análisis de factores de confort acústico y su relación con

Análisis de factores de confort acústico y su relación con variables de ventilación de entrada en

aulas de instituciones educativas ubicadas en ciudades de clima tropical (caso de estudio

Medellín)

Jeiser Rendón Giraldo, [email protected]

Tesis de Maestría presentada para optar al título de Magíster en Bioclimática

Asesor: Luis Alberto Tafur Jiménez, Doctor (PhD) en Sonido y Vibraciones.

Asesora: Catalina Morales Maya, Magister (MSc) en Bioclimática.

Universidad de San Buenaventura Colombia

Facultad de Artes Integradas

Maestría en Bioclimática

Bello, Colombia

2018

Citar/How to cite (Rendón, 2018) ... (Rendón, 2018)

Referencia/Reference

Estilo/Style:

APA 6th ed. (2010)

Rendón, J., (2018). Análisis de factores de confort acústico y su relación con variables

de ventilación de entrada en aulas de instituciones educativas ubicadas en

ciudades de clima tropical (caso de estudio Medellín). (Tesis Maestría en

Bioclimática). Universidad de San Buenaventura Colombia, Facultad de Artes

Integradas, Bello.

Maestría en Bioclimática, Cohorte I.

Grupo de Investigación (GIMSC y Hombre, proyecto y ciudad).

Línea de investigación en Acústica y procesamiento de señal y Bienestar humano y tecnología.

Plantilla adaptada de Bibliotecas Universidad de San Buenaventura.

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https://co.creativecommons.org/?page_id=13

https://co.creativecommons.org/?page_id=13

Tabla de contenido

Resumen ......................................................................................................................................... 12

Introducción ................................................................................................................................... 14

1 Objetivos ..................................................................................................................................... 18

1.1 Objetivo general ................................................................................................................... 18

1.2 Objetivos específicos ............................................................................................................ 18

2 Marco referencial-teórico ............................................................................................................ 19

2.1 Estado del arte ...................................................................................................................... 19

2.2 Bases teóricas ....................................................................................................................... 24

2.2.1 Nivel de presión sonora. ................................................................................................ 24

2.2.2 Espectro sonoro y bandas de octava .............................................................................. 24

2.2.3 Ponderación temporal .................................................................................................... 25

2.2.4 Nivel continúo equivalente ............................................................................................ 25

2.2.5 Modos normales de vibración ........................................................................................ 26

2.2.6 Pérdida por transmisión (TL) ......................................................................................... 26

2.2.7 Tiempo de Reverberación, impedancia acústica y velocidad de partícula .................... 27

2.2.8 El ruido de fondo y su relación con el acondicionamiento y el aislamiento acústico. .. 29

2.2.9 Aportes BB93 Texto Principal (Main text) .................................................................... 33

2.2.10 Ventilación natural ....................................................................................................... 37

2.2.11 Método experimental del cálculo de la velocidad del viento (Melaragno) .................. 40

2.2.12 Rosa de los vientos IDEAM y SIATA ......................................................................... 41

2.2.13 Mapa de ruido Medellín ............................................................................................... 43

3 Metodología ................................................................................................................................ 45

3.1 Equipos y software utilizados durante las mediciones ......................................................... 46

3.2 Ruido de fondo ..................................................................................................................... 47

3.2.1 Protocolo de Mediciones de Ruido en Interiores. .......................................................... 47

3.2.1.1 Instrumentación. ..................................................................................................... 47

3.2.1.1.1 Sonómetro Integrador. ..................................................................................... 47

3.2.1.1.2 Calibrador. ....................................................................................................... 48

3.2.1.1.3 Trípode. ........................................................................................................... 48

3.2.1.2 Metodología de la Medición. ................................................................................. 48

3.2.1.2.1 Verificación del punto de medición. ............................................................... 48

3.2.1.2.2 Configuración de la sesión de medición ......................................................... 49

3.3 Tiempo de reverberación ...................................................................................................... 49

3.3.1 Protocolo de Mediciones de Tiempo de Reverberación. ............................................... 49


3.3.1.1.1 Fuente generadora. .......................................................................................... 49

3.3.1.1.2 Micrófono. ....................................................................................................... 50

3.3.1.1.3 Sistema de grabación. ...................................................................................... 50


3.3.1.2.1 Verificación Puntos de medición. ................................................................... 50

3.3.1.2.2 Señales de prueba. ........................................................................................... 51

3.3.1.2.3 Proceso de medición ........................................................................................ 51

3.4 Perdida por transmisión ........................................................................................................ 51

3.4.1 Protocolo de mediciones de pérdida por transmisión. ................................................... 51

3.4.1.1 Instrumentación ...................................................................................................... 51

3.4.1.1.1 Sonómetro Integrador. ..................................................................................... 51

3.4.1.1.2 Calibrador. ....................................................................................................... 51


3.4.1.2.1 Verificación Puntos de medición. ................................................................... 52

3.4.1.3 Señales de prueba ................................................................................................... 52

3.4.1.4 Proceso de medición ............................................................................................... 52

3.5 Velocidad de entrada del aire ............................................................................................... 53

3.5.1 Protocolo de mediciones de pérdida por transmisión. ................................................... 53


3.5.1.1.1 Anemómetro de hilo caliente. ......................................................................... 53


3.5.1.3 Proceso de medición. .............................................................................................. 54

3.6 Modelación en SoundPLAN ................................................................................................ 54

3.6.1 Protocolo de la modelación ............................................................................................ 54

3.7 Medición con Microflow ...................................................................................................... 55

3.7.1 Protocolo de medición y equipos utilizados .................................................................. 55

3.7.2 Análisis en el software velo 3.A .................................................................................... 56

4 Resultados ................................................................................................................................... 58

4.1 Datos generales .................................................................................................................... 58

4.1.1 Localización. .................................................................................................................. 58

4.1.2 Características Generales. .............................................................................................. 59

4.1.2.1 IE Presbítero Antonio José Bernal Londoño. ......................................................... 59

4.1.2.1.1 Ubicación. ....................................................................................................... 60

4.1.2.1.2 Capacidad, volumen y orientación. ................................................................. 60

4.1.2.1.3 Oferta escolar. ................................................................................................. 60

4.1.2.1.4 Material Constructivo en muros. ..................................................................... 60

4.1.2.1.5 Distancia a la vía más cercana. ........................................................................ 61

4.1.2.2 IE San Agustín. ...................................................................................................... 61

4.1.2.2.1 Ubicación. ....................................................................................................... 61


4.1.2.2.3 Oferta escolar. ................................................................................................. 62

4.1.2.2.4 Material constructivo en muros. ...................................................................... 62


4.1.2.3 IE Horacio Muñoz Suescún. ................................................................................... 62

4.1.2.3.1 Ubicación. ....................................................................................................... 62


4.1.2.3.3 Oferta escolar. ................................................................................................. 63

4.1.2.3.4 Material Constructivo en muros. ..................................................................... 64


4.1.3 Acuerdo 048 de 2012 POT Medellín ............................................................................. 64

4.1.4 Mapa de ruido de Medellín ............................................................................................ 65

4.1.5 Aforo automotor en las vías cercanas ............................................................................ 66

4.1.6 Condiciones Ambientales .............................................................................................. 67

4.2 Ruido de fondo ..................................................................................................................... 68

4.3 Tiempo de reverberación ...................................................................................................... 71

4.4 Perdida por transmisión ........................................................................................................ 73

4.5 Áreas efectivas de ventilación .............................................................................................. 77

4.6 Altura piso a techo ................................................................................................................ 79

4.7 Angulo de incidencia del viento ........................................................................................... 79

4.8 Distancia a la vía más cercana .............................................................................................. 80

4.9 Ruido ambiental según mapa de ruido ................................................................................. 81

4.10 Velocidad del viento en la abertura .................................................................................... 81

4.11 Cumplimiento de la NTC4595 en las variables evaluadas ................................................. 82

5 Discusión ..................................................................................................................................... 85

5.1 Tiempo de reverberación y altura de las aulas. .................................................................... 85

5.2 Velocidad del viento y confort térmico ................................................................................ 86

5.3 Velocidad del viento y ruido de fondo ................................................................................. 88

5.4 Pérdida por transmisión y materiales de construcción ......................................................... 88

5.5 Área efectiva de ventilación y ruido de fondo ..................................................................... 89

5.6 Correlación estadística entre el ruido de fondo y la velocidad de entrada del viento .......... 91

5.7 Modelación de ruido en SoundPLAN .................................................................................. 95

5.8 Medición con MicroFlow ..................................................................................................... 97

6 Conclusiones ............................................................................................................................. 108

7 Recomendaciones ...................................................................................................................... 110

Referencias ................................................................................................................................... 112

Lista de tablas

Tabla 1. Niveles máximos de presión sonora. ............................................................................... 21

Tabla 2. Efecto de la ventilación cruzada en aberturas opuestas con vientos oblicuos. ............... 41

Tabla 3. Equipos utilizados durante las mediciones. .................................................................... 47

Tabla 4. Softwares utilizados durante las mediciones. .................................................................. 47

Tabla 6. Condiciones ambientales durante la medición. ............................................................... 67

Tabla 7. Ángulo de incidencia viento desde el norte contra fachadas. .......................................... 80

Tabla 8. Variables medidas vs NTC4595. ..................................................................................... 83

Lista de figuras

Figura 1. Tiempos de reverberación recomendados para algunos espacios. .................................. 29

Figura 2. Curvas NC* Estándares máximos permitidos de ruido de fondo en función de la

frecuencia. ...................................................................................................................................... 30

Figura 3. Incidencia de las ondas sonoras al momento de chocar contra el muro. ........................ 32

Figura 4. Barreras acústicas naturales. ........................................................................................... 35

Figura 5. Posibles formas de ventilación natural. .......................................................................... 36

Figura 6. Ventana de doble vidrio con aberturas opuestas. ............................................................ 37

Figura 7. Carta psicométrica modificada por la velocidad del aire al interior. .............................. 40

Figura 8. Rosa de los vientos Medellín. ......................................................................................... 42

Figura 9. Rosa de los vientos mes noviembre de 2017. ................................................................. 43

Figura 10. Mapa de ruido total diurno Medellín 2014. .................................................................. 44

Figura 11. Flujograma de la Metodología. ..................................................................................... 46

Figura 12. Localización geográfica de las IE. ................................................................................ 58

Figura 13. IE Presbítero Antonio José Bernal Londoño ................................................................ 59

Figura 14. Isográfico acotado ......................................................................................................... 59

Figura 15. IE San Agustín .............................................................................................................. 61

Figura 16. IE Horacio Muñoz Suescún .......................................................................................... 63

Figura 17. Uso general del suelo urbano ........................................................................................ 65

Figura 18. Mapa de ruido de Medellín. .......................................................................................... 66

Figura 19. Aforo automotor en vías cercanas a las IE. .................................................................. 67

Figura 20. Ruido de fondo (ventanas cerradas) comparado con algunas curvas NC. .................... 68

Figura 21. Ruido de fondo (ventanas abiertas) comparado con algunas curvas NC. ..................... 69

Figura 22. Ruido de fondo promedio energético (ventanas cerradas y abiertas) en todas las aulas.

........................................................................................................................................................ 70

Figura 23. Ruido de fondo con ventanas abiertas y cerradas comparado con la NTC4595 y la

BB93. .............................................................................................................................................. 70

Figura 24. Tiempo de reverberación por bandas de octava. ........................................................... 71

Figura 25. Tiempo de reverberación medido in situ (Tmf Sabine 500 Hz, 1kHz y 2kHz)

comparado con la NTC4595 y la BB93. ........................................................................................ 72

Figura 26. TL Muro con rejilla vs TL muro con vidrio en el Aula 12 de la I.E. Pbtro. Antonio. .. 73

Figura 27. TL Muro con rejilla vs TL muro con vidrio en el Aula 13 de la I.E. Pbtro. Antonio. .. 73

Figura 28. TL Muro con rejilla vs TL muro con vidrio en el Aula Mat. de la I.E. Pbtro. Antonio.

........................................................................................................................................................ 74

Figura 29. TL Muro con rejilla vs TL muro con vidrio en el Aula 110 de la I.E. Horacio Suescun.

........................................................................................................................................................ 74


........................................................................................................................................................ 75

Figura 31. TL Muro con rejilla vs TL muro con vidrio en el Aula 8 de la I.E. San Agustín. ........ 75

Figura 32. TL Muro con rejilla vs TL muro con vidrio en el Aula 9 de la I.E. San Agustín. ........ 76

Figura 33. TL en la banda de 500 Hz comparado con NTC4595. ................................................. 76

Figura 34. TL muro con rejilla muro con ventana comparado BB93 ............................................ 77

Figura 35. Áreas efectivas de ventilación fijas comparado con NTC4595. ................................... 78

Figura 36. Áreas efectivas de ventilación fijas + móviles comparado con NTC4595. .................. 78

Figura 37. Altura del piso al techo comparado con NTC4595. ...................................................... 79

Figura 38. Distancia del aula a la vía más cercana. ........................................................................ 80

Figura 39. Ruido ambiental diurno vs normas. .............................................................................. 81

Figura 40. Velocidades internas del viento en las aberturas. ......................................................... 82

Figura 41. Cumplimiento de los parámetros de ventilación frente a la NTC4595. ........................ 83

Figura 42. Cumplimiento de los parámetros acústicos frente a la NTC4595. ............................... 83

Figura 43. Comparación tiempo de reverberación y altura. ........................................................... 85

Figura 44. Diagrama psicométrico y aulas ampliado por la velocidad del viento. ........................ 87

Figura 45. Velocidad del viento y ruido de fondo. ......................................................................... 88

Figura 46. Porcentaje de materiales en muros y TL. ...................................................................... 89

Figura 47. Correlación Ruido de Fondo y Velocidad del Viento en ventana abierta. ................... 91

Figura 48. Correlación Ruido de Fondo y Velocidad del Viento Ventana Cerrada. ...................... 91

Figura 49. Ventana cerrada en CurveExpert en el modelo Logistic. ............................................. 92

Figura 50. Ventana cerrada en CurveExpert en el modelo Ratkowsky. ........................................ 93

Figura 51. Ventana abierta en CurveExpert en el modelo Logistic. .............................................. 94

Figura 52. Ventana abierta en CurveExpert en el modelo Ratkowsky. ......................................... 94

Figura 53. Mapa de ruido en los alrededores de la I.E. Pbtro. Antonio José. ............................... 96

Figura 54. Mapa de ruido en fachada de la I.E. Pbtro. Antonio José. ............................................ 96

Figura 55. Espectro por 1/3 de octava para el ruido de fondo. ...................................................... 98

Figura 56. Resultados Microflow malla cerca al tablero. .............................................................. 99

Figura 57. Resultados Microflow ventana con rejilla. ................................................................. 100

Figura 58. Resultados Microflow ventana abierta. ...................................................................... 102

Figura 59. Resultados Microflow ventana cerrada. ...................................................................... 103

Figura 60. Resultados Microflow en ventanas de fachadas norte y este. ..................................... 105

Figura 61. Resultados Microflow en fachada norte y muro con rejilla. ....................................... 106

Figura 62. Cumplimiento de los parámetros evaluados con respecto a los estándares

contemplados en al NTC4595. ..................................................................................................... 108

Figura 63. Cumplimiento general de las variables en las aulas frente a la NTC4595. ................ 108

ANÁLISIS DE FACTORES DE CONFORT ACÚSTICO Y SU RELACIÓN… 12

Resumen

La siguiente investigación enmarcada dentro del proyecto de investigación Identificación de

factores de desempeño ambiental (acústico, térmico y visual) determinantes de la salud mental de

docentes y estudiantes de escuelas públicas de Bogotá, Medellín y Cali, evalúa algunas variables

de las condiciones actuales de confort acústico y de ventilación que poseen las instituciones

educativas (IE) públicas de Medellín y el impacto de la ventilación sobre el confort acústico.

El análisis parte del interrogante que se suscita, ante las edificaciones educativas desarrolladas

después del año 2000, año en que se publicó la Norma Técnica Colombiana NTC4595

“Planteamiento y diseño de instalaciones y ambientes escolares”. Se hace relevante en esta

investigación conocer las condiciones de confort en las aulas educativas y evaluar la adopción de

su contenido por parte del sector constructivo.

La metodología utilizada para esta investigación, toma como muestra tres IE, en las cuales se

midieron 7 aulas, de cada aula se levantó la información edilicia, geográfica, acústica y la tipología

de las aberturas utilizadas para la ventilación natural. Además, de otras variables cuantitativas que

pudieran ayudar a clarificar los resultados como lo fueron (Temperatura interior, velocidad interna

del aire a la entrada de la abertura, humedad relativa y presión atmosférica).

En el análisis de resultados se encontró que gran porcentaje de las aulas cumplen con los parámetros

de ventilación establecidos por la NTC4595 (área efectiva de ventilación y altura); pero, superan

las variables acústicas (ruido de fondo, tiempo de reverberación y pérdida por transmisión).

Palabras clave: Confort, Acústica, Ventilación, Aulas, Trópico.


Abstract

The following research framed within the research project "Identification of factors of

environmental performance (acoustic, thermal and visual) determinants of the mental health of

teachers and students of public schools in Bogotá, Medellín and Cali, evaluates some variables of

the current conditions of acoustic comfort and ventilation that public educational institutions of

Medellin and the impact of ventilation on acoustic comfort.

The analysis starts from the question that arises, before the educational buildings developed after

the year 2000, year in which the Colombian Technical Norm NTC4595 "Approach and design of

school facilities and environments" was published. It becomes relevant in this investigation to

know the conditions of comfort in the educational classrooms and to evaluate the adoption of its

content by the construction sector.

The methodology used for this research, takes as sample 3 educational institutions, in which 7

classrooms were measured, from each classroom the building, geographical, acoustic information

and the typology of the openings used for natural ventilation were raised. In addition, other

quantitative variables that could help to clarify the results as they were (internal temperature,

internal air velocity at the entrance of the opening, relative humidity and atmospheric pressure).

In the analysis of results, it was found that a large percentage of the classrooms comply with the

ventilation parameters established by NTC4595 (effective area of ventilation and height); but, they

overcome the acoustic variables (background noise, reverberation time and transmission loss).

Keywords: Comfort, Acoustics, Ventilation, Classrooms, Tropics.


Introducción

En los últimos años Colombia está apostando por construir una nación cuyo principal pilar

sea la educación. Esto se puede ver planteado en el Plan Nacional de Desarrollo 2014-2018 emitido

por la ley 1753 de 2015 asumiendo la educación como el pilar más importante para la igualdad

social y el crecimiento económico. Dentro de las estrategias que se esperan desarrollar para lograr

este plan se ha destinado a la infraestructura estratégica, con un rubro considerable para su

financiación. Sin embargo, aunque desde el año 1999 se ha generado una Norma Técnica

NTC4595, para guiar la edificación de nuevas IE, esta norma no es de carácter obligatorio. Es por

esto por lo que surge la inquietud de cómo se está desarrollando la infraestructura en cuanto a

condiciones de confort, en las aulas de IE de Colombia a partir de la emisión de esta norma.

Se plantea como gran interrogante conocer las actuales condiciones de confort referentes a

la acústica y la ventilación que poseen las IE en una de las principales ciudades del país (Medellín),

y entender cómo se relacionan. De esta manera, tomando como apoyo la normatividad nacional, e

internacional, se puede evaluar que parámetros se deben revisar a la luz de los resultados. Además,

pretende aportar en el conocimiento de la relación que se genera entre el ruido y la ventilación

natural, y permitir que futuras investigaciones solucionen esta problemática.

Las condiciones de confort que actualmente prestan las IE en clima tropical andino, como

ocurre en Medellín, son indicadores relevantes del rendimiento de estudiantes y profesores. El

ruido de fondo, por ejemplo, tiene una directa relación con el adecuado ambiente que brinda un

aula para el desarrollo de conocimiento por parte de los estudiantes. Esta condición también está

ligada directamente con el esfuerzo vocal del docente para hacer llegar el mensaje a sus alumnos.

Sin embargo, el ruido de fondo si bien altera la capacidad de concentración y el proceso de

comunicación en un aula de clase no es la única condición de confort (Álvarez et al, 2012).

Otro factor acústico importante es el tiempo de reverberación, que incide directamente en

el porcentaje de inteligibilidad de la palabra. La inteligibilidad de la palabra es una magnitud que

considera la cantidad de consonantes que logra entender un receptor en un mensaje hablado. Se

relaciona directamente con el sonido emitido y el reflejado. Si el tiempo de reverberación en un

salón de clase es alto, el mensaje directo se estará interrumpiendo por las reflexiones que se generen

posteriormente. Por tanto, si el tiempo de reverberación es corto, las reflexiones no podrán afectar


el mensaje. Esto supone que mientras más alto sea el tiempo de reverberación mayor será el

esfuerzo por parte del receptor para entender el discurso (Howard & Angus, 2017).

Por otro lado, la ventilación de las aulas generalmente tiene una relación contrapuesta con

el ruido de fondo. Esto se da porque el ruido de fondo comúnmente logra ingresar a los espacios

ocupados, por medio de las aberturas. En los países tropicales los proyectos arquitectónicos

generalmente utilizan la ventilación natural para mantener las condiciones de confort térmico. Sin

embargo, esta forma de ventilación permite el ingreso de ruido de fondo por las aberturas. De esta

forma se entiende que la ventilación natural requiere de un tratamiento cuidadoso frente a la

contaminación acústica, especialmente en grandes ciudades con altos niveles de ruido ambiental

(Bibby, 2011). Por lo anterior expuesto, se puede entender que las diversas condiciones de confort

relacionadas con la acústica y la ventilación van a tener directa incidencia en los actuales retos que

tienen la arquitectura y la ingeniería para el diseño y construcción de IE en el trópico, ya que se

evidencia la necesidad de hacer de la ventilación natural la principal opción a la hora de ingresar

aire a un aula en clima tropical

Ahora, si bien se ha descrito los posibles problemas que puedan tener las I.E. frente a

condiciones de confort derivadas de la ventilación natural y su interacción con el ruido, es propicio

entrar a mirar por que esta investigación tiene relevancia frente a la calidad de la educación en la

ciudad de Medellín. Se puede empezar enfatizando, que la etapa del desarrollo humano conocida

como la niñez, encierra una serie de momentos especiales en la vida de cualquier persona los

juegos, los compañeros, la exploración y el descubrimiento de todo un mundo lleno de diversidad

sorprenden y deleitan las mentes de los niños (Instituto Colombiano de Normas Técnicas y

Certificación (Icontec, 2015). Esta etapa es una época importante para cualquier ser humano y

definitivamente quedará enmarcada dentro de su carácter y comportamiento por el resto de su vida.

Sin embargo, si se analiza con detenimiento el espacio físico en donde los estudiantes pasan gran

parte de este tiempo, se encuentra que este tiempo esté destinado a un aula de clase (Icontec, 2015).

Debido al actual modelo de formación implantado por la sociedad moderna, en esta etapa

el niño debe pasar la mayor parte de las horas más lúcidas de su tiempo, morando un espacio

interior. De ahí que obligatoriamente se deba dar relevancia a este tipo de espacios, ya que la

infraestructura que estos posean, seguramente facilita o entorpece el proceso educativo. Tomar a


la ligera el diseño y construcción de estos lugares de desarrollo intelectual, es probablemente un

error que repercutirá directamente en el sentir y actuar de las sociedades futuras (Icontec, 2015).

Las condiciones de confort acústico son determinantes para el rendimiento cognitivo de los

estudiantes (Rufa, Cardozo, & Álvarez, 2012). Además, constituye parte fundamental dentro del

buen ambiente laboral que deben proporcionar a los docentes, ya que las condiciones que allí se

brinden pueden repercutir en enfermedades profesionales (Martín, Tarreno, Camazón, & Aguado,

2012). Ahora bien, condiciones óptimas de tiempo de reverberación y ruido de fondo no suelen

presentarse comúnmente en aulas de clase. Es por esta razón que actualmente varias

investigaciones apuntan a caracterizar y buscar soluciones a esta problemática (Álvarez et al,

2012). Por consiguiente, para esta investigación el análisis de diversos parámetros acústicos es

indispensable.

Dentro de los parámetros estudiados por algunas investigaciones se relacionan parámetros

físicos como: ruido de fondo, nivel de interferencia de comunicación, curvas de valoración Noise

Criteria, tiempo de reverberación, entre otros (Martín et al., 2012). Esta serie de parámetros, se

cuantifican en el medio ambiente donde se desarrolla la actividad a analizar y de esta forma se

evalúan diferentes indicadores que dan cuenta del confort acústico. Sin embargo, para que estos

parámetros estén contextualizados a un entorno local, antes deberán ser estudiados bajo las

condiciones ambientales de cada ciudad y estar soportados por alguna norma nacional.

Respecto a las exigencias que requieren las construcciones para garantizar tanto desde el

acondicionamiento, como el aislamiento acústico, se tienen algunos referentes internacionales

como la ANSI S12.60-2002 (American National Standards Institute) en Estados Unidos, TGD-030

2014 en Irlanda, el BB93 2015 (Building Bulletin) En Inglaterra o la NTC4595 de 2015 en

Colombia, para citar solo algunos ejemplos. Estas normas dentro de sus apartados tratan el tema

de la protección de la edificación frente al ruido. En efecto, es importante recalcar que este tipo de

normativas ayudan a definir el aislamiento de una construcción para que tenga una buena relación

sonora con su entorno, y de esta forma no se presenten conflictos posteriores (Segura et al., 2012).

Además, de recomendar tiempos de reverberación en función del uso de cada espacio.

Por consiguiente, esta investigación enmarcada dentro del proyecto “Identificación de

factores de desempeño ambiental (acústico, térmico y visual) determinantes de la salud mental de


docentes y estudiantes de escuelas públicas de Bogotá, Medellín y Cali: línea base para el análisis

de impacto de la política pública según la norma NTC4595” con Código 125574455877, pretende

entonces incursionar dentro de un contexto geo-climático y regional, recopilando información de

línea base en cuanto a ruido de fondo, tiempo de reverberación y sus relaciones con la ventilación

natural, de tres I.E. de la ciudad de Medellín construidas después del año 2000, (año en que se

publicó la NTC4595). A partir de estas mediciones se espera evaluar las condiciones actuales de

confort acústico. Es importante resaltar, que este estudio incentiva la generación de nuevas políticas

públicas para el planeamiento y diseño de instalaciones y ambientes escolares y da pie para que se

evalué el contenido de la Norma NTC4595.


1 Objetivos

1.1 Objetivo general

Analizar el impacto de los mecanismos de ventilación natural en las variables de confort

acústico, tiempo de reverberación y ruido de fondo, con respecto al porcentaje de abertura y la

altura de las aulas escolares del valle de aburra.

1.2 Objetivos específicos

Cuantificar las variables de confort acústico: ruido de fondo, tiempo de reverberación y pérdida

por transmisión en aulas escolares del Área Metropolitana Valle de Aburra.

Caracterizar las variables de ventilación: velocidad del viento de entrada y área efectiva de

ventilación, porcentaje de abertura y altura de las aulas escolares del Área Metropolitana Valle

de Aburra.

Comparar los resultados obtenidos de la cuantificación de las variables acústicas y de

ventilación en aulas escolares del Área Metropolitana Valle de Aburra, con los estándares

recomendados en la Norma Técnica Colombiana NTC4595 y los estándares establecidos en el

BB93.

Comparar los resultados obtenidos de la cuantificación de las variables de confort acústico y

ventilación natural en aulas escolares del Área Metropolitana Valle de Aburra.


2 Marco referencial-teórico

2.1 Estado del arte

En la actualidad una gran cantidad de investigaciones abordan el tema de los distintos

parámetros de confort que se tienen en espacios interiores. Igualmente, existe una norma nacional

que estandariza algunos niveles de ruido de fondo y de tiempo de reverberación para espacios

escolares NTC4595, así como patrones de diseño y planeamiento. No obstante, antes de abordar

estos estudios es importante conocer primero un tema que ha sido menos estudiado y que posee un

mayor grado de complejidad, y es la relación que tienen un sistema de ventilación natural con el

ruido de fondo. Para esto se abordarán algunas investigaciones en las que se plantean soluciones a

este conflicto de confort.

Uno de los artículos más destacados frente a este tema es Chilton et al. (2012). En esta

investigación se discuten los elementos utilizados para realizar aislamiento al paso de aire desde el

exterior sin el uso de dispositivos mecánicos, y se evalúan tres tipos de atenuadores acústicos

utilizados en la actualidad, rejilla acústica (rejilla con aletas compuestas con material absorbente),

atenuador de bifurcación (sistema con divisores internos formados por paneles resonadores),

campana forrada acústicamente (ducto que en su interior se forra con material aislante). Esta

investigación concluye que tanto las rejillas acústicas como las campanas forradas sirven para

ubicarse en lugares donde solo se necesiten reducir 10 dB, para reducciones mayores a 10 dB se

deben utilizar atenuadores de bifurcación.

Trabajos más recientes realizados en China, exploran la alternativa de las “Plenum

Windows”, ventanas que modifican la ya conocida ventana de doble vidrio para impedir el paso de

ruido y permitir el paso de aire. Según: Tong & Tang (2017) y Tong & Tang (2013) estas ventanas

logran atenuar entre 8 - 19 dBA, entre las bandas de 100 Hz y 5 KHz, haciendo referencia a la

magnitud (TL) Perdida por transmisión, aunque estas investigaciones se centran en el

comportamiento acústico de las ventanas al paso de ruido, poco lo hacen en explicar su

comportamiento al paso de aire.

Otro artículo igualmente relevante y que incluye mediciones realizadas en campo es el

desarrollado por Bibby (2011). En esta investigación se aborda el control de ruido desde una


perspectiva de dos espacios comunicados por un ducto que posee un silenciador. Este estudio

concluye aspectos tan relevantes como la inoperatividad de rejillas en el control acústico, o por

ejemplo que la adición de fibra de roca en ductos aumenta la absorción de ruido de 3 a 6 dB.

También concluyen que el “Cross-talk silencer” (silenciador de conversación cruzada) presenta

uno de los mejores rendimientos en cuanto a aislamiento y transmisión de las corrientes de aire.

Otras conclusiones incluyen diferentes caracterizaciones del ducto en altas y bajas frecuencias y la

influencia de la palabra hablada.

Una investigación aquí citada Khaleghi, Bartlett, & Hodgson (2006) aborda más a

profundidad el tema que relaciona la ventilación y el ruido, en esta investigación se presentan varios

parámetros cuantificados como niveles de ruido de fondo, de aislamiento acústico, tiempo de

reverberación, IAQ (Indoor Air Quality) o ACH (Renovaciones por hora). Esta investigación

resalta elementos relevantes como la pobre calidad de aire interior que pueden llegar a tener

algunos recintos con tratamientos acústicos que generan material particulado al interior de un

espacio.

Una investigación que igualmente trata las condiciones de confort acústico en escuelas de

clima tropical, pero que poco aborda el tema de la relación con la ventilación, es Dongre et al.

(2017). En este artículo se miden cuatro parámetros de confort acústico en una institución educativa

en Nagpur, India. Considerando variables como el tiempo de reverberación (RT60), la claridad

(C50), el ruido de fondo (BN, por sus siglas en inglés Background Noise) y el índice de transmisión

del habla (STI, de sus siglas en inglés Speech Transmission Index). Para este estudio se

estandarizaron cuatro tipos de modelos de aula de clase basados en área, altura, profundidad, ancho,

volumen y capacidad de ocupantes.

La investigación desarrollada por García (2016) evalúa la incursión del viento y la

iluminación a través de los vanos en aulas de jardines infantiles en Medellín, Colombia. En esta

investigación se concluye que la incursión tanto de la ventilación como de la iluminación se

relaciona con el tamaño del vano y la longitud del alero, mientras que la altura del sillar con el

perfil urbano. En este artículo también se concluye de manera muy relevante que los aspectos

relacionados con la incursión de ventilación y la iluminación se deben analizar de manera integral

y se recomienda realizar estudios que involucren la incursión del sonido.


La NTC4595 en su última publicación del 2015 numeral 8.4, aborda el tema de la

comodidad auditiva, además establece en la tabla 10 de la Norma los valores máximos sugeridos

de ruido de fondo en función de los diversos espacios que se pueden tener en una institución

educativa. Esta discriminación la hace para 6 tipos de espacios que se pueden llegar a tener en una

IE. Para realizar la estratificación de cada espacio se relacionan fuentes de generación de ruido

como equipos con algún tipo de emisión sonora y la interacción entre las personas de cada espacio,

siendo el más restrictivo el aula de clase (Ambientes A). En el contexto de acondicionamiento

acústico la norma establece diferentes niveles de ruido de fondo en función de los espacios

establecidos como se puede apreciar en la tabla 1.

Tabla 1.

Niveles máximos de presión sonora.

Ambientes (recintos sin ocupar) Nivel de presión sonora en dB Caracterización

Ambientes B y F para música 35 a 40 Silencio

Ambientes A y C en laboratorios 40 a 45 Conversación voz baja

Ambiente C en artes y oficinas 45 a 50 Conversación natural

Ambientes C tecnología, D, E, F baños y

depósitos

Hasta 60 Voz humana en público

Nota: fuente adaptada de la tabla 10 de la Norma Técnica Colombiana 4595 (NTC4595 de 2015, p. 31).

Puntos adicionales por discutir con respecto a esta norma son por ejemplo la frecuencia que

se fija como estándar para la comparación con los niveles máximos establecidos, que es de 500 Hz,

justificando esta frecuencia como aquella que puede llegar a tener más influencia en la voz, aunque

probablemente se está haciendo referencia al enmascaramiento de la voz del docente, no se clarifica

cual es la finalidad de solo cuantificar los niveles de ruido de fondo en esta frecuencia. Además,

esta frecuencia carece de apoyo bibliográfico ya que la voz hablada puede llegar a producir

frecuencias en el rango hablado que van desde los 150 Hz hasta los 5000 Hz incluyendo los

respectivos armónicos superiores (Everest & Pohlmann, 2009).

Por otro lado en el anexo adjunto a la segunda edición de la norma, se asevera que para

atenuación acústica se requiere de superficies porosas, esto en oposición a la teoría de aislamiento

acústico, ya que la atenuación sonora a través de limites verticales está directamente relacionada a

variables como la masa, la densidad del material, la cantidad de material, su doble división y al

espaciado entre estas divisiones (Everest & Pohlmann, 2009) y no solo a la porosidad del material.


Por otro lado, la ventilación tratada en el numeral 7.3 Comodidad térmica de la NTC4595,

resalta como aspecto relevante, que no considera ningún tipo de ventilación mecánica para las

diferentes aulas. Así pues, se contemplan tres categorías climáticas: frio y templado, cálido seco y

cálido húmedo. En estos climas se establecen unos rangos de temperaturas y de humedades

relativas que relacionan estos parámetros al tipo de clima. Así mismo, se establecen unos patrones

de diseño de la edificación escolar en función de la dirección de viento. El apartado también

considera distintos espacios y su relación con la cantidad de ventilación que se debe garantizar. Por

último, se establecen dos tablas, una que cuantifica la proporción de las aberturas en cuanto a

metros cuadrados en planta y otro la altura mínima del espacio desde el piso.

Varios detalles importantes se tratan y se mencionan en este párrafo. Aunque se supone que

las temperaturas referidas son temperaturas medias, no se hace referencia a temperaturas internas

ni se establece o referencia una metodología para obtenerlas. Así mismo, no es considerada la

velocidad del viento que actúa sobre las fachadas, y que puede llegar a tener gran incidencia sobre

la cantidad de renovaciones por hora que tiene el espacio. Tampoco se considera el número de

ocupantes del espacio para poder conocer especialmente las emanaciones de dióxido de carbono al

interior del espacio y la radiación de calor corporal. Y uno de los elementos más relevantes que se

pasan por alto, es el grado de contaminación del aire que pueda estar en el exterior de los edificios.

Contaminantes como dióxido y monóxido de carbono, material particulado, fibras y vapores

orgánicos son algunos de los contaminantes del aire más comunes en las ciudades (Yarke, 2005).

Y antes de renovar los espacios interiores con el aire exterior, será propicio conocer los niveles de

estos contaminantes, para decidir si se opta por un tratamiento del aire externo, tal como lo

contempla la American National Standards Institute & American Society of Heating, Refrigerating

and Air-Conditioning Engineers (ANSI/ASHRAE, 2004)

Por otro lado, una importante normativa internacional como el BB93, puede dar un enfoque

de la percepción de varios parámetros analizados en las aulas colombianas y un punto de

comparación con la normativa NTC4595. Este documento establece las pautas en el diseño y

construcción de edificaciones educativas que provean las condiciones acústicas mínimas para la

enseñanza y el aprendizaje. Algunas de estas condiciones se resumen a continuación:


En su numeral 1 “Estándares de rendimiento” se establecen los niveles de ruido ambiental

al interior de las aulas IANL (Indoor Ambient Noise Level por sus siglas en inglés) Niveles

recomendados de ruido ambiental al interior de las aulas. El objetivo de este numeral es proveer

IANL para:

Comunicación clara de la palabra entre alumno y estudiante.

Comunicación clara entre estudiantes.

Actividades de aprendizaje y estudio.

El máximo nivel de ruido ambiental recomendados para aulas de escuelas de primaria y

secundaria, en edificaciones nuevas es de 35 dB de nivel continuo equivalente con ponderación

tipo A. Como se establece en la tabla 1 de este documento, el ruido ambiental de estas aulas

contempla contribuciones de ruido tales como: ruido automotor, ferroviario, aeronáutico, industrial

y comercial y también sistemas de ventilación mecánicos. Sin embargo, no se contempla el ruido

propio de las actividades del docente en el aula de clase, de equipo utilizado al interior del aula o

de la lluvia.

Así mismo, el numeral 1.1.3 Estándares mínimos para aislamiento acústico aéreo entre

aulas y pasillos en su tabla 1.3, considera un nivel de Índice de Reducción Sonora Rw (también

conocido en otros países como TL Perdida por Transmisión) en muros colindantes con pasillos y

sin ventilador de máximo de 30 dB. La magnitud Rw es comúnmente encontrada en materiales

constructivos medidos de acuerdo con la BS EN ISO 140-3:1995 (International Organization for

Standardization). Es importante recalcar que el Rw se estima combinado para una medición en la

que se considera la puerta de entrada y el muro que colinda hacia el lugar de la medición.

En el numeral 1.5 de esta publicación, se habla acerca de la reverberación en espacios de

enseñanza y estudio. El objetivo de este numeral es proveer tiempos de reverberación (RTs) para:

Comunicación clara de la palabra entre alumno y estudiante.

Comunicación clara entre estudiantes.

Actividades de aprendizaje y estudio incluyendo la música


Los niveles de tiempo de reverberación mostrados en la tabla se promedian para las bandas

de octava de 500 Hz, 1KHz y 2KHz, a esta magnitud se le denomina (Tmf). Para escuelas de

primaria y secundaria se contempla un tiempo de reverberación de 0,8 s en edificaciones nuevas.

2.2 Bases teóricas

En el siguiente capítulo se explican algunos de los conceptos utilizados para el desarrollo

de esta investigación. En la parte final, de este capítulo, se realiza una exploración de algunos de

los anexos encontrados en el BB93, referenciados en los objetivos, y que, debido a su importante

contenido, se evidencia información detallada acerca de los temas relacionados con el confort

acústico y térmico en aulas escolares.

2.2.1 Nivel de presión sonora.

El nivel de presión sonora o SPL (Sound Pressure Level por sus siglas en inglés) es una

magnitud que se cuantifica por medio del dB, los niveles de presión derivadas de una onda sonora.

Ya que el oído humano es susceptible a los cambios de presión en el aire, esta magnitud está

referenciada a la cantidad de pascales (Pa) que puede reconocer el ser humano 20 μPa. La expresión

matemática utilizada para representar los niveles de presión sonora, se da como un valor cuadrático

medio (rms) de la siguiente manera:

𝑆𝑃𝐿 = 20𝑥𝐿𝑜𝑔 (𝑃𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙

𝑃𝑟𝑒𝑓) (1)

En donde 𝑃𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 es el nivel de presión actual y 𝑃𝑟𝑒𝑓 la presión de referencia que no es más

que la mínima diferencia de presión (Pa) que puede escuchar el ser humano. (Howard & Angus,

2017).

2.2.2 Espectro sonoro y bandas de octava

El espectro sonoro hace referencia al rango de frecuencias que reconoce oído humano, este

va desde los 20 Hz hasta los 20 KHz aproximadamente, aunque este rango puede variar mucho


dependiendo de la condición auditiva de cada persona, que se puede disminuir por su edad o por la

exposición al ruido a la que se halla sometido en el transcurso de su vida. Para entender mejor este

espectro la ISO creo una serie de bandas llamadas bandas de octava que se dividen en las bandas

de 32.5 Hz, 63 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1 KHz, 2 KHz, 4 KHz, 8 KHz, 16 KHz. También se

suele utilizar con muchos fines acústicos una subdivisión por bandas de tercio de octava que como

se puede entender por su nombre subdividen cada banda en 3 partes iguales. (Howard & Angus,

2017).

2.2.3 Ponderación temporal

La ponderación temporal hace referencia a la respuesta que tiene el micrófono de medición

utilizado en un sonómetro frente a la rapidez con la que él fenómeno acústico sonoro se represente.

Existen tres tipos de ponderación configurables hoy en cualquier sonómetro tipo 1 o 2: Fast

(Rápido), Impulse (Impulsivo) y Slow (Lento). Fast: se utiliza para medir ruidos que posean

fluctuaciones en el tiempo, la constante utilizada para este tipo de respuesta es de 125 ms. Impulse:

Se utiliza para medir ruidos impulsivos, la constante de tiempo para este tipo de ruido es de 35 ms.

Slow: Se utiliza para medir ruidos de respuesta lenta y que no poseen fluctuaciones rápidas del

tiempo, la constante de tiempo para este tipo de ponderaciones es de 1 s como el del SC310 de

Cesva Acoustic Instruments1

2.2.4 Nivel continúo equivalente

Otro parámetro que es relevante entender para esta investigación es el Nivel Continuo

Equivalente, conocido por sus siglas como Leq. Esta magnitud es una representación energética,

de los distintos niveles acústico-tomados en intervalos de tiempo consecutivos y periódicos. Para

hallar esta magnitud representativa se utiliza la siguiente ecuación (Maya, Correa, & Gómez,

2010).

𝐿𝑒𝑞 = 10 × 𝐿𝑜𝑔 1

𝑡2−𝑡1[∫

𝑃𝐴2 (𝑡)

𝑃02 𝑑𝑡

𝑡2

𝑡1] (2)

1 Sonómetro integrador analizador


En donde (t) va a ser los periodos de tiempos del muestreo 𝑃𝐴 (Pa) es la presión acústica

cuantificada y 𝑃0 la presión acústica de referencia en pascales Pa que sería de 20 𝜇𝑃𝑎.

Por otro lado, también es importante describir, para efectos de esta investigación, la forma

en que se puede promediar varias mediciones Leq. Este promedio energético se puede calcular de

la siguiente forma.

𝐿𝑒𝑞 = 10 × 𝐿𝑜𝑔 [10

𝐿110⁄ +10

𝐿210⁄ +⋯+10

𝐿𝑛10⁄

𝑛] (3)

En donde L1 (dB) es el primer nivel continuo equivalente medido y Ln (dB) es el último

nivel continuo equivalente, así pues, n será el número de niveles registrados.

2.2.5 Modos normales de vibración

Los modos normales de vibración son una serie de reflexiones estacionarias que se causan

en espacios cerrados. Su generación se da por el espacio que se tiene entre las distintas paredes de

un recinto, techos y piso. Debido a la longitud de onda de algunas frecuencias suman o cancelan

ciertas frecuencias en distintos puntos. Esto trae como consecuencia la coloración de algunas

frecuencias dada por el corte o la amplificación que este fenómeno efectúa sobre los sonidos

generados al interior (Everest & Pohlmann, 2009).

2.2.6 Pérdida por transmisión (TL)

La pérdida por transmisión TL, conocida también como índice de reducción sonora (Rw),

es una cantidad que expresa la diferencia entre el nivel de ruido exterior y el nivel de ruido interior

de un recinto. Esta pérdida en la energía sonora se da por la resistencia que ofrece una pared al

paso de la energía acústica y se dará principalmente por la masa que posee un muro. La masa

representa la cantidad de materia que posee un cuerpo en relación con la fuerza de gravedad (Harris,

1997).


2.2.7 Tiempo de Reverberación, impedancia acústica y velocidad de partícula

El tiempo de reverberación (RT60) se define como el tiempo que transcurre para que una

onda sonora generada en un espacio sufra un decaimiento energético de 60 dB luego de que la

fuente sonora haya cesado su emisión ISO 3382. 2009. Desde otra perspectiva, se define como el

tiempo que transcurre entre el sonido generado y el decaimiento de la millonésima parte de su

energía inicial (Beranek & Mellow, 2013). Para calcular el tiempo de reverberación en un recinto

es necesario conocer los materiales que se tienen en este espacio, el área que ocupan cada uno de

estos materiales y el volumen de este, utilizando ecuaciones como la planteada por Sabine,

podemos estimar cuál será el tiempo de reverberación (Everest & Pohlmann, 2009).

𝑅𝑇60 =0,161 𝑣

𝛼1𝑆1+∝2𝑆2+⋯+𝛼𝑛𝑆𝑛 (4)

En donde (v) volumen del recinto en metros cúbicos (𝑚3), (∝) Coeficiente de absorción del

material constructivo, (S) Superficie del material constructivo en metros cuadrados (𝑚2).

Puesto que todos los materiales tienen la capacidad de reflejar, absorber o transmitir parte

del sonido que arriba a su superficie, la absorción que tiene un material se cuantifica en una unidad

porcentual en donde 0 significa que no absorbe nada (Material totalmente reflectante) y 1 absorbe

todo, un (material totalmente absorbente) ejemplo una ventana abierta (Möser & Müller, 2013).

El coeficiente de absorción se puede cuantificar teniendo en cuenta la energía que se pierde

al momento que una onda sonora choca contra un obstáculo, la intensidad de la onda que se refleja

es menor en un factor de |𝑅|2 en donde R sería el factor de reflexión. Por lo tanto, la cantidad 1-

|𝑅|2 sería la energía que se pierde tras la reflexión de la onda, a esta cantidad se le conoce como el

coeficiente de absorción (∝) (Kuttruff, 2009).

∝= 1 − |𝑅|2 (5)

La impedancia acústica es la resistencia que ofrece una pared al paso de energía sonora,

esta magnitud viene dada en función de la presión sobre la velocidad de la partícula, la velocidad

de partícula es la representación de los factores normales de reflexión, incidentes para todos los


ángulos y frecuencias. Sin embargo, una cantidad que se utiliza con mayor frecuencia es la

impedancia acústica específica, para hallarla dividimos la impedancia de la pared sobre la

impedancia característica del aire.

𝜁 =𝑍

𝜌0𝐶 (6)

Desglosando ambas ecuaciones y teniendo en cuenta la reflexión del sonido y la incidencia

normal se puede expresar el coeficiente de absorción en términos de la impedancia acústica

específica de la siguiente manera (Kuttruff, 2009).

∝=4𝑅𝑒(𝜁)

|𝜁|2+2𝑅𝑒(𝜁)+1 (7)

Desde una visión centrada en el enfoque psicoacústico, el tiempo de reverberación es un

parámetro que está relacionado directamente con la inteligibilidad de la palabra. Ya que la

reverberación se da por una serie de reflexiones de la onda generada contra superficies del recinto

en donde es emitida. Si el tiempo que tardan las reflexiones en decaer es muy largo, estas impedirán

que las nuevas consonantes generadas puedan entenderse. Esto ocurre porque la reverberación

estará desplazándose en el mismo espacio junto con las nuevas ondas emitidas que conllevan

palabras o sílabas posteriores.

Los tiempos de reverberación son acordes a la funcionalidad del espacio donde se generan,

por ejemplo, en un teatro, en donde se interpreta música de cámara u orquestal, este tiempo debe

ser largo para dar un efecto sonoramente adecuado a la música. No obstante, en un auditorio el

tiempo de reverberación debe ser corto, para que este no interfiera con la inteligibilidad de la

palabra.

Para el caso de interiores de aulas escolares la NTC4595 establece un tiempo de

reverberación máximo de 1.0 segundo, mientras la BB93 es un poco más restrictiva y establece

niveles de 0,8 s. A continuación, se pueden observar algunos tiempos de reverberación óptimos en

algunos espacios dependiendo de su volumen, ver figura 1.


Figura 1. Tiempos de reverberación recomendados para algunos espacios.

Nota: Fuente (Howard & Angus, 2017, pág. 296).

En la figura 1 se puede apreciar que auditorios utilizados para la palabra hablada no deben

sobrepasar 1 segundo de tiempo de reverberación no importando su volumen.

2.2.8 El ruido de fondo y su relación con el acondicionamiento y el aislamiento

acústico.

La acústica arquitectónica aborda básicamente dos tipos de tratamiento: El

acondicionamiento acústico y el aislamiento acústico, ambos de gran trascendencia en cualquier

tipo de construcción en la que se vaya a realizar emisión, transmisión y recepción de sonido

(Recuero, 2000). El acondicionamiento acústico tiene como competencia dentro de la acústica

arquitectónica, dar las garantías para que, al interior de un recinto, el sonido se propague de forma

uniforme y clara. Para ello, se debe garantizar que los tiempos de reverberación sean óptimos y se

debe homogenizar la relación entre los modos normales de vibración para causar interferencias

constructivas o destructivas que no alteren en gran medida el espectro sonoro audible que percibe

el receptor (Kuttruff, 2009). De esta forma, se utiliza diseños con límites perimetrales no paralelos

y algunos aditamentos acústicos como absortores, difusores, abflectores, resonadores, y todo tipo

de elementos fijados en los límites perimetrales que absorban o redirijan adecuadamente las

reflexiones de la onda sonora (Carrión, 2003).


Por otro lado, el aislamiento acústico trae como principal objetivo el impedir que el sonido

que se genere al interior del recinto pueda llegar a ser perturbado por el sonido que se genera al

exterior. Este aislamiento, también debe garantizar que el ruido producido al interior de la

construcción no salga, o que el ruido producido en distintos espacios dentro de un mismo edificio

no se filtre. Para cuantificar el ruido al interior de una sala se estableció una magnitud acústica

conocida como ruido de fondo (Harris, 1997).

Existen un método estandarizado para conocer qué tan aptos son los niveles de ruido de

fondo en el interior de un espacio, este método referenciados en la ANSI/ASA S12.2 2008, viene

esquematizado en una gráfica conocida como la NBC (Noise Balanced Criterion de sus siglas en

inglés) derivada de la gráfica ampliamente difundida NC (de sus siglas en inglés Noise Criterion)

(Rossing, 2014). La diferencia fundamental entre ambas gráficas es que la NBC contempla el ruido

generado por los sistemas mecánicos de ventilación y la NC no. Puesto que esta investigación está

basada en aulas que requieren de ventilación natural para efectos prácticos se expone a

continuación la gráfica con las curvas NC Noise Criterion (Figura 02) (ANSI/ASA S12.2-2008).

Figura 2. Curvas NC* Estándares máximos permitidos de ruido de fondo en función de la

frecuencia.

Nota: fuente (Rossing, 2014, p. 403). *NC (Noise Criterion)


Por ejemplo, para un aula de clase se espera cumplir con una curva NC-35 (Tocci, 2000).

Esta curva servirá más adelante para comparar como se encuentran los niveles de ruido de fondo.

Los niveles de ruido de fondo en un espacio interior pueden llegar a garantizarse siempre y

cuando las condiciones aislantes requeridas en la envolvente del recinto o de la edificación sean

las óptimas. Para ello se utilizan una serie de materiales de alta densidad que en combinación con

materiales absorbentes logran tener un buen índice de reducción sonora (Rw) de las ondas que

inciden contra las paredes, techos y pisos de un recinto (Harris, 1997). Para explicar el fenómeno,

tomemos en cuenta una onda que impacta contra un muro externo, el muro impide el paso de la

onda sonora del exterior hacia el interior del recinto. Al momento de la onda chocar contra el muro

ocurre una reflexión, debido a que parte de la onda rebotará contra el muro. La cantidad de energía

reflejada por la pared va depender principalmente de la densidad del material constructivo del

muro. La densidad es una propiedad que tienen los materiales de acumular partículas en un

determinado espacio (Everest, 1997). Puesto que la onda sonora utiliza la materia para desplazarse,

es determinante como están distribuidas las partículas en la materia.

Por ello cuando las partículas están muy unidas, es decir el material es muy denso, la onda

sonora tendrá que hacer un mayor esfuerzo para mover las partículas y desplazarse, y cuando el

material es poco denso como lo es el aire, la onda sonora podrá desplazarse fácilmente por el medio

de transmisión (Everest & Pohlmann, 2009). Si el material posee una densidad alta, gran parte de

la onda sonora rebotará, y por el contrario si el material es altamente absorbente, gran parte de la

onda sonora se transformará en calor (Everest & Pohlmann, 2009). Sin embargo, una parte de la

energía producida por la onda logrará desplazarse hacia al otro lado del muro. La figura 3 muestra

este fenómeno. (Onda que rebota energía transformada en calor y energía que pasa hacia el otro

lado del muro).


Figura 3. Incidencia de las ondas sonoras al momento de chocar contra el muro.

De lo anterior se puede establecer que, a mayor densidad, mayor será la resistencia que

ofrece un muro al paso de energía acústica.

Ahora teniendo la densidad una relación directa con el TL (Crocker, 2007) que como se

explicó es una magnitud expresada en decibeles, que cuantifica la cantidad de energía acústica que

una vez emitida hacia el aire, incide contra un obstáculo y logra transmitirse hacia el otro lado del

elemento (Crocker, 2007).

La perdida por transmisión TL, posee un comportamiento ascendente en el espectro

frecuencial auditivo, por lo tanto, los materiales presentan una mayor TL a medida que la

frecuencia es más alta (Crocker, 2007). Así mismo, todos los materiales presentan una frecuencia

de resonancia en la cual no van a presentar una reducción de ruido considerable, a esta frecuencia

se le conoce como la frecuencia 𝑓1.1, y se puede hallar por medio de la siguiente ecuación.

𝑓1.1 = 𝜋

2(

1

𝑎2 +1

𝑏2) √𝐷

µ (8)

En donde D es la rigidez y viene dada por.

𝐷 =𝐸ℎ3

12(1−𝑣2) (9)


En esta ecuación (3) E (𝑁 𝑚2⁄ ) es el módulo de Young, h (m) el espesor del muro, v la

proporción de Poisson y µ (𝐾𝑔 𝑚3⁄ ) es la masa que se puede calcular por medio de la densidad y

el espesor (Möser & Müller, 2013)

µ = 𝜌 × ℎ (10)

Después de la frecuencia de resonancia del material, la pérdida por transmisión se

incrementa a razón de 6dB/Octava, sin embargo, los materiales presentan nuevamente un punto en

el espectro sonoro en donde se disminuye la reducción por ruido. A este punto se le conoce como

la frecuencia de coincidencia, donde se presenta nuevamente la resonancia del elemento

constructivo. Luego de esta frecuencia, el TL se incrementa a razón de 9dB/Octava. Para hallar la

frecuencia de coincidencia se puede recurrir a la siguiente ecuación.

𝑓𝑐 = 𝑐𝑜

2

2𝜋ℎ√

12𝜌𝑚(1−𝑣2)

𝐸 (11)

En donde c (m/s) es la velocidad del sonido ρm (𝐾𝑔 𝑚3⁄ )es la densidad del material, v es

la proporción de Poisson y E (𝐾𝑔 𝑚3⁄ )es el módulo de Young (Möser & Müller, 2013).

2.2.9 Aportes BB93 Texto Principal (Main text)

El (BB93 2015) presenta este documento anexo, en el cual se abordan una serie de factores

acústicos y de ventilación que es importante tener en cuenta para esta investigación. Algunos de

los problemas más comunes que se presentan en las I.E. del Reino Unido, son comunes a la realidad

de Colombia, (aulas con tiempo de reverberación muy altos o aulas con niveles altos de ruido de

fondo), esto se puede llegar a dar por la mala planificación y el mal diseños de las aulas.

Premisas tan valiosas como: selección del sitio, niveles de ruido ambiental en el área,

orientación de las aberturas en fachada, consideración de barreras acústicas naturales, entre otras.

Y detalles de diseño tan relevantes como: determinar niveles de tiempo de reverberación y ruido

de fondo en función de cada aula, proveer aislamiento acústico necesario para cada fachada del

aula, ubicación detallada de espacios ruidosos y tranquilos y sus respectivos medios de control,


características en aislamiento de puertas y ventanas, o especificaciones del sistema de sonido

utilizados; son claves en el buen diseño de un aula.

Una de las variables plasmadas en la BB93 para tener en cuenta el emplazamiento de un

edificio educativo es el ruido ambiental. Así pues, una de las recomendaciones para la construcción

de nuevas escuelas, es emplazar estas en lugares que no superen los 60 dB LAeq de nivel de ruido

ambiental. Esto se puede justificar desde el planteamiento mismo de esta norma, en donde se

consideran apropiados niveles de ruido de fondo de 35 dB para un aula escolar y se considera

dispositivos de reducción de ruido con entrada de aire con niveles de reducción sonora de 20-25

dB. De esta manera, se considera que aquellos emplazamientos por encima de estos niveles

necesitaran diseños de aislamiento acústico, y medios mecánicos de ventilación, para garantizar

niveles de ruido de fondo mínimos.

Sin embargo, la misma norma considera situaciones especiales del terreno que se pueden

utilizar en forma conveniente para obtener mejores condiciones acústicas. Por ejemplo, ya que los

automotores son responsables en buena parte de los altos niveles de ruido ambiental encontrados

en las ciudades hoy en día (Área Metropolitana del Valle de Aburrá [AMVA 2014]), una buena

forma de tratar este problema sin invertir una alta suma de dinero, es considerando los obstáculos

del relieve en el emplazamiento, de esta forma se podrían utilizar terraplenes, jarillones y

desniveles que ofrezca el terreno, o que se puedan levantar desde el inicio de la construcción, para

garantizar los niveles de ruido de fondo apropiados. La figura 4 muestra algunos ejemplos de esta

situación.


Figura 4. Barreras acústicas naturales.

Nota: fuente adaptada de la Norma BB93 Main Text (BB93, 2015, p. 24). Arriba: sin pantalla acústica del terreno.

Mitad: apantallamiento del terraplén que se mejora con la ubicación de árboles. Abajo: el jarillón funciona como

barrera acústica y los arboles como barrera visual.

Cuando los niveles de ruido ambiental están por debajo de los 60 dB, es posible recurrir a

cierto tipo de aberturas para lograr ingresar aire de manera natural a las aulas. Sin embargo, niveles

más altos requerirán de diseños más complejos en las ventanas que logren tener una reducción

acústica de entre 20-25 TL. Un ejemplo de este tipo de diseños se muestra en la figura 5.


Figura 5. Posibles formas de ventilación natural.

Nota: fuente adaptada de la Norma BB93 Main Text (BB93, 2015, p. 29).

(CROSS VENTILATION) Ventilación cruzada. Ventana con vidrio doble y aberturas escalonadas con entrada de

aire y tratamiento acústico. (SINGLE-SIDED VENTILATION) Ventilación de una sola cara. Ventanas con vidrios

dobles y aberturas escalonadas. (STACK VENTILATION) Ventilación de pila. Ducto con revestimiento

absorbente, entrada de aire con ventanas dobles con tratamiento acústico y rejillas con aletas absortoras de ruido.

(WIND TOWER/TOP DOWN VENTILATION) Torre de viento con ventilación superior. Ducto con revestimiento

absorbente, rejillas con aletas absorbentes, ventana con vidrio doble y aberturas escalonadas y cámara de

distribución con atenuador de ruido electrónico.

En la actualidad las ventanas de doble vidrio con aberturas opuestas son una buena opción

para realizar control de ruido y permitir el paso de aire, en la figura 6 se muestra el diseño de una

ventana con estas características. Cabe aclarar que detalles constructivos como el ancho del espacio


entre los dos vidrios, el área de cada abertura, o el grosor de los vidrios; influirán directamente

sobre el rango de frecuencias a reducir.

Figura 6. Ventana de doble vidrio con aberturas opuestas.

Nota: : fuente adaptada de la Norma BB93 Main Text (BB93, 2015, p. 24).

El anterior dispositivo se diseñó en el laboratorio de una escuela para evitar el ingreso de

ruido de aeronaves, con esta ventana se logró tener un índice de reducción de ruido de 20 – 25 dB.

2.2.10 Ventilación natural

La ventilación natural viene cobrando relevancia con el pasar de los años, ya que se ha

demostrado sus bondades y ventajas con respecto a la ventilación artificial. La ventilación artificial

que tuvo su gran auge en la década de los 60 y 70, fue decayendo principalmente por su alto

consumo energético, su costoso mantenimiento, y por los problemas de salubridad que generaba al

interior de un edificio. Patologías constructivas como el síndrome del edificio enfermo o problemas

ambientales como los daños a la capa de ozono y más recientemente el calentamiento global;

trajeron como resultado la exploración de alternativas para la ventilación de espacios interiores que

no estuvieran en contravía de este ideal sanitario y ambiental (Yarke, 2005). (Yarke & Seoane,

2015)

Por lo antes expuesto, la ventilación natural se puede utilizar para alcanzar dos propósitos,

condiciones sanitarias adecuadas y/o garantizar condiciones de confort térmico (Yarke, 2005).

Yarke & Seoane, 2015)


Para el caso de la ventilación estudiada en esta investigación, solo se aborda la ventilación

pensada para el confort térmico. Acto seguido, a continuación, se adentra un poco en esta temática.

Un aspecto relevante, que surge dadas las actuales condiciones de calidad de aire que posee

la ciudad de Medellín, es tener en cuenta la contaminación del aire en la ciudad, y dimensionar, si

será necesario en un futuro cercano, tratar y filtrar el aire que ingresa a un espacio interior.

Partiendo de esta premisa, valdría la pena indagar sobre estrategias y dispositivos que consigan

mitigar los contaminantes que ingresan a un aula de clase. Tal como lo contempla la ASHARE 62-

2001 en su procedimiento del cálculo de la tasa de ventilación.

Los contaminantes del aire poseen Indicadores de la Calidad del Aire (ICA). Para material

particulado por ejemplo existen 2 indicadores el PM10 24h y PM2.5 24h, partículas menores a 10

micrómetros y partículas menores a 2.5 micrómetros, este contaminante se mide en micro gramos

sobre metro cúbico g/m3. Otros tipos de contaminantes que se tienen en cuenta con estos índices

son: monóxido de carbono (CO 8h), dióxido de azufre (SO2 24h), dióxido de nitrógeno (NO2 1h)

y ozono troposférico (O3 1h) y (O3 8h), estos indicadores se miden en partículas por millón (ppm).

Para la ciudad de Medellín, el ICA es constantemente monitoreado por las autoridades

ambientales AMVA y dependiendo de su concentración en el aire se emiten una serie de alertas

que van de verde (buena), amarilla (moderada), naranja (dañina a la salud para grupos sensibles),

rojo (dañina a la salud), purpura (muy dañina a la salud), hasta marrón (peligrosa). Para su cálculo

se utiliza una ecuación desarrollada por la EPA (Environmental Protection Agency) (AMVA,

2013)

Ahora si se toma la ventilación como elemento utilizado para proporcionar confort térmico,

ANSI/ASHARE 55-2010 se establecen seis factores primarios que deben ser considerados para

sopesar las condiciones de confort en un espacio, estos son: la tasa metabólica, el aislamiento de

ropa, la temperatura del aire, la temperatura radiante, la velocidad del aire y la humedad. Si bien la

ASHRAE 55-2010 posee unos límites centralizados en rangos muy estrechos de confort,

investigaciones adelantadas por autores como el acá referenciado (Dear, Brager, & Cooper, 1997)

apuntan a indicar que cuando la ventilación es natural las personas tienden a tener una mayor

tolerancia a la temperatura de confort. Esta afirmación se apoya en la teoría de que leves corrientes


de aire perceptibles por el ser humano, puede influir a gran escala en los niveles de confort térmico

(Yarke, 2005).

Ahora partiendo desde la percepción humana, se puede entender que los seres humanos

requieren una protección contra las cambiantes condiciones atmosféricas, dos de las protecciones

que se utilizan son la ropa, y el abrigo de un espacio interior; aunque el primer parámetro de

protección es fácil de controlar, no lo es así el segundo, ya que la ropa se puede cambiar fácilmente,

pero los elementos constructivos no (Yarke, 2005).

Cuando un ser humano se ve expuesto a condiciones climáticas extremas que están por

fuera de su zona de confort, empezará a experimentar un disconfort, este podrá tolerarse siempre y

cuando se tenga periodos de descanso. En efecto, el periodo de exposición a la condición ambiental

extrema y el tiempo de descanso dependerán de cada persona. Dentro de los parámetros físicos que

involucran el confort o disconfort térmico están: temperatura de aire, temperatura radiante,

temperatura superficial, humedad relativa y velocidad del aire.

Los intercambios térmicos entre el ser humano y el ambiente que lo rodea se pueden dar

por: conducción, radiación, convección o evapotranspiración. Todo proceso de este tipo transfiere

energía calórica, del elemento cálido al frio para tratar de equilibrar la temperatura. Si

consideramos que la temperatura de la piel del ser humano en contacto con el aire posee un

promedio de 32 grados (Yarke, 2005) se puede entonces entender que esta temperatura debe ser la

que deben tener los cuerpos que circundan a un ser humano para garantizar niveles de confort

térmico (Yarke, 2005).

Puesto que la convección dada por la ventilación natural puede mejorar la condición de

confort de 2 maneras: ventilación directa sobre la persona o ventilación en la masa interna del

edificio. Los valores máximos dentro de rangos ambientales, contemplados para estas variables de

ventilación son: temperaturas que no superen los 29 y 32 grados centígrados, amplitud térmica

diaria inferior a 10 grados centígrados, humedad relativa no superior a 90% y velocidad media de

los vientos no inferior a 0,2 m/s (Yarke, 2005).

Es por esto por lo que la sensación del paso del viento sobre las personas es tal vez una de

las principales variables que influyen en el confort térmico. En la Figura 7 se puede apreciar como


la zona de confort en una tabla psicométrica (diagrama en el cual se puede apreciar el confort

térmico en base a propiedades termodinámicas del aire) (Olgyay, 2015) puede ampliarse con solo

variar esta sensación sobre el ser humano.

Figura 7. Carta psicométrica modificada por la velocidad del aire al interior.

Nota: Fuente: (Yarke, 2005, p. 26).

En la figura 7 la línea azul representa como se amplía la zona de confort a velocidades internas del

aire de 0,5 m/s. Y la línea roja como se puede ampliar esta zona a velocidades del aire de 1 m/s.

2.2.11 Método experimental del cálculo de la velocidad del viento (Melaragno)

Aunque es bien conocido que las velocidades del aire al interior de un recinto no son

homogéneas (Yarke, 2005) es importante conocer un estimado del promedio de esta velocidad.

Métodos empíricos desarrollados por Melaragno para la ventilación natural cruzada (Yarke, 2005)

muestran que esta velocidad se puede estimar por medio de dos variables: ancho de la abertura en

relación con el ancho de la pared y ángulo de incidencia del viento contra la abertura.

Estos estudios desarrollados por Melaragno en túneles de viento, indica que para

ventilaciones cruzadas la eficiencia de la ventilación aumenta cuando el viento entra oblicuo y no

perpendicular.


Esto se explica, por las turbulencias que se generan al interior, que incrementan el flujo de

las corrientes de aire en paredes laterales y rincones. Además, se concluye que la velocidad interior

aumenta al tener las máximas aberturas en ambas paredes.

Tabla 2.

Efecto de la ventilación cruzada en aberturas opuestas con vientos oblicuos.

Nota: fuente: (Yarke, 2005, p. 86).

2.2.12 Rosa de los vientos IDEAM y SIATA

La figura 8 muestra la rosa de los vientos en la ciudad de Medellín proporcionada por el

Instituto de Hidrología Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM, 1999), la gráfica está

desarrollada en un periodo de 20 años y a una altura de 10 m. A grandes rasgos indica que el viento

predomina del norte y que las velocidades con mayor regularidad oscilan entre los 1,6 y 5,4 m/s.

Aunque el mayor porcentaje de los vientos proviene del norte con un 23% de ocurrencia, se

presentan periodos de calma en un 31% del tiempo. También es importante destacar que un 14%

del tiempo se presentan vientos que vienen del sur y que igualmente las velocidades con mayor

regularidad oscilan entre los 1,6 y 5,4 m/s.


Figura 8. Rosa de los vientos Medellín.

Nota: fuente: IDEAM (1999).

Ahora si se analiza dos estaciones meteorológicas operadas por el Sistema de Alerta

Temprana de Medellín (SIATA) que están cercanas a las IE estudiadas, se puede encontrar un

panorama un poco diferente. Con respecto a las IE Pbtro. Antonio José Caballero y San Agustín,

la estación ubicada en el parque explora no muestra una condición similar a la que presenta la Rosa

de los Vientos del IDEAM. Sin embargo, la estación ubicada en la Universidad de Medellín y

cercana a la I.E. Horacio Suescun, muestra que el viento viene principalmente del Noroeste.

Aunque las rosas de los vientos proporcionadas por el IDEAM dan una idea de la condición del

viento en estas instituciones, vale la pena aclarar que el sitio web del SIATA solo presenta datos

arrojados del último mes, por lo tanto, las gráficas acá mostradas (ver figura 9) corresponden al

mes de noviembre de 2017.


Figura 9. Rosa de los vientos mes noviembre de 2017.

Nota: fuente: (SIATA, 2017)

2.2.13 Mapa de ruido Medellín

Un mapa de ruido representa la situación acústica existente o pronosticada en función de

un indicador de ruido sobre un espacio geográfico, esta se realiza por medio de manchas de distintos

colores referenciadas en un cuadro de convenciones. La ciudad de Medellín desde el 2007 ha

venido realizando cada cuatro años tal como lo establece la Resolución 0627 de 2006. La última

actualización fue realizada en 2014 y se puede apreciar en la figura 10 el mapa de ruido diurno del

total del casco urbano de Medellín.


Figura 10. Mapa de ruido total diurno Medellín 2014.

Nota: fuente: (AMVA, 2015, p. 22)

Considerando la revisión bibliográfica realizada en este capítulo se puede concluir que en

general se tienen diversos estudios que relacionan variables de confort acústico y térmico derivado

de la ventilación natural, luego, estos no proporcionan datos suficientes del comportamiento de la

ventilación al paso por ventanas o dispositivos para la reducción de ruido.

Por otro lado, ya que se tienen normas nacionales e internacionales que cuantifican

magnitudes apropiadas en cuanto a acústica y ventilación en aulas escolares, se presenta una muy

buena oportunidad de evaluarlas en una ciudad del trópico como Medellín.


3 Metodología

La figura 11 muestra la metodología utilizada en esta investigación, en los círculos

amarillos se tienen datos externos como lo son el mapa de ruido de (AMVA) y la rosa de los vientos

del (IDEAM). La información levantada en campo se señala con color verde, además se especifica

algunos de los elementos relevantes utilizados para realizar cada muestreo. En color rosado se

puede apreciar las variables cuantificadas en esta investigación, así mismo bordeando las

circunferencias nombres de ecuaciones que servirán para corroborar las mediciones en campo. En

círculos más pequeños de color gris se colocaron algunas normativas que describían el protocolo

para levantar la información en campo. En color azul se tienen la norma Técnica Nacional

NTC4595 y el Boletín de Construcción BB93, ambas normas utilizadas para hacer comparación de

la información levantada en campo. Por último, en color púrpura se hace referencia a otro de los

objetivos específicos de esta investigación, que es el cruce de variables acústicas con variables de

ventilación, además se agrega la comparación del total de resultados.


Figura 11. Flujograma de la Metodología.

3.1 Equipos y software utilizados durante las mediciones

La tabla 3 muestra los equipos utilizados para realizar el levantamiento de datos en campo.

La tabla 4 enuncia el software utilizados para captura y procesamiento de información recolectada.


Tabla 3.

Equipos utilizados durante las mediciones.

Equipo Marca Modelo

Sonómetro Svantek 971

Micrófono de medición dbx RTA

Tarjeta de sonido Focusrite Scarlet 2i2

Dodecaedro 01 dB Ampli12

Calibrador Cesva CB006

Anemómetro de hilo caliente Extech 407119

Estación meteorológica Ambient weather WS-1171A

Flexómetro Stanley 5 mts

Sonda de velocidad de partícula Microflow Technologies 2 Chanels

Tabla 4.

Softwares utilizados durante las mediciones.

Software Marca Versión

Supervisor Svantek 1.8.14

Audacity Source Forge 2.0.0

Reaper Cockos 4.76/64

ArcGis ESRI 10

SoundPLAN SoundPLAN 8.0

Velo Microflow Technologies 3.A

3.2 Ruido de fondo

3.2.1 Protocolo de Mediciones de Ruido en Interiores.

Para la realización de mediciones de ruido de fondo en interiores se adopta la metodología

propuesta en la Norma UNE/ISO 1996-1 (2005) de la Asociación Española de Normalización y

Certificación (AENOR) y la Resolución 8321 de 1983.

3.2.1.1 Instrumentación.

3.2.1.1.1 Sonómetro Integrador.

El instrumento de medida cumplió con las especificaciones de sonómetros Tipo 1 y los

integradores promediadores fueron clase P.


3.2.1.1.2 Calibrador.

Cesva CB006 proporciona una señal de nivel de presión sonora conocido (nivel de

referencia). En general, este calibrador suministra un tono puro, de frecuencia 1 KHz. Con un Nivel

de Presión Sonora de 94 dB. Este calibrador cumple con los requisitos específicos para los de clase

1 de la norma IEC 60505:2004 (International Electrotechnical Commission).

3.2.1.1.3 Trípode.

Uno para soportar el sonómetro a una altura de 1,5 metros (m). Otro a 4 metros (m) para

realizar mediciones en la fachada de las aulas.

3.2.1.2 Metodología de la Medición.

3.2.1.2.1 Verificación del punto de medición.

a. La inspección técnica se realizó siempre en horarios escolares.

b. Se determinó la ubicación de la (s) fuente(s) emisora(s) de ruido.

c. Se ubicó el sonómetro en la parte superior del trípode. Los niveles sonoros para el interior

de habitaciones se registraron dentro del aula, a 1.20 m sobre el nivel del piso y

aproximadamente a 1.50 m de las paredes del aula. Se efectuaron las mediciones en 5 sitios

diferentes con una distancia mínima entre estos de 0.5 m. Se tuvo en cuenta el nivel sonoro

promedio de las mediciones.

d. Se rectificó la calibración del sonómetro usando el calibrador, al iniciar y finalizar la

medición

e. Se constató que en las condiciones meteorológicas de la medición predominara el tiempo

seco y sin lluvia, también que el pavimento estuviera seco.

f. Siempre que el micrófono se colocó en el exterior este se protegió con la pantalla anti

viento.


3.2.1.2.2 Configuración de la sesión de medición

a. El sonómetro midió en decibeles (dB) de presión sonora y en espectro por tercio de octavas.

b. Los parámetros de medida evaluados fueron:

LAeq, T: Nivel Continuo Equivalente ponderado en frecuencia A y ponderado en

tiempo Fast (F) durante todo el periodo de medición (T).

c. Los niveles de presión sonora se determinaron en forma continua durante un periodo no

inferior a 3 minutos.

Baterías: se verificó la carga del instrumento para que tuviera la autonomía suficiente para

realizar la jornada de medición y se incluyó baterías adicionales por prevención.

3.3 Tiempo de reverberación

3.3.1 Protocolo de Mediciones de Tiempo de Reverberación.

Para la realización de mediciones tiempo de reverberación se adoptó la metodología

propuesta en la Norma ISO 3382-1:2009


3.3.1.1.1 Fuente generadora.

Se utilizó un altavoz con características omnidireccionales (Dodecaedro), que irradiaba en

todas las direcciones. Vale la pena aclarar que se corroboró que se tenía la potencia suficiente para

sobrepasar el ruido de fondo de la sala en al menos 35dB, y en 10 dB cualquier banda de octava.


3.3.1.1.2 Micrófono.

Se utilizó un micrófono omnidireccional que detectaba niveles de presión sonora y que

cumplía con las especificaciones para un equipo Tipo 1, con diafragmas de diámetro menor a 13

mm.

3.3.1.1.3 Sistema de grabación.

Se utilizó un sistema de grabación de audio digital que cumplía con estas características

mínimas:

Respuesta en frecuencia plana para el rango utilizado para las mediciones con una

tolerancia de +/-3dB.

Rango dinámico mínimo de 50dB en cada una de las bandas de frecuencia de interés.

Se utilizó un laptop con interfaz de audio externas, provistas de entradas de micrófono con

phantom power. Este equipo cumplía a cabalidad los requerimientos para realizar este tipo de

mediciones.


3.3.1.2.1 Verificación Puntos de medición.

a. Los puntos de medición estaban ubicados a λ ⁄ 4 de cualquier superficie reflectante y a una

distancia mínima de λ ⁄ 2 entre los diferentes puntos de medición.

b. λ es la longitud de onda de la frecuencia de interés más baja. Tomando como ejemplo

125Hz, λ ⁄ 4 = 0.70m y λ ⁄ 2 = 1.40m.

c. La ubicación de la fuente se realizó teniendo en cuenta la posición del expositor dentro de

la sala.

d. Ya que se utilizó varias posiciones de fuente y varias posiciones de micrófono, se realizó

un promedio de estos resultados.


3.3.1.2.2 Señales de prueba.

La señal de prueba utilizada fue barrido en frecuencia exponencial.

3.3.1.2.3 Proceso de medición

a. Se determinó las posiciones de fuente y micrófono de acuerdo con los numerales anteriores

b. Se excitó la sala con la señal de prueba, a través de la fuente generadora (altavoz).

c. Se grabó de forma simultánea la señal obtenida por medio del micrófono.

d. En ningún momento de la medición hubo saturación de la señal registrada.

e. Se realizó el cálculo del tiempo de reverberación utilizando la señal de prueba y la señal

grabada, a través de software especializado (Audacity).

3.4 Perdida por transmisión

3.4.1 Protocolo de mediciones de pérdida por transmisión.

Para la realización de mediciones de perdida por transmisión se adoptó la metodología

propuesta en la Norma ISO 16283-1:2014 y para el análisis lo planteado en la UNE EN ISO 717-

1:1997 A1 (AENOR, 2007).

3.4.1.1 Instrumentación

3.4.1.1.1 Sonómetro Integrador.

El instrumento de medida cumplió con las especificaciones de sonómetros Tipo 1 y los

integradores promediadores fueron clase P.

3.4.1.1.2 Calibrador.

Cesva CB006 proporciona una señal de nivel de presión sonora conocido (nivel de

referencia). En general, este calibrador suministra un tono puro, de frecuencia 1 kHz. Con un Nivel


de Presión Sonora de 94 dB. Este calibrador cumple con los requisitos específicos para los de clase

1 de la norma IEC 60505:2004.


3.4.1.2.1 Verificación Puntos de medición.

a) Los puntos de medición estaban ubicados a λ ⁄ 4 de cualquier superficie reflectante y a

una distancia mínima de λ ⁄ 2 entre los diferentes puntos de medición.

b) λ es la longitud de onda de la frecuencia de interés más baja. Tomando como ejemplo

125Hz, λ ⁄ 4 = 0.70m y λ ⁄ 2 = 1.40m.

c) La ubicación de la fuente se realizó teniendo en cuenta la posición del expositor dentro

de la sala.

d) Ya que se utilizó varias posiciones de fuente y varias posiciones de micrófono, se realizó

un promedio de estos resultados.

3.4.1.3 Señales de prueba

Las señales de prueba utilizada fue ruido rosa

3.4.1.4 Proceso de medición

Primero se midió los niveles de ruido de fondo (3 min como mínimo) a ambos lados del

muro perimetral, luego se generó el ruido rosa y con la cabina ubicada en un rincón de uno de los

espacios donde se va a realizar la medición, se calibró la potencia acústica de la cabina activa. Para

ello el nivel de ruido rosa que logra pasar a través de muro perimetral debe superar por 10 dB

cualquier banda de octava que logre registrar el sonómetro.

Una vez se tuvieron estas condiciones se realizó una medición por un intervalo de 3 min

como mínimo en el espacio en donde está la cabina activa, y luego se realizó otra medición en el

espacio ubicado al otro lado del muro perimetral.


Posteriormente y una vez descargado los datos se compararon ambas mediciones y se

analizan mediante una simple resta aritmética, y así se halló la perdida por transmisión en dB, que

se tuvo del muro colindante en cuestión.

Es importante recalcar que la comparación de las mediciones arrojadas por el sonómetro se

debe hacer en dBZ o decibeles lineales sin ningún tipo de ponderación.

3.5 Velocidad de entrada del aire

3.5.1 Protocolo de mediciones de pérdida por transmisión.

Las realizadas para la velocidad del aire se apoyaron en el protocolo de medición descrito

en la ISO 7726:1998.


3.5.1.1.1 Anemómetro de hilo caliente.

Con registro de velocidades de viento inferiores a los 1 m/s.


a. Se ubicó el termo-anemómetro en centro de la abertura para evitar que influyan los

posibles vectores por el choque del viento que se puedan generar en los bordes.

b. El hilo caliente debe ir dirigido con la abertura hacia la corriente de aire que ingresa al

aula de forma que el brazo que soportaba el hilo no incidiera en la circulación del aire.

c. Las rejillas que se midieron fueron las que estaban en la fachada y por donde ingresaron

las corrientes de aire del exterior.


3.5.1.3 Proceso de medición.

Se ubicó el termo-anemómetro tal como se describe en la metodología, este proceso se

realizó 6 veces durante un intervalo promedio de 40 min.

Cuando el aula estaba con las ventanas abiertas este se ubicó en el centro de la vano, cuando

la ventana se encontraba cerrada el instrumento se ubicó en el centro de la rejilla.

3.6 Modelación en SoundPLAN

Software ArcGis 1.0 (ESRI, 2012) y SounPLAN (SoundPLAN, 2017)

3.6.1 Protocolo de la modelación

Primero se recolectó la información en campo:

Aforo por hora

La velocidad promedio

Ancho del carril norte

Ancho del carril sur

Ancho de la separación

Ancho de la avenida del rio

Material de la vía

Primero se preparó los datos en ArcGis, para eso se tuvo en cuenta, 3 capas de la comuna 5

(Castilla) en la ciudad de Medellín las tres capas fueron curvas de nivel para el cálculo del MDT

(Modelo Digital del Terreno), la capa de vías y las edificaciones. Posteriormente se realizó un clip

del área de estudio con un contorno (bufer) de 200 mts a partir de la delimitación del terreno, con

las capas antes mencionadas. Luego se inició con la importación de las capas de ArGis en

SoundPLAN, se realizó un vínculo de los parámetros asociados a cada tipo de receptor, se realizó

una división en sesiones de la carretera para una mejor resolución y de esta forma acoplarla mejor


a MDT, se corrigió las intersecciones que estaban discontinuas en las vías; así mismo, se terminó

de acoplar las construcciones al clip para que no quedaran por fuera del MDT, posteriormente se

procedió a realizar la operación con coordenadas para que las carreteras, edificios estén en la altura

de MDT. Ya que la capa (layer) que se poseía no contenía el edificio que se necesita modelar, se

debió dibujar sobre la geodatabase y poner sus respectivos atributos. Para el mapa de fachadas se

seleccionó cada fachada que se requería evaluar y se procedió a realizar los respectivos cálculos.

Se modelaron dos mapas uno de ruido a 4 mts y otro en fachada con receptores cada metro.

Para realizar esta modelación se tuvieron en cuenta las siguientes variables:

1. Orden de reflexión = 2

2. Radio máximo de búsqueda = 1000 mts

3. Máxima distancia de reflexión = 50 mts

4. Método de cálculo para el ruido automotor = RLS90

5. Horario = Diurno

Para representar la información cartográfica de curvas de ruido se utilizó la resolución 0627

para la representación del mapa de ruido (Cada 5 dB) y para la representación del ruido en fachada

se tomó una mayor resolución (cada 2 dB).

3.7 Medición con Microflow

3.7.1 Protocolo de medición y equipos utilizados

Se realizó una medición de holografía acústica como complemento, basados en el sistema

Scan & Paint® el cuál se compone de una sonda de velocidad de partícula y presión sonora (Sonda

PU) y el software Scan & Paint® (Velo 3.A) diseñados por Microflow Technologies®, este

proceso en su etapa de muestreo se basa en 3 elementos (Fernández, 2014).

• Configuración del canal a utilizar en la medición

• Calibración de la sonda PU

• Captura del video


La Instrumentación utilizada fue un sensor acústico que mide la velocidad de partícula, una

Sonda PU, un instrumento que combina el transductor de velocidad de partícula (uno o varios) con

un micrófono de presión, un acondicionador de señal que alimenta, pre-amplifica y también puede

llegar a corregir la amplitud y la fase de la señales, tanto de presión como de velocidad de partícula,

una interfaz estereo que recibe las señales eléctricas de la presión sonora (P) y de la velocidad de

partícula (U), proveniente de la sonda PU, un software Scan & Paint que está integrado con el

hardware de medición, un computador con sistema operativo basado en Windows, y por último

una cámara Web.

La holografía acústica involucra la medición de la amplitud y fase del campo sonoro

cercano a la fuente. Se realizan varias mediciones en diferentes posiciones de medición en un plano

perpendicular de la fachada y parte colindante con el pasillo del Aula 013 de la I.E. Pbtro. Antonio

José. Estas mediciones son realizadas para obtener la presión acústica y la velocidad de partícula

en un plano que se aproxima a la superficie de la fuente. Por ende, los indicadores a medir en este

protocolo son la presión y velocidad de partícula mediante holografía acústica. Además,

multiplicando estas dos cantidades se obtiene la intensidad acústica en función de la posición en el

plano de medición. La escala de colores para la visualización de estos parámetros acústicos está

dada en decibeles (dB). El rango de los valores se ajusta automáticamente para facilitar el análisis.

3.7.2 Análisis en el software velo 3.A

Se realizaron las configuraciones iniciales en el software Velo 3.A, donde se ingresa los

datos con los que se va a realizar el cálculo (rho, velocidad del sonido, Modo de amplitud, p/u

formato de amplitud, puntos de la FFT, ventaneo, superposición de ventanas y número de

mediadores). Posteriormente se cargaron los datos de la medición. Se selecciona el color de la

sonda PU para que el software rastree dicho color y vaya extrayendo los datos de la sonda PU

asociados a ese instante de la medición. Se debe de editar los puntos que no están siguiendo a la

sonda en el video, ya que generan datos erróneos, produciendo un resultado que no es acorde al

fenómeno. Luego de seleccionar el espectro del audio captado se genera el espectro de potencia de

presión de la sonda en función de la frecuencia. Posteriormente se prosigue a la pestaña de análisis

de datos, se utiliza el método de interpolación por puntos, que hace que en cada punto de la

medición se sumen todos los valores y en los lugares donde no haya información se interpola. Se


utilizó luego un filtro con ventana haming, con 4026 muestras de la Fast Fourier Transform

(Transformada Rápida de Fourier) para una resolución en frecuencia adecuada. El resultado final

es el espectrograma de la velocidad de partícula. Por último, se selecciona el área del espectrograma

para ser procesada y realizar la gráfica de velocidad de partícula en función de la frecuencia.


4 Resultados

4.1 Datos generales

4.1.1 Localización.

La siguiente imagen muestra la ubicación de las tres IE utilizadas para medir las variables

acústicas y de ventilación en las aulas.

Figura 12. Localización geográfica de las IE.

Nota: fuente Google Maps disponible en https://goo.gl/CdcaYj

Instituciones Educativas Proyecto Maestría

Instituciones Educativas

I. E. Pbro. Antonio J. Bernal

I.E. Horacio Muñoz Suescún

I. E. San Agustín


4.1.2 Características Generales.

A continuación, se presenta información detallada de cada institución, que incluye:

imágenes, ubicación geográfica, detalles edilicios, capacidad de cada aula oferta escolar de la IE y

distancia la vía más cercana.

4.1.2.1 IE Presbítero Antonio José Bernal Londoño.

Figura 13. IE Presbítero Antonio José Bernal Londoño

Nota: fuente Google Maps disponible en https://goo.gl/WrX8Mn. Izq. Fachada Aula 013. Der. Vista satelital Aula

013, 012 y Aula Matemáticas.

Figura 14. Isográfico acotado

Nota: Aula 13 (izq. arriba), de Matemáticas (der. arriba) Aula 12 (izq. abajo), imagen detalle medición en el aula

Mat. (Der. Abajo).

https://goo.gl/WrX8Mn


4.1.2.1.1 Ubicación.

Coordenadas: 6.301574, -75.559020

Dirección: Calle 105 N63a 200

Nivel: 2 (Segundo piso) para las tres aulas

Está ubicada entre los barrios Héctor Abad Gómez y Plaza Colón del municipio de

Medellín, al lado de la estación Acevedo del metro (IE Presbítero Antonio José Bernal, 2018).

4.1.2.1.2 Capacidad, volumen y orientación.

Aula A013: 40 alumnos

Volumen: 177.22 𝑚3

Orientación fachada hacia el viento: 60°N

Aula 012: 46 alumnos



Aula de Matemáticas: 50 alumnos


Orientación fachada hacia el viento: 75°S

4.1.2.1.3 Oferta escolar.

Ofrece desde el grado cero hasta undécimo, tres medias técnicas: en Sistemas, Electrónica

y Diseño Gráfico en coordinación con el SENA (IE Presbítero Antonio José Bernal, 2018).

4.1.2.1.4 Material Constructivo en muros.

Adobe con mezcla de cemento. Espesor: 10 cm


4.1.2.1.5 Distancia a la vía más cercana.

Aula 013: 39,78 m del eje de la vía más cercana (Carrera 63Avenida Regional)

Aula 012: 52,0 m del eje de la vía más cercana (Carrera 63Avenida Regional)

Aula de Matemáticas: 41,54 m del eje de la vía más cercana (Carrera 63Avenida Regional)

4.1.2.2 IE San Agustín.

Figura 15. IE San Agustín

Nota: fuente Google Maps disponible en https://goo.gl/WrX8Mn. (Izq. arriba) imagen muro pasillos aula 8. (Der.

Arriba) localización geográfica aula 9 y 8 (Izq. abajo) Isográfico acotado: Aula 8 y 9. (Der. Abajo) Imagen detalle

medición en el aula 9.


Coordenadas: 6.28037, -75.5628

Dirección: Calle 88A No. 51B 91

Nivel: 2 (Segundo piso) para ambas aulas

Está ubicada en el barrio Aranjuez San Cayetano (IE San Agustín, 2018).




Aula 8: 43 alumnos



Aula 9: 47 alumnos




Ofrece desde preescolar hasta el grado once, modalidad académica y media técnica en

sistemas informáticos.

4.1.2.2.4 Material constructivo en muros.

Adobe con mezcla de cemento. Espesor: 10 cm


Aula 8: 45 m del eje de la vía más cercana (Calle 88 A)

Aula 9: 41 m del eje de la vía más cercana (Calle 88 A)

4.1.2.3 IE Horacio Muñoz Suescún.


Coordenadas: 6.2344, -75.60938

Dirección: Calle 88A No. 51B 91

Nivel: 2 (Segundo piso) para ambas aulas


Está ubicada en el núcleo 934 del Barrio Belén Las Mercedes (IE Horacio Muñoz

Suescún, 2018)

Figura 16. IE Horacio Muñoz Suescún

Nota: Fuente google maps disponible en https://goo.gl/WrX8Mn. (Izq. arriba) fachada aula 110. (Der arriba) vista

satelital Aula 110 y 111. (Izq. abajo) isográfico aula 110 y 111. (Der. Abajo) detalle medición.







Orientación fachada hacia el viento: 60°S


Ofrece desde Preescolar, Básica Primaria, Básica Secundaria y Media Técnica Comercial.



4.1.2.3.4 Material Constructivo en muros.

Piezas grandes de cemento. Espesor: 14 cm


Aula 110: 77 mts del eje de la vía más cercana (Calle 32)

Aula 111: 96 mts del eje de la vía más cercana (Calle 32)

4.1.3 Acuerdo 048 de 2012 POT Medellín

En la figura 17 se pueden apreciar los usos del suelo urbano sobre el que se ubican las IE

objeto de estudio. El uso del suelo sobre el que se encuentra las institución educativa es dotacional,

estas zonas se caracterizan por tener concentración de equipamientos, principalmente básicos

sociales y comunitarios; ubicadas en el contexto de áreas de uso predominantemente residencial,

que propician el acceso a servicios básicos como la educación y la atención en salud, además de

garantizar el acceso a atractivos urbanos como espacios recreativos, promover la presencia de

espacios de encuentro y la localización de equipamientos comunitarios. Las actividades

económicas se limitan principalmente a servicios de proximidad y actividades comerciales que

faciliten la satisfacción de necesidades de tipo cotidiano (Medellín. Alcaldía, Acuerdo 48 de 2014).


Figura 17. Uso general del suelo urbano

Nota: fuente adaptada de https://goo.gl/NpYejp.

4.1.4 Mapa de ruido de Medellín

Según el mapa de ruido en su última actualización del 2014, en horario diurno que

comprende un horario entre las 7:01 a las 21:00 horas, horario para el cual se encuentra en

funcionamiento la institución educativa éstas se encuentran en los siguientes niveles de ruido

ambiental.


Figura 18. Mapa de ruido de Medellín.

Nota: fuente adaptada de (AMVA, 2015, p. 22)

La figura 18 muestra como las IE Horacio Suescun y Pbtro. Antonio está en zonas de 70

dBA mientras las IE San Agustín se encuentra en 60 dBA.

4.1.5 Aforo automotor en las vías cercanas

La figura 19 muestra la cantidad de automotores que circulan en vías cercanas a las IE en

un lapso de una hora.


Figura 19. Aforo automotor en vías cercanas a las IE.

En la figura 19 se puede apreciar la gran cantidad de automotores que circulan por la vía

regional cerca de las aulas de la IE Pbtro. Antonio, en comparación con las otras dos IE.

4.1.6 Condiciones Ambientales

Tabla 5.

Condiciones ambientales durante la medición.

Promedio de las condiciones ambientales durante las mediciones

Aula Hum in

%

Temp in

°C

Hum

out %

Temp

out °C

Pres. atms.

Hpa Hora

13 52,5 25,6 53,5 26,1 1010,6 11:53 - 12:42

12 59,0 26,6 59,0 26,2 1071,1 15:25 - 16:28

Mate. 52,5 27,3 45 31,1 1009,025 13:04 - 14:28

8 39,5 30,5 42,0 28,0 1067,2 15:25 - 16:06

9 54,8 26,7 59,7 25,3 1067,4 17:34 - 18:04

110 50,0 26,4 55,7 25,4 1062,2 15:20 - 15:39

111 50,0 26,3 55,0 25,3 1062,0 15:35 - 17:04

La tabla 6 muestra temperaturas internas dentro de un rango que está entre los 25,6 y 30,5

con humedades relativas internas que están entre los 39,5 y 59 %. Estos rangos denotan confort

térmico bajo las condiciones en las que se encontraban los salones. (Sin estudiantes ni profesores).

Las anteriores medidas higrotérmicas se realizaron con el fin de ajustar los valores de confort de la

carta psicométrica con los valores de velocidad del viento.

1127

1486

343438 366

11424 60 48

Motos Livianos Pesados

Automotores/hora

P. Antonio H. Suescun S. Agustin


4.2 Ruido de fondo

En las figuras 20 y 21 se representa el ruido de fondo por bandas de octava en las distintas

aulas, tres líneas continuas representan diferentes curvas NC. La NC-30, es la curva recomendada

para salones de clase (ANSI: Criteria for evaluating room noise, 2008). Las demás curvas verde y

azul representan los valores NC mínimos cumplidos, mientras la roja el valor máximo NC que se

cumple a lo largo de las bandas de octava. Los datos mostrados en estas 2 Ilustraciones se

obtuvieron de datos levantados en campo.

La figura 22 representa el promedio energético del total de aulas medidas. La abreviatura

V.A denomina la medición con ventanas abiertas, mientras la abreviatura V.C. ventanas cerradas.

El parámetro LAeq representa el nivel continuo equivalente en ponderación A, promedio de cinco

puntos de medición tomados al interior de las aulas expresado en decibeles.

La figura 23 muestra niveles continuos equivalentes en ponderación A por cada aula en

donde se realizó muestreo acústico, las barras en color azul claro representan las mediciones

realizadas con las ventanas abiertas y las barras de color azul oscuro representan mediciones

realizadas con las ventanas cerradas. La línea roja representa el valor máximo recomendado por la

NTC4595 que lo relaciona como intensidad de sonido y la línea verde el nivel máximo

recomendado por la BB93 que establece el ruido de fondo como IANL.

Figura 20. Ruido de fondo (ventanas cerradas) comparado con algunas curvas NC.

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

63 125 250 500 1k 2k 4k 8k

LA

eq d

B

Bandas de octava en Hz

Ruido de Fondo V. C. 12

13

NC - 40

110

111

8

9

NC - 30

NC-40

NC - 60


En la figura 20 (ruido de fondo en las aulas con las ventanas cerradas) se puede apreciar

que el aula 110 presenta los niveles de ruido más bajos cumpliendo con la NC-40, esta curva está

recomendada para oficinas grandes, locales comerciales o cafeterías. La peor condición la presenta

el aula 13 donde se cumple con la curva NC-55 recomendada para talleres, cocinas o lavanderías.

Ninguna de las aulas cumple con la curva NC-30 recomendada para aulas de clase.

Figura 21. Ruido de fondo (ventanas abiertas) comparado con algunas curvas NC.

En la figura 21 (ruido de fondo en las aulas con las ventanas abiertas) se puede apreciar que

el aula 13 presenta nuevamente los niveles de ruido más altos sin embargo teniendo en cuenta esta

condición (ventanas abiertas) solo alcanza a cumplir con la NC-60 recomendada para talleres de

maquinaria pesada. Se puede apreciar que 3 de las 7 aulas solo cumplen la NC-50 recomendada

para polideportivos. Igualmente, ninguna de las aulas cumple con la curva NC-30 recomendada

para aulas de clase.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

32 63 125 250 500 1k 2k 4k

LA

eq d

B

Bandas de octava en Hz

Ruido de Fondo V.A. 12

13

Mat.

110

111

8

9

NC - 30

NC - 50

NC - 65


Figura 22. Ruido de fondo promedio energético (ventanas cerradas y abiertas) en todas las

aulas.

Figura 23. Ruido de fondo con ventanas abiertas y cerradas comparado con la NTC4595 y la

BB93.

Ahora si se comparan los niveles de ruido de fondo con la norma nacional NTC4595 y la

internacional BB93, teniendo en cuenta un promedio energético del nivel continuo equivalente en

ponderación A, encontramos que solo el aula 110, con las ventanas cerradas, cumple con los

requerimientos mínimos establecidos en la NTC4595. Y ninguna con los establecidos en el BB93.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

62,5 125 250 500 1000 2000 4000 8000

LA

eq P

rom

. (d

B)

Bandas de octava (Hz)

Prom. Energ. LAeq NC-70

NC-65

NC-60

NC-55

NC-50

NC-45

NC-40

NC-35

NC-30

NC-25

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

12 13 Mat. 110 111 8 9

LA

eq (

dB

)

Aula

Ruido de fondo

LAeq V.A.

LAeq V.C.

NTC4595

BB93


Vale la pena aclarar que si bien el ruido de fondo generado por los automotores fue el

causante de los niveles de ruido de fondo hallados en las I.E. Pbtro. Antonio y Horacio Suescun,

no lo fue así para la I.E. San Agustín, los niveles de ruido de fondo hallados en esta institución se

dieron por voces de estudiantes realizando prácticas deportivas en una cancha contigua a ambas

aulas medidas. Igualmente, para el aula 9 se puede apreciar niveles de ruido de fondo mayores en

el aula con las ventanas cerradas, esto se dio porque al final de estas últimas mediciones se estaban

terminando las actividades deportivas y pudieron haber sesgado las mediciones. En general se

aprecia como es lógico niveles de ruido de fondo menores cuando las ventanas están cerradas. Sin

embargo, es importante resaltar de esta gráfica la poca reducción sonora que logran tener las

ventanas al paso de ruido de fondo.

4.3 Tiempo de reverberación

La figura 24 representa los tiempos de reverberación expresados en segundos medidos en

cada aula por bandas de octava.

Figura 24. Tiempo de reverberación por bandas de octava.

En la figura 24 se puede apreciar tiempos de reverberación relativamente parejos en las

aulas 12, 13, Mat., 8 y 9. Sin embargo en las aulas 110 y 111 de la I.E. Horacio Suescun se puede

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

125 250 500 1k 2k 4k

Tie

mp

o d

e re

ver

ber

aci

ón

(s)


12

13

Mat.

110

111

8

9


apreciar tiempos de reverberación elevados especialmente para frecuencias bajas entre los 125 y

500 Hz.

La figura 25 representa los tiempos de reverberación medidos en cada aula y que se

representan como RT30, cabe resaltar que este tiempo de reverberación es un promedio tomado de

las bandas de octava de 500 Hz, 1kHz y 2kHz. En línea roja continua se aprecian los máximos

valores establecidos por NCT4595 para aulas de clase y así mismo la línea verde continua

representa los tiempos máximos establecidos por el BB93 para aulas de clase.

Figura 25. Tiempo de reverberación medido in situ (Tmf Sabine 500 Hz, 1kHz y 2kHz)

comparado con la NTC4595 y la BB93.

Como se puede apreciar en la figura 25 solo el aula de Matemáticas cumple con los tiempos

de reverberación establecidos por la NTC4595, sin embargo, ninguna cumple con los tiempos de

reverberación establecidos por la BB93. También vale la pena resaltar que las aulas 110 y 111

superan en gran medida los tiempos estipulados por ambas normas y que las aulas 8 y 9 también

superan este valor en tiempos considerables. Sin embargo, todas las aulas de la I.E. Pbtro. Antonio

está cerca de los niveles contemplados por la NTC4595.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

12 13 Mat. 110 111 8 9

RT

30

(s)

Aulas

Tiempo de Reverberación

RT30

NTC4595

BB93


4.4 Perdida por transmisión

Las figuras 26 a la 34 representan TL evaluado en las aulas. La abreviatura M.R. se da para

hacer referencia a muro con rejilla y M.V. para muro con vidrio. El muro con rejilla da contra un

pasillo de circulación, el muro con vidrio da contra la fachada externa en todas las aulas. Estas

gráficas se representan en el eje horizontal sobre el espectro por bandas de octava.

Figura 26. TL Muro con rejilla vs TL muro con vidrio en el Aula 12 de la I.E. Pbtro. Antonio.

En la figura 26 se puede apreciar que el muro con vidrio presenta una mayor reducción del

ruido en las frecuencias altas de 2 KHz y 4 KHz y en la de 125 Hz.

Figura 27. TL Muro con rejilla vs TL muro con vidrio en el Aula 13 de la I.E. Pbtro. Antonio.

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

125 250 500 1K 2K 4K

R (

dB

)


TL 12 M.R.

TL 12 M.V.

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

125 250 500 1K 2K 4K

R (

dB

)


TL 13 M.R.

TL 13M.V.


En la figura 27 se puede apreciar un comportamiento similar al del aula 12, sin embargo, la

reducción en frecuencias medias y altas es más elevada para la ventana con vidrios.

Figura 28. TL Muro con rejilla vs TL muro con vidrio en el Aula Mat. de la I.E. Pbtro. Antonio.

La figura 28 del aula de matemáticas, representa condiciones similares a las anteriores aulas

en general la I.E. Pbtro. Antonio José las ventanas con vidrio obtuvieron las mayores pérdidas por

transmisión a lo largo de todas las bandas de octava.


La figura 29 muestra que la reducción de ruido fue mayor para el muro que contiene la

rejilla.

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

125 250 500 1K 2K 4K

R (

dB

)


TL Mat.M.R.

TL Mat. M.V.

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

125 250 500 1K 2K 4K

R (

dB

)


TL 110 M.R.

TL 110 M.V.



La figura 30 muestra un comportamiento algo similar al aula 110 si analizamos las bandas

bajas de 125 Hz y 250 Hz. Sin embargo, en las siguientes bandas ambos muros brindan un

aislamiento similar, siendo algo mayor la reducción sonora dada por el muro con vidrio.

Las anteriores figuras (29 y 30) muestran que la reducción de ruido en los muros que daban

hacia el pasillo son mayores que la que presentaban los muros con ventana. Los resultados

arrojados por esta gráfica claramente se deducen de la cantidad de área ocupada por cada material

(vidrio o rejilla). Ya que si bien el vidrio ocupaba el 100% del muro medido como M.V. la rejilla

ocupaba solo el 6% de todo el muro que estaba fabricado de ladrillo de barro y tenía un grosor de

14 centímetros (cm). Además, es importante recalcar que la reducción sonora de los muros con

vidrios se pudo ver afectada por el desacople que se tenía entre algunos vidrios de la ventana y una

puerta ubicada en estos ventanales que no poseía un óptimo sellamiento.

Figura 31. TL Muro con rejilla vs TL muro con vidrio en el Aula 8 de la I.E. San Agustín.

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

125 250 500 1K 2K 4K

R (

dB

)


TL 111 M.R.

TL 111 M.V.

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

125 250 500 1K 2K 4K

R (

dB

)


TL 8 M.R.

TL 8 M.V.


La figura 31 representa las condiciones de reducción sonora del aula 8, en esta gráfica se

puede apreciar que el muro con vidrio tiene una mayor reducción de ruido en todas las bandas.

Figura 32. TL Muro con rejilla vs TL muro con vidrio en el Aula 9 de la I.E. San Agustín.

La figura 32 del TL en el aula 9 presenta una situación similar al aula 8; sin embargo, en

esta aula el muro con rejilla logra realizar una reducción sonora en bajas frecuencias mayor que se

puede apreciar en la banda de 125 Hz. En cuanto a las bandas media alta se logra ver un

comportamiento similar para ambos muros. Si bien ambas aulas eran idénticas se debe dar claridad

con respecto al total de aulas que es posible que los desacoples entre las ventanas y la falta de

algunos vidrios en los ventanales pudieron dar variaciones, a la reducción sonora que generaba las

ventanas en el muro con vidrio.

La figura 33 representa el TL en la banda de 500 Hz medido en cada una de las aulas, la

línea roja representa el valor recomendado de aislamiento según la NTC4595 para muros en aulas

de clase.

Figura 33. TL en la banda de 500 Hz comparado con NTC4595.

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

125 250 500 1K 2K 4K

R (

dB

)


TL 9 M.R.

TL 9 M.V.

0,0

10,0

20,0

30,0

12 13 Mat. 110 111 8 9

R (

dB

) 5

00

Hz

Aulas

TL en banda de 500 Hz

TL M.R.

TL M.V.

NTC4595


En la comparación realizada en la figura 33 se puede constatar que ninguno de los muros

logra tener las condiciones de aislamiento recomendado por la NTC4595 para la frecuencia de 500

Hz. Además, se puede evidenciar que en la mayoría de los casos los muros no logran reducir tan

solo la mitad de lo dispuesto en la norma. En general todos poseen reducciones inferiores a la

propuesta por la NTC4595.

La figura 34 contiene el TL en cada una de las aulas. Vale la pena aclarar que el TL es

representado por la diferencia aritmética entre el nivel continuo equivalente en ponderación Z

medido afuera y adentro. La abreviatura M.R. se da para hacer referencia a muro con rejilla y M.V.

para muro con ventana. La línea verde representa el valor recomendado según el BB93 de

aislamiento para muros en aulas de clase

Figura 34. TL muro con rejilla muro con ventana comparado BB93

La comparación de la pérdida por transmisión con respecto a la BB93 es peor. Ya que solo

dos muros logran tener una reducción de tan solo la mitad de lo propuesto en esta norma. En general

todos poseen reducciones sonoras inferiores a la propuesta por la BB93.

4.5 Áreas efectivas de ventilación

La figura 35 representa el área efectiva de ventilación hallada en cada una de las aulas

teniendo en cuenta solo las aberturas fijas que en el total de las aulas tenían rejillas. Los puntos

color rojo representan los valores recomendados por la NTC4595 para aulas de clase en clima

templado.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

12 13 Mat. 110 111 8 9

R (

dB

)

Aula

TL En cada aula

TL M.R.

TL M.V.

BB93


Figura 35. Áreas efectivas de ventilación fijas comparado con NTC4595.

En la figura 35 se puede apreciar que cuando las ventanas y puertas están cerradas las

condiciones de ventilación no se cumplen según lo establecido en la NTC4595.

La figura 36 representa el área efectiva de ventilación hallada en cada una de las aulas

teniendo en cuenta las aberturas fijas y los vanos de las ventanas móviles. Los puntos color rojo

representan los valores recomendados por la NTC4595 para aulas de clase en clima templado.

Figura 36. Áreas efectivas de ventilación fijas + móviles comparado con NTC4595.

La figura 36 muestra que cuando las ventanas y puertas están abiertas las condiciones de

ventilación (área efectiva de ventilación según NTC4595) se cumplen en la mayoría de las aulas.

Exceptuando las aulas 110 y 111 que incumplen la norma por poco.

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

25,00%

12 13 Mat. 110 111 8 9

% a

ber

tura

del

A.

de

pla

nta

Aulas

Aberturas fijas

A.E.V.

NTC4595

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

25,00%

12 13 Mat. 110 111 8 9

% A

ber

tura

del

A. d

e p

lan

ta

Aulas

Aberturas fijas + móviles

A.E.V.

NTC4595


4.6 Altura piso a techo

La Figura 37 representa la altura (piso techo) esta variable contemplada en la NTC4595 es

importante de comparar con el tiempo de reverberación, ya que como es lógico la altura de las

aulas va a incidir directamente en el volumen y este a su vez en el tiempo de reverberación. En la

siguiente gráfica la línea roja representa los valores recomendados de la NTC4595 para aulas de

clase en clima templado.

Figura 37. Altura del piso al techo comparado con NTC4595.

Se puede apreciar en la figura 37 que el total de aulas cumplen con las condiciones de altura

mínima piso-techo establecidas por la NTC4595, para aulas de clase en clima templado. No

obstante, las aulas 110, 111, 8 y 9 parece ser, poseen un sobredimensionamiento en estas alturas.

4.7 Angulo de incidencia del viento

En la tabla 6 se muestran los ángulos de las aberturas en fachada para las distintas aulas

sobre los ejes del norte y del sur.

0

1

2

3

4

5

12 13 Mat. 110 111 8 9

Alt

ura

(m

)

Aulas

Altura

NTC4595


Tabla 6.

Ángulo de incidencia viento desde el norte contra fachadas.

Dirección del viento

I.E. Aula Grados desde el eje (°) Eje

Pbtro. Antonio J.

Bernal

12 60 N

13 60 N

Mat. 75 S

Horacio Suescun 110 60 N

111 60 S

San Agustín 8 76 N

9 76 N

En general la incidencia del viento contra las aberturas es propicia según el mayor

porcentaje de viento contemplado por la rosa de los vientos del IDEAM se presenta un 23% del

año desde el norte, y un 14% del año arribando desde el sur. Las velocidades oscilan entre 1,6 m/s

y 3,3 m/s. Por lo tanto, los ángulos son propicios según lo planteado. Aunque, se debe tener en

cuenta que las aulas de Mat.y la 111 no poseen las mejores condiciones de ventilación natural, por

tener ángulo de incidencia hacia el sur.

4.8 Distancia a la vía más cercana

La figura 38 muestra las distancias en metros de las aulas a las vías más cercanas.

Figura 38. Distancia del aula a la vía más cercana.

La figura 38 muestra que tanto las aulas de la I.E. Pbtro. Antonio como las de la I.E. San

Agustín están próximas a vías por donde circulaban automotores. Además, se logra apreciar la

5240 42

77

96

45 41

12 13 Mat. 110 111 8 9

Distancia (m)


considerable distancia (casi el doble en comparación con las otras aulas) de las aulas de la I.E.

Horacio Suescun (110 y 111) a la vía más próxima.

4.9 Ruido ambiental según mapa de ruido

La figura 39 muestra los niveles de ruido ambiental hallados en el mapa de ruido de

Medellín diurno, según la actualización del 2014. Y se compara con los niveles de ruido ambiental

establecidos en el BB93

Figura 39. Ruido ambiental diurno vs normas.

De la figura 39 se puede apreciar que solo la I.E. San Agustín fue edificada en un lugar

propicio para desarrollar actividades educativas, según lo que ya se recomienda por la BB93 y

planteado en anteriores párrafos.

4.10 Velocidad del viento en la abertura

La Figura 40 muestra las velocidades del viento en la abertura en m/s medidas en campo.

Estas velocidades serán tomadas en esta investigación como un estimado de la velocidad interna

del aire, que será utilizada en la carta psicométrica ampliada de la Figura 44. Las siglas V.V.A.

indican las mediciones de velocidad del viento realizadas en las aberturas proporcionadas por las

ventanas. Las siglas V.V.R. indican las mediciones de velocidad del viento realizadas en las rejillas

cuando las ventanas estaban cerradas.

55

60

65

70

75

Pbtro. Antonio J.

Bernal

Horacio Suescun San Agustin

dB

A

Aulas

Ruido Ambiental

LAeq

BB93


Figura 40. Velocidades internas del viento en las aberturas.

En el aula 12 se logra apreciar que, si bien para el momento de la medición existían

velocidades del viento considerables, las rejillas logran ser un gran obstáculo para el ingreso del

aire hacia el interior. Las aulas 13 y de matemáticas presentan un comportamiento más homogéneo

en las que se logra evidenciar reducciones moderadas en la velocidad del aire al interior.

Igualmente, entre estas tres aulas de la I.E. Pbtro. Antonio, se logra apreciar el mayor ingreso de

aire en aquellas aulas dirigidas hacia el norte. En la I.E. Horacio Suescun se evidencia un efecto

contrario, ya que la mayor velocidad del aire se da en el aula dirigida hacia el sur, sin embargo, el

aula 111 (dirigida hacia el sur) presenta velocidades del aire nulas cuando se mide en las rejillas.

4.11 Cumplimiento de la NTC4595 en las variables evaluadas

La tabla 8 muestra el cumplimiento de las diferentes aulas evaluadas al cumplimiento de lo

dispuesto en la NTC4595, teniendo en cuenta las variables cuantificadas.

1,70

0,65

0,45

0,07

0,33

0,85

0,58

0,06

0,250,30

0,02 0,000,05

0,00

12 13 Mat. 110 111 8 9

Velocidades internas del viento en m/s

V.V.A V.V.R.


Tabla 7.

Variables medidas vs NTC4595.

Cumplimiento NTC4595 en las variables evaluadas

Variables Cumple (Porcentaje) No cumple (Porcentaje)

Altura del aula 100% 0%

Área efectiva de ventilación V.A. 71% 29%

Área efectiva de ventilación V.C. 0% 100%

Ruido de fondo V.A. 0% 100%

Ruido de fondo V.C. 14% 86%

Tiempo de reverberación 14% 86%

Reducción de ruido 0% 100%

Representación del porcentaje de cumplimiento para parámetros de ventilación y acústicos.

Figura 41. Cumplimiento de los parámetros de ventilación frente a la NTC4595.

Figura 42. Cumplimiento de los parámetros acústicos frente a la NTC4595.

57%

43%

Cumplimiento NTC4595 p. de ventilación

Cumple

No cumple

7%

93%

Cumplimiento NTC4595 p. acústicos

Cumple

No cumple


Del total de aulas evaluadas un 57 % cumplen con la NTC4595 en cuanto a parámetros de

ventilación (p. de ventilación) y solo un 7 % de las aulas estudiadas cumplen con la NTC4595 en

cuanto a parámetros acústicos (p. acústicos).

Haciendo un balance general del cumplimiento de la norma respecto a estas variables

tenemos que las aulas cumplieron en un 28% lo contemplado en la NTC4595, en cuanto a estas

dos variables (ventilación y acústica).


5 Discusión

5.1 Tiempo de reverberación y altura de las aulas.

Como se puede apreciar en la figura 37, las aulas 110, 111, 8 y 9 promedian alturas de 3,8

metros, estando por encima de la altura mínima que contempla la NTC4595 para ventilar

adecuadamente un aula de clima templado (2,7 metros). Esta altura promedio hallada en las cuatro

aulas, definitivamente repercutió en el tiempo de reverberación hallado, el cual promedió 1,7

segundos (remitirse a la Figura 25). La siguiente gráfica esquematiza este hallazgo representando

en rojo el tiempo de reverberación medio (Tmf) y en azul la altura de cada aula, ambas con líneas

de tendencia lineal. El eje Y de la izquierda cuantifica segundos del tiempo de reverberación y el

eje Y de la derecha cuantifica altura de las aulas en metros.

Figura 43. Comparación tiempo de reverberación y altura.

Nota: El eje horizontal lado izquierdo representa el tiempo de reverberación en s. El eje vertical lado izquierdo

representa la altura piso techo de las aulas en m.

Según lo evidenciado por las líneas de tendencia se puede corroborar lo interpretado en el

párrafo anterior. A mayor altura del techo mayor tiempo de reverberación. De esta forma se destaca

que, al momento de diseñar estas cuatro aulas, no se hizo un cálculo del tiempo de reverberación o

simplemente se ignoró este parámetro contemplado por la NTC4595; también se podría pensar,

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Mat. 12 13 8 9 110 111

Alt

ura

del

au

la e

n (

m)

Tie

mp

o d

e R

ever

ber

aci

ón

en

(s)

Tiempo de reverberación y altura del aula

Tmf Sabine (s) Altura (m)

Lineal (Tmf Sabine (s)) Lineal (Altura (m))


que se consideró una mayor altura en el techo para garantizar condiciones de ventilación; haciendo

caso omiso de esta importante variable acústica. Por otro lado, se puede evidenciar en la Figura 25

como las tres aulas de la institución Pbtro. Antonio poseen tiempos de reverberación muy cercanos

a los recomendados por la NTC4595. Ya que estas aulas estaban construidas a una altura cercana

a los 2,7 metros, como lo establece la NTC4595.

Igualmente es importante considerar el material constructivo y acabado de paredes, techos

y pisos. En el caso de las aulas de la I.E. Horacio Suescun, se pudo observar piezas de cemento

lisas en paredes y techo, material con coeficiente de absorción muy bajo, 0,3 (Promedio en las

bandas de 500Hz, 1kHz y 2kHz) (Carrión, 2003), que incrementaron aún más el tiempo de

reverberación en estas dos aulas (110 y 111), promediando 2,2 segundos (remitirse a Figura 25).

En el diseño de estas aulas, se podrían haber considerado materiales con mayor coeficiente de

absorción, para tener niveles de tiempo de reverberación más bajos; o diseñar un

acondicionamiento acústico en base a la altura y los materiales que actualmente se tienen.

5.2 Velocidad del viento y confort térmico

Realizando un análisis de la temperatura y de la humedad relativa al interior de las aulas,

mediante un diagrama psicométrico, se puede apreciar que solo el aula 13 estuvo dentro de la zona

de confort (recuadro amarillo en la Figura 44); no obstante, esta condición se da solo cuando las

aulas tienen las ventanas abiertas. Si se analiza con mayor detalle estas dos variables, se tiene que

la temperatura media hallada fue de 27,1°c y la temperatura máxima fue de 30,5°C y no sobrepaso

los 32°C y la humedad relativa promedió fue de 51,2 % y la máxima de 59% y no sobrepaso 90%

(remitirse a Tabla 5); estas condiciones climáticas halladas son consideradas por (Yarke, 2005)

como viables para sistemas de refrescamiento pasivo, basados en la capacidad de potencial de

transferencia térmica del aire en movimiento (Yarke, 2005).


Figura 44. Diagrama psicométrico y aulas ampliado por la velocidad del viento.

Nota: Fuente: (Yarke. 2013, p. 26).

Por lo expuesto en el anterior párrafo, y considerando que las aulas promediaron 0,7 m/s en

la velocidad interna del aire, cuando las ventanas están abiertas, se puede observar cómo se pueden

ampliar las condiciones de confort en el diagrama psicométrico (véase recuadro azul claro grueso

y rojo delgado en la figura 44). La velocidad del viento al interior amplia la zona de confort cuando

las ventanas están abiertas y esta condición en las ventanas pone las aulas dentro de zonas de

confort.

Con lo anterior expuesto se puede poner en tela de juicio el uso de rejillas en las fachadas,

ya que por lo evidenciado en la Figura 44, cuando las ventanas estas cerradas estos dispositivos no

permite que las aulas gocen de velocidades significativas del viento al interior (promediando 0,1

m/s según figura 40); según la ANSI/ASHARE 55 (2010) estas velocidades no son perceptible por

el ser humano y como ya se expuso anteriormente impiden que las aulas lleguen a zonas de confort

térmico.


5.3 Velocidad del viento y ruido de fondo

La figura 45 muestra los promedios de velocidad del viento hallados en el total de las aulas,

tanto con ventana abierta como cerrada, y cuantifica en el eje Y de la izquierda la velocidad del

aire al interior en m/s, y representan los niveles de ruido de fondo en dBA hallados sobre el eje Y

a la derecha.

Figura 45. Velocidad del viento y ruido de fondo.

Como se puede apreciar en esta gráfica a mayores velocidades del viento al interior, mayor

ruido de fondo; aun así, el rango que posee la variable acústica, con o sin ventanas abiertas, es de

tan solo 2 dBA, en cambio el rango que posee la variable de ventilación, con o sin ventanas abiertas,

es considerable (0,6 m/s). Lo anterior expuesto advierte que, si bien la abertura de la ventana es un

elemento influyente en la velocidad del aire al interior, no lo es en el ruido de fondo. Esta teoría

revindica el anterior parágrafo y soporta la inoperatividad de las rejillas en la fachada como

elemento usado para la entrada del aire a un aula.

5.4 Pérdida por transmisión y materiales de construcción

En la figura 46 se comparan los porcentajes promedios de rejilla, vidrio o ladrillo/cemento

en muro hacia el pasillo y hacia la fachada, frente a la perdida por transmisión (Punto rojo). El eje

Y del lado derecho cuantifica porcentajes de dichos materiales en el muro en las series % rejilla,

58,5

59,0

59,5

60,0

60,5

61,0

61,5

62,0

62,5

63,0

63,5

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

Ventana cerrada Ventana abierta

Ru

ido

de

fon

do

(d

BA

)

Vel

oci

da

d d

el a

ire

(m/s

)

Velocidad del viento

Ruido de fondo

Lineal (Velocidad del

viento)

Lineal (Ruido de

fondo)


vidrio y ladrillo. El eje Y al lado izquierdo representa la reducción en (dB) hallada mediante las

mediciones que cuantifica la serie TL.

Figura 46. Porcentaje de materiales en muros y TL.

En la figura 46 se puede apreciar que tanto en fachada como en pasillos el porcentaje de

rejilla fue muy similar (16,7% y 14,7%). Sin embargo, los porcentajes de ladrillo y vidrio distan

mucho (vidrio 0% y 69,6%) (Ladrillo 83,3% y 15,7%). Ahora si se comparan el rango en los niveles

de reducción de ruido tan solo 2dB, se puede deducir que la rejilla es un elemento que impide el

aislamiento adecuado del aula. Muros equipados con este dispositivo siempre van a tener un TL

reducido, no importando que estén conformados en un gran porcentaje de su área de

ladrillo/cemento o vidrio.

5.5 Área efectiva de ventilación y ruido de fondo

Si bien las I.E. están en los límites del área efectiva de ventilación recomendada por la

NTC4595 (remitirse a Figura 36), sumando ventanas abiertas, puertas abiertas y rejillas fijas; los

niveles de ruido de fondo con ventanas abiertas sobrepasaron siempre el nivel máximo

recomendado por la NTC4595 (remitirse a la figura 23). Con base a estos resultados, queda claro

que, al momento de diseñar, se ubicaron ventanas, puertas y rejillas de forma tal que las aulas

cumplieran con unos requisitos mínimos de ventilación establecidos por la NTC4595; pero, no se

considera el ruido exterior que por medio de estas aberturas ingresaría a las aulas. Se puede juzgar

16,7% 14,7%

0,0%

69,6%

83,3%

15,7%

11,7

13,7

10,5

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

14,0

0,0%

20,0%

40,0%

60,0%

80,0%

100,0%

Pasillo Fachada

TL

(d

BZ

)

Po

rcen

taje

del

ma

teria

l

% rejilla % vidrio % ladrillo TL


por lo anterior expuesto que al momento de diseñar las aulas se tuvo nuevamente en cuenta el

componente de ventilación; pero no el componente acústico.

Ahora si se detallan 4 aspectos relevantes de la I.E. Pbtro. Antonio como lo son: ruido de

fondo (remitirse a figura 23), distancia a la vía más cercana (remitirse a Figura 38), aforo automotor

(remitirse a la Figura 19) y mapa de ruido del municipio de Medellín (remitirse a Figura 18); se

refleja, que no se tuvo en cuenta durante la etapa de planificación del proyecto si era o no viable la

construcción de una institución educativa en este lugar, ya que como se puede apreciar en todos

los anteriores resultados, las condiciones acústicas son adversas para edificar en este lugar recintos

con fines educativos.

Por ejemplo, según lo evidenciado por el mapa de ruido de Medellín (remitirse a Figura

18); este sector está ubicado entre los 70 dBA de ruido ambiental en horario diurno. El aforo

automotor levantado muestra que por la avenida regional circulan 2956 Automotores cada hora.

Además, que en promedio las aulas están a 44,7 metros de esa vía.

Así pues, no es de extrañar los niveles de ruido de fondo hallados en esta institución

(remitirse a Figura 23), en promedio estas aulas superan en más de 15 dB el ruido de fondo

recomendado por la NTC4595, y en 25 los niveles recomendados por el BB93.

Es importante recalcar que el plan de ordenamiento territorial de Medellín, no deberían

contemplar usos de suelo dotacionales (áreas de uso predominantemente residencial, donde se

pueden edificar IE e incluso hospitales), sobre espacios tan acústicamente saturados (remitirse a

Figura 17), por ejemplo, el uso del suelo sobre el que se encuentra las instituciones Pbtro. Antonio,

demandan que este tipo de edificaciones se proyecte con un acertado diseño de aislamiento

acústico.

Otro aspecto a tener en cuenta en el diseño de instalaciones educativas, lo presentan las

aulas de la institución educativa San Agustín, a 43 mts de la vía principal por donde solo pasan 132

Automotores cada hora (remitirse a Figura 38), se puede apreciar que el ruido de fondo es bastante

alto con un promedio entre las dos aulas de 58,8 dB (remitirse a Figura 23). Claramente este

resultado revela la importancia de tener en cuenta, cualquier otra fuente de ruido exterior o interior

distinta al ruido automotor, ya que en esta institución los altos niveles de ruido se dieron a causa


de espacios deportivos al aire libre, que colindaban con las aulas en sus muros más vulnerables al

paso de ruido.

5.6 Correlación estadística entre el ruido de fondo y la velocidad de entrada del viento

Los datos experimentales recopilados en campo, en todas las aulas, se correlacionaron

mediante gráficas en la que se representan el ruido de fondo medido con las ventanas abiertas

(RFVA) y cerradas (RFVC) y la velocidad de entrada del viento en las aberturas de la ventana

cuando esta estaba abierta y en la rejilla cuando la ventana estaba cerrada. Esta comparación arrojó

siguientes resultados presentados en las figuras 47 y 48:

Figura 47. Correlación Ruido de Fondo y Velocidad del Viento en ventana abierta.

Figura 48. Correlación Ruido de Fondo y Velocidad del Viento Ventana Cerrada.

y = 7,562x + 53,336

R² = 0,2384

44,0

54,0

64,0

74,0

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

Ru

ido d

e fo

nd

o e

n d

BA

Velocidad del viento a la entrada de la abertura en m/s

Correlación Ventana Abierta

RFVA

Lineal (RFVA)

y = 43,681x + 52,384

R² = 0,5045

44,0

49,0

54,0

59,0

64,0

69,0

-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40Ru

ido d

e fo

nd

o e

n d

BA

Velocidad del viento a la entrada de la abertura en m/s

Correlación Venatana Cerrada

RFVC

Lineal (RFVC)


Aunque en ambas gráficas se presenta una línea de tendencia con pendiente positiva, las

mediciones demuestran que ambas variables no tienen una correlación explicita (ver R^2=0,24 y

R^2=0,5) (Devore, 2005), ya que los datos del eje Y fluctúan de manera aleatoria. Sin embargo, de

ambas gráficas se puede deducir que existe un amplio rango de la velocidad de entrada del aire

cuando las ventanas están abiertas y un rango relativamente estrecho cuando las ventanas están

cerradas.

Así mismo, se realizaron otras correlaciones no lineales (de saturación) utilizando el

programa CurveExpert (la versión básica gratis) (Hyams, 2017) en estas figuras (49 y 50) se pudo

apreciar que:

Figura 49. Ventana cerrada en CurveExpert en el modelo Logistic.


Figura 50. Ventana cerrada en CurveExpert en el modelo Ratkowsky.

Las figuras 49 y 50 muestran una ecuación logística y una Ratkowsky, que, si bien se

acomodan un poco a los resultados, no muestra una correlación de los datos. El R^2 es 0.72 para

las dos. De esta manera se podría decir que el viento y el ruido realmente se relacionan muy poco.

Para el primer set de datos (de la ventana abierta), se puede ajustar, utilizando otra vez una

ecuación logística y se obtiene lo siguiente (figura 51 y 52):


Figura 51. Ventana abierta en CurveExpert en el modelo Logistic.

Figura 52. Ventana abierta en CurveExpert en el modelo Ratkowsky.

El R^2 es 0.47 más bajo que el anterior, y aunque se puede representar con una ecuación

logística nuevamente no se aprecia una clara correlación.

De acuerdo a los datos con ventana abierta incluso a viento de 0.5 m/s el ruido es bajo, pero

con la ventana cerrada se tiene menos ruido. En general se puede apreciar que cuando las ventanas


están cerradas se disminuye el ruido de fondo y la velocidad del viento, y cuando las ventanas están

abiertas aumenta la velocidad del viento y aumenta el ruido de fondo.

5.7 Modelación de ruido en SoundPLAN

Para describir con mayor detalle la condición acústica ambiental presente en los entornos

donde estaban construidas las IE, se tomó la I.E. Pbtro. Antonio José, la cual poseía la peor

condición acústica de las tres Instituciones evaluadas, y se procedió a realizar una modelación del

mapa de ruido circundante y del ruido en fachada, de este ejercicio resultaron las figuras 53 y 54.

Datos recolectados en campo:

Aforo por hora:

o Vía regional livianos: 2613

o Vía regional pesados: 343

o Avenida del rio: 12

o Avenida del rio: 24

La velocidad promedio fue de = 50 km/h

Ancho del carril norte= 8,67 mts

Ancho del carril sur = 8,12 mts

Ancho de la separación 4,38 mts

Ancho de la avenida del rio = 7,78 mts

Ambas vías estaban construidas en asfalto.


Figura 53. Mapa de ruido en los alrededores de la I.E. Pbtro. Antonio José.

El mapa de ruido en los alrededores de la institución muestra que se hallan niveles entre 75

y 80 dBA con una condición dada a una altura de 4 metros. Aunque la fachada norte se establece

sobre la mancha de ruido de 75-80 dBA, la fachada Este más cercana a la vía regional presenta

condiciones de más de 80 dBA. Tal como se pudo evidenciar en el mapa de ruido de Medellín

2014, el terreno donde se construyó la I.E. posee niveles de ruido ambiental por encima de 75 dBA.

Figura 54. Mapa de ruido en fachada de la I.E. Pbtro. Antonio José.


El mapa de ruido en fachada muestra que para el nivel 2 de ambos bloques, en donde se

encuentran las aulas se presenta una condición de 80 dBA, sobre la fachada Este (aulas 13 y Mat.)

y niveles entre 78 y 80 dBA, 77 y 78 dBA, 76 y 77 dBA en la fachada Norte aulas 13 y 12, cabe

resaltar que el aula 13 presento la peor condición acústica, debido a sus altos niveles de ruido de

fondo. Lo anterior expuesto evidencia una vez más que la ubicación dada a esta institución no fue

la más conveniente y se debieron implementar medidas más rigurosas para que el ruido automotor

no interfiriera con las actividades escolares desarrolladas al interior.

5.8 Medición con MicroFlow

En las siguientes figuras (56 a 61) se aprecian los resultados arrojados por las mediciones

realizadas con el Microflow, las mediciones fueron levantadas en el Aula 13 de la I.E. Pbtro.

Antonio José, sobre las fachadas Norte, Este y el muro que da hacia el pasillo (fachada Sur), esta

aula tenía una malla hacia la parte frontal cerca al tablero y hacia fachada Norte, ventanas de vidrios

corredizos de 6 mm de grosor, rejillas con aletas a 45° y separación de 1,8 cm y un muro de ladrillo

de 10 cm de espesor pegado con mezcla de cemento y arena. Los espectrogramas se dan sobre

frecuencias relevantes evidenciadas en las gráficas de velocidad de partícula y corroboradas en las

gráficas de presión sonora, ruido de fondo y TL.

Primero para corroborar las frecuencias elegidas para los espectrogramas se recurrió a las

gráficas de velocidad de partícula, en donde se pudieron apreciar dos picos muy marcados

alrededor de las frecuencias de 60 Hz y 70 Hz. No obstante, se hizo un análisis de bandas por

tercios de octava en la medición de ruido de fondo (LAeq). Ahora, si bien este espectrograma no

mostro características tonales preponderantes se puede apreciar un alto contenido de frecuencias

graves en cercanías de la banda de 63 Hz, 80 Hz y 100 Hz. Aunque se hubiera podido realizar un

análisis por bandas de tercio de octava en las mediciones de perdida por transmisión, este no se

realizó debido a la respuesta en frecuencia del dodecaedro, la cual no poseía una buena respuesta

en las frecuencias graves por debajo de 100 Hz. Sin embargo, corroborando estas frecuencias con

la gráfica de presión sonora levantadas con el Microflow se pueden encontrar varias similitudes

para las frecuencias de 60 Hz y 70 Hz.


Figura 55. Espectro por 1/3 de octava para el ruido de fondo.

En las figuras 56 a la 61 se pueden apreciar los hologramas realizados con el Microflow en

las fachadas del aula 13, más abajo la gráfica de velocidad de partícula con sus dos frecuencias más

relevantes. En las siguientes gráficas se puede apreciar el espectro de nivel de presión sonora. Esta

importante recalcar que los hologramas realizados por el Microflow permiten entender en que

puntos de la fachada del salón se está presentando la mayor filtración del ruido desde el exterior,

ya que puede distinguir fuentes de ruido estrechamente espaciadas. Esto con el propósito de

enfatizar la problemática de filtración de ruido dadas por las rejillas.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

20

25

31,5 40

50

63

80

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

100

0

125

0

160

0

200

0

250

0

315

0

400

0

500

0

630

0

800

0

100

00

LA

eq (

dB

)

Espectro 1/3 de octava (Hz)

Ruido de fondo


Figura 56. Resultados Microflow malla cerca al tablero.

67 Hz 97 Hz

Malla cerca al tablero

ANÁLISIS DE FACTORES DE CONFORT ACÚSTICO Y SU RELACIÓN…

100

Figura 57. Resultados Microflow ventana con rejilla.

59 Hz 88 Hz

Ventana con rejilla


101

El espectrograma de la figura 56 muestra niveles de 105 dB de velocidad de partícula para

la banda de 67 Hz sin embargo para la frecuencia de 97 Hz se aprecian niveles máximos de 98 dB.

En general se tiene ingreso de ruido de forma muy uniforme. También vale la pena resaltar el pico

de 67 Hz que se logra apreciar en la gráfica de velocidad de partícula.

El espectrograma de la figura 57 compara la excitación de la ventana con vidrio y de la

rejilla. En esta imagen se evidencia que la fuente de excitación con mayor nivel en esa sección de

la fachada la tiene la rejilla. Incluso muestra aún más excitación para la banda grave de 59 Hz. Así

mismo, se logra apreciar unas pequeñas manchas amarillas en la parte baja que evidencian

probablemente el ingreso de ruido por los acoples de las ventanas


102

Figura 58. Resultados Microflow ventana abierta.


103

Figura 59. Resultados Microflow ventana cerrada.


104

La figura 58 muestran un escenario en el que se puede apreciar claramente la excitación en

la rejilla y en la ventana abierta más aún para la banda de 76 Hz. Es importante resaltar de esta

gráfica, que cuando la ventana está abierta presenta niveles similares o iguales a los presentes en

la rejilla.

La figura 59 deja apreciar algunas excitaciones en los acoples de la ventana. En ambas

gráficas como ha ocurrido también con los anteriores hologramas, se puede apreciar un alto

contenido de bajas frecuencias con picos muy establecidos.


105

Figura 60. Resultados Microflow en ventanas de fachadas norte y este.


106

Figura 61. Resultados Microflow en fachada norte y muro con rejilla.


107

Las figuras 60 y 61 dejan ver excitaciones nuevamente en la rejilla mientras el resto de

elementos (vidrio y tabique) logran realizar un control más homogéneo al paso del ruido. Se puede

apreciar nuevamente el alto contenido de frecuencias graves.

En conclusión, las anteriores gráficas arrojadas por el Microflow evidencian que las rejillas

son las principales responsables de la incursión de ruido cuando las ventanas están cerradas y se

puede apreciar como las frecuencias entre los 60-70 Hz, típicas del ruido automotor (Miyara, 2004),

se filtran por estos dispositivos hacia el aula sin que estas logren mitigarlo. Estas gráficas también

logran evidenciar los problemas de acople que poseen varias ventanas.


108

6 Conclusiones

Las aulas estudiadas cumplen en un 57% los requisitos de ventilación según la NTC4595

en cuanto altura de piso a techo y área efectiva de ventilación; y solo cumplen un 7% los niveles

de confort acústico, del total de las variables (ruido de fondo, tiempo de reverberación y reducción

de ruido).

Figura 62. Cumplimiento de los parámetros evaluados con respecto a los estándares

contemplados en al NTC4595.

En total, las aulas estudiadas solo cumplen con un 28% de los requisitos establecidos en

cuanto a ventilación y acústica recomendados por la NTC4595.

Figura 63. Cumplimiento general de las variables en las aulas frente a la NTC4595.

0

10

20

30

40

50

60

P. Acústico P. de ventilación

Po

rcen

taje

de

cum

pli

mie

nto

%

Parametro evaluado con la NTC4595

Cumplimiento de la NTC4595

28%

72%

Variables vs NTC4595

Cumple

No cumple


109

Las aulas evaluadas no cumplen ninguno de los parámetros acústicos recomendados por la

BB93, que como se pudo evidenciar es aún más restrictiva que NTC4595.

En términos generales se pudo evidenciar que las rejillas no logran proporcionar

velocidades significativas de viento al interior y son el principal medio por donde ingresa ruido al

aula. Desde este punto de vista los elementos utilizados para ventilar naturalmente las aulas están

ocasionando que el ruido ingrese sin mayores obstáculos al interior de las aulas. Así pues, los

mecanismos de ventilación natural utilizados en las aulas de las IE públicas de la ciudad de

Medellín impactan de forma negativa en el confort acústico de las mismas.

Otro impacto negativo de los factores de ventilación, que se suscita para el confort acústico

de las aulas, se deriva del exagerado volumen que poseen algunas aulas, esto dado por la altura de

los techos, que generan tiempos de reverberación por encima de lo contemplado en la NTC4595 y

del BB93.

Las condiciones de confort térmico al interior de las aulas solo son representativas para

aulas con las ventanas y puertas abiertas. De esta manera se entiende que el diseño se limita a

causales de variabilidad que solo se dan en condiciones ideales. Estos diseños no permiten que la

ventilación se de en configuraciones diferentes de operatividad.

Se logró establecer por medio de este estudio que existe una desarticulación entre los

parámetros de ventilación y de confort acústico al momento de planificar y diseñar una institución

educativa.

No se pudo encontrar una correlación clara entre el ruido de fondo y la velocidad de entrada

del aire.


110

7 Recomendaciones

El diseño de aulas deberá estar soportado por cálculos, modelamientos y mediciones que

verifiquen cuantitativamente los parámetros acústicos ya que los de ventilación a groso modo se

están cumpliendo. Para el diseño de estos espacios se deberá tener en cuenta:

Al momento de diseñar un aula escolar se debe por lo menos calcular el tiempo de

reverberación. De esta forma se podrá saber si se requiere la implementación de un

acondicionamiento acústico en el diseño.

Se deberá realizar una línea base de las condiciones acústica en el emplazamiento

donde se va a edificar una institución educativa. De esta manera se podrán elegir

materiales y accesorios en fachada. Un mapa de ruido podrá ser utilizado como una

herramienta estimativa de estas condiciones.

Cualquier tipo de dispositivo ubicado en la fachada para el ingreso de luz y aire,

deberá contemplar el factor ruido.

La ubicación de ventanas en aulas escolares para la ciudad de Medellín deberá tener en

cuenta principalmente su direccionamiento con respecto a la dirección del viento, la influencia del

ruido ambiental circundante, las áreas dentro de la edificación susceptibles a la generación de ruido

(como: zonas deportivas, restaurantes, áreas de descanso y pasillos de circulación) y la reducción

acústica que tienen al paso de aire. Sin embargo, es de considerar que los dispositivos utilizados

en los vanos para el ingreso de aire pueden llegar a no ser funcionales por los altos niveles de ruido

ambiental de la ciudad de Medellín.

Futuras investigaciones deberían estudiar las cualidades de ventilación de elementos

utilizados en la reducción de ruido al paso de aire: torres de viento, chimeneas de ventilación,

ductos, ventanas dobles con aberturas opuestas y todo tipo de aberturas diseñadas con estos

propósitos. Porque si bien se describen sus cualidades acústicas no se profundiza en sus

características de ventilación.

Según lo analizado en campo, las aulas que superen los 2,7 m de altura y que poseen

materiales con bajo coeficiente de absorción, son propensas a generar tiempos de reverberación

por encima de la norma.


111

Según la clasificación determinada por el POT de Medellín, existe usos del suelo que

contrastan a nivel acústico, ya que las áreas de dotación dentro de las que se catalogan actividades

relacionadas a la educación, hospitales, guarderías, hogares geriátricos, no deberían estar

discriminadas dentro de un mismo uso del suelo con zonas de comercio, centros de eventos

deportivos ni iglesias. Además, se debería considerar en los usos del suelo el mapa de ruido, ya

que como se pudo evidenciar las IE, están siendo habilitadas según el concepto de usos del suelo

para ser construidas en entornos con niveles de ruido ambiental elevado.


112

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