INTERFERÊNCIA DAS FORMAS GEOMÉTRICAS NO

PROJETO ACÚSTICO DAS EDIFICAÇÕES

Mariane Brito Azevedo UFRJ / EBA - Especialização em Técnicas de Representação Gráfica

UFRJ / FAU / PROARQ – Mestre em Ciências da Arquitetura mariane.azevedo@ufrj.br

Resumo

Atualmente, o mundo vê a importância de se fazer uma arquitetura sustentável, que tem como pilares o social, o econômico e o ambiental. Sendo assim, a busca pelo conforto ambiental de forma natural é a opção mais adequada para se adquirir tal arquitetura. Nesse contexto, o presente trabalho tem por objetivo relacionar diretrizes de projeto, baseadas na questão da forma, que contribuam para a melhoria do conforto acústico das edificações. A partir de uma breve revisão bibliográfica sobre os conceitos de conforto acústico, explicando sua relação com a forma geométrica, são propostas diretrizes de projetos, onde a forma apresenta-se como aliada e não como um problema a ser resolvido por mecanismos e/ou materiais. Palavras-chave: conforto acústico, formas geométricas, projeto de arquitetura.

Abstract

Currently, the world sees the importance of making sustainable architecture, which has as pillars the social, economic and environmental. Therefore, the search for the environmental comfort in a natural way is the most suitable option to acquire such architecture. In this context, this work aims to relate to project guidelines, based on the question of form, which contribute to the improvement of acoustic comfort of buildings. Based on a short bibliographic review about the concepts of acoustic comfort, explaining its relationship to geometric shape, are proposed guidelines for projects where form presents itself as an ally and not as a problem to be solved by mechanisms and / or materials. Keywords: acoustic comfort, geometric shape, architecture project.

1 Introdução

Nas últimas décadas pode-se observar uma modificação na Arquitetura quanto à

resposta para as necessidades humanas. Nos meados da década de 70, com a crise

do petróleo, houve uma necessidade de se economizar energia e, devido a um grande

potencial energético solar brasileiro, a utilização dessa energia teve um crescimento

neste período.

A partir dos anos 80, buscou-se conciliar as características locais e o clima com o

conforto do usuário – seja para trabalho, habitação ou lazer – na Arquitetura

Bioclimática. Mais tarde, a partir dos anos 90, percebendo que não só o meio

influencia a edificação como o oposto também ocorre, a arquitetura evolui para uma

Arquitetura Eco-Eficiente, onde além do conforto ambiental também são priorizados o

uso de fonte de energias alternativas, a qualidade da água e do ar, gestão de recurso

etc.

Em junho de 1992, na cidade do Rio de Janeiro, aconteceu a ECO-92, na qual a

Comissão Mundial sobre Ambiente e Desenvolvimento criada pela Organização das

Nações Unidas (ONU) consolidou o termo “desenvolvimento sustentável”. Um dos

principais resultados foi a criação da Agenda 21, onde cada país se comprometia com

seu desenvolvimento sustentável, que visa uma compatibilização entre o

desenvolvimento socioeconômico e a preservação do meio ambiente, definido como:

“A humanidade de hoje tem a habilidade de desenvolver-se de uma forma sustentável,

entretanto é preciso garantir as necessidades do presente sem comprometer as

habilidades das futuras gerações em encontrar suas próprias necessidades”.

Entretanto, muitos assuntos ficaram pendentes e, em 1997, na cidade de Kyoto –

Japão, foi assinado o Protocolo de Kyoto, onde mais de 160 países determinaram

metas para a redução de emissões de gases do efeito estufa (GEE). Em agosto de

2002, em Johanesburgo - África do Sul, desta vez as discussões englobaram aspectos

sociais como a busca por medidas para reduzir a quantidade de pessoas que vivem

abaixo da linha de pobreza, ou seja, com menos de um dólar por dia, pela metade.

Em agosto de 2007 foi constituído o CBCS - Conselho Brasileiro de Construção

Sustentável com o objetivo de inserir práticas mais sustentáveis no setor de

construção civil. Em junho de 2012, novamente na cidade do Rio de Janeiro, realizou-

se a RIO+20 que tinha por objetivo renovar os compromissos de desenvolvimento

sustentável firmados desde a ECO-92.

O termo “Arquitetura Sustentável” está apoiado no tripé de sustentabilidade

econômica, social e ambiental. Concluindo:

A Arquitetura sustentável é a continuidade mais natural da Bioclimática, considerando também a integração do edifício à totalidade do meio ambiente, de forma a torná-lo parte de um conjunto maior. É a arquitetura que quer criar prédios objetivando o aumento da qualidade de vida do ser humano no ambiente construído e no seu entorno, integrando as características da vida e do clima locais, consumindo a menor quantidade de energia compatível com o conforto ambiental, para legar um mundo menos poluído para as próximas gerações. (CORBELLA e YANNAS, 2003, p. 19).

Dentro deste contexto, o presente trabalho tem por objetivo relacionar diretrizes de

projeto, baseadas na questão da forma, que contribuam para a melhoria do conforto

acústico das edificações. Uma vez que, um projeto com seu desenho bem elaborado e

consciente é primordial para a obtenção do conforto acústico. Dessa forma, promove

maior inteligibilidade e privacidade de um recinto, tornando o projeto mais salubre e

econômico.

2 Conforto Acústico

O conforto acústico apresenta-se como uma das variáveis do conforto ambiental,

juntamente com os confortos higrotérmico, lumínico e olfativo; seu estudo deve ser

feito em conjunto; pois, muitas das vezes, as soluções arquitetônicas voltadas para

um, entram em conflito com as direcionadas para os demais.

O conforto acústico está intimamente ligado ao conceito de ruído. Ruído são os

sons desagradáveis, indesejáveis, prejudiciais e/ou perturbadores, sons estranhos à

atividade que se está fazendo. Entretanto, também se apresenta ligado aos gostos de

cada pessoa, uma vez que um determinado som pode agradar alguns indivíduos e

outros não, sendo um conceito subjetivo.

“O som se propaga no ar sob a forma de ondas esféricas e concêntricas, tendo a

fonte sonora como centro comum” (CARVALHO, 1967, p.12). No ar, a velocidade do

som é de 330m/s e como, dentro da onda sonora, cada ponto desta se desloca de

forma retilínea, este trajeto é conhecido como raio sonoro, e preenche todo o espaço

interior do compartimento onde é propagado. Entretanto, no vácuo as ondas sonoras

não se propagam. A frequência, a amplitude e o timbre caracterizam os tipos de som.

Quanto aos fenômenos do som, ocasionados pela influência da forma, pode-se

destacar a reflexão, onde “o raio sonoro incidente forma, com a superfície refletora, um

ângulo igual ao que faz o raio refletido com esta superfície." (CARVALHO, 1967, p. 13)

e a reverberação, na qual “as ondas refletidas se distinguem das ondas de

reverberação por uma maior intensidade e por um atraso maior do que 1/15 de

segundo, produzindo o Eco”. (CARVALHO, 1967. p. 29). A interferência, outro

fenômeno, se dá no cruzamento de um som direto com um som refletido; que causa

no seu encontro, se no mesmo sentido, um som mais forte, chamado de ressonância e

se em sentidos opostos, um som mais fraco, conhecido como ondas estacionárias.

A difusão é obtida quando uma onda sonora colide com uma superfície que possui

uma abertura, esta onda se difundirá para o outro lado, como se a fonte fosse o vão.

Tal fenômeno gera além de perda da privacidade, interferência na comunicação do

outro ambiente; sendo muito comum em janelas e portas mal vedadas. Já a difração,

acontece com a existência de obstáculo(s) no meio do recinto, fazendo com que as

ondas sonoras que cheguem a ele, retornem promovendo uma intervenção entre os

sons por ele refletidos e o som proveniente da fonte sonora. Ao mesmo tempo, o

obstáculo cria em sua parte posterior uma zona de sombra, sua atenuação vai variar

de acordo com a altura da barreira, seu posicionamento e comprimento de onda,

devendo ser calculada para cada faixa de frequência; tais barreiras criam estas zonas

em altas frequências, enquanto nas baixas tendem a se difratar.

3 Diretrizes de projeto

A arquitetura surge como um espaço para proteção, segurança e conforto do ser

humano, sendo assim para a elaboração de um projeto o primeiro aspecto que deve

ser analisado e compreendido é o usuário. De acordo com a tipologia da construção,

sabe-se quem são seus usuários, que atividades serão praticadas e em quais

condições, para então poder elaborar um estudo adequado a cada caso.

Posteriormente, com o terreno escolhido, faz-se uma análise do entorno,

condições climáticas, configurações de traçado e, tendo como foco o conforto

acústico, um levantamento de suas fontes sonoras, estudando tipos, distâncias, além

de observar se possui entre elas e o terreno, barreiras físicas construídas e/ou

naturais, evitando assim locar num terreno inadequado.

Dentro da análise bioclimática da região, deve-se identificar a velocidade e

frequência dos ventos, uma vez que o som se propaga no ar e vento é o ar em

movimento. Quando o vento está a favor das ondas sonoras estas se propagam mais

rapidamente, entretanto, quando está contra, as retardam.

Escolhido o terreno, analisado o entorno atentar para a orientação, configuração

no lote, de acordo com o caminho que o som fará e se quer ouvi-lo ou impedi-lo.

Considerar a legislação e normas específicas da ABNT – Associação Brasileira de

Normas Técnicas – como, por exemplo, a NBR 10.151 que limita níveis máximos de

ruído exterior diurno e noturno para cada tipo de área e a NBR 10.152 que fixa níveis

sonoros de conforto e aceitáveis para diversificados cômodos dentro das tipologias de

edificações.

3.1 Diretrizes relacionadas com a forma geométrica

Como comentado, as ondas sonoras são emitidas de forma esférica e cada raio

sonoro possui uma trajetória retilínea. Esse raio sonoro ao chocar-se com um anteparo

sofre uma perda de intensidade, devido à absorção e/ou transmissão, e outra parte é

refletida com mesma angulação da sua incidência.

Em superfícies planas, o raio refletido possui mesma angulação do raio incidente.

Logo, quando um recinto é formado por paredes paralelas, se terá um ambiente com

muito mais reflexão do se as paredes convergissem, pois as reflexões parariam em

um dado momento. Ao se quebrar o paralelismo, com uma pequena inclinação entre

as paredes, ou seja, tornando-as convergentes, faz-se com que as reflexões parem

em dado momento.

Retas paralelas são retas que se encontram no infinito, pois o ângulo formado por

elas é zero. Quando um som é emitido em um recinto com paredes paralelas, devido a

seu ângulo de reflexão ser igual ao de incidência, ele será refletido infinitas vezes,

criando assim interferências (figura 1). Neste caso, o som só terá fim quando toda sua

energia for dissipada e/ou absorvida pelas superfícies.

Figura 1: Demonstração dos raios sonoros em retas paralelas e convergentes. Fonte: Própria (programa Geometer's Sketchpad 5)

Conforme Souza e outros (2003, p.115), a propagação de ondas estacionárias

pode ser evitada se a largura, altura e comprimento do ambiente não forem múltiplos

entre si, impedindo assim a coincidência de fase das ondas refletidas. Na figura 2

observa-se outra maneira de se evitar ou corrigir o paralelismo seria utilizando

difusores nas paredes do recinto.

Figura 2: Utilização de difusores para quebra de paralelismo. Fonte: SOUZA et. al., 2003, fig. 125 p.116.

Nos tetos (figuras 3), as angulações também devem ser utilizadas em favor do

ambiente sonoro que se deseja construir, utilizando estas para direcionar o som. O

mesmo ocorre com os ângulos formados pelas paredes (figura 4), como pode

ser melhor compreendido com citação abaixo.

Figura 3: Teto simples e com direcionamento do som. Fonte: CARVALHO, 1967, figs. 2.6 e 2.7 p.21.

Arestas que formam ângulos retos e agudos, também apresentam pontos de grande superposição sonora e em alguns casos excesso de som refletido, retornando para a própria fonte. Uma forma de serem evitadas essas reflexões é a promoção de ângulos obtusos. (SOUZA et. al.., 2003, p.116)

Figura 4: Reflexão do som em ângulos reto (onde acontecem uma superposição sonora),

agudo (superposição excessiva) e obtuso (evita a superposição), respectivamente Fonte: SOUZA et. al., 2003, figs. 126 e 127 p.116-117

Em superfícies curvas, além da diferenciação entre as côncavas e as convexas,

também serão estudadas os quatro tipos de superfícies cônicas (circulares,

parabólicas, elípticas e hiperbólicas).

Quando côncavas (figura 5), devem ser utilizadas com extrema cautela por

convergirem às ondas sonoras para um determinado ponto, que em geometria

conhecemos como foco. Em se tratando de acústica é aconselhável evita-lo com a

colocação de difusores (figura 6), isto é, a quebra da concavidade na superfície.

Figuras 5 e 6: Distribuição não uniforme do som por reflexão de superfícies côncavas e a colocação de difusores para atenuação do efeito. Fonte: SOUZA et. al., 2003, figs. 121 e 122 p.114.

As superfícies convexas possuem como característica a difusão dos raios

sonoros, como pode ser observado na representação do coreto (figura 7) que tem o

objetivo de propagar o som emitido em seu interior.

Figura 7: Versão moderna dos coretos, superfície convexa como difusor sonoro.

Fonte: CARVALHO, 1967, fig. 5.5 p.50.

Quanto às superfícies circulares, sabe-se que a circunferência de círculo (figura 8)

é o lugar geométrico dos pontos equidistantes de um ponto conhecido C, este é

deno9minado de centro. Em acústica, quando a fonte sonora se encontra sobre a

circunferência de círculo, o som emitido retornará ao emissor; se a fonte estiver

exatamente sobre o centro, o som caminhará até a superfície e retornará ao centro;

por fim, se estiver deslocada para o exterior dela (figura 9 e 10), a superfície

funcionará como um difusor do som.

Figura 8: Circunferência de círculo. Fonte: Fonte: Própria (programa Geometer's Sketchpad 5)

. Figuras 9 e 10: Superfície côncava como difusor sonoro em planta e corte.

Fonte: SOUZA et. al., 2003, fig. 124 p.115 e fig.39 p.38.

Coberturas como cúpulas ou domos, que são metade de uma esfera possuem seu

foco, normalmente, bem acima das fontes sonoras, assim evitando as interferências. O

mesmo ocorre com abóbodas de berço e de aresta.

Entretanto, no caso da cobertura ser uma seção de esfera menor que uma

hemisfera, deve-se evitar que o foco fique na parte onde se loca as fontes e/ou os

receptores. De acordo com Carvalho (1967, p.20), para que não haja este perigo de

criação de foco, o raio de curvatura do teto deverá ser maior ou igual a duas vezes o

pé direito da sala.

Têm-se também as superfícies parabólicas, a parábola (figura 11) é o lugar

geométrico onde todos os pontos equidistam de um ponto fixo F, o foco, e de uma reta

d, a diretriz. Devido a sua propriedade, as superfícies parabólicas são amplamente

utilizadas dentro da acústica, principalmente em espaços com palco e plateia como

concha acústica. Na superfície parabólica (figura 12), quando a fonte sonora é

colocada sobre seu foco, o som refletirá sobre a superfície e sairá de forma paralela.

Figura 11: Seção parabólica

Fonte: Própria (programa Geometer's Sketchpad 5)

Figura 12: Paraboloide de revolução nas conchas acústicas

Fonte: CARVALHO, 1967, fig.5.1 p.48

Se a plateia fôr muito grande e disposta mais sôbre o sentido da largura, desenha-se o perfil da “concha” de maneira que a superfície por ela gerada seja uma secessão de parábolas cujos os focos se achem todos sobre uma mesma linha curva (figura 13). [...] É evidente que as conchas com a forma de paraboloide de revolução tem o inconveniente de – muito embora reproduzam fielmente e conduzam a grandes distancias os sons partidos das proximidades de seu foco – não conseguirem fazer o mesmo com os que se originam de fontes (instrumentos ou vozes) sonoras que se afastam daquele ponto, como é o caso das grandes orquestras. (CARVALHO, 1967, p.48)

Figura 13: Concha acústica para plateia desenvolvida no sentido da largura

Fonte: CARVALHO, 1967, fig.5.2 p.48

As superfícies elípticas devem ser evitadas, pois ela apresenta dois focos. Devido

a sua propriedade comum e exclusiva (figura 14), ou seja, a soma das distâncias de

qualquer um de seus pontos a cada um dos seus focos F e F’ (pontos fixos) é sempre

constante e igual ao seu eixo maior. Sendo assim, o som emitido em um de seus focos

é propagado em todas as direções, mas audível de maneira inteligível apenas no outro

foco.

Por fim, têm-se as superfícies hiperbólicas que funcionam como difusoras do som,

devido aos seus focos se situarem na parte posterior da superfície, os raios sonoros

são propagados de maneira divergente, como nas superfícies convexas. Pois a

hipérbole (figura 15) é o lugar geométrico dos pontos do plano cuja diferença da

distância a cada um dos seus focos F e F’ (pontos fixos) é sempre constante e igual ao

seu eixo maior.

Figuras 14 e 15: Elipse e hipérbole, respectivamente Fonte: Própria (programa Geometer's Sketchpad 5)

3.2 Demais diretrizes

Quando a construção for locada com certa proximidade das fontes sonoras, podem ser

tomadas algumas medidas como: evitar aberturas para o exterior, sendo pátios

internos uma opção, caso não seja possível, criar espessura de fachada ou espaços

de transição, com colocação de brises e/ou marquises, que funcionarão como

elemento de transição para perda de energia dos raios sonoros, além da perda

térmica; buscar utilização de barreiras, uma vez que o som se propaga em linha reta e

as barreiras fariam zonas de sombra; setorizar conforme sua capacidade de

propagação de ruído, separando espaços sensíveis das fontes de ruído, ou seja, as

salas de aula e biblioteca (no caso de escolas) ou quartos (em residências) de áreas

de serviço, circulação e lazer; escolher materiais de fechamento adequado, principal

atenção para as esquadrias de PVC ao invés das de alumínio, que são mais

reverberantes.

Quando for necessária a criação de corretivos para construções existentes,

algumas medidas podem ser tomadas como: isolar os ambientes que precisam de

mais privacidade e/ou silêncio através do uso de materiais reflexivos e absorventes no

interior dos mesmos; tratar as fontes de ruído de impacto, provocado pelas instalações

prediais e por máquinas e/ou equipamentos, os quais devem ser isolados da estrutura

(opção utilizar laje flutuante); vedar esquadrias, eliminando as frestas.

4 Conclusão

Em virtude dos fatos mencionados, pode-se perceber como as formas geométricas e a

volumetria influenciam na acústica, logo um conhecimento prévio dessa relação, na

fase de projeto, reduz os gastos com correções, aumenta a eficiência e minimiza as

necessidades de climatização causadas, muitas vezes, pelos ruídos.

Viu-se como a forma tem importância quanto à qualidade acústica do lugar,

entretanto esta, normalmente, só aparece em estudos de tipologias onde a palavra

professada e/ou a música são primordiais como igrejas, teatros, assembleias etc..

Todavia, o conforto acústico deve ser pensado para todas as tipologias, como: salas

de aula precisam de privacidade e inteligibilidade, bibliotecas e hospitais de silêncio,

residências de atenuação dos ruídos.

Outra contribuição seria a demonstração de como um conhecimento sobre

geometria é imprescindível para a formação do arquiteto, não o auxiliaria apenas na

concepção acústica do projeto e sim na forma como um todo. Questões estruturais, de

iluminação e de conforto térmico também teriam benefícios com tais conhecimentos.

Agradecimentos

Agradeço aos professores e aos colegas, em especial a Beatriz e Luciene, da turma

de 2011 do curso de Especialização em Técnica de Representação Gráfica, uma vez

que este artigo foi baseado em minha monografia de final de curso. Reconheço

também o apoio de minha família, onde incluo Paulo Victor e Caruline, além de pais,

irmãos e sobrinhos.

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