múltiple
La Fig. 7 es el modelo geométrico implementado en CATT-Acoustic para el salón
de Primaria y Bachillerato. En la Tabla 6.8 se muestran los tiempos de
122
reverberación calculados y simulados tanto sin considerar como considerando la
absorción del aire. La Tabla 6.9 muestra, entre otros parámetros acústicos
importantes el EDT en segundos para dos receptores en el Aula Múltiple.
Fig. 7. Modelo geométrico para el aula múltiple
Tabla 6.8. Tiempos de reverberación calculados y simulados para el Aula Múltiple
Método Tiempo de Reverberación (s)
125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz Tm Tm
óptimo
TR Sabine
(Calculado)
3.58 4.09 5.17 4.39 3.83 3.52 4.24
0.8-1.2
TR Sabine
(Simulado)
3.57 4.07 5.16 4.38 3.81 3.51 4.21
T-30 Simulado
3.64 4.13 5.21 4.42 3.88 3.61 4.27
TR Sabine
(absorción
aire)
3.54 3.97 4.74 3.86 3.16 2.41 3.74
T-30
(absorción
aire)
3.61 4.02 4.79 3.9 3.2 2.45 3.77
123
Tabla 6.9. EDT y otros parámetros acústicos para dos receptores en el Aula Múltiple.
Receptor 1 Receptor 2
La Frecuencia de Schroeder encontrada fue Fsch=116.32 Hz al considerar TR
como el valor a 500 Hz tomando en cuenta la absorción del aire. En la Fig. 7.1 se
muestra la cantidad de modos normales para el aula múltiple en intervalos de
frecuencia de 10 Hz
124
Fig. 7.1. Cantidad de modos normales de vibración por intervalo de frecuencia con longitud
10 Hz
Se observa en la Fig. 7.1 que el recinto no presenta problemas por modos
normales de vibración gracias a que sus dimensiones no son múltiplos enteros de
otra y que su volumen es grande, por lo cual la frecuencia de Schroeder es baja.
En la Fig. 7.2 se muestran los parámetros D-50, C-80, SPL directo y SPL total. La
Fig. 7.3 muestra el RASTI en porcentaje para la zona de audiencia dentro del aula.
Fig. 7.2. Parámetros D-50, C-80, SPL directo y SPL total para el aula múltiple
125
Fig. 7.3. RASTI (%) para la zona de audiencia del aula múltiple
4.4.2 Propuestas para el acondicionamiento acústico de los espacios
El diagnóstico de las condiciones iniciales de las aulas se realizó para poder
comparar entre las condiciones antes y después del acondicionamiento acústico.
Sin embargo, el acondicionamiento acústico se realiza posterior al aislamiento en
los recintos y por lo tanto se generan cambios en las superficies y en las
dimensiones, por lo cual un nuevo diagnóstico se hace necesario para determinar
los pasos a seguir para acondicionar el recinto. Este nuevo diagnóstico no se
presenta de una manera tan rigurosa como se hizo el anterior y solo se muestran
en la Tabla 6.9 los tiempos de reverberación para cada espacio tras realizar el
aislamiento a ruido en los ambientes escolares.
126
Tabla 6.9. Tiempos de reverberación para los ambientes educativos tras el aislamiento
Aula Método Tiempo de Reverberación (s)
125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz Tm
Prejardín RT Sabine calculado 0.52 0.96 1.23 1.34 1.23 1.46 1.27
RT Sabine simulado 0.52 0.96 1.13 1.34 1.23 1.47 1.23
T-30 0.68 1.04 1.34 1.39 1.27 1.48 1.33
Primaria y
Bchto.
RT Sabine Calculado 0.62 1.15 1.46 1.61 1.46 1.77 1.51
RT Sabine Simulado 0.62 1.16 1.47 1.63 1.47 1.78 1.52
T-30 0.87 1.3 1.58 1.62 1.51 1.69 1.57
Biblioteca RT Sabine calculado 0.85 1.65 2.10 2.51 2.35 3.08 2.32
RT Sabine simulado 0.85 1.64 2.08 2.48 2.33 3.03 2.30
T-30 1.01 1.83 2.28 2.66 2.51 3.11 2.48
RT Sabine (absorción
aire)
0.84 1.61 2 2.3 2.06 2.17 2.12
T-30 (absorción aire) 1 1.79 2.21 2.42 2.19 2.19 2.27
Aula Múltiple RT Sabine Calculado 0.87 1.62 2.14 2.57 2.48 3.22 2.40
RT Sabine Simulado 0.86 1.62 2.14 2.56 2.47 3.21 2.39
T-30 0.94 1.77 2.32 2.73 2.67 3.37 2.57
RT Sabine (absorción
aire)
0.86 1.6 2.06 2.37 2.18 2.26 2.20
T-30 (absorción aire) 0.94 1.75 2.23 2.51 2.33 2.34 2.36
A partir de estos tiempos de reverberación encontrados se calculó la cantidad de
absorción necesaria para encontrar los tiempos de reverberación óptimos para
cada recinto. Los materiales utilizados para el aislamiento y el acondicionamiento
junto con sus respectivos coeficientes de absorción se muestran en la Tabla 7.
127
Tabla 7. Coeficientes de absorción de los materiales usados en aislamiento y
acondicionamiento.
Material Frecuencia (Hz) Fuente
125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz
Placa de yeso laminado 13 mm con una
cavidad de 10 cm llenada con lana mineral
0.3 0.12 0.08 0.06 0.06 0.05 2
Vidrio doble 0.15 0.05 0.03 0.03 0.02 0.02 1
Asientos de auditorio tapizado 0.37 0.48 0.68 0.73 0.77 0.74 1
Lana de vidrio 50mm 16kg/m^2 0.17 0.45 0.80 0.89 0.97 0.94 1
Techo de yeso laminado 12 mm con
respaldo de fibra de vidrio de 30mm
0.40 0.20 0.15 0.10 0.10 0.05 1
Alfombra delgada sobre concreto 0.10 0.15 0.25 0.30 0.30 0.30 1
Yeso acústico 25 mm sobre respaldo sólido 0.03 0.15 0.5 0.8 0.85 0.8 1
Madera Dura (difusores) 0.19 0.23 0.25 0.3 0.37 0.42 1
1. (Departament for Education UK, 2004)
2. (Cox & D’Antonio, 2009)
4.4.2.1 Prejardín
Fig. 7.4. Acondicionamiento acústico del aula de prejardín
El acondicionamiento del aula de prejardín se hizo como se muestra en los planos
del ANEXO E. Se prefirió ubicar asborción en la pared trasera y en los bordes del
techo para utilizar el centro del techo como un panel reflectante para el
aprovechamiento de las reflexiones tempranas. Con la nueva absorción añadida
128
se logra alcanzar el criterio de 0.6 s. El resultado para el tiempo de reverberación
se muestra en la Tabla 7.1.
Tabla 7.1. Tiempo de reverberación para el aula de Prejardín tras el acondicionamiento
Método
Tiempo de Reverberación (s)
125Hz 250Hz1 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz Tm Criterio
RT Sabine Calculado 0.56 0.73 0.63 0.61 0.56 0.60 0.60
<0.6
RT Sabine Simulado 0.56 0.73 0.63 0.61 0.56 0.6 0.60
T-30 Simulado 0.66 0.75 0.66 0.68 0.64 0.72 0.66
La nueva frecuencia de Schroeder del recinto es Fsch=184.51 Hz. La Fig. 7.5
muestra la distribución de los modos en los intervalos de frecuencia. Se observa
una mejora en el comportamiento de los modos normales gracias al cambio en las
dimensiones tras el aislamiento, pues ahora ninguna dimensión del recinto es
múltiplo entero de otra.
Fig. 7.5. Distribución de modos normales en intervalos de frecuencia de longitud 10 Hz
En la Fig. 7.6 se muestran los parámetros D-50, C-50, SPL directo y SPL total. La
Fig. 7.7 muestra el RASTI en porcentaje para la zona de audiencia dentro del aula.
129
Fig. 7.6. Parámetros D-50, C-50, SPL directo y SPL total en la zona de audiencia de Prejardín
Fig. 7.7. RASTI (%) para la zona de audiencia del aula de Prejardín
130
Es posible observar, al realizar la comparación frente a los resultados obtenidos
antes del acondicionamiento que las condiciones de inteligibilidad aumentaron
drásticamente, alcanzando un nivel general en la zona de audiencia alrededor del
70% para el RASTI. Esto significa que la inteligibilidad de la palabra en este
recinto es casi excelente.
4.4.2.2 Primaria y bachillerato (Básica y media)
Fig. 7.8. Acondicionamiento acústico del aula de bachillerato
El acondicionamiento del aula de Bachillerato se hizo como se muestra en los
planos del ANEXO E. Se utilizó un criterio similar al empleado en el aula de
prejardín, donde el techo actúa como un panel reflectante para el
aprovechamiento de las reflexiones tempranas. Con la nueva absorción añadida
se logra alcanzar el criterio de 0.6 s. El resultado para el tiempo de reverberación
se muestra en la Tabla 7.2.
Tabla 7.2. Tiempo de reverberación para el aula de Bachillerato
Método Tiempo de Reverberación (s)
125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz Tm Criterio
RT Sabine Calculado 0.72 0.83 0.65 0.61 0.54 0.56 0.60
<0.6 RT Sabine Simulado 0.71 0.81 0.63 0.6 0.54 0.58 0.59
T-30 0.75 0.85 0.79 0.76 0.72 0.77 0.76
131
La nueva frecuencia de Schroeder es Fsch=145.73. La distribución de los modos
normales de vibración se muestra en la Fig. 7.9.
Fig. 7.9. Distribución de los modos normales de vibración para el aula de Bachillerato
La Fig. 8 muestra los parámetros D-50. C-50, SPL Directo y SPL Total en la sala.
La Fig. 8.1 muestra el RASTI en porcentaje
Fig. 8. Parámetros D-50, C-50, SPLdir y SPL total para el aula de bachillerato
132
Fig.8.1. RASTI (%) para la zona de audiencia del salón de Bachillerato
Como se observó en el salón de Prejardín, en el salón de bachillerato también hay
un enorme mejoramiento en términos de la inteligibilidad de la palabra, puesto que
se pasó de un RASTI (%) del 40% a uno del 70%, con lo cual se puede afirmar
que se pasó de tener una inteligibilidad regular, casi pobre, a una inteligibilidad
buena, casi excelente.
133
4.4.2.3 Biblioteca
Fig. 8.2. Acondicionamiento acústico biblioteca
Para la biblioteca el acondicionamiento se hizo utilizando una alfombra que
cubriera la totalidad del piso del recinto. Esta solución se puede implementar en la
biblioteca puesto que es un lugar con restricciones para el ingreso de alimentos y
bebidas (Salter, 2002). En aulas de clase no es conveniente utilizar alfombras
debido a que el mantenimiento sería demasiado costoso. En la pared a la que no
se le incluyó aislamiento se ubicó un yeso acústico con alta absorción con lo cual
se pudo alcanzar el tiempo de reverberación óptimo de 1.0 s. Los planos con la
descripción del acondicionamiento implementado se muestran en el ANEXO E. El
tiempo de reverberación se muestra en la Tabla 7.3.
Tabla 7.3. Tiempo de reverberación para la biblioteca tras el acondicionamiento
Método Tiempo de Reverberación (s)
125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz Tm Criterio
RT Sabine calculado 0.78 1.23 1.08 1.02 0.98 1.10 1.024678
>1.0
RT Sabine simulado 0.78 1.22 1.07 1.01 0.97 1.09 1.016667
T-30 0.99 1.45 1.18 1.01 0.97 1.06 1.053333
RT Sabine (absorción aire) 0.78 1.21 1.05 0.98 0.92 0.96 0.983333
T-30 (absorción aire) 0.97 1.45 1.14 0.98 0.91 0.9 1.01
134
La distribución de los modos normales de vibración hasta la nueva frecuencia de
Schroeder Fsch=74.64 se muestra en la Fig. 8.3.
Fig. 8.3. Distribución de los modos normales por intervalo de frecuencia en la biblioteca
4.4.2.4 Aula múltiple
Fig. 8.4. Acondicionamiento acústico aula múltiple. En la imagen de la derecha se retira el
techo para visualizar el cielo falso
Para el aula múltiple se utilizaron diferentes soluciones para el acondicionamiento
acústico. Se utilizó un cielo falso que funcionó como panel reflectante con
135
diferentes inclinaciones para favorecer las reflexiones tempranas en la audiencia.
Con el fin de garantizar un sonido homogéneo dentro del aula múltiple, se dispone
de mecanismos de difusión QRD y Schroeder de tal forma que abarquen el mayor
rango frecuencial en baja y media frecuencia en conjunto (Carrión Isbert, 1998). El
diseño de estos difusores se detalla en el ANEXO E. En la parte trasera del
auditorio se utilizó aborción mediante lana de vidrio para evitar el eco. Las sillas
fueron tapizadas para aumentar el coeficiente de absorción en alta frecuencia.
Todas las soluciones se ilustran en los planos contenidos en el ANEXO E. Con
todas las soluciones descritas anteriormente para el acondicionamiento se logró
llegar a la meta de un tiempo de reverberación entre 0.8 y 1.2 s. La Tabla 7.4
muestra los tiempos de reverberación hallados por diferentes métodos para el aula
múltiple. La Tabla 7.5 muestra, entre otros parámetros acústicos importantes el
EDT en segundos para dos receptores.
Tabla 7.4. Tiempo de reverberación del aula múltiple tras el acondicionamiento
Tiempo de Reverberación (s)
125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz Tm Criterio
RT Sabine Calculado 0.712 1.05 1.05 1.09 1.05 1.18 1.02
0.8-1.2
RT Sabine Simulado 0.77 1.08 1.07 1.11 1.06 1.06 1.03
T-30 Simulado 1.05 1.21 1.17 1.15 1.13 1.12 1.14
RT Sabine (Absorción Aire) 0.77 1.07 1.05 1.07 1 0.93 0.98
T-30 Simulado (Absorción Aire) 1.05 1.19 1.1 1.09 1.01 0.95 1.07
136
Tabla 7.5. EDT y otros parámetros acústicos para dos receptores en el Aula Múltiple.
Receptor 1 Receptor 2
La Fig. 8.5 muestra los parámetros D-50, C-80, SPL directo y SPL total para las
zonas de audiencia del aula múltiple. La Fig. 8.6 muestra el RASTI en porcentaje
para las zonas de audiencia.
137
Fig. 8.5. Parámetros D-50, C-80, SPLdir y SPL total para el aula múltiple
Fig. 8.6. RASTI (%) para las zonas de audiencia del aula múltiple
138
Se puede observar que la inteligibilidad del aula múltiple tras el acondicionamiento
es buena puesto que el RASTI es superior al 60 %, mientras que antes del
acondicionamiento se tenía un RASTI un poco mayor al 30%, lo que se interpreta
como una inteligibilidad mala.
4.4.3 Análisis de los resultados tras el acondicionamiento acústico
Tras realizar el análisis de los modos normales de vibración en los cuatro
ambientes se pudo comprobar que en los recintos grandes como la biblioteca y el
aula múltiple los modos normales no son problemáticos puesto que la frecuencia
de Schroeder será muy baja y por lo tanto las concentraciones de modos que se
pudieran presentar no afectarían el entendimiento de la palabra hablada. Sin
embargo en los recintos pequeños como las aulas de Prejardín y Bachillerato sí se
podría hacerse necesario un control sobre la distribución de los modos normales
puesto que pueden interferir en la comunicación si el contenido de la voz se
encuentra por debajo de la frecuencia de Schroeder, como podría ocurrir en el
caso de una voz masculina.
Existen criterios para la determinación de las proporciones de las sala que
garantizan una buena distribución de los modos normales de vibración como lo
son el conocido Criterio de Bolt (1:1.25:1.59) y el criterio de Louden (1:1.4:1.9) que
es más recomendado para salas pequeñas (San Martín, 2010). Estas
proporciones podrían ser planeadas desde la etapa de diseño, teniendo siempre
en cuenta que se debe cumplir el área y altura mínima que recomienda la NTC
4595. Para recintos ya diseñados se pueden utilizar difusores sintonizados en las
frecuencias más problemáticas. Además la instalación de un muro doble o cielo
falso para el control de ruido modificaría las dimensiones interiores del recinto y
mejoraría la distribución de los modos, como se vio en el caso del aula de
preescolar.
139
En cuanto a los resultados de tiempo de reverberación, se encontró que en todos
los cuartos se presentaban diferencias grandes entre el tiempo de Reverberación
por Sabine y el T-30 cuando se ponía el material absorbente únicamente en techo
o piso (o en ambos). Se observó que el T-30 era mucho mayor que el tiempo de
reverberación teórico. Esta diferencia se hacía mucho menos amplia cuando se
hacía una distribución más homogénea del material absorbente. Esto puede
ocurrir porque en la ecuación de Sabine no interesa la forma del recinto ni la
distribución (uniforme o no) de las superficies absorbentes; mientras que el T-30
representa más fielmente el comportamiento que tendría el sonido dentro del
cuarto al ser el resultado de todo el proceso de trazado de rayos que realiza
CATT-Acoustic. Debido a esto, se confió más en el resultado obtenido con la
simulación del T-30 y se decidió hacer una distribución de la absorción más o
menos homogénea.
También se encontró que la cantidad de material absorbente requerida para
reducir el tiempo de reverberación no es mucha, con lo cual se puede decir que la
inversión económica para alcanzar los tiempos de reverberación óptimos no es
muy alta comparada con el beneficio de ofrecer una buena inteligibilidad de la
palabra al interior de las aulas de clase.
5. CONCLUSIONES
En las Instituciones Educativas de la ciudad de Medellín es común la
implementación de aberturas en las paredes y el uso de las ventanas abiertas con
el objetivo de favorecer la ventilación natural, como lo muestran los dos casos
reales de la Fig. 8.7. Este tipo de diseño crea vías de transmisión directa para el
ruido, arruinando cualquier tipo de aislamiento que pudiera tener el muro y
generando espacios interiores altamente ruidosos. Esta situación llevó a plantear
uno de los objetivos más importantes del proyecto: Proponer una alternativa de
140
ventilación que permita mantener un buen control del ruido al interior del aula. La
alternativa que mejor se ajustó a las condiciones del modelo arquitectónico
propuesto fue la rejilla acústica. Mediante esta solución y usando un sistema de
ventilación cruzada se logró cumplir el objetivo de ventilación natural para cada
espacio del modelo sin necesidad de recurrir a complejos montajes estructurales.
Pude concluirse respecto al tema de ventilación, que el uso de rejillas acústicas es
una solución más adecuada en cuanto al aislamiento a ruido que cualquier otra
solución que involucre agujeros o ventanas abiertas. Esto, a pesar de que el nivel
de aislamiento STC de las rejillas por sí mismas no es muy alto, es una buena
solución para ayudar a controlar el ingreso de ruido a las aulas.
Fig. 8.7. Diseños que favorecen la ventilación natural en dos Instituciones Educativas de la
ciudad de Medellín que afectan el aislamiento al ruido.
Respecto al diseño para el aislamiento a ruido, se encuentra que se pudo lograr
un aislamiento adecuado con las condiciones de ruido ambiental preestablecidas
para este proyecto. Y se pudo cumplir ampliamente con los requerimientos
contenidos dentro de la norma NTC 4595, ya que se calculó el aislamiento para un
nivel de ruido interior máximo de 35dBA en aulas. Esto permite mostrar que sí es
posible conjugar soluciones de ventilación e iluminación natural con una buena
calidad acústica. Por otro lado, analizando el criterio exigido en la norma ANSI
141
S12.6 para aislamiento en muros exteriores. Encontramos que no es posible
alcanzar el nivel de aislamiento propuesto en dicha norma de 50dB STC para
paredes exteriores con sistemas de ventilación natural, ya que la ANSI es una
norma que recomienda ventilación mecánica y no se ajusta a los objetivos de
ventilación pasiva. Por tal motivo es recomendable tener un margen de aceptación
para el aislamiento de superficies fachada que integran sistemas de ventilación
natural. En el caso de este proyecto el valor de aislamiento máximo conseguido
gira entre los 38dB y 42dB STC.
Respecto a este valor de aislamiento máximo alcanzado en las paredes que
poseen rejillas de ventilación. Se encuentra entonces que aumentar el STC
después de estos valores es bastante complejo y que sólo existen dos maneras
para aumentar el nivel de aislamiento STC: La primera consiste en reducir las
áreas de ventilación, lo cual no es una solución viable puesto que se estaría
desfavoreciendo la ventilación natural del recinto e iría en contra de los objetivos
del proyecto. La segunda posibilidad consiste en aumentar el valor de aislamiento
STC de la rejilla usada, por ejemplo incluyendo obstáculos con material
absorbente en la trayectoria del ducto. Esto permite aumentar el valor de
aislamiento STC de la rejilla (es necesario cuantificarlo mediante la medición de un
prototipo siguiendo los lineamientos de la norma ISO 140-10), pero disminuye la
velocidad de flujo de aire en el ducto. Para determinar el valor de reducción de la
velocidad del aire al interior, es necesario realizar una medición del prototipo
mediante túnel de viento antes y después de incluir los obstáculos al interior y
posteriormente determinar si la disminución es importante o si es posible incluir
esta solución para mejorar el valor de aislamiento de las rejillas y del modelo sin
afectar considerablemente la ventilación.
Otro punto importante que puede concluirse es que la distribución de las aulas
dentro del terreno es el punto inicial para poder alcanzar los niveles de ruido de
fondo adecuados en los ambientes escolares. Por ejemplo en el modelo
142
propuesto, el apantallamiento acústico conseguido por los bloques auxiliares y el
distanciamiento a campo abierto hizo posible resguardar de las principales fuentes
de ruido los espacios más críticos. Esto permite obtener los niveles de ruido de
fondo de una manera más efectiva. Sin embargo, la realidad local indica que no
siempre se dispone de grandes predios para la construcción de las Instituciones
Educativas y muchas veces las fachadas están justo al lado de las aceras en vías
de alta circulación. En una situación así, no existe oportunidad de hacer una
distribución abierta de los bloques como se realizó en el caso de estudio que
plantea este proyecto, pero si es posible ubicar los espacios más sensibles al
ruido en los pisos altos del edificio para mitigar un poco el impacto directo sobre
las aulas. Una solución para dar un buen balance tanto de comodidad térmica
como auditiva en una situación así, sería incluir un sistema de climatización o de
ventilación pasiva hacia interiores, conservando las fachadas expuestas al ruido
sin ningún tipo de abertura y con sistemas de aislamiento adecuados. Esto iría en
contravía con la filosofía de la NTC 4595, que no contempla la utilización de
equipos mecánicos de climatización especializados. Pero sería una buena
alternativa para controlar los niveles elevados de ruido exterior.
Finalmente, aunque el caso de estudio que plantea este proyecto parte desde la
etapa de la planeación de la infraestructura, las soluciones de control de ruido y
acondicionamiento acústico interior que se propusieron pueden ser adaptadas e
implementadas a aulas de clase ya construidas. Esto es gracias a varios aspectos.
Por un lado, el caso de estudio parte de un diseño tradicional del aula de clase con
forma de “caja de zapatos”, el cual es el tipo de aula que se observó en la totalidad
de las Instituciones Educativas que se visitaron durante la realización del proyecto.
La gran aceptación de este tipo de geometría se debe a que facilita la construcción
y distribución de los espacios, por lo cual el modelo que se propone se basa en
esa forma e implementa soluciones acústicas para ese tipo de diseño. Por otro
lado, las soluciones para el acondicionamiento acústico interior no requieren un
montaje complicado, además de que se encontró que no se necesita mucha
143
cantidad de material absorbente por aula de clase para alcanzar el tiempo de
reverberación recomendado. Finalmente, los sistemas para control de ruido
utilizan materiales que se consiguen fácilmente en el mercado colombiano y el
montaje que se propone puede adaptarse a cualquier aula de clase. Esto permite
que este trabajo de investigación sirva como ejemplo para los proyectos de
espacios educativos en la introducción de criterios acústicos, ya sea que se parta
desde la etapa de diseño, o que se inicie a partir de un espacio ya construido.
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150
ANEXO A: EVALUACION DE LAS CONDICIONES ACUSTICAS EN LAS
AULAS DE CLASES DE LAS INSTITUCIONES EDUCATIVAS PÚBLICAS DE
MEDELLIN
Introducción
La transmisión del conocimiento en aulas de clase se da principalmente a través
de la palabra hablada. Antes de la recepción del mensaje, este se ve modificado
por las características acústicas del entorno en que se desarrolla la comunicación.
La presencia de elevados niveles de ruido de fondo y altos tiempos de
reverberación en el aula de clases, generan deficientes condiciones de
inteligibilidad de la palabra. Esto en los estudiantes puede producir síntomas de
fatiga, irritabilidad, agitación y pérdida de atención, mientras que en los docentes
puede conllevar a trastornos de las cuerdas vocales e incomodidad con su
ambiente de trabajo. Ante esta problemática se realiza este estudio el cual está
orientado a evaluar las condiciones acústicas existentes actualmente en las
Instituciones Educativas Públicas de Medellín, a través de una campaña de
mediciones de ruido de fondo y tiempo de reverberación a un número
representativo de aulas de clase en algunos colegios y escuelas de la ciudad. Los
resultados obtenidos se comparan posteriormente con estándares nacionales e
internacionales de diseño y construcción de colegios. Esto con el fin de determinar
el cumplimiento de criterios de desempeño acústico dentro de los espacios de
enseñanza. Este Anexo presenta inicialmente información acerca de los trastornos
psicopedagógicos asociados a una mala acústica dentro de las aulas y una
revisión de algunas normas internacionales que determinan los criterios acústicos
asociados a espacios de enseñanza. Finalmente se detallan los resultados
obtenidos tras la evaluación acústica del grupo de aulas de clase y se realiza una
discusión de resultados para establecer las principales dificultades arquitectónicas
y de ingeniería que pueden ocasionar deficientes condiciones acústicas en estos
espacios.
151
A.1 Efectos psicopedagógicos asociados a malas condiciones acústicas
dentro de los espacios de enseñanza.
Condiciones acústicas deficientes traen un número de efectos importantes que
pueden entorpecer el desempeño académico y el buen desarrollo
psicopedagógico en los estudiantes. Es importante notar que el sistema auditivo
humano no se desarrolla completamente sino hasta el final de la adolescencia.
Además los niños en tempranas edades no tienen la capacidad de completar
oraciones oídas de forma incompleta. Se han realizado numerosas investigaciones
encaminadas a determinar los efectos del ruido, la reverberación y otros
parámetros acústicos dentro de las aulas de clase. Los estudios han mostrado que
estos fenómenos no solo afectan los procesos de enseñanza aprendizaje, sino
que impactan también la comunicación, el ambiente social y emocional de las
clases (Allen, 2004), (Klatte, 2010). Otras investigaciones como las realizadas en
Alemania y Egipto años 2010-2013, muestran que en escuelas ruidosas los niños
presentan un mayor grado de dificultades a la hora de concentrarse y realizar
actividades mentales y que requieren hacer un mayor esfuerzo para escuchar a
sus docentes (Ali, 2013). Además señalan que la exposición prolongada a
condiciones de escucha poco favorables pueden llegar a afectar el desarrollo de
las funciones auditivo-verbales que son importantes para aprender a leer y
escribir.
De estos resultados obtenidos puede concluirse que una condición acústica
deficiente dentro de las aulas de clase afectan de forma permanente los procesos
de enseñanza-aprendizaje, y que niveles altos de reverberación afectan el proceso
fonológico generando una mayor molestia en estudiantes y docentes (Klatte,
2010). En México año 2010 se realizaron estudios frente a la exposición constante
a elevados niveles de ruido en etapas críticas del desarrollo humano como el caso
de la infancia, y se determinó que estos niveles elevados de ruido pueden afectar
152
el desarrollo conceptual y la adquisición del habla y el lenguaje. Además de que
genera efectos perjudiciales en el desarrollo cognitivo a largo plazo (Estrada,
2010).
Por otro lado se han desarrollado investigaciones encaminadas a determinar los
efectos del ruido en el desempeño escolar de los estudiantes, encontrando que
elevados niveles de ruido de fondo en las aulas se relacionan directamente con
indicadores académicos bajos. Aquellos niños que asisten a escuelas con aulas
ruidosas logran resultados inferiores en cuanto a lectura y logros académicos de
distintas índoles (Lukas, 1981). Es importante resaltar que el efecto del ruido
degrada el desarrollo de la habilidad de comprensión lectora en los niños.
Investigaciones realizadas en Estados Unidos en 1981 muestran que los
estudiantes expuestos a condiciones ruidosas presentan niveles de desempeño en
lectura inferiores que aquellos estudiantes en condiciones menos ruidosas
(Bronzaft, 1975). Estudios posteriores concluyen también que los elevados niveles
de ruido de las aulas se correlacionan significativamente con los bajos niveles de
comprensión lectora (Ronsse, 2010), (Ronsse, 2013. Además la situación se
vuelve mas compleja en aquellas instituciones ubicadas en cercanías de
aeropuertos, ya que se ha demostrado que el ruido de aeronaves tiene efectos
perjudiciales mas relevantes en la habilidad de comprensión lectora y el desarrollo
cognitivo de los estudiantes (Klatte, 2010), (Berglund, 1999).
En Colombia al revisar los niveles de comprensión lectora mediante un estudio
realizado en 2009 por el Instituto Colombiano para el Fomento de la Educación
Superior (ICFES) sobre una población de estudiantes de colegios, se encuentra
que mas de la mitad del porcentaje de niños evaluados en los grados quinto y
noveno no cumplen los niveles de comprensión lectora mínimos. Estos estudios
además de otros realizados a nivel internacional ubican a Colombia entre los 10
peores resultados de comprensión lectora entre 49 países evaluados. Estando por
encima los países de Trinidad y Tobago, y Azerbaiyán. (El País, 2010), (ICFES,
153
2012). Estos resultados son alarmantes y obliga a encontrar las falencias
relacionadas con estos indicadores en materia de infraestructura en instalaciones
educativas y de procesos educacionales propios de las actividades académicas
regulares.
A.2 Criterios de desempeño acústico para espacios de enseñanza
Actualmente existe un gran número de países que cuenta con normas o
legislación que hacen obligatorio el cumplimiento de las condiciones acústicas en
los espacios de enseñanza. Estos criterios especifican los valores recomendados
para dos variables principales como son los niveles de ruido de fondo máximos y
los tiempos de reverberación máximos para espacios de enseñanza. En la Tabla
A.1 se muestran algunos criterios de desempeño acústico para aulas de clase
incluyendo niveles de ruido de fondo y tiempos de reverberación de algunos
países. El criterio de ruido de fondo máximo de 35dBA es el más aceptado en los
distintos estándares y se fundamenta según se explica en el Anexo B. Igualmente
el criterio de tiempo de reverberación máximo a frecuencia media para bandas de
500 Hz, 1000 Hz y 2000 Hz puede encontrarse oscilando normalmente entre 06 a
07s en la mayoría de normas y legislaciones.
Tabla A.1. Resumen de criterios acústicos en algunas legislaciones y estándares de
distintos países.
País (Organización) Criterio de ruido de fondo
(dBA) Criterio de tiempo de reverberación RT(s)
Alemania 35-40 0,3*Log(V)-0,17s de 250Hz a Khz
Australia 35 0,4-0,6
Bélgica 40 0,4
Brasil 40-50
Canadá 0,7
China 40-50 0,9-1,0
154
Chile 35-40 0,6-0,7
Francia 33-38 0,4-0,6
Italia 36
Nueva Zelanda 35 0,4-0,6
Portugal 35 0,6-1,0
Reino Unido 35 0,6-0,8
Suecia 30
Turquía 45
USA (ANSI) 35-40 0,6-0,7
USA (ASHA) 30 0,4
USA (ASHRAE) NC30
W.H.O 35 0,6
En Colombia la norma vigente actualmente es la norma técnica colombiana NTC
4595 “Ingeniería Civil y Arquitectura – Planeamiento y Diseño de Instalaciones y
Ambientes Escolares”, de 2006 (NTC 4595, 2006). Esta norma al no constituirse
como ley no es de carácter obligatorio. Adicionalmente no brinda gran importancia
al tema acústico de los espacios de enseñanza, siendo tratado solo en un par de
páginas del documento.
Esta norma establece criterios de desempeño acústico en cuanto a niveles de
ruido de fondo máximos y tiempos de reverberación máximos dependiendo del
uso del espacio. En cuanto a los niveles de ruido de fondo máximos para aulas
(Espacios de aprendizaje tipo A), la norma NTC 4595 establece un nivel de ruido
de fondo de 40-45dB como se muestra en la Tabla A.2. De igual forma el criterio
para tiempo de reverberación es de 0.9 a 1.0 segundo como se puede ver en la
Tabla A.3.
155
Tabla A.2. Niveles máximos permitidos de “intensidad de sonido” (ruido de fondo en los
espacios de enseñanza). (NTC 4595, 2006)
Ambientes (recintos sin ocupar)
Nivel de
intensidad
de sonido,
en dB
Caracterización
Ambientes B y F para música 35-40 Silencio
Ambientes A y C en
laboratorios 40-45
Conversación voz
baja
Ambientes C en Artes y Oficinas 45-60 Conversación
natural
Ambientes C Tecnología hasta 60 Voz humana en
público
Tabla A.3. Tiempos de reverberación RT máximos permitidos en los espacios de enseñanza.
(NTC 4595, 2006)
Ambientes Tiempo de
reverberación (s)
Ambientes B Hasta 0,9
Ambientes A y oficinas 0,9-1,0
Ambientes C y E 0,9-1,2
Ambientes F 0,9-2,2
A.3 Caracterización del desempeño acústico de las Instituciones Educativas
Públicas de Medellín.
A.3.1 Metodología
Este estudio contempla la caracterización y evaluación acústica de 7 Instituciones
Educativas Públicas, las cuales abarcan una población estimada de 7739
estudiantes y 247 docentes. La secretaría de educación de Medellín proporcionó
un listado con 30 Instituciones Educativas disponibles para tal fin, de las cuales se
seleccionaron 7 escuelas en áreas urbanizadas, no rurales de la ciudad. Las
156
instituciones se ubican en los estratos socioeconómicos 2 y 3, e incluyen
establecimientos nuevos construidos en los últimos 5 años, escuelas restauradas
y escuelas sin restauración. En la Tabla A.4 se encuentran las características
principales de las instituciones evaluadas.
Tabla A.4. Resumen de características de las instituciones educativas evaluadas.
Nº I.E. Institución Educativa Comunica Estrato Estudiantes Docente Aulas
Evaluadas
1
I.E. La Milagrosa Santo Tomas
de Aquino
9 3 1100 30 4
2
I.E. Héctor Abad Gómez Sede
San Lorenzo
10 2 340 14 6
3
I.E. José Asunción Silva 5 3 1040 29 4
4
I.E. Pro. Antonio José Bernal 5 3 2332 77 5
5
I.E. Marco Fidel Suárez 10 3 1300 45 5
6
I.E. El Salvador 9 2 1170 34 5
7
I.E. INEM Santa Catalina de
Siena
14 3 457 18 4
Total 7739 247 33
La caracterización acústica de los espacios se realiza mediante mediciones
acústicas estandarizadas de niveles de ruido de fondo expresados según la norma
ISO 1996 y el tiempo de reverberación al interior de los salones según la norma
ISO 3382. Se seleccionaron entre 4 y 6 aulas en cada institución educativa, las
cuales representan las características arquitectónicas de la totalidad de la
infraestructura.
157
Las mediciones de ruido de fondo se realizaron en horario normal de
funcionamiento de los colegios en aula sin ocupación. Para cada salón se midió el
nivel de presión sonora continuo equivalente ponderado A, LAEQ30min, durante un
tiempo de 30 minutos en 3 diferentes puntos. Es decir se seleccionaron 3 puntos
al interior de los salones en los cuales se hizo la toma de datos 10 minutos por
cada punto y posteriormente se realizó un promediado espacial de los valores
obtenidos. Las mediciones se llevaron a cabo usando un sonómetro tipo 1 según
la norma IEC 61672. (ASHRAE, 1999), (IEC, 2002), (ISO, 2012). En cuanto al
tiempo de reverberación, estas mediciones se realizaron según lo descrito en la
norma ISO 3382 en ausencia de estudiantes en la escuela. Es decir en tiempo de
receso académico. Se hicieron entre 4 y 6 mediciones individuales de respuesta al
impulso usando el método de la respuesta impulsiva integrada y posteriormente
mediante un proceso de análisis computacional se obtuvieron los tiempos de
reverberación promedio en las bandas de interés para cada aula (500Hz, 1000Hz
y 2000Hz). En todas las mediciones se uso el instrumental con certificaciones
vigentes de calibración y apropiadamente calibrado in situ.
A.3.2 Resultados
Los resultados obtenidos tras las mediciones de ruido de fondo y tiempo de
reverberación dentro de las aulas de clase en las instituciones educativas
evaluadas se muestran en la Tabla A.5 y la Tabla A.6.
Tabla A.5. Resultados de ruido de fondo en términos de nivel de presión sonora equivalente
y ponderado A y nivel de presión sonora máximo.
IE N° Aula Nivel de presión sonora
equivalente Leq (dBA)
Nivel de presión sonora
máximo LMAX (dBA)
1
1 63,6 77,7
2 71,6 76,1
3 71,9 73,4
4 65,0 76,4
Promedio I.E. 1 69,4 76,2
158
2
1 60,9 76,1
2 62,3 78,6
3 56,1 76,8
4 64,2 70,7
5 65,3 73,9
Promedio I.E. 2 62,7 76,0
3
1 62,0 75,4
2 62,7 70,3
3 64,5 73,5
4 67,4 75,4
Promedio I.E. 3 64,7 74,1
4
1 61,1 75,3
2 61,0 73,2
3 62,0 62,9
4 63,7 70,3
5 62,3 71,6
Promedio I.E. 4 62,1 72,5
5
1 64,3 72,5
2 64,6 74,9
3 69,5 77,5
4 65,8 71,8
5 66,3 73,5
Promedio I.E. 5 66,5 74,5
6
1 61,0 78,1
2 62,0 79,7
3 56,0 73,0
Promedio I.E. 6 60,4 77,8
7
1 67,6 75,7
2 60,4 66,4
3 67,7 73,1
4 55,9 66,3
Promedio I.E. 7 65,2 72,2
En cuanto a los niveles de ruido de fondo medidos en las aulas, es posible decir
que estos se encuentran por encima del rango ideal contenido en las diferentes
normas mencionadas anteriormente en este anexo. En promedio, los valores de
159
nivel de presión sonora continuo equivalente y ponderado A alcanzan los 63dBA.
Este valor se sitúa casi 30dB por encima de los valores de nivel de ruido de fondo
recomendados para las aulas. Existen algunos casos extremos en los cuales el
nivel de ruido de los salones excede los 72dBA, siendo este valor comparable a lo
que exige la legislación colombiana para un bar o un taller mecánico (Ministerio de
Medio Ambiente de Colombia, 2006). En la Fig. A.1 se muestra una gráfica que
compara los valores obtenidos en cada aula medida con el rango propuesto por la
norma NTC 4595 y en la cual puede verse como son ampliamente superados
estos valores.
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
IE 1 IE 2 IE 3 IE 4 IE 5 IE 6 IE 7
dB
A
Aula 1 Aula 2 Aula 3 Aula 4 Aula 5
Fig. A.1. Comparación entre los valores obtenidos de ruido de fondo promedio para cada
aula y el rango propuesto por la norma colombiana NTC 4595 líneas rojas.
Tabla A.6. Resultados de tiempo de reverberación en segundos medido dentro de las aulas
evaluadas de las instituciones educativas.
I.E. N° Aula Tiempo de reverberación T30(s) por bandas de octava (Hz)
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000
1
1 5,88 2,63 2,40 1,96 1,76 1,80 1,69 1,47
2 5,96 4,07 2,21 2,06 1,78 1,86 1,64 1,49
3 1,88 1,90 1,43 1,47 1,56 1,52 1,24 1,12
4 2,28 3,32 1,97 1,86 1,81 1,69 1,39 1,25
Promedio I.E. 1,73 1,72 1,49
160
2
1 2,14 1,58 1,57 1,68 1,58 1,66 1,56 1,41
2 5,28 2,84 2,91 2,71 2,36 2,31 1,82 1,97
3 1,85 1,70 1,78 1,83 1,79 1,80 1,66 1,54
4 3,06 2,07 1,70 1,54 1,37 1,55 1,38 1,86
5 3,84 3,04 2,82 2,28 2,39 2,74 1,80 1,77
Promedio I.E. 1,90 2,01 1,64
3
1 2,52 1,59 1,45 1,51 1,41 1,29 1,39 1,33
2 1,74 1,28 1,45 1,44 1,34 1,35 1,25 1,18
3 2,53 2,05 1,95 1,53 1,30 1,30 1,26 1,18
4 0,06 2,54 1,61 1,03 1,01 1,00 0,92 0,85
Promedio I.E 1,26 1,23 1,20
4
1 0,78 0,79 0,73 0,89 0,93 1,13 1,26 1,12
2 0,89 1,02 1,15 1,24 1,19 1,39 1,47 1,31
3 0,92 1,17 1,73 1,28 1,28 1,29 1,16 1,06
4 1,21 1,18 1,42 1,30 1,19 1,19 1,10 1,03
5 0,47 0,79 0,92 1,13 1,10 0,99 0,95 0,90
Promedio I.E. 1,14 1,20 1,19
6
1 1,96 1,72 1,36 1,15 1,21 1,28 1,39 1,61
2 3,11 2,36 2,14 1,59 1,21 1,29 1,53 1,79
3 2,20 1,87 1,41 1,54 1,58 1,59 1,62 2,08
4 2,15 1,52 1,40 1,47 1,59 1,68 1,76 1,88
5 2,63 2,21 1,93 1,62 1,42 1,43 1,38 1,72
6 2,38 1,74 1,64 1,57 1,47 1,57 1,68 2,00
Promedio I.E. 1,41 1,47 1,56
7
1 2,43 2,10 1,62 1,31 1,22 1,19 1,23 1,19
2 1,57 1,78 2,22 1,94 1,71 1,80 1,67 1,47
3 1,68 1,13 1,81 2,10 2,22 2,24 2,06 1,83
4 0,88 1,27 1,38 1,35 1,28 1,59 1,73 1,55
Promedio I.E. 1,61 1,70 1,67
Nota: En la institución educativa 5 correspondiente a I.E. Marco Fidel Suárez no
fue posible realizar las mediciones de tiempo de reverberación por que no se dio la
autorización para medir en horario de no funcionamiento de la institución.
Respecto a los tiempos de reverberación de las aulas de clase, se encontró que
los valores exceden los criterios recomendados por las normas mencionadas en
161
anteriormente en este anexo. En promedio las aulas de clase poseen un tiempo de
reverberación de 1.5 segundos, el cual es más de 2 veces el valor recomendado
en los distintos países y referente a la norma colombiana también excede el valor
de 0.9 segundos propuesto. Adicionalmente se encontraron algunos casos críticos
en los cuales el tiempo de reverberación alcanza los 2.5 segundos, siendo
comparable con el valor que se encontraría en una iglesia o sala de conciertos. En
la Fig. A.2 se muestra una comparación entre los valores obtenidos de las 6
instituciones educativas medidas y los criterios propuestos en la norma NTC 4595
de Colombia.
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
IE 1 IE 2 IE 3 IE 4 IE 6 IE 7
RT m
id (s
)
Aula 1 Aula 2 Aula 3 Aula 4 Aula 5 Aula 6
Fig. A.2. Comparación entre los valores obtenidos de tiempo de reverberación en segundos
para cada aula y el rango propuesto por la norma colombiana NTC 4595 líneas rojas.
Los resultados obtenidos al caracterizar el grupo de aulas en los establecimientos
educativos revelan que las condiciones acústicas actuales son desfavorables para
la realización de las actividades académicas. La evaluación de las condiciones
acústicas en estas instituciones educativas muestra que de las 33 aulas
evaluadas, el 100% de estas no cumple los criterios de desempeño acústico
162
contenidos en la norma NTC 4595 y por consiguiente en ninguna de las normas
internacionales, tanto para niveles de ruido de fondo como para tiempos de
reverberación.
A.3.3 Discusión de resultados
Los resultados de la caracterización acústica de las aulas de clase en las
instituciones educativas públicas de Medellín revelan que existen severas
falencias en la infraestructura de las aulas de clase en términos de desempeño
acústico. Ya que tanto los diseños arquitectónicos actuales (desde los últimos 5
años) como los anteriores no cumplen los criterios acústicos planteados en la
norma NTC 4595. En general cuando hablamos de nivel de ruido de fondo,
encontramos que este valor es en promedio de 63dBA, excediendo en 25dB el
criterio de la NTC 4595 y en 30dB el criterio propuesto en la norma ANSI S12.6.
Asimismo, el tiempo de reverberación de las aulas excede también los valores
recomendados en las normas, sobrepasando en un 400% el criterio para el caso
de la ANSI S12.6, y en un 250% el criterio de la norma colombiana NTC.
Según las condiciones actuales respecto al ruido de fondo, se puede decir que la
relación señal a ruido para la voz del docente en situaciones normales será de
0dB y de 6dB si el docente alza la voz (Webster, 1983). Para que exista una
relación señal a ruido correcta, es decir que ésta sea de al menos 15dB como lo
recomienda la ASHA (ASHA, 1995), el docente deberá hablar muy fuerte o casi
gritar para lograrlo. Además estas condiciones de ruido dentro de las aulas traen
otras consecuencias importantes como una reducción en las habilidades de
concentración y que los estudiantes se sientan altamente molestos dentro del
aula de clases (Ali, 2013), por otro lado, las reverberaciones excesivas en las
163
aulas produce que el discurso del profesor sea percibido de forma incorrecta por
los estudiantes (Levitt, 1991).
Considerando que el alcance de este estudio no pretende encontrar relaciones
entre las malas condiciones acústicas de las aulas y los resultados académicos de
los estudiantes. La evidencia de estudios relacionados a nivel mundial como los
citados en el numeral … de este anexo, muestra que estas malas condiciones
acústicas poseen un impacto altamente negativo en diferentes aspectos del
proceso de enseñanza-aprendizaje. Particularmente en los temas de comprensión
lectora y los bajos resultados académicos que en general se presentan en las
escuelas publicas del país con relación al promedio mundial (ICFES, 2012). Pero
aunque no es posible inferir que el ruido y los altos tiempos de reverberación sean
los principales responsables de los bajos resultados académicos, es importante
notar que la evidencia científica al respecto sugiere que las malas condiciones
acústicas impactan negativamente estos resultados.
A.4 CONCLUSIONES
Mediante este estudio se han identificado problemas acústicos graves al interior
de las aulas en las escuelas públicas de la ciudad de Medellín. Estos problemas
se manifiestan en términos de ruido excesivo al interior de las aulas y valores
elevados de reverberación. En resumen ninguna de las 33 aulas evaluadas en las
7 instituciones educativas cumple con algún criterio de desempeño acústico
nacional o internacional.
Al realizar las actividades de medición dentro de las instituciones educativas
publicas de Medellín y al analizar los resultados obtenidos se pueden identificar
algunos factores que originan las malas condiciones acústicas dentro de las aulas
de clase:
164
1. No existe una legislación que haga obligatorio el cumplimiento de
estándares de desempeño acústico para espacios de enseñanza en el país.
Además la norma técnica vigente NTC 4595 es muy breve en el tema
acústico, contiene imprecisiones de carácter teórico y no es obligatoria.
2. Los arquitectos usan conceptos de diseño escolar que privilegian la
ventilación e iluminación natural de las aulas sin considerar los efectos
perjudiciales que se puedan acarrear en el aspecto acústico. Por otro lado
en los proyectos de infraestructura escolar no es obligatoria la inclusión de
un profesional en acústica.
3. Gran cantidad de establecimientos educativos están ubicados en zonas de
la ciudad donde existen actividades industriales, comerciales y de
transporte que producen altos los niveles de ruido ambiental.
4. La falta de mantenimiento de los espacios físicos de los establecimientos
educativos genera caminos de transmisión de ruido directos como ventanas
con vidrios quebrados, puertas que no cierran correctamente, etc.
Finalmente, puede decirse que la causa principal del problema acústico
encontrado se debe a que no existe una legislación que sea de carácter obligatorio
para los proyectos de infraestructura escolar y además que obligue la vinculación
de un profesional en acústica dentro de los diseños arquitectónicos para
establecimientos educativos. Estas dos problemáticas conllevan a que los
modelos arquitectónicos actuales presenten los problemas acústicos que se han
evidenciado en este estudio. Es necesario que los arquitectos modifiquen el
paradigma de diseño para establecimientos educativos en términos de ventilación
e iluminación y que se preste la suficiente importancia al cumplimiento de los
criterios acústicos.
165
Bibliografía
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wellbeing in elementary school children: A field study. Proc. of Internoise.
Ali, S. (2013).Study effects of school noise on learning achievement and annoyance in
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primaria de la ciudad de México. Revista Latinoamericana de Medicina Conductual. Vol 1
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Lukas, J.S., DuPree, R.B and Swing, J.W. (1981). "Effects of noise on academic
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Services, FHWA/CA/DOHS-81/01, Sept 1981. 17.
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Ronsse, L. M., and Wang, L. M. (2010). “Effects of noise from building mechanical
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Ronsse L. Wang, L. (2013). Relationships between unoccupied classroom acoustical
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Soc. Am. 133 (3).
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166
http://www.elpais.com.co/elpais/colombia/noticias/alumnos-en-colombia-leen-pero-
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http://www.icfes.gov.co/investigacion/component/docman/doc_download/147-informe-de-
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Diseño de Instalaciones y Ambientes Escolares, Ministerio de Educación Nacional, 2006.
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Department of Mechanical Engineering, The Honk Kong Polytechnic University.
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(ASHRAE): Ventilating and Air-conditioning Applications, 1999.
IEC 61672 Electroacoustics – Sound level meters. International Electrotechnical
Commission, 2002.
ISO 3382 Acoustics - Measurement of room acoustic parameters. International Standard
Organization, 2012.
Resolución 0627 de Abril 7 de 2006 del Ministerio de Medio Ambiente de Colombia -
Norma nacional de emisión de ruido y ruido ambiental.
Webster, J., & Snell, K. (1983). Noise levels and the speech intelligibility of teachers in
classrooms. Journal of the Academy of Rehabilitative Audiology, 16, 234-255.
167
Levitt, H. and Webster, J. C. (1991). Effects of Noise and Reverberation on Speech,"
Handbook of Acoustical Measurements and Noise Control, Chapter 16, edited by Cyril M.
Harris. McGraw-Hill.
168
ANEXO B: CONSIDERACIONES RESPECTO A LOS NIVELES DE RUIDO DE
FONDO MÁXIMOS DE LOS AMBIENTES EDUCATIVOS.
Los niveles de ruido de fondo usados para el modelo acústico arquitectónico
escolar son los niveles recomendados por la guía de construcción escolar británica
BB93 y la norma Estadounidense ANSI S12.6. El criterio de 35dBA de ruido de
fondo para espacios de enseñanza primarios destinados a la transmisión de la
palabra se define a partir de la relación señal a ruido de +15dB. La cual es
necesaria para que exista un buen entendimiento del mensaje y se calcula
asumiendo un nivel vocal docente de 50dBA.
La escogencia del valor SNR de +15dB se basa en muchas consideraciones. La
asociación americana para el Habla, Lenguaje y Audición (ASHA) recomienda este
valor para aulas de clase con el fin de asegurar que los niños con problemas de
escucha puedan tener una percepción clara del mensaje. Los 50dBA de la voz del
docente y los 15dB de SNR necesarios se traducen en un nivel de ruido de fondo
máximo recomendado de 35dBA para espacios especializados en la transmisión
del mensaje hablado. (ANSI S12.6:2002)
En la Tabla B.1 se muestran los valores recomendados en diferentes regulaciones
a nivel mundial, el valor aceptado en el mayor número de ellas es en promedio de
35dBA, aunque existen algunas regulaciones que dan un margen de aceptación
por debajo o por encima de este valor.
Tabla B.1. Criterios de ruido de fondo máximo en diferentes países.
País dB(A) min dB(A) max
Bélgica 40 40
Francia 33 38
Alemania 35 40
Italia 36 36
Países bajos 30 40
169
Portugal 35 35
Suecia 30 30
Turquía 45 45
Inglaterra 35 35
Estados unidos 35 35
China 40 50
Chile 35 40
Nueva Zelanda 35 35
Para efectos de diseño del modelo arquitectónico escolar se toman los valores
recomendados por la BB93 en función de la utilidad de los espacios y no de su
volumen como lo propone la norma ANSI, ya que diferentes espacios secundarios
y terciarios poseen según la NTC volúmenes que dependen del numero de
estudiantes matriculados en la institución y además se pueden hacer
recomendaciones especiales según la utilidad del espacio para niveles máximos
de ruido de fondo y consideraciones de ruido impulsivo según se requiera
Bibliografía
Acoustical Society of America; American National Standard. (2010). ANSI/ASA S12.60-
2010/Part 1 American National Standard Acoustical Performance Criteria, Design
Requirements, and Guidelines for Schools, Part 1: Permanent Schools. ANSI/ASA.
American Speech-Language and Hearing Association (ASHA). Position Statement and
Guidelines for Acoustics in Educational Settings, 1995.
Lam, Ch. (2009). Improving the Speech Intelligibility in Classrooms. Ph.D. Dissertation,
Department of Mechanical Engineering, The Honk Kong Polytechnic University.
170
ANEXO C: CÁLCULO DE STC PARA SUPERFICIES DE SEPARACIÓN
COMPUESTAS SEGÚN ANSI S12.6, 2002.
El valor STC en dB para elementos de separación estructurales compuestos
(muros, puertas y ventanas) puede estimarse aplicando los términos de corrección
de la siguiente tabla y como se explica en el ejemplo C.1.
Ejemplo C.1: Si se quiere conocer el valor STC de un muro con una puerta, cada
elemento posee una superficie y un correspondiente valor STC, el STC(1) es el
valor de pérdida de transmisión mas alto al cual le corresponde el área S1 en m² y
STC(2) es el valor de pérdida de transmisión del otro elemento con un área S2 en
m². Posteriormente se calcula STC(1)-STC(2) y S2/(S1+S2)x100, se ubican los
resultados en la fila y la columna respectivas y se relaciona el valor de cruce que
se debe usar como corrección. Este valor se debe restar al STC(1) mayor y este
será el índice de reducción sonora del elemento compuesto. Si se trata de una
estructura compuesta por más de dos elementos, se debe repetir el proceso
combinando cada elemento nuevo en el resultado anterior.
Tabla C.1: Valores de corrección para el calculo de STC en estructuras de separación
compuestas.
STC(1) menos STC(2) en dB
3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
Valor de corrección que debe restarse a STC(1) para obtener el correspondiente STC de
una superficie de separación compuesta, dB
0 a 0,2 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3
>0,2 a 0,5 0 0 0 0 0 1 1 3 4 6
>0,5 a 1 0 0 0 0 1 2 3 4 7 9
>1 a 2 0 0 0 1 2 3 4 7 9 12
>2 a 5 0 0 1 2 3 5 7 10 12 15
>5 a 10 0 1 2 3 5 7 10 13 16 19
>10 a 20 1 2 3 5 7 10 13 16 19 20
100)21(
2
SS
S
171
>20 a 30 1 2 4 7 9 12 15 18 21 24
>30 a 40 1 3 5 8 11 14 17 20 23 26
>40 a 60 2 4 7 9 12 15 18 21 24 27
>60 a 80 2 5 8 10 13 16 19 22 25 28
>80 a 100 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
Bibliografía
Acoustical Society of America; American National Standard. (2002). ANSI/ASA S12.60-
2002 American National Standard Acoustical Performance Criteria, Design Requirements,
and Guidelines for Schools Anexo D.
172
ANEXO D: CONCEPTOS REFERENTES A LA ACÚSTICA
Absorción: Es la pérdida de energía que sufre la onda sonora al chocar con una
superficie, ésta pérdida de energía es producto de la disipación de calor interior
generada por la fricción de las moléculas del material con la onda sonora.
Absorción sonora total de un cuarto A: Es la absorción total de las superficies
de un cuarto, se usa generalmente para cálculos de tiempo de reverberación, nivel
diferencia y nivel de presión sonora. La absorción A es una propiedad que
depende del área de las superficies y del coeficiente de absorción de los
materiales, se obtiene multiplicando cada superficie por su correspondiente
coeficiente de absorción en cada frecuencia de interés.
nnSSSA ...2211
Donde:
S superficie en m²
α coeficiente de absorción
Aislamiento: Es una medida que debe adoptarse para lograr los niveles de ruido
deseados dentro de un recinto, evitando el ingreso del sonido por vía aérea o
estructural a través de diferentes mecanismos de control.
%Alcons (percentage articulation loss of consonant): Esta definido como el
porcentaje de pérdida de articulación de consonantes, es un método de evaluación
para medir la inteligibilidad de la palabra dentro de un recinto.
173
Bandas de frecuencia: La frecuencia es análoga al pitch musical y mide el
número de repeticiones de un ciclo de onda en una unidad de tiempo expresada
en Hertz Hz. Para propósitos acústicos el rango de frecuencias se divide en
bandas discretas de octava y de tercios de octava. Las bandas de octava se
forman a partir de una frecuencia inferior y el doble de esta frecuencia, cada
banda de octava se nombra con la frecuencia central. Para propósitos de
aplicación en el diseño acústico escolar las bandas de octava usadas están entre
63Hz y 4KHz. Las bandas de tercio de octava corresponden a la tercera parte de
una banda de octava.
Campo sonoro difuso: Un campo sonoro se considera difuso cuando las ondas
sonoras viajan en todas direcciones y aportan el mismo nivel de presión sonora.
Dentro de un campo difuso la energía acústica es isótropa (no depende de la
dirección) y homogénea (igualmente distribuída).
Claridad C50 y C80: Son parámetros usados para medir la proporción de las
primeras reflexiones dentro de un recinto. C50 es el cociente entre la energía
sonora que llega a un punto durante los primeros 50ms después del arribo del
sonido directo y la energía restante en dB, se denomina claridad del habla y se
usa habitualmente para caracterizar la inteligibilidad de la palabra dentro de un
espacio. Se tiene una buena claridad del habla con valores C50≥2dB. C80 es el
cociente entre la energía sonora que llega a un punto durante los primeros 80ms
después del arribo del sonido directo y la energía restante en dB, se denomina
claridad musical y da una medida de cuan distinguibles son los sonidos de una
pieza musical dentro de un espacio. Para la claridad musical se recomiendan
valores -4 ≤ C-80 ≤ 0 dB. Ambos parámetros varían en función del tiempo de
reverberación.
174
Coeficiente de absorción: el coeficiente de absorción es una propiedad de los
materiales, está definido como la razón que existe entre la intensidad de energía
sonora absorbida por una superficie y la intensidad de energía sonora que incide
sobre ella. La intensidad sonora es la potencia acústica transferida por unidad de
área normal a la dirección de propagación. Debido a las múltiples direcciones de
procedencia del sonido y de la dependencia del coeficiente de absorción con la
frecuencia, es necesario hacer un promediado espacial del coeficiente de
absorción en todos los posibles ángulos de incidencia sobre una superficie y
representar estos valores por cada banda de octava en una curva α Vs F, estas
curvas son las que se encuentran más comúnmente y representan el coeficiente
promedio de absorción por cada frecuencia de un material específico.
I
A
I
I
Donde:
AI Intensidad de energía sonora absorbida.
II Intensidad de energía sonora incidente.
Coeficiente de reflexión: El coeficiente de reflexión es la razón entre la
intensidad de energía sonora reflejada y la intensidad de energía sonora incidente
sobre una superficie, también puede definirse en términos de presión como la
razón entre la presión sonora reflejada y la presión sonora incidente.
I
R
I
R
P
P
I
I
Donde:
RR PI , Son la intensidad y la presión sonora reflejada respectivamente.
II PI , Son la intensidad y la presión sonora incidente respectivamente.
175
Coeficiente de transmisión: El coeficiente de transmisión se define como la
razón entre la energía sonora que se transmite a través de una superficie y la
energía sonora que incide sobre ella. El coeficiente de transmisión depende de la
masa y la rigidez del material del que se compone la pared, en ciertos casos dos
paredes del mismo material pueden tener el mismo coeficiente de absorción y de
reflexión pero distinto coeficiente de transmisión, debido a que el coeficiente de
transmisión disminuye a medida que aumenta la densidad superficial (masa por
metro cuadrado).
I
t
I
I
Donde:
II ,tI son la intensidad sonora incidente y transmitida respectivamente.
Decibel dB: El decibel es una unidad logarítmica que comprime un rango grande
de valores en una escala más pequeña, se usa para expresar valores de
aislamiento, intensidad, potencia y presión sonora. Matemáticamente es una
operación logarítmica que relaciona una cantidad medida con una cantidad de
referencia.
Decibel ponderado A dBA: Es una medida de nivel de presión sonora ajustada
mediante una curva de ponderación A que representa la forma de percepción del
oído humano a las distintas frecuencias en el rango normal de audición.
La Tabla E.1 expresa la cantidad en dB que hay que sumar para ajustar un
espectro a una curva de ponderación A:
176
Tabla E.1. Términos de corrección para obtener la curva de ponderación A.
F(Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Corrección dB -39 -16 -9 -3 0 1 1 -1
Definición D50: Se define como la razón entre la energía sonora que llega los
primeros 50ms después del sonido directo y la energía total recibida. La definición
depende de la posición del receptor respecto a la fuente sonora disminuyendo a
medida que la distancia fuente receptor es mas grande. La definición se expresa
en porcentaje en bandas de frecuencia entre 125Hz y 4Khz y el valor
recomendado para obtener una buena definición de la palabra es D50>50% o
D50>0.5dB. Se recomienda que la definición sea lo mas uniforme posible dentro
de un recinto.
Difracción: la difracción es un comportamiento de las ondas sonoras frente a un
obstáculo, cuando la longitud de onda es más grande que las dimensiones del
obstáculo la onda sonora tiende a rodearlo y a fluir libremente a través de él.
Difusión: método de control acústico que permite lograr una distribución de
frecuencias homogénea dentro de un recinto mediante el uso de sistemas que
dispersan las reflexiones del sonido en distintas direcciones.
Directividad: la directividad es un parámetro que se usa para determinar el nivel
de presión sonora de radiación en función del ángulo. Cuando una fuente radia
igual cantidad de energía en todas las direcciones se dice que es una fuente
omnidireccional.
Distancia crítica: Es la distancia medida desde la fuente sonora en la que la
energía del sonido directo es igual a la energía del campo reverberante dentro de
un recinto.
177
Eco: son reflexiones del sonido que llegan al oído con un retardo superior a los
50ms, se perciben como un sonido separado al generado por la fuente. Los ecos
son contraproducentes para una buena inteligibilidad de la palabra ya que puede
percibirse como una repetición del sonido directo. El retardo de 50ms equivale a
una distancia de 17m.
EDT (Early decay time): tiempo en segundos que tarda un sonido en decaer
10dB después de cesada la excitación sonora.
Efecto de enmascaramiento: Es el fenómeno en cual un sonido oculta o
enmascara la percepción de otro sonido.
%Fenestración: El porcentaje de fenestraciones es el porcentaje que representan
puertas, ventanas y ductos del total de área de la superficie que los contiene, para
efectos de aplicación de la norma ANSI S12.6:2002 anexo D2.3.3.
Frecuencia crítica: Es una frecuencia en la cual el material presenta un mínimo
de eficiencia en aislamiento si la longitud de onda del sonido incidente coincide
con el espesor de material. Cuando la superficie vibra por efecto de la onda
sonora aparecen ondas de flexión longitudinales y si la frecuencia del sonido
incidente coincide con la frecuencia de las ondas longitudinales se genera el
efecto de coincidencia lo que produce una disminución en las características de
aislamiento del material.
Frecuencia de Schroeder: llamada también frecuencia de cruce en modos
propios, es una frecuencia que marca la diferencia entre la zona de análisis de
modos propios individuales y la zona de múltiples modos propios superpuestos. La
frecuencia de Schroeder marca el punto límite hasta el cual es posible realizar un
análisis de densidad de modos propios.
178
Índice de reducción sonora R: El índice de reducción sonora expresa la cantidad
de sonido que se transmite a través de un elemento. Se mide en laboratorios
eliminando el efecto de la transmisión por flancos, los valores de R dependen de la
frecuencia y se mide de acuerdo a la norma ISO 140-3. El índice de reducción
sonora es equivalente a la pérdida de transmisión sonora STL medido bajo la
norma ASTME-90.
Índice de reducción sonora Rw: El índice de reducción sonora ponderado
permite expresar el índice de reducción sonora que depende de la frecuencia
como un número único de aislamiento según la norma ISO 717-1, Rw es el valor a
500Hz de la curva de referencia desplazada sobre la curva medida según los
lineamientos contenidos en la norma. El valor Rw es equivalente al valor STC.
Índice de transmisión de la palabra STI (Speech transmission index): el STI
es una medida objetiva de inteligibilidad de la palabra según la norma ISO 60268-
16, da cuenta de qué tan claro se escucha un mensaje hablado en la posición de
un receptor dentro de un espacio, la medida de STI se da entre 0 y 1, siendo 1 el
valor óptimo de inteligibilidad.
Inteligibilidad de la palabra: la inteligibilidad de la palabra se define como la
claridad con la que se percibe un mensaje hablado en la posición de un receptor.
La inteligibilidad es una función compleja que depende de múltiples factores como
la posición del escucha, la localización del hablante, los niveles de ruido de fondo
y las características acústicas del espacio.
Ley de masa: Describe la variación del aislamiento propio de una superficie en
función de la masa, es también llamada ley de Berger y dice que cuanto mas
rígida y pesada sea una superficie la energía transmitida a través de ella será mas
débil. Para una frecuencia fija si se duplica la masa del material se consigue una
mejora de 6dB en el aislamiento del elemento.
179
Ley del cuadrado inverso: Para una fuente de radiación esférica en condiciones
de campo libre, al doblar la distancia de separación desde el punto de origen se
consigue una disminución en el nivel de presión sonora de 6dB.
Máquina de impactos normalizada: Es una fuente de ruido de impactos
estandarizada para medir nivel de aislamiento a ruido de impacto, es un
dispositivo que cuenta con martillos que golpean el piso con una frecuencia y una
fuerza normalizada según las normas ISO 140-6, 140-7 y 140-8.
Modos normales de vibración: La combinación de ondas incidentes y reflejadas
produce interferencias constructivas y destructivas que generan coloraciones
dentro de un espacio. Los modos normales de vibración son las frecuencias de
resonancia de un sistema, en el caso de los recintos cerrados los modos normales
se perciben a determinadas longitudes de onda las cuales se reflejan
sucesivamente entre paredes paralelas variando su nivel de presión sonora en
función del espacio.
Nivel de presión sonora continuo equivalente Leq: Nivel de presión sonora
constante en un periodo de tiempo que tiene el mismo contenido energético que
un sonido variable medido en el mismo intervalo de tiempo.
Nivel de presión sonora de impacto Li: Nivel de presión sonora promedio
medido en el cuarto receptor cuando la máquina de impactos normalizada excita el
piso del recinto superior de acuerdo a la norma ISO 140-7. El nivel de presión
sonora normalizado y ponderado Ln,w es el nivel de impacto normalizado
incluyendo el efecto de la reverberación en el cuarto receptor y expresado como
un número único sin dependencia de la frecuencia de acuerdo a la norma ISO
717-2.
180
Nivel de emisión de ruido de tráfico Lm,E: es el nivel de emisión de ruido de
tráfico medido a 25m del centro de la vía de circulación y a 4m de altura de
acuerdo al modelo de previsión de niveles de ruido de tráfico de Alemania
RLS90/DIN18005.
Nivel diferencia D: es la diferencia de niveles medida entre un cuarto emisor y un
cuarto receptor en bandas de tercio de octava en dB. El nivel diferencia D
considera la transmisión de ruido a través del elemento separados, la transmisión
por flancos, las dimensiones de la superficie de separación y el tiempo de
reverberación del cuarto receptor según las normas ISO 140-4 y 140-9.
Nivel diferencia Dn,e,w: es el nivel diferencia normalizado y ponderado de
pequeños elementos de construcción como ductos de ventilación, medido de
acuerdo a la norma ISO 140-10:1992 y expresado mediante la norma ISO 717-
1:1997.
Pérdida de transmisión sonora TL: es la capacidad de aislamiento que posee
una superficie, medida acorde con la norma ASTME90. Matemáticamente es la
relación entre la energía de la onda sonora incidente y la energía sonora
transmitida a través del material en dB.
RASTI (rapid speech transmission index): Algoritmo computacional usado para
determinar el índice de transmisión de la palabra dentro de un espacio tomando en
cuenta los niveles de ruido de fondo y el tiempo de reverberación. Sus valores
oscilan entre 0 y 1, siendo 1 el valor de inteligibilidad óptima.
Tabla E.2. Valoración cualitativa y cuantitativa de la inteligibilidad de la palabra.
Valor STI Valoración de la inteligibilidad
0-0.3 Mala
0.3-0.45 Pobre
0.45-0.6 Regular
181
0.6-0.75 Buena
0.75-1 Excelente
Reflexiones indeseadas: Son reflexiones del sonido consideradas perjudiciales
que pueden ocasionar trastornos acústicos al interior de un recinto.
Relación señal a ruido SNR: Es la diferencia en dB que existe entre el nivel de
presión sonora de la fuente y el nivel de ruido de fondo.
Reverberación: La reverberación es el campo sonoro producido por las múltiples
reflexiones dentro de una sala después de que la fuente de excitación ha cesado,
depende tanto de la frecuencia como del volumen de la sala y el material del que
están constituidas las superficies. Se mide en función del tiempo de reverberación
TR en segundos, es decir el tiempo que tarda a la densidad de energía en decaer
a su millonésima parte o en decaer 60dB, llamado también T60. Puede expresarse
mediante el T20 o T30 los cuales representan el tiempo que tarda la energía
sonora en decaer 20dB o 30dB respectivamente. La reverberación puede
cuantificarse mediante la ecuación de Sabine dependiendo del volumen de la sala
V y la absorción total de las superficies A:
)(16.0 sA
VTR
Existen variaciones a la ecuación de Sabine de acuerdo a la distribución de
absorción dentro de los cuartos, en la Tabla E.3 se muestran las correcciones al
valor de A de la ecuación de Sabine.
182
Tabla E.3. Correcciones para la ecuación de Sabine.
Nombre Coeficiente A Aplicación
Ecuación de Sabine iiS
Recintos vivos α < 0.2
Ecuación de Eyring )1ln( tS Uniformidad en la distribución de
la absorción α > 0.2
Ecuación de Millington )1ln( iiS
Distribución no uniforme de
absorción con α > 0.2
Reverberación en frecuencia media Tm: Para propósitos de evaluación de las
condiciones acústicas dentro de espacios de aprendizaje se define el tiempo de
reverberación en frecuencia media como el promedio de los tiempos de
reverberación en las bandas de 500Hz, 1000Hz y 2000Hz.
)(3
)2000()1000()500(s
HzRTHzRThzRTTm
El Tm es diferente al Tmid el cual representa el tiempo de reverberación promedio
entre las bandas de frecuencia de 500Hz y 1000Hz.
Ruido de fondo en el espacio de enseñanza: Se considera como el resultado de
las contribuciones de todas las fuentes de ruido externas al espacio de
enseñanza. En las que se incluyen:
Fuentes de ruido propias de las actividades académicas normales en la
institución al exterior del salón.
Fuentes exteriores a la institución, como ruido de tráfico vehicular, aéreo y
férreo; ruido proveniente de las actividades en el sector donde se ubica la
institución educativa, etc.
183
No se considera ruido de fondo aquel que es generado por fuentes internas al
espacio como actividades académicas dentro del aula, aunque si se incluyen
equipos de iluminación y ventilación.
Ruido impulsivo: Los ruidos de carácter impulsivo se caracterizan por tener un
cambio brusco de nivel en cortos intervalos de tiempo generalmente en 1
segundo, pueden llegar a ser muy molestos por los altos niveles de energía que
pueden tener.
Sonido directo: Es la componente del campo sonoro que se transmite desde la
fuente al receptor directamente sin ninguna reflexión u obstáculo. Para caminos de
transmisión cortos el sonido directo arriba al receptor antes que cualquier
reflexión.
Sonido transmitido por flancos: Es un tipo de transmisión sonora estructural
que puede viajar de un cuarto a otro a través de superficies de separación como
pisos, paredes y cielos. Puede controlarse mediante sistemas de aislamiento.
STC (sound transmission class): Es una medida de la capacidad de aislamiento
o pérdida de transmisión TL de una superficie, expresada como un número único
sin dependencia de la frecuencia según la norma ASTME90. Es análogo al índice
de reducción sonora R.
Bibliografía
Quartieri, J. A Review of traffic Noise Predictive Models. University of Salerno, Italy. Trevor, J. (2009). Acoustic Absorbers and Diffusers, segunda edición. Taylor and francis Ed. U.S. San Martín, E. Acústica arquitectónica para salas de grabación, Resumen de contenidos. Argentina.
184
Miyara, F. (2006). Acústica y sistemas de sonido. UNR editora. Beranek, L. (1993). Acustics, Cambridge Ed. American National Standar ANSI S12.6 (2002). Acoustical performance criteria, desing requirements, and guidlines for schools). Building bulletin 93 (Acoustic desing of schools) departmen for education and skills UK. Carrión, A. (1998). Diseño acústico de espacios arquitectónicos. Universidad politécnica de Cataluña, España. Normas y especificaciones para estudios, proyectos, construcción e instalaciones. Vol IV Acondicionamiento acústico. Instituto nacional de infraestructura física educativa, México 2011. The Armstrong Guide to building acoustics (2001). España. Everest, A. (2001). The Master Handbook of Acoustics. Macgraw hill Ed.
185
ANEXO E: PLANIMETRÍAS
E.1. Difusores para baja y media frecuencia.
Para garantizar un sonido homogéneo dentro del aula múltiple, se dispone de
mecanismos de difusión QRD y Schroeder de tal forma que abarquen el mayor
rango frecuencial en baja y media frecuencia en conjunto.
Rango 500 a 2500Hz: difusor QRD construido de madera fiberboard de 38mm de
espesor, tomando como valor del arreglo un P = 13.
La combinación de valores obtenidos para el QRD con p = 13 es:
[0 1 4 9 3 12 10 10 12 3 9 4 1 0]
mcmd 3175.075.31500132
34412max
cmmw 7.6067.02
0038.02500
344
Fig. E.1. Difusor QRD 1.
186
Rango 1000Hz a 10000Hz: difusor QRD construido de madera fiberboard de
38mm de espesor, tomando como valor del arreglo un P = 11.
La combinación de valores obtenidos para el QRD con p = 11 es:
[0 1 4 9 5 3 3 5 9 4 1 0]
mcmd 1407.007.141000112
3449max
cmmw 53.10153.02
0038.010000
344
Fig. E.2. Difusor QRD 2.
Rango 300Hz a 600Hz: difusor de Schroeder construido de madera, abarca un
rango frecuencial de media octava por debajo y media por encima para una
frecuencia de sintonía de 400Hz, este difusor se dispone sobre las paredes
laterales desde la pared trasera hasta los 6.45m de largo.
187
86.0400
344
m215.04
86.0
4
Largo del difusor =6.45m
Fig. E. 3. Difusor de Schroeder.
m43.02
86.0
2
188
E.2. Plano Soluciones Acústicas Prejardín.
189
E.3. Plano Soluciones Acústicas Básica y Media.
190
E.4. Plano Soluciones Acústicas Biblioteca.
191
E.5. Plano Soluciones Acústicas Aula Múltiple.
