parÁmetros ambientales para ambientes de enseÑanza … · parámetros ambientales para ambientes...
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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE BARCELONA
MÁSTER EN ARQUITECTURA, ENERGÍA Y MEDIOAMBIENTE
PARÁMETROS AMBIENTALES PARA AMBIENTES DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE
Investigación sobre prototipos arquitectónicos para la enseñanza universitaria
BRUNO OLIVEIRA SANTANA Directora: Helena Coch
Barcelona Septiembre / 2015
SANTANA, Bruno Oliveira. Parámetros ambientales para ambientes de enseñanza y aprendizaje:
Investigación sobre prototipos arquitectónicos para la enseñanza universitaria. Trabajo Final de
Máster en Arquitectura, Energía y Medioambiente – Escuela Técnica Superior de Arquitectura
de Barcelona, Universidad Politécnica de Cataluña. Barcelona, 2015.
RESUMEN
A partir de 2003, el Gobierno brasileño inicia un proceso de expansión universitaria con
la creación de nuevas universidades, en especial en ciudades del interior del país, y la consecuente implantación de diversos campus universitarios. La principal constatación a respecto de los proyectos arquitectónicos desarrollados para las nuevas universidades es su estandarización.
Esta tesina establece como tema la relación entre la percepción humana, los parámetros energéticos y sus influencias en los ambientes de enseñanza universitaria. Para analizar los recientes proyectos desarrollados en Brasil, establece una metodología específica a fin de demonstrar la diversidad de situaciones encontradas tanto en el territorio brasileño como dentro de una edificación universitaria. Son desarrollados prototipos para ambientes de enseñanza y aprendizaje, donde cada uno puede servir a la realización de distintas escenas, caracterizados por sus usuarios, formas de apropiación del espacio y sus necesidades principales. A partir de cada escena, son definidos los diversos parámetros energéticos.
Como conclusiones, se demuestra que la estandarización de las nuevas edificaciones universitarias no considera ni la diversidad de situaciones climáticas de Brasil ni las distintas formas de apropiación del espacio que ocurre en un ambiente universitario. Por fin, esta investigación pone en valor los temas relacionados a la arquitectura y energía natural como esenciales al diseño de construcciones más integradas a su sitio, así como más adecuadas a las necesidades de los usuarios.
Keywords: Edificación universitaria; Enseñanza universitaria; Parámetros energéticos; Percepción
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 01: Climas de Brasil .................................................................................................. 6
Figura 02: Proceso global de percepción del entorno ........................................................ 8
Figura 03: Representación gráfica de una función periódica ............................................. 9
Figura 04: Comportamiento de la radiación y de los movimientos ondulatorios frente a
los obstáculos ............................................................................................... 11
Figura 05: Comportamiento geométrico de la reflexión .................................................. 12
Figura 06: Comportamiento geométrico de la reflexión de las ondas sonoras ................ 13
Figura 07: Relación entre la absorbancia y la longitud de onda ....................................... 14
Figura 08: Comportamiento geométrico de la transmisión de las ondas sonoras ........... 16
Figura 09: Comportamiento de los movimientos ondulatorios frente a los obstáculos .. 17
Figura 10: Gráfica que relaciona la capacidad de aislar de un cerramiento por su masa 17
Figura 11: Ábacos psicométricos según Givoni (1969) y Givoni (1992) ............................ 20
Figura 12: Espectro de las radiaciones electromagnéticas ............................................... 21
Figura 13: Contraste óptimo de luminancias entre el plano de trabajo y su entorno ...... 22
Figura 14: Contraste de luminancias de acuerdo a la actividad ....................................... 22
Figura 15: Diagrama C.I.E. para deslumbramientos ......................................................... 23
Figura 16: Espectro de las radiaciones electromagnéticas ............................................... 24
Figura 17: Bandas de octavas de frecuencia de la voz humana y de instrumentos
musicales ...................................................................................................... 25
Figura 18: Nivel de presión sonora y frecuencias de la palabra y de la música ................ 26
Figura 19: Curva de percepción del sonido correspondiente a la red de ponderación A 26
Figura 22: Zoneamento Bioclimático brasileño (Lamberts et al, 2014, p. 97) .................. 45
Figura 23: Zoneamento Bioclimático brasileño (NBR 15.220-3/2003, p. 3) ..................... 45
Figura 24: Ábaco psicométrico Zona 1 (NBR 15.220/2003) .............................................. 46
Figura 25: Ábaco psicométrico Zona 2 (NBR 15.220/2003) .............................................. 46
Figura 26: Ábaco psicométrico Zona 3 (NBR 15.220/2003) .............................................. 46
Figura 27: Ábaco psicométrico Zona 4 (NBR 15.220/2003) .............................................. 47
Figura 28: Ábaco psicométrico Zona 5 (NBR 15.220/2003) .............................................. 47
Figura 29: Ábaco psicométrico Zona 6 (NBR 15.220/2003) .............................................. 47
Figura 30: Ábaco psicométrico Zona 7 (NBR 15.220/2003) .............................................. 47
Figura 31: Ábaco psicométrico Zona 8 (NBR 15.220/2003) .............................................. 48
Figuras 32 y 33: Pabellón de Aulas en Barreiras y Cruz das Almas, Bahia, Brasil ............. 59
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 01: Expansión de las universidades públicas federales brasileñas 2003-2012 ........................ 6
Tabla 02: Zonas bioclimáticas de Brasil y sus requerimientos térmicos ......................................... 50
Tabla 03: Índices de reflectancia para ambientes de enseñanza y aprendizaje ............................. 51
Tabla 04: Requerimientos lumínicos para ambientes de enseñanza y aprendizaje ....................... 53
Tabla 05: Reducción sonora entre ambientes de enseñanza y espacios de circulación ................. 54
Tabla 06: Reducción sonora entre ambientes de enseñanza y espacios de enseñanza ................. 54
Tabla 07: Requerimientos acústicos para ambientes de enseñanza y aprendizaje ........................ 57
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 01: Códigos del ábaco psicométrico utilizado por la NBR 15.220/2003 ............................. 20
Cuadro 02: Clasificación del ruido ................................................................................................... 28
Cuadro 03: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 01 (escenas 01.A y
01.B) .......................................................................................................................... 31
Cuadro 04: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 01 (escena 01.C) . 32
Cuadro 05: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 02 (escena 02.A) 33
Cuadro 06: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 02 (escena 02.B) . 34
Cuadro 07: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 02 (escena 02.C) . 35
Cuadro 08: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 03 (escena 03.A) 36
Cuadro 09: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 03 (escena 03.B) . 37
Cuadro 10: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 03 (escena 03.C) . 38
Cuadro 11: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 03 (escena 03.D) 39
Cuadro 12: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 04 (escena 04.A) 40
Cuadro 13: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 04 (escena 04.B) . 41
Cuadro 14: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 04 (escena 04.C) . 42
Cuadro 15: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 05 (escena 05.A) 43
Cuadro 16: Actividades de enseñanza y aprendizaje realizadas en el Prototipo 05 (escena 05.B) . 44
Cuadro 17: Reducción sonora entre ambientes de enseñanza y espacios de circulación .............. 55
ÍNDICE RESUMEN
ÍNDICE DE FIGURAS
ÍNDICE DE TABLAS
ÍNDICE DE CUADROS
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 6
1. PERCEPCIÓN EN AMBIENTES DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE ................................ 8
1.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS MANIFESTACIONES ENERGÉTICAS ....................... 8
1.2 COMPORTAMIENTO DE LAS MANIFESTACIONES ENERGÉTICAS .................. 11
1.2.1 Reflexión............................................................................................. 11
1.2.2 Absorción ........................................................................................... 13
1.2.3 Transmisión ........................................................................................ 15
1.3 LOS SENTIDOS HUMANOS Y LA PERCEPCIÓN DEL AMBIENTE ..................... 18
1.3.1 El sentido criostésico y los procesos que influyen para la sensación
térmica ............................................................................................... 18
1.3.2 La vista y la percepción de la luz en ambientes de enseñanza y
aprendizaje ......................................................................................... 21
1.3.3 La audición y la percepción acústica en ambientes de enseñanza y
aprendizaje ......................................................................................... 24
2. PROTOTIPOS PARA AMBIENTES DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE .......................... 30
2.1 REQUERIMIENTOS TÉRMICOS PARA AMBIENTES DE ENSEÑANZA Y
APRENDIZAJE ................................................................................................ 45
2.1.1. Características de las zonas bioclimáticas de Brasil ........................... 45
2.1.2 Zonas bioclimáticas de Brasil y sus requerimientos térmicos............ 48
2.2 REQUERIMIENTOS LUMÍNICOS PARA AMBIENTES DE ENSEÑANZA ............ 51
2.2.1 Requerimientos para la cantidad de luz ............................................ 51
2.2.2 Requerimientos para evitar el deslumbramiento .............................. 52
2.2.3 Requerimientos cualitativos de las luminarias relativos al color ....... 52
2.3 REQUERIMIENTOS ACÚSTICOS PARA AMBIENTES DE ENSEÑANZA Y
APRENDIZAJE ................................................................................................ 54
3. CONCLUSIONES ....................................................................................................... 58
4. REFERENCIAS .......................................................................................................... 61
6
INTRODUCCIÓN
Esta tesina establece como tema la relación entre la percepción humana, los parámetros
energéticos y sus influencias en los ambientes de enseñanza universitaria, en especial a los
edificios universitarios construidos en Brasil. A partir de 2003, el Ministerio de la Educación de
Brasil (MEC) implementa un amplio programa de creación de nuevas universidades (Tabla 01),
en especial a la implantación de nuevos campus en ciudades del interior. Entre 2003 y 2012, el
total de área construida de eso programa llega a 3.065.735,17 m2 (MEC, 2012, p. 20).
Tabla 01: Expansión de las universidades públicas federales brasileñas 2003-2012
2003 2010 2012
Universidades 45 59 (14 nuevas) 63 (4 nuevas)
Campus Universitarios 148 274 (126 nuevos) 321 (47 nuevos)
Ciudades contempladas 114 230 275
Fuente: MEC, 2012, p. 42
Además de los números expresivos, la inquietud sobre ese tema surge porque esas
grandes inversiones resultarán en propuestas arquitectónicas muy estandarizadas. Basado en
esa constatación, este trabajo académico busca demonstrar teóricamente los equívocos
cometidos a la hora del diseño de esas edificaciones.
De inicio, se postula que, debido a la dimensión continental del país y su gran diversidad
climática, representada en la Figura 01, los proyectos arquitectónicos deberían ser muy distintos
entre sí. Al mismo tiempo, los ambientes de enseñanza y aprendizaje de una universidad
presentan una diversidad de actividades y usuarios que también debería estar reflejada en los
proyectos. A partir de esas hipótesis, la investigación busca establecer prototipos para los
ambientes de enseñanza y aprendizaje para Brasil, a fin de demonstrar como los espacios son
afectados por situaciones muy distintas entre sí, tanto climáticas cuanto de apropiación de
espacios por los usuarios.
Figura 01: Climas de Brasil
Fuente: http://www.ibge.gov.br, acceso en agosto/2015
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Para eso, en el Capítulo 01 se definen los conceptos que serán esenciales al desarrollo de
los prototipos. El principal reto es explicar el proceso de percepción humana mediante los
sentidos y su intrínseca relación con las manifestaciones energéticas presentes en el ambiente.
Son sintetizados los conceptos físicos referentes a las manifestaciones y su comportamiento en
el ambiente, en especial en los recintos. A partir de esos, se caracterizan los principales sentidos
humanos relacionados con los espacios arquitectónicos: la sensación térmica, la vista y la
audición.
En el Capítulo 02 se presenta la metodología de elaboración de los prototipos. Son
establecidos los criterios a la definición de cuáles son los ambientes de enseñanza y aprendizaje
que serán abordados, sus respectivas dimensiones y sus diversas formas de apropiación del
espacio. A partir de esa base, la investigación busca relacionar los conceptos de percepción
humana con las diversas formas de uso del espacio, representados por las diversas escenas que
pueden ser realizadas en un mismo prototipo. Para eso, son explicadas las principales
interferencias a la sensación térmica para las diferentes zonas climáticas de Brasil; se desarrollan
los requerimientos lumínicos para cada tipo de actividad que se realiza en un ambiente de
enseñanza y aprendizaje; y, por fin, se establecen los parámetros acústicos adecuados para los
diversos espacios universitarios.
En el Capítulo 03 este trabajo académico analiza los resultados encontrados con la
realidad de los proyectos recién construidos en Brasil, en especial en el estado de Bahia. Las
hipótesis presentadas son confirmadas, así como se hace una reflexión acerca de cómo la
práctica profesional de proyectos de arquitectura e ingeniería trata de los temas de energía y
percepción humana. Por fin, son analizados diversos conflictos entre los requerimientos
energéticos que sólo la práctica de diseño puede presentar soluciones fiables.
Comprender como la arquitectura puede contribuir al proceso de enseñanza y
aprendizaje es la cuestión que guía la realización de esta tesina. Se pretende continuar esos
estudios en el doctorado, a fin de profundizar los análisis realizados hasta ahora y de poner en
valor los temas que relacionan la arquitectura, las diversas formas de energía natural y los
ambientes de enseñanza universitaria.
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1. PERCEPCIÓN EN AMBIENTES DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE
Para proponer parámetros a la hora de diseñar edificios universitarios, esta tesina
establece como base teórica el proceso de percepción humana del ambiente. Aunque sea un
fenómeno complejo, el proceso de percepción puede ser sintetizado de la siguiente forma (Serra
y Coch, 1995, p. 67-68):
a) CAPTACIÓN: el ser humano capta algunas de las manifestaciones energéticas
(estímulos) existentes en el mundo externo por medio de sus sentidos (receptores);
b) DECODIFICACIÓN: cada sentido humano tiene características distintas, que les
permite captar distintas manifestaciones energéticas del mundo externo. Así, cada sentido envía
al sistema nervioso central, a través de las vías aferentes, solamente una fracción de lo que
realmente se pasa en el ambiente;
c) REACCIÓN: a partir de las informaciones enviadas por todos los sentidos, el sistema
nervioso central envía al cuerpo humano respuestas de reacción, por medio de las vías
eferentes. Las respuestas relacionales se refieren a las reacciones de los sistemas musculares,
mientras que las vegetativas están relacionadas a las glándulas.
Figura 02: Proceso global de percepción del entorno
Fuente: Serra y Coch, 1995, p. 67
Así, antes de evaluar la percepción humana en ambientes de enseñanza y aprendizaje,
serán descritos los conceptos físicos de las manifestaciones energéticas que afectan la
percepción humana, su comportamiento en el espacio y las características de los sentidos
humanos, que hacen que el cerebro pueda diferenciar los estímulos del mundo externo.
1.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS MANIFESTACIONES ENERGÉTICAS
Las manifestaciones energéticas que afectan la percepción humana del ambiente son: las
radiaciones electromagnéticas; el calor; las características del aire; los movimientos
ondulatorios (Serra y Coch, 1995, p. 27). A pesar del desarrollo teórico en ramas distintas de la
física clásica, Serra y Coch (1995) proponen una visión global de las manifestaciones energéticas
que afectan a la percepción humana, que servirá de base a los contenidos expuestos en este
trabajo académico.
Para diferenciarlas según los mismos criterios, Serra y Coch (1995) se basan en conceptos
físicos que caracterizan todas esas manifestaciones: la frecuencia, el período y la longitud de
onda. La frecuencia (f) es el número de ciclos completos de una función periódica por unidad de
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tiempo (Serra y Coch, 1995, p. 27). La unidad de medida es Hertz (Hz), que representa la cantidad
de ciclos en un segundo.
El período (T) es el tiempo en que una vibración tarda en repetirse un estado determinado
del ciclo para un punto concreto del espacio (Serra y Coch, 1995, p. 28). Es el inverso de la
frecuencia y su unidad es el segundo por ciclo. La Figura 03 muestra una gráfica de una función
periódica y la relación entre frecuencia y período.
Figura 03: Representación gráfica de una función periódica
Fuente: Serra y Coch, 1995, p. 67
La longitud de onda (λ) es la distancia de dos frentes de onda de un movimiento
ondulatorio, que corresponde a un período completo (Serra y Coch, 1995, p. 28). La longitud de
onda depende de la velocidad de propagación del movimiento ondulatorio y se mide en metros.
La relación entre eses conceptos físicos es expresa por las siguientes fórmulas (Serra y Coch,
1995, p. 28):
λ = c/f = c.T, donde:
λ = longitud de onda, medida en metros (m);
c = velocidad de propagación de onda, medida en metros/segundo (m/s);
f = frecuencia de la onda sonora, medida en hertzios (Hz);
T = período, medido en segundos (s)
A partir de esos conceptos, es posible definir y caracterizar las principales manifestaciones
energéticas percibidas por el hombre. Las radiaciones electromagnéticas son “(…) el transporte
de energía mediante variaciones del estado electromagnético (…) producidas por variaciones en
la estructura atómica de los cuerpos” (Serra y Coch, 1995, p. 28 - 30). Para su medición se utilizan
las siguientes definiciones (Serra y Coch, 1995, p. 34 - 37):
Energía radiante (Ɛ): cantidad de energía manifestada en forma de radiación
electromagnética, medida en joule (J);
Flujo radiante / luminoso (ɸ): cantidad de energía radiante por unidad de tiempo,
medido en watt (W) o lumen (lm), en el caso de la luz;
Emitancia (M): flujo radiante emitido por una superficie, medido en watt por metro
cuadrado (W/m2);
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Intensidad radiante / de la luz (I): flujo radiante emitido por unidad de ángulo sólido
para una dirección determinada, medida en watt por estereorradián (W/str) o candela (cd), en
el caso de la luz;
Intensidad de radiación / Iluminancia (E): flujo radiante que llega a una superficie,
medida en en watt por metro cuadrado (W/m2) o en lux, en el caso de la luz;
Radiancia / Luminancia (L): intensidad radiante emitida por unidad de una superficie
aparente determinada, en una dirección concreta, medida en watt por estereorradián (W/str) o
en candela por metro cuadrado (cd/m2), en el caso de la luz;
Definir el calor es muy complejo, pues él está asociado “(…) al estado energético de los
cuerpos, que depende de su temperatura o de su grado de agitación molecular” (Serra y Coch,
1995, p. 28). Como manifestación energética, él aparece “(…) en todo proceso de transformación
o cambio de una forma de energía a otra, al disiparse un parte de esta energía de acuerdo con
los principios de la termodinámica” (Serra y Coch, 1995, p. 32). Así, no se puede hacer
distinciones en tipos de calor, sino que por sus orígenes: reacciones químicas; resistencia
eléctrica; rozamiento mecánico; fisión y fusión nuclear; etc. (Serra y Coch, 1995, p. 32). Para la
medición del calor, además de las definiciones expuestas para las radiaciones
electromagnéticas, esta tesina se basará también en la temperatura, pues “(…) permite evaluar
su estado energético de los cuerpos, la cantidad de calor que acumulan, la radiación térmica que
emiten, etc.” (Serra y Coch, 1995, p. 38). La temperatura se mide en grados Celsius (°C), grados
Kelvin (K) o grados Farenheit (°F).
Para las características del aire y su relación con los ambientes de una edificación, los
mismos serán considerados de acuerdo a sus aspectos energéticos (Serra y Coch, 1995, p. 32).
La temperatura del aire y su respectiva humedad son aspectos esenciales a la hora de evaluar la
sensación de calor o frío en un espacio edificado (Serra y Coch, 1995, p. 32). Además, la
necesidad de renovación de aire, sea por cuestiones higiénicas o por estrategias pasivas
adoptadas en la edificación, tiene efectos en la percepción del calor y del sonido, como se verá
más adelante.
Los movimientos ondulatorios se originan por medio de una vibración que se propaga en
un medio elástico, generalmente el aire (Serra y Coch, 1995, p. 32). El transporte de esa energía
se da por variaciones cíclicas de presión, con movimiento de las partículas alrededor de su
posición de equilibrio (Serra y Coch, 1995, p. 32). Los sonidos y las vibraciones son tipos de
movimientos ondulatorios y se distinguen por sus espectros frecuenciales, que dependen
directamente de la fuente productora de las vibraciones (Serra y Coch, 1995, p. 32). Para su
medición se utilizan las siguientes definiciones (Serra y Coch, 1995, p. 41):
Potencia acústica (W): cantidad de energía acústica por unidad de tiempo, medido
en watt (W);
Intensidad acústica (I): flujo de energía acústica transmitido en una dirección
determinada, a través de una superficie perpendicular a esta dirección, medida en en watt por
metro cuadrado (W/m2);
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Presión acústica (P): diferencia entre la presión total en un punto cuando se produce
una onda acústica y la presión estática correspondiente al estado de reposo en este punto,
medida en Pascal (Pa).
Nivel sonoro (L): magnitud física que tiene como objetivo evaluar el efecto de los
sonidos, basada en la sensibilidad humana al sonido. Por eso, fue creada una escala logarítmica
que relaciona la presión sonora a la percepción auditiva, cuya unidad de medida es el decibelio
(dB).
1.2 COMPORTAMIENTO DE LAS MANIFESTACIONES ENERGÉTICAS
Para analizar la percepción humana en ambientes de enseñanza y aprendizaje, es
fundamental comprender como los fenómenos ambientales se comportan frente a obstáculos.
En el caso de los espacios edificados, los obstáculos son las superficies que delimitan el espacio
– pared, suelo, techo -, los muebles y las personas que ocupan el ambiente. Al encontrar esos
obstáculos, ocurren cambios de esos fenómenos en relación a su energía y a sus propiedades
geométricas (Serra y Coch, 1995, p. 46). Lo que se pretende aquí es establecer conceptos
generales al entendimiento de esos fenómenos, destacando sus similitudes y diferencias.
Se define obstáculo como una discontinuidad en el medio en que se propagan las
manifestaciones energéticas, que generalmente es el aire (Serra y Coch, 1995, p. 46). La Figura
04 esquematiza tres de los comportamientos cuando los fenómenos enfrentan a un obstáculo:
la reflexión, la absorción y la transmisión
Figura 04: Comportamiento de la radiación y de los movimientos ondulatorios frente a los obstáculos
Fuente: Serra y Coch, 1995, p. 46
1.2.1 Reflexión
Al encontrar el obstáculo, parte de la energía incidente cambia su dirección de
propagación. Desde un punto de vista energético, la energía reflejada siempre será menor que
la energía incidente, pero no ocurrirán cambios en sus espectros, sean frecuenciales o de
longitud de onda. Así, el índice de reflectancia, término utilizado para las radiaciones
electromagnéticas, o el coeficiente de reflexión, para los movimientos ondulatorios, será
siempre una porción de la energía incidente y dependerá de las características de los materiales
y de la geometría de la superficie.
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r = Er / Ei, donde:
r = índice de reflectancia o coeficiente de reflexión; Er = energía reflejada por la superficie; Ei = energía incidente a la superficie.
Desde un punto de vista geométrico, hay tres tipos básicos de reflexión, presentados en
la Figura 05: especular, difusa o dispersa.
Figura 05: Comportamiento geométrico de la reflexión
Fuente: Serra y Coch, 1995, p. 51
El análisis de la reflexión en ambientes arquitectónicos sólo tiene sentido para las
radiaciones electromagnéticas y los movimientos ondulatorios (Serra y Coch, 1995, p. 50). Así,
esta tesina no aborda ese tema ni para el calor ni para los movimientos del aire.
a) Reflexión de las Radiaciones Electromagnéticas: depende básicamente del color de la
superficie incidente, de la longitud de onda de la radiación y de su ángulo de incidencia sobre el
obstáculo (Serra y Coch, 1995, p. 50). Además del índice de reflectancia, se mide también el
índice de reflectancia específica, que es la relación entre el flujo reflejado y el que incide para
una longitud de onda específica (Serra y Coch, 1995, p. 50). Ese índice es importante a la hora
de especificar los materiales o revestimientos de las superficies, teniendo en cuenta el espectro
de la radiación incidente y la intención de reflejar o no esa radiación (Serra y Coch, 1995, p. 51).
Sobre la geometría de la reflexión de las radiaciones, como sus longitudes de ondas tienen
dimensiones muy pequeñas, generalmente las reflexiones son del tipo especular. Sim embargo,
en superficies muy pulidas, pueden ocurrir la reflexión difusa o dispersa (Serra y Coch, 1995, p.
51).
b) Reflexión de las Ondas Sonoras: así como para las radiaciones electromagnéticas, esa
reflexión depende básicamente del acabado de la superficie incidente, de la longitud de onda
de los movimientos ondulatorios y de su ángulo de incidencia sobre el obstáculo. Por otro lado,
no es el color que definirá el coeficiente de reflexión, sino que las características mecánicas del
material y su espesor (Serra y Coch, 1995, p. 52). Hay también un coeficiente de reflexión
específico, que es la relación entre la energía reflejada y la que incide para una frecuencia
específica (Serra y Coch, 1995, p. 52).
Sobre la geometría de las ondas sonoras se considera la forma y la dimensión de las
superficies, pues la dimensión de sus longitudes de onda se aproxima de los elementos
arquitectónicos. Así, se distinguen la reflexión en: superficies planas, que tienen un
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comportamiento geométrico equivalente a un espejo; en superficies convexas, donde hay una
dispersión de las ondas sonoras; y en superficies cóncavas, donde ocurre una concentración de
la energía en determinadas zonas, creando focos del sonido que generalmente son
desfavorables (Serra y Coch, 1995, p. 52-53). La Figura 06 representa esos tipos de reflexión.
Figura 06: Comportamiento geométrico de la reflexión de las ondas sonoras
Fuente: Serra y Coch, 1995, p. 53
Por fin, hay un fenómeno acústico directamente relacionado a la reflexión: el eco. Él es
producido “(…) cuando en un punto del espacio incide una onda reflejada, con intensidad
suficiente y con suficiente retraso respecto de la onda directa como para que pueda ser
apreciada como independiente por el oído” (Serra y Coch, 1995, p. 53). En el caso de la voz
humana, el eco se produce a partir de una distancia de 17 metros entre el emisor y el receptor
del mensaje. Para evitarlo, se evalúa los coeficientes de absorción de las superficies del recinto,
como se verá más adelante.
1.2.2 Absorción
Al encontrar el obstáculo, parte de la energía incidente es absorbida por la superficie. Los
efectos de la absorción dependen del tipo de superficie y de la longitud de onda, para
radiaciones electromagnéticas, o de la frecuencia, en el caso de ondas sonoras. En el primer
caso, la energía absorbida se convierte en energía térmica, que es emitida por la superficie en
longitudes de onda distintas de la energía incidente (Serra y Coch, 1995, p. 54). Para las
vibraciones y ondas sonoras, como la cantidad de energía es inexpresiva, la cantidad absorbida
que se transforma en calor es irrelevante. El coeficiente de absorción de las superficies será
siempre una porción de la energía incidente y dependerá de las características de los materiales
y de la geometría de la superficie.
α = Eα / Ei, donde:
α = coeficiente de absorción; Eα = energía absorbida por la superficie; Ei = energía incidente a la superficie.
Así como para la reflexión, el análisis de la absorción en ambientes arquitectónicos sólo
tiene sentido para las radiaciones electromagnéticas y los movimientos ondulatorios (Serra y
Coch, 1995, p. 54).
a) Absorción de las Radiaciones Electromagnéticas: depende básicamente del acabado
del material de la superficie incidente y de la longitud de onda de la radiación (Serra y Coch,
1995, p. 54). Hay también un coeficiente de absorción específico, que es la relación entre la
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energía absorbida y la que incide para una longitud de onda específica (Serra y Coch, 1995, p.
54).
La energía absorbida será convertida en energía térmica y esas características influyen
indirectamente a la emisión de radiación térmica (Serra y Coch, 1995, p. 54). Según la ley de
Kirchoff, “el cociente entre emitancia y absorbancia es constante para cada temperatura,
independiente de la naturaleza material de la superficie considerada” (Serra y Coch, 1995, p.
54). A partir de ese concepto físico, que vincula la emitancia, la absorbancia y la longitud de onda
de la radiación, es posible clasificar los materiales según su comportamiento frente a la radiación
(Serra y Coch, 1995, p. 54-55):
Cuerpos grises: absorbancia constante para todas las longitudes de onda de la
radiación considerada (normalmente la solar);
Cuerpos negros: aquellos cuerpos grises que tienen la absorbancia máxima
(absorbancia =1) en todas las longitudes de onda y, por tanto, tendrá la emitancia máxima;
Cuerpos antinegros: aquellos cuerpos grises que tienen la absorbancia nula
(reflectancia=1) en todas las longitudes de onda y, por tanto, tendrá la emitancia mínima;
Cuerpos selectivos fríos: aquellos que tienen diferentes absorbancias según la
longitud de onda. Reflejan mucho las de ondas más cortas y absorben mucho las más largas. Ese
comportamiento de hace especialmente adecuados como revestimiento exterior en climas
cálidos;
Cuerpos selectivos cálidos: aquellos que absorben mucho las longitudes de onda
más cortas y reflejan las más largas. Son especialmente adecuados como elementos captadores
de la radiación solar para efectos térmicos.
La Figura 07 presenta la relación entre la absorbancia y la longitud de onda para las
diferentes clasificaciones de los materiales frente a la radiación.
Figura 07: Relación entre la absorbancia y la longitud de onda
Fuente: Serra y Coch, 1995, p. 53
b) Absorción de las Ondas Sonoras: depende del acabado de la superficie incidente, de
la composición interna del obstáculo, y de la frecuencia del sonido. Hay que destacar que la
absorción acústica se pasa fundamentalmente el su recorrido dentro del espesor del obstáculo
(Serra y Coch, 1995, p. 56). ). Hay también un coeficiente de absorción específico, que es la
relación entre la energía absorbida y la que incide para una frecuencia específica (Serra y Coch,
1995, p. 56).
15
La reverberación, fenómeno acústico intrínsecamente relacionado a la absorción de las
superficies y al volumen de un recinto, se define como la prolongación del sonido después de la
extinción de la fuente, debido a las reflexiones que se producen en las superficies del ambiente
(Serra y Coch, 1995, p. 56). Para evaluar la reverberación es necesario diferenciar el sonido
directo del reflejado. El sonido llega en primer lugar al receptor de las ondas sonoras, cuya
intensidad depende de la fuente sonora y del camino recorrido. El sonido reflejado llega en
continuación al directo, como consecuencia de la reflexión del primer en las superficies del
ambiente. Su intensidad depende de la fuente sonora, del camino recurrido por las reflexiones
y de los coeficientes de absorción de las superficies (Serra y Coch, 1995, p. 57).
A la evaluación de ambientes de enseñanza y aprendizaje, el tiempo de reverberación es
un requerimiento acústico fundamental para la definición de parámetros adecuados de la
inteligibilidad de la palabra y de la percepción musical, como se verá adelante. Él se define como
“(…) el tiempo necesario para que la intensidad del sonido en el local decrezca hasta una
millonésima parte de su valor, medido a partir del instante en deja de emitir la fuente sonora.”
(Serra y Coch, 1995, p. 58) y es medido en segundos.
1.2.3 Transmisión
Al encontrar el obstáculo, parte de la energía absorbida atraviesa hasta el otro lado del
obstáculo. Desde un punto de vista arquitectónico, la transmisión se presenta a los fenómenos
energéticos indicados abajo, con algunas variantes (Serra y Coch, 1995, p. 59):
a) Transmisión de las Radiaciones Electromagnéticas: depende del tipo de material, de
la longitud de onda de la radiación y de su ángulo de incidencia sobre el obstáculo (Serra y Coch,
1995, p. 59). Los conceptos utilizados para caracterizar ese fenómeno son la transmitancia y el
coeficiente de transmisión. El primer es “(…) la relación entre el flujo incidente interiormente en
una de sus caras y el que había entrado por la cara opuesta” (Serra y Coch, 1995, p. 59). El otro
es el la porción de la energía transmitida por la energía incidente a la cara opuesta, que depende
del espesor y del coeficiente de transmitancia del material (Serra y Coch, 1995, p. 59). Las
representaciones matemáticas de los dos conceptos son:
T = ɸd / ɸ0 = 1 / e αd, donde: t = ɸt / ɸi, donde:
Generalmente el coeficiente de transmisión varía de acuerdo a las longitudes de onda,
definido como transmisión selectiva de la radiación. Ese concepto explica el “efecto
envernadero”, donde el cristal es un buen transmisor de energía de onda corta, pero no lo es
para la de onda larga (Serra y Coch, 1995, p. 59).
T = transmitancia de un panel; d = longitud de la trayectoria de la radiación α = flujo absorbido por unidad de espesor y por unidad de flujo incidente.
t = coeficiente de transmisión; ɸt = flujo transmitido dentro del panel; ɸi = flujo incidente a la cara opuesta de la transmisión.
16
Su comportamiento geométrico depende de la estructura molecular interna y superficial
del material y es similar al de las reflexiones de radiaciones electromagnéticas, conforme
demonstrado a la Figura 08 (Serra y Coch, 1995, p.60).
Figura 08: Comportamiento geométrico de la transmisión de las ondas sonoras
Fuente: Serra y Coch, 1995, p. 53
b) Transmisión del calor: se considera la transmisión de calor por conducción a través
de los materiales que componen el obstáculo. Depende directamente del espesor del material
y es inversamente proporcional al comportamiento del mismo como conductor de calor (Serra
y Coch, 1995, p. 60). La resistencia del material al paso del calor es definido por la siguiente
fórmula:
R = e / λ, donde:
R = resistencia térmica del obstáculo, medido en m2.K/W; e = espesor, medido en metros; λ = conductibilidad térmica del material, medido en W/m.K
En una edificación, la transmisión de calor por algún de sus cerramientos (obstáculos)
ocurre a causa de la diferencia de temperatura entre dos ambientes (p. ej: interno y externo).
Al buscar el equilibrio de temperatura, el proceso de conducción de calor transmite la energía
del ambiente más caluroso al más frío. Para eso, enfrenta la resistencia al paso del calor de las
camadas de aire adyacentes al obstáculo, tanto interna como externa, así como la resistencia
del obstáculo. Así, la resistencia térmica total es la suma de las resistencias de las capas de aire
y la resistencia del cerramiento.
Generalmente se utiliza el coeficiente de transmitancia térmica (U) para cualificar el
comportamiento térmico del obstáculo. Él expresa “(…) la potencia calorífica que pasa por un
metro cuadrado de cerramiento cuando entre los aires de una y otra parte hay una diferencia
de temperatura de un grado Celsius” (Serra y Coch, 1995, p. 61) y se mide en W/m2.°C. Como la
diferencia entre grados Celsius y grados Kelvin es en relación al punto de origen, desplazado en
273 grados uno del otro, y no en la variación de temperatura de cada unidad de medida, el
coeficiente de transmitancia térmica también se puede expresar en W/m2.K.
c) Transmisión del sonido: depende de la composición y del tipo de material, del
espesor del obstáculo y de la frecuencia de las ondas sonoras (Serra y Coch, 1995, p. 62). El
proceso de transmisión ocurre a causa de la absorción de las ondas sonoras por el obstáculo,
que lo hace vibrar. Parte de esa vibración se pierde en energía térmica, mientras que la otra
parte es transmitida al otro lado del obstáculo (Serra y Coch, 1995, p. 62). Vale destacar que
17
generalmente la energía transmitida es muy pequeña, menos que 1% de la energía incidente.
Pero, debido a la relación logarítmica de la percepción acústica, los sonidos son perceptibles
detrás de una barrera con cierta facilidad (Serra y Coch, 1995, p. 62).
Figura 09: Comportamiento de los movimientos ondulatorios frente a los obstáculos
Fuente: Serra y Coch, 1995, p. 53
Para evitar la transmisión de sonidos entre dos ambientes, es necesario especificar el
cerramiento entre esos recintos considerando las siguientes leyes:
Ley de masas: la resistencia de un cerramiento homogéneo es directamente
proporcional al aumento de masa por unidad de superficie, con una pendiente aproximada de
6dB cada vez que la masa del panel es doblada (Serra y Coch, 1995, p. 63), como demuestra la
Figura 10.
Figura 10: Gráfica que relaciona la capacidad de aislar de un cerramiento por su masa
Fuente: Serra y Coch, 1995, p. 63
Ley de frecuencias: la resistencia de un cerramiento homogéneo es directamente
proporcional al aumento de la frecuencia del sonido incidente, con una pendiente aproximada
de 6dB cada vez que la frecuencia es doblada (Serra y Coch, 1995, p. 63). Esa ley no es uniforme,
pues se verifican discontinuidades para las frecuencias críticas y de resonancia del panel, en
zonas más graves y agudas del espectro (Serra y Coch, 1995, p. 63).
A partir del análisis de esas leyes, se percibe que la definición del aislamiento de un
cerramiento es más eficaz para los sonidos agudos que para los graves (Serra y Coch, 1995, p.
64). En esos casos, se debe evaluar otras opciones para la definición del cerramiento además de
18
su masa, como la unión de capas de materiales distintos en un único cerramiento o la adopción
de cámara de aire.
Hay también la transmisión de ruidos de impacto, como es el caso de golpes o pasos sobre
un pavimento que se oyen en el piso inferior, generalmente como ruidos molestos. Esos ruidos
dependen de las características y dimensiones del cerramiento entre los ambientes, la
frecuencia de las ondas sonoras, del factor de amortiguamiento del cerramiento y de la
absorción de los revestimientos en el ambiente receptor (Serra y Coch, 1995, p. 65). La mejor
solución, en esos casos, es la adopción de un pavimento flotante encima del suelo del ambiente
donde se produce esos ruidos de impacto, con la interposición de un material elástico (Serra y
Coch, 1995, p. 65).
1.3 LOS SENTIDOS HUMANOS Y LA PERCEPCIÓN DEL AMBIENTE
Conforme visto en el inicio del capítulo 2, los sentidos humanos son los receptores de las
manifestaciones energéticas del ambiente. Comprender su funcionamiento frente a esos
fenómenos es importante para el entendimiento de la percepción humana. Para eso, serán
descriptos los sentidos humanos extraperceptivos, que son aquellos que perciben el mundo
exterior, y los procesos que influyen en la percepción. Dentre ellos, esta tesina se concentrará
en los sentidos más afectados por aspectos arquitectónicos, evaluados a seguir.
1.3.1 El sentido criostésico y los procesos que influyen para la sensación térmica
El sentido criostésico es sensible a los diversos factores que influyen en las sensaciones
de frío y calor y, por eso, ayuda a regular la temperatura del cuerpo. Para la sensación térmica,
el órgano humano que capta esa información y la transmite al sistema nervioso central es la piel
(Serra y Coch, 1995, p. 71). Sin embargo, hay un conjunto de otros órganos que regulan el
mecanismo de “homeostasis” (Serra y Coch, 1995, p. 83). Así, lo que realmente importa es
evaluar el grado de intercambio de energía entre el hombre y el ambiente y sus efectos a la
sensación térmica.
Los procesos de intercambio de energía entre el hombre y el ambiente son (Lamberts,
2014, p.43; Serra y Coch, 1995, p. 44):
la conducción, que es cuando la energía calorífica se propaga de molécula a molécula
en un cuerpo;
la convección, que consiste en un desplazamiento de la materia, generando
transferencia de calor de la zona más caliente a la más fría. La transpiración humana es un
proceso convectivo de intercambio de energía;
la radiación, que se produce cuando dos superficies a distinta temperatura radian
térmicamente, cada una hacia la otra, y es absorbida parte de la radiación de la superficie
receptora y transformada en calor;
la respiración, por el proceso de inspiración y expiración del aire.
De acuerdo a las condiciones climáticas y los procesos de intercambio de energía con el
ambiente, el cuerpo humano activa mecanismos termorreguladores a fin de mantener su
19
temperatura interna constante y disminuir las sensaciones de frío o calor. Esos mecanismos son
(Lamberts, 2014, p.44-45):
la constricción o la dilatación de los vasos sanguíneos periféricos, que buscan evitar
las pérdidas de energía interna, en situaciones de frío, o aumentar esas pérdidas, en situaciones
de calor;
los movimientos musculares involuntarios, que produce energía a causa del atrito
entre los músculos y la piel, común en situaciones de frío;
la transpiración, que, mediante la evaporación del sudor, incrementa las pérdidas de
calor.
Las actividades realizadas por el hombre, las características específicas del metabolismo
(edad, sexo, etc.), sus vestimentas y otros aspectos culturales, tienen papel decisivo en esos
procesos de intercambio de energía (Lamberts, 2014, p.47-49; Serra y Coch, 1995, p. 84).
Sin embargo, como esta tesina buscar establecer parámetros térmicos para prototipos
arquitectónicos de enseñanza universitaria en Brasil, que posee distintas zonas climáticas, los
parámetros que serán evaluados están directamente relacionados al clima del lugar. Así, los
factores ambientales que influyen directamente en ese proceso de intercambio de energía son
(Serra y Coch, 1995, p. 84):
la temperatura del aire, es aquella que envuelve el cuerpo y regula la cesión de calor
por conducción – convección y por respiración; se mide en °C;
la temperatura radiante, que es la media ponderada de la temperatura de las
superficies que envuelven el cuerpo, que influye sobre los intercambio radiantes; se mide en °C;
la humedad relativa del aire, que es el porcentaje de vapor de agua que tiene el aire
en relación al máximo que puede contener a su temperatura sin saturarse;
la velocidad del aire, que influye en la disipación por convección y en la velocidad de
evaporación de la transpiración; se mide en metros por segundo (m/s).
La relación entre temperatura radiante y la percepción térmica de los usuarios en un
recinto considera la energía transmitida por las superficies que separan el ambiente interior del
exterior. La face exterior de los cerramientos está expuesta a las condiciones climáticas del lugar.
Al absorber la energía del ambiente exterior, en especial de la radiación solar, ese cerramiento
transmitirá parte de esa energía al ambiente interior. Para evaluar la cantidad de energía que es
transmitida al recinto, es necesario conocer el coeficiente de transmitancia térmica (U) del
elemento constructivo.
Una herramienta útil a la evaluación de los factores ambientales es el ábaco psicométrico
(Figura 11). Él es un gráfico que relaciona la temperatura del aire con su humedad relativa. A
partir de los estudios de Givoni (1969), fueron establecidas en el ábaco psicométrico zonas de
confort térmico, donde la relación temperatura y humedad del aire posibilita una situación
climática agradable al ser humano, así como fueron estipuladas estrategias arquitectónicas en
los casos en que esa relación esté fuera de la zona de confort, buscando la adecuación de la
arquitectura al clima del lugar.
20
En otro trabajo más reciente, Givoni (1992) apud Lamberts (2014) desenvuelve un ábaco
psicométrico más próximo a la realidad de los países en desarrollo, basado en la constatación
de que el confort térmico en edificaciones no condicionadas depende más de la variación del
clima externo e de la aclimatación de los usuarios a sus climas. Según Lamberts (2014, p.84), fue
desarrollada una revisión bibliográfica sobre el tema de la bioclimatología aplicada a la
arquitectura por Bogo et al (1994), a fin de seleccionar la metodología bioclimática a ser
adoptada en Brasil. Con base en esos análisis, se concluye que el trabajo de Givoni (1992) es lo
más adecuado a la realidad brasileña. Por eso, la norma brasileña de desempeño térmico de las
edificaciones, NBR 15.220/2003, adopta el ábaco psicométrico desarrollado por Givoni (1992) y
sus respectivas indicaciones de estrategias térmicas pasivas.
Figura 11: Ábacos psicométricos según Givoni (1969) y Givoni (1992)
Fuente: Serra y Coch, 1995, p. 88; NBR 15.220/2003-3, p. 14 Cuadro 01: Códigos del ábaco psicométrico utilizado por la NBR 15.220/2003
Fuente: NBR 15.220/2003-3, p. 14
A calefacción artificial G+H refrigeración evaporativa
B captación solar H+I inercia térmica (verano)
C inercia térmica en invierno I+J ventilación
D confort térmico (humedad baja) K refrigeración artificial
E confort térmico L humidificación del aire
F reducción de la humedad
21
1.3.2 La vista y la percepción de la luz en ambientes de enseñanza y aprendizaje
La vista es sensible a la luz y es el más abstracto y cerebral de los receptores, con
capacidad para percibir el detalle y con un campo de percepción muy direccional. Para la
percepción de la luz, los ojos utilizan la pupila para regular la cantidad de radiación
electromagnética que penetra por medio de su abertura, variable de 1 a 16 veces en superficie;
el cristalino para regular el enfoque, por medio de su deformación; y la retina para reconocer la
cantidad y el color de la luz (Serra y Coch, 1995, p. 71). La información decodificada de las
radiaciones electromagnéticas es enviada al sistema nervioso central por medio del nervio
óptico (Serra y Coch, 1995, p. 71).
El espectro visible de las radiaciones electromagnéticas es muy corto, entre 350 mm y
700mm de longitud de onda, si comparado con el espectro de otros tipos de radiaciones
electromagnéticas, conforme demostrado en la Figura 12.
Figura 12: Espectro de las radiaciones electromagnéticas
Fuente: Serra y Coch, 1995, p. 67
La sensibilidad del ojo a la luz depende de células presentes en la retina, los bastoncillos
y los conos. Los primeros captan niveles de energía muy bajo, con luminancias por debajo de
0,001 cd/m2, pero solo perciben la cantidad de luz y no su longitud de onda. A causa de ese
aspecto, los bastoncillos no distinguen los colores y su tipo de visión es clasificada de escotópica
(Serra y Coch, 1995, p. 72-73). Por otro lado, los conos reconocen tanto la cantidad de luz como
los colores, pero a niveles un poco más altos de energía, con luminancias por encima de 0,03
cd/m2. La visión posibilitada por los conos es clasificada de fotópica (Serra y Coch, 1995, p. 72-
73).
Además del reconocimiento de la cantidad de energía y del color de los objetos, otros
aspectos influyen en la percepción de la luz. Uno es el efecto de enmascaramiento, donde una
señal muy fuerte puede ocultar otras con más flojas (Serra y Coch, 1995, p. 73). Otra
característica importante a cerca del reconocimiento del color es la fusión de dos señales
simultáneos y con longitudes de onda distintas. Eso permite que dos colores distintos, cuyos
señales sean percibidos en un mismo instante, se mezclen y que se perciba un nuevo color, sin
distinguir los señales originarios (Serra y Coch, 1995, p. 73).
Para la percepción de la luz en los recintos, los primeros parámetros evaluados son la
cantidad de la luz, que puede ser expresa por iluminancia – la cantidad de flujo luminoso que
llega a una superficie -; o por luminancia – la cantidad de flujo luminoso reflejado por las
22
superficies y que llega al ojo humano. El nivel de iluminancia debe fijarse en función del tipo de
tarea a realizar; las condiciones ambientales; la duración de la actividad; y según el tipo de
actividad, si las iluminancias a considerar serán horizontales o verticales (IDAE, 2001, p. 23).
Todas las normativas imponen como parámetros de cantidad de luz los niveles de
iluminancia. Sin embargo, la visibilidad adecuada a la realización de cualquier actividad no
depende solamente de la iluminancia en el plano de trabajo, sino que la relación entre la
luminancia de ese plano con su entorno (Treguenza y Loe, 1998, p.70). Como se puede
comprobar por la Figura 13, el contraste de luminancias óptimo a la relación de tareas varía
entre 0,3 y 0,5 (Treguenza y Loe, 1998, p.70). Por esa razón, además de considerar los
parámetros indicados por las normativas, es necesario evaluar como las superficies del entorno
reflejan la luz y su impacto, o su luminancia, en el plano de trabajo.
Figura 13: Contraste óptimo de luminancias entre el plano de trabajo y su entorno
Figura 14: Contraste de luminancias de acuerdo a la actividad
Fuente: Treguenza y Loe, 1998, p.70
Fuente: Ganslandt y Hofmann, p.112
1: luminancias fuera de las zonas de trabajo; 2: luminancias de superficies adyacentes a la zona de trabajo; 3: luminancias de tareas visuales en el puesto de trabajo;4: luminancias límite de luminarias
23
Por otro lado, un excesivo contraste de luminancias en el campo visual puede causar
deslumbramiento. Generalmente ese efecto ocurre cuando hay una superficie de mucha
claridad en un campo visual con un valor medio bastante más bajo (Serra y Coch, 1995, p. 80).
El color y acabado de las superficies que aparecen en el campo de visión tienen gran influencia
en el deslumbramiento, así como la reflexión de fuentes de luz en superficies transparentes o
especulares, como ventanas (IDAE, 2001, p. 25-27).
La posición del observador, el tipo de luminaria y su distribución de luminarias en el techo
también contribuyen para el deslumbramiento. Para evitar ese efecto, en especial para
situaciones en que los usuarios utilizan ordenadores, se recomienda el diagrama C.I.E,
presentado en la Figura 15. Para su utilización, hay que escoger el nivel de iluminancia y la clase
de calidad de la limitación al deslumbramiento de la luminaria, representado por la línea negra,
y definir es ángulo máximo entre el ojo del observador y el plano de las luminarias, representado
por el eje vertical izquierdo. La intersección de esos datos deben tener una luminancia mayor
que el entorno, representado por la línea azul (IDAE, 2001, p. 24).
Figura 15: Diagrama C.I.E. para deslumbramientos
Fuente: IDAE, 2001, p. 24
Para la percepción del color de la luz los parámetros evaluados son la temperatura del
color y el índice de rendimiento en color (IRC). El primer expresa el color de una fuente de luz al
compararla con el color emitido por el cuerpo negro a una temperatura absoluta determinada
(Serra y Coch, 1995, p. 37). Su importancia a la percepción del espacio es porque determina la
apariencia del color emitida por la fuente luminosa. Su rango de variación es desde 2.500K hasta
6.000K (Serra y Coch, 1995, p. 115). Los valores de temperatura del color por debajo de 3.300 K
son considerados cálido; entre 3.300K y 5.300K, son considerados neutros; a partir de 5.300K,
son considerados fríos (Treguenza y Loe, 1998, p.23).
El índice de rendimiento en color expresa las características del espectro de la luz emitida
por una fuente, en referencia al color de los objetos iluminados por esa (Serra y Coch, 1995, p.
37). Su importancia a la percepción es calificar los tipos de luminarias a cerca de su cualidad en
reproducir de manera fidedigna los colores de los objetos. Sus valores por debajo de 70% son
considerados malos; entre 70% y 80%, razonables; entre 80% y 90%, bueno; y superiores a 90%,
24
excelentes (IDAE, 2001, p. 26). 1.3.3 La audición y la percepción acústica en ambientes de
enseñanza y aprendizaje
A partir del establecimiento de que el principal reto de un ambiente de enseñanza y
aprendizaje es la transmisión de conocimiento, es importante comprehender como la acústica
de los espacios universitarios influyen en el proceso de enseñanza y aprendizaje. La cuestión
principal es la comunicación entre los usuarios, sea entre profesor y alumnos o entre alumnos.
Para eso, primeramente se explicará el sentido de la audición para, después, detenerse en la
percepción acústica.
La audición es sensible a las ondas sonoras y es el sentido más instantáneo y
pruridireccional. Para la percepción de los sonidos, los oídos utilizan el tímpano para captar las
vibraciones del ambiente y transmitirlas a la cadena de huesos del oído interno y,
posteriormente, al caracol, que posee estructuras sensibles a las frecuencias (Serra y Coch, 1995,
p. 71). La información decodificada de las ondas sonoras es enviada al sistema nervioso central
por medio del nervio auditivo (Serra y Coch, 1995, p. 71).
El espectro audible de vibraciones más amplio que lo visible, entre 16 Hz y 20.000 Hz.
onda, conforme demostrado en la Figura 16. Se verifica también que, en ese intervalo audible,
la longitud de onda varía entre 21,56m (f=16 Hz) hasta 1,72m (f=20.000 Hz). Para los análisis
acústicos en edificaciones se adopta las bandas de octavas entre 63 Hz y 4 kHz (Hopkins et al,
2003, p. 162).
Figura 16: Espectro de las radiaciones electromagnéticas
Fuente: Serra y Coch, 1995, p. 29
Si se compara con la vista, la audición también posee los efectos de fusión y
enmascaramiento, pero con características distintas. En el caso de la fusión, diferentemente de
la vista, el oído percibe dos sonidos simultáneos sin mezclarlos. Sobre el enmascaramiento del
sonido, ese efecto ocurre fácilmente, especialmente entre sonidos con frecuencias próximas y
si sus niveles sonoros no son muy distintos (Serra y Coch, 1995, p. 71).
1.3.3.1 Características de la percepción del sonido
La amplitud de percepción del oído humano es muy amplia, como indica la Figura 2.10. Si
se considera la presión sonora, la percepción varía desde el umbral de la audición, a 2x10-5 Pa,
hasta el umbral de dolor, a 102 Pa (Carrión, 1998, p. 34). Como la percepción auditiva no es
linear, sino que logarítmica, fue creada una escala logarítmica que relaciona la presión sonora a
25
los sonidos audibles. Así, el nivel de presión sonora (Lp) se mide por medio de decibelios (dB) y
su rango varía desde 0 db, que representa el umbral de audición, hasta 135 dB, umbral
aproximado del dolor. Otras características de esa escala que deben ser destacadas (Carrión,
1998):
a. 1 dB equivale al mínimo cambio de nivel sonoro perceptible;
b. 3 dB equivale al aumento de la percepción cuando se suma otra fuente sonora con
nivel de presión sonora equivalente a la primera;
c. 5 dB equivale a un cambio de nivel claramente percibido;
d. 6 dB equivale a la disminución del sonido cada vez que dobla la distancia del receptor
a la fuente sonora;
e. 10 dB es equivalente a un incremento asociado a una sonoridad doble.
A fin de relacionar las frecuencias audibles a la percepción humanas, ellas son
subdivididas en bandas de octavas, similares a la subdivisión del piano (Figura 17). Por otro lado,
la percepción sonora no es la misma en todas las bandas de frecuencia, como se puede
comprobar en la Figura 18. El oído humano es muy insensible a las bajas frecuencias y, a medida
que los niveles aumentan, la percepción tiende a ser más homogénea en toda la banda de
frecuencias audibles (Carrión, 1998, p. 37).
Figura 17: Bandas de octavas de frecuencia de la voz humana y de instrumentos musicales
Fuente: Hopkins et al, 2003, p. 162
26
Figura 18: Nivel de presión sonora y frecuencias de la palabra y de la música
Fuente: Carrión, 1998, p. 37
O sea, la escala lineal logarítmica no guarda una relación directa con la sonoridad
percibida por el oído humano. Por eso, fue establecida una red de ponderación A (Figura 19),
basada en la escala logarítmica, para que los sonómetros pudieran representar los sonidos de
forma más próxima a la realidad (Carrión, 1998, p. 40). La medida de esa escala es el decibelio A
(dBA).
Figura 19: Curva de percepción del sonido correspondiente a la red de ponderación A
Fuente: Carrión, 1998, p. 37
En relación a la voz humana, es importante evaluar el reparto del mensaje oral por vocales
e consonantes. Las primeras poseen un nivel de presión sonora mayor, mientras que las últimas
tienen un contenido frecuencial más rico en altas frecuencias. Vale destacar que el grado de
inteligibilidad de la palabra está asociado al correcto entendimiento de las consonantes, o sea,
de las bandas de alta frecuencia de la voz humana (Carrión, 1998, p. 45-46), como se puede
comprobar en la Figura 20 presentadas abajo. Se observa que la mayor contribución de la voz, a
nivel de presión sonora, se da a la banda de frecuencia de 500 Hz, mientras que el mayor grado
de inteligibilidad de la palabra se sitúa en las bandas de frecuencia de 2.000 Hz y 4.000 Hz.
27
Figura 20: Reparto de energía de la voz humana y de la inteligibilidad de la palabra, por frecuencia
Fuente: Carrión, 1998, p. 46
Otro punto a destacar son los rangos distintos de percepción sonora de la palabra e de la
música. Esa diferencia repercutirá al tratamiento de las superficies del ambiente de enseñanza,
de acuerdo con las actividades allí desarrolladas, en especial al tiempo de reverberación de los
recintos. El oído humano consigue integrar todas las primeras reflexiones que llegan hasta los
primeros 50 ms y, por eso, su percepción no es diferente en relación al sonido directo (Carrión,
1998, p. 53). Para la inteligibilidad de la palabra, es esencial que los sonidos directo y reflejado
sean percibidos hasta los primeros 50 ms. Por otro lado, es importante a los ambientes
destinados a la música que el sonido emitido por los instrumentos se prolongue por más tiempo
en el ambiente.
Considerando la importancia de las bandas de frecuencia a la correcta evaluación de los
sonidos, esta tesina se basará en los tiempos de reverberación medios por frecuencia (TRm),
donde son evaluados los tiempos de reverberación para las frecuencias de 500 Hz, 1.000 Hz y
2.000 Hz, conforme la fórmula presentada abajo:
28
TRm = (TR500 + TR1.000 + TR2.000) / 3, donde:
TRm = tiempo de reverberación medio por frecuencia, medido segundos (s); TR500 = tiempo de reverberación del recinto para la frecuencia de 500 Hz, medido
segundos (s); TR1.000 = tiempo de reverberación del recinto para la frecuencia de 500 Hz, medido
segundos (s); TR2.000 = tiempo de reverberación del recinto para la frecuencia de 500 Hz, medido
segundos (s).
1.3.3.2 Sonido y ruido en ambientes de enseñanza
Para esta investigación, es fundamental destacar la distinción entre sonido y ruido, ya que
los dos son producidos por medio de vibraciones mecánicas. Así, en esta tesina el ruido es
considerado como todo sonido que perjudique las actividades que ocurren en un ambiente de
enseñanza. Él puede ser clasificado según las siguientes características:
Cuadro 02: Clasificación del ruido
según su nivel
destructores más de 95-100 dB, pues afectan físicamente el sentido del oído de manera permanente
excitantes entre 50-90 dB y 95-100dB, muy molestos pero sin llegar a causar lesiones permanentes
irritantes abajo de 50 dB, donde la molestia se produce por el hecho de ser un sonido no deseado
según su tipo
información sobrante
sonidos no deseados y que tiene su origen en sonidos informativos que no interesan a los oyentes para nada.
enmascaramiento
resultantes de pérdidas acústicas de motores, vehículos, etc.; pueden causar molestias si, a depender de su nivel, impedir la audición de lo que se quiere percibir
según su duración
continuo permanecen a lo largo del tiempo, como el ruido de tráfico o el sistema de climatización
intermitentes provocado por fuente sonora descontinua en el tiempo, p. ej.: personas caminando por la circulación adyacente al ambiente
Fuente: adaptado de Serra y Coch, 1995, p. 82
Es prácticamente imposible un ambiente no ser afectado por algún tipo de ruido, sea por
fuentes sonoras externas a la edificación, en espacios adyacentes o por equipos y personas
presentes en el mismo recinto. Para poder evaluar si alguna edificación posee las condiciones a
la realización de las actividades a que se destina, se establece niveles de ruido de fondo, por
bandas de octavas de frecuencia que sean aceptables a cada tipo de recinto. Hay dos formas
distintas a la definición del ruido de fondo adecuado (Carrión, 1998, p. 41-42):
29
a) Curvas de referencia NC, denominadas “Noise Criteria”: evaluación del grado de
molestia del ruido existente en el recinto por banda de octava (Carrión, 1998, p. 42). Analizando
la Figura 21, se percibe que son necesarios niveles más altos a las bajas frecuencias para que el
ruido provoque molestias a los oyentes;
Figura 21: Curvas NC (Noise Criteria)
Fuente: Carrión, 1998, p. 42
b) Nivel equivalente de presión sonora (Leq), medidos por medio de un sonómetro
integrador, indica un nivel de ruido en dBA que representa la misma cantidad de energía sonora
que el sonido real fluctuante (Hopkins et al, 2003, p. 163).
Para esta investigación, será utilizado como criterio a la evaluación del ruido de fondo el
nivel equivalente de presión sonora, con base en los estudios realizados por Hopkins et al (2003).
30
2. PROTOTIPOS PARA AMBIENTES DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE
A partir de los conceptos básicos de la percepción humana que influyen en el proceso de
enseñanza y aprendizaje, la investigación busca relacionar esos conocimientos con las
actividades desarrolladas en los espacios de enseñanza universitaria. Para eso, este trabajo
académico desarrolla modelos espaciales que sintetizan las principales actividades de
enseñanza y aprendizaje que ocurren en una universidad, definido como prototipos para
ambientes de enseñanza universitaria.
Para la determinación de cuantos prototipos serían necesarios y sus respectivas
dimensiones, fueron evaluados los siguientes proyectos desarrollados para la reciente
expansión de universidades en el estado de Bahía: Pabellón de Aulas, construido en Barreiras,
Cruz das Almas y Vitória da Conquista; Pabellón de Laboratorios de los Institutos de Química y
Física, construido en Salvador; Escuela de Música, construida en Salvador; Anexo de Aulas
Prácticas de la Escuela de Bellas Artes, construido en Salvador; Ampliación de las Escuelas de
Danza y Teatro y del Instituto de Matemática, construidos en Salvador.
Ese análisis permite comprehender cuáles son las principales actividades académicas de
las nuevas universidades construidas en Brasil. Con eso, se percibe que con cinco prototipos es
posible abarcar la mayor parte de las clases de enseñanza universitaria, desde aulas teóricas con
número de alumnos distintos hasta las aulas dedicados a las artes. Además, esas informaciones
son sistematizadas según los siguientes criterios: descripción de cada actividad; sus personajes,
o usuarios del espacio; el “escenario”, que es la configuración espacial que sirve a la realización
de la actividad académica, y las principales necesidades de los usuarios al vivenciar cada escena.
Con todo eso, es posible hacer modelos de esas actividades en planta baja y definir una
modulación básica utilizada para todos los prototipos. Para la definición de la modulación y la
altura de cada prototipo, se consideraron los siguientes criterios:
a) El espacio mínimo necesario a la circulación de una persona, de 0,60m. Como la
modulación definirá los ejes de los elementos constructivos, para evitar dimensiones más
pequeñas que 0,60m se establece la modulación en planta de 0,70m. Se adopta la altura
estandár de tres metros para todos los prototipos;
b) La proporción geométrica de los espacios – anchura, longitud y altura – definen los
modos propios de un espacio y, en algunos casos puede generar ondas estacionarias para bajas
frecuencias, molestas especialmente a la enseñanza de la música (Hopkins et al, 2003, p.66-67).
Para evitar esa situación, se indica que la proporción del espacio no sea expresa por números
enteros, a ejemple de 2:3:1 (Hopkins et al, 2003, p.66-67). Esa situación fue considerada al
definir las dimensiones de todos los prototipos.
La descripción de cada escena académica, su modelo en planta baja y su clasificación de
acuerdo a los prototipos son presentados en los Cuadros 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 y 3.5. A partir de esas
abstracciones teóricas, la investigación avanza a la definición de los requerimientos energéticos
para cada escena.
ESCENA 01.A: GABINETE PROFESOR
Personajes: profesores y/o investigadores
Escenario: espacio compartido entre 2 profesores, donde cada uno posee una mesa con ordenador y un armario para documentos
Actividades: lectura, análisis y elaboración de documentos, impresos o por el ordenador; planificación de actividades de enseñanza e investigación por medio del ordenador; necesidad de concentración para la realización de las actividades
Necesidad principal: concentración para realización de trabajos de larga duración.
PROTOTIPO 01
31
ESCENA 01.B: GRUPOS DE TRABAJO
Personajes: grupos de dos a ocho personas, donde uno de ello puede ser un profesor
Escenario: espacio ocupado por una mesa para seis personas y, si posible, una pizarra y un proyector fijado al techo
Actividades: debate de ideas a la realización de trabajos académicos; utilización de laptops, material impreso y,
algunas veces, proyector y pizarra para presentación y discusión de contenidos académicos.
Necesidad principal: interacción entre miembros del grupo, que deben comprehender bien tanto lo que hablan
como el material elaborado o en elaboración.
Personajes: grupos de dos a seis personas, de los cuáles hay un profesor como coordinador del grupo y los otros
pueden ser otros profesores, investigadores invitados y becarios.
Escenario: espacio ocupado por mesas con ordenadores, una mesa para reunión y armarios.
Actividades: realización de actividades de investigación por medio de ordenadores y material impreso; reuniones
del grupo a fin de definir tareas y debatir los resultados del trabajo.
Necesidades principales: concentración para realización de trabajos de larga duración e interacción entre miembros
del grupo, que deben comprehender bien tanto lo que hablan como el material elaborado o en elaboración.
PROTOTIPO 01ESCENA 01.C: GRUPO DE INVESTIGACIÓN TEÓRICA
32
Personajes: grupos de dos a seis personas, de los cuáles hay un profesor como coordinador del grupo y
los otros pueden ser otros profesores, investigadores invitados y becarios.
Escenario: espacio ocupado por mesas con ordenadores, una mesa para reunión y armarios.
Actividades: realización de actividades de investigación por medio de ordenadores y material impreso;
necesidad de espacio para reuniones del grupo a fin de definir tareas y debatir los resultados del trabajo.
Necesidades principales: concentración para realización de trabajos de larga duración; interacción entre
miembros del grupo, que deben comprehender bien tanto lo que hablan como el material elaborado o
en elaboración.
PROTOTIPO 02ESCENA 02.A: GRUPO DE INVESTIGACIÓN
33
Personajes: profesor y grupo de alumnos del curso de artes plásticas, entre 10 a 15 personas.
Escenario: espacio ocupado por mesas para dibujo o pintura, algunas veces organizadas en círculo y
otras veces en filas de mesas, a depender de la actividad.
Actividades: realización de actividades de dibujo y pintura para: aprender a manejar los colores; dibujar /
pintar a partir de la observación de objetos, modelos o temas abstractos.
Necesidades principales: condiciones visuales adecuadas para las actividades de pintura y dibujo;
concentración a la realización de trabajos artísticos.
PROTOTIPO 02ESCENA 02.B: AULA ARTES PLÁSTICAS
34
Personajes: profesor y grupo de alumnos de los cursos de música, máximo cinco alumnos por clase.
Escenario: espacio ocupado por sillas específicas para cada instrumento musical y las partituras. Algunos
instrumentos más grandes, como el piano, es el definidor de la escena.
Actividades: ejecución de piezas musicales y/o ejercicios prácticos específicos para el entrenamiento de
cada instrumento musical
Necesidades principales: condiciones acústicas adecuadas a la ejecución de piezas musicales;
concentración a la realización de trabajos artísticos.
PROTOTIPO 02ESCENA 02.C: AULA INSTRUMENTOS MUSICALES
35
Personajes: profesor o conferencista invitado más grupo de alumnos, entre 20 y treinta
personas clase.
Escenario: espacio del profesor / conferencista definido por el tablero, la pizarra y una mesa
donde hay un ordenador; espacio de los alumnos definido por las sillas, que pueden
organizarse de distintas formas: en filas, agrupadas o en círculos.
Actividades: presentación de los contenidos por medio de pizarra y proyección; debates
teóricos (sillas ordenadas en círculo); actividades en grupos (sillas agrupadas)
Necesidades principales: entendimiento de lo que se habla, tanto del profesor cuanto de los
alumnos; visualización de los contenidos presentados a la pizarra, por medio de proyección,
así como de los cuadernos donde los alumnos hacen sus apuntes; interacción entre
miembros del grupo, que deben comprehender bien tanto lo que hablan como el material
elaborado o en elaboración.
PROTOTIPO 03ESCENA 03.A: AULA TEÓRICA
36
Personajes: profesor y grupo de alumnos del curso de artes plásticas, entre 10 a 15 personas.
Escenario: espacio ocupado por mesas para dibujo o pintura, algunas veces organizadas en
círculo y otras veces en filas de mesas, a depender de la actividad; necesidad de una pila para
limpieza de los materiales de pintura.
Actividades: realización de actividades de dibujo y pintura para: aprender a manejar los
colores; dibujar / pintar a partir de la observación de objetos, modelos o temas abstractos.
Necesidades principales: condiciones visuales adecuadas para las actividades de pintura y
dibujo; concentración a la realización de trabajos artísticos.
PROTOTIPO 03ESCENA 03.B: AULA ARTES PLÁSTICAS
37
Personajes: profesor y grupo de alumnos, entre 10 a 15 personas.
Escenario: espacio del profesor definido por la pizarra y una mesa donde hay un ordenador;
espacio de los alumnos definido por las mesas organizadas en filas, permitiendo la realización
de trabajos en grupo de dos o tres personas y donde pueden haber ordenadores de la
institución o ponerse laptops de los alumnos.
Actividades: presentación de los contenidos por medio de pizarra y proyección; realización
de trabajos en grupos, con la tutoría del profesor y/o tutores.
Necesidades principales: entendimiento de lo que se habla, tanto del profesor cuanto de los
alumnos; visualización de los contenidos presentados a la pizarra, por medio de proyección,
así como de las pantallas de los ordenadores / laptops; interacción entre miembros del grupo,
que deben comprehender bien tanto lo que hablan como el material elaborado o en
elaboración.
PROTOTIPO 03ESCENA 03.C: AULA DE INFORMÁTICA
38
Personajes: grupos de dos a seis personas, de los cuáles hay un profesor como coordinador
del grupo y los otros pueden ser otros profesores, investigadores invitados y becarios.
Escenario: bancadas de laboratorio; ordenadores, que pueden estar conectados a otros
equipos, colectando y analizando datos de los experimentos; una mesa para reunión y
armarios.
Actividades: realización y evaluación de datos de experimentos de las siguientes áreas del
conocimiento: química, física; ingeniería, biología, medicina, farmacia; reuniones del grupo a
fin de definir tareas y debatir los resultados del trabajo.
Necesidades principales: concentración para realización de trabajos de larga duración;
interacción entre miembros del grupo, que deben comprehender bien tanto lo que hablan
como el material elaborado o en elaboración; visualización adecuada a cada tipo de
experimento y/o equipo.
PROTOTIPO 03ESCENA 03.D: LABORATORIO DE INVESTIGACIÓN
39
Personajes: profesor o conferencista invitado más grupo de alumnos,
entre 30 y 40 personas.
Escenario: espacio del profesor / conferencista definido por el tablero,
la pizarra y una mesa donde hay un ordenador; espacio de los alumnos
definido por las sillas organizadas en filas.
Actividades: presentación de los contenidos por medio de pizarra y
proyección; debates teóricos sin la necesidad de cambiar la posición de
las sillas.
Necesidades principales: entendimiento de lo que se habla, tanto del
profesor cuanto de los alumnos; visualización de los contenidos
presentados a la pizarra, por medio de proyección, así como de los
cuadernos donde los alumnos hacen sus apuntes.
PROTOTIPO 04ESCENA 04.A: AULA TEÓRICA
40
Personajes: profesor o artista invitado más grupo de alumnos, entre 10
y 15 personas.
Escenario: espacio para ejercicios corporales definido por un gran
espejo, donde el profesor y los alumnos pueden ver los movimientos del
grupo, así como su propio movimiento; piso que absorba los impactos
de los movimientos corporales.
Actividades: práctica de ejercicios corporales propios de los cursos de
danza y teatro; utilización de músicas durante esos ejercicios para dar
ritmo a los movimientos corporales.
Necesidades principales: visualización de los movimientos;
entendimiento de lo que se habla, tanto del profesor cuanto de la
música ejecutada por algún equipo sonoro.
PROTOTIPO 04ESCENA 04.B: AULA PRÁCTICA DANZA / TEATRO
41
Personajes: profesor y grupo de alumnos, entre 10 a 15 personas.
Escenario: espacio del profesor definido por la pizarra y una mesa donde
hay un ordenador; bancadas de laboratorio organizadas en filas,
permitiendo la realización de actividades en grupos de dos a cuatro
personas.
Actividades: realización y evaluación de datos de experimentos de las
siguientes áreas del conocimiento: química, física; ingeniería, biología,
medicina, farmacia; visualización de contenidos presentados a la pizarra
y/o por medio de proyección.
Necesidades principales: entendimiento de lo que se habla, tanto del
profesor cuanto de los alumnos; visualización de los contenidos
presentados a la pizarra y/o por medio de proyección; interacción entre
miembros del grupo, que deben comprehender bien tanto lo que hablan
como el material elaborado o en elaboración; visualización adecuada a
cada tipo de experimento y/o equipo.
PROTOTIPO 04ESCENA 04.C: LABORATORIO EXPERIMENTAL
42
Personajes: profesor o conferencista invitado más grupo de alumnos,
entre 60 y 70 personas.
Escenario: espacio del profesor / conferencista definido por el tablero, la
pantalla de proyección y una mesa donde hay un ordenador; espacio de
los alumnos definido por las sillas organizadas en filas.
Actividades: presentación de los contenidos por medio de pizarra y
proyección; debates teóricos sin la necesidad de cambiar la posición de
las sillas.
Necesidades principales: entendimiento de lo que se habla, tanto del
profesor cuanto de los alumnos; visualización de los contenidos
presentados por medio de proyección.
PROTOTIPO 05ESCENA 05.A: AULA TEÓRICA
43
Personajes: profesor o conferencista invitado más grupo de alumnos,
entre 40 y 50 personas.
Escenario: mesas donde los alumnos pueden organizarse en grupos o
individualmente; posibilidad de tutoría del profesor a cada alumno o al
grupo; pizarra y pantalla de proyección para clases específicas
ministradas por el profesor o presentación de los trabajos por los
alumnos.
Actividades: elaboración y discusión de trabajos prácticos de las
disciplinas de cada curso, por medio de maquetas, dibujos o actividades
con máquinas específicas, presentación de contenidos específicos por el
profesor y/o conferencista invitado por medio de proyección.
Necesidades principales: entendimiento de lo que se habla entre las
personas del grupo, incluida la tutoría del profesor, así como las clases
ministradas por el profesor; visualización de adaptada a cada tarea
práctica, así como de los contenidos presentados por medio de
proyección.
PROTOTIPO 05ESCENA 05.B: TALLER (proyectos, mecánica, etc.)
44
45
2.1 REQUERIMIENTOS TÉRMICOS PARA AMBIENTES DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE
Para la definición de los requerimientos térmicos adecuados a los ambientes de
enseñanza, hay que destacar que lo esencial en ese tema es garantizar a los usuarios, en
cualquier situación, que no sientan ni tanto frío ni tanto calor. Esas sensaciones, además de
molestas, dificultan todas las actividades que exigen concentración, característica fundamental
a todos los espacios de enseñanza universitaria.
En Brasil hay ocho zonas bioclimáticas distintas, con climas que varían desde el cálido-
húmedo hasta el templado, donde puede hasta nevar en algunas ciudades ubicadas en alturas
por encima de 1.000m sobre el nivel del mar. Con condiciones tan distintas, esta tesina define
los requerimientos térmicos para ambientes de enseñanza de acuerdo a cada zona climática,
buscando configurar parámetros a las superficies que separan los espacios exterior e interior.
Para eso, primeramente se describe cada zona bioclimática, presentando sus ábacos
psicométricos y, con eso datos, presenta los requerimientos térmicos para cada zona, que deben
ser utilizados por todos los prototipos.
2.1.1. Características de las zonas bioclimáticas de Brasil
La norma brasileña NBR 15.220/2003 establece ocho zonas donde sus características
bioclimáticas son relativamente homogéneas (Figuras 22 y 23). En el mapa en color, presentado
por Lamberts et al (2014), es posible reconocer mejor cada zona y las principales ciudades
brasileñas. Por otro lado, el mapa en blanco y negro, presentado por la norma, es posible
identificar las latitudes y longitudes del territorio brasileño, así como el porcentaje de área
caracterizado por cada zona bioclimática.
Figura 22: Zoneamento Bioclimático
brasileño (Lamberts et al, 2014, p. 97) Figura 23: Zoneamento Bioclimático
brasileño (NBR 15.220-3/2003, p. 3)
46
La descripción de cada zona bioclimática, presentada abajo, está basada en la norma NBR
15.220/2003 y en Lamberts (2014). Los ábacos psicométricos utilizados están basados en Givoni
(1992), conforme expuesto en el ítem 1.3.1.
c) ZONA 1:
Ubicada entre las latitudes 25°S y 35°S, las
temperaturas medias anuales son por debajo de los 20°C. La
oscilación anual de temperatura se sitúa entre 9°C y 13°C. Las
precipitaciones anuales son elevadas, entre 1.500mm y
2.000mm. Los inviernos son rigurosos a causa de la altura en
relación al nivel del mar, por encima de 1.000m (Lamberts et
al, 2014). Figura 24: Ábaco psicométrico Zona 1 (NBR 15.220/2003)
d) ZONA 2:
Ubicada en las mismas latitudes de la Zona 1, entre 25°S
y 35°S, pero con inviernos menos rigurosos. Las temperaturas
medias son por debajo de los 20°C. La oscilación anual de
temperatura se sitúa entre 9°C y 13°C. Las precipitaciones
anuales son elevadas, entre 1.500mm y 2.000mm (Lamberts
et al, 2014).
Figura 25: Ábaco psicométrico Zona 2 (NBR 15.220/2003)
e) ZONA 3:
Ubicada entre las latitudes 15°S y 25°S, las
temperaturas medias anuales son entre 18°C y 22°C. Las
precipitaciones anuales son elevadas, entre 1.000mm y
1.800mm. En la mayor parte de esas ciudades, las lluvias son
más intensas en verano. En las ciudades ubicadas en altitudes
más altas ocurren inviernos más rigurosos a causa de la masas
de aire fría originarias de la masa polar atlántica (Lamberts et
al, 2014). Figura 26: Ábaco psicométrico Zona 3 (NBR 15.220/2003)
47
f) ZONA 4:
Ubicada entre las latitudes 15°S y 25°S, las
temperaturas medias anuales son entre 18°C y 22°C. Las
precipitaciones anuales son elevadas, entre 1.000mm y
1.800mm, con lluvias más intensas en verano. El invierno es
seco y, a veces, la baja humedad se extiende hasta el inicio de
la primavera. Además, los inviernos suelen ser rigurosos a
causa de la masas de aire fría originarias de la masa polar
atlántica (Lamberts et al, 2014). Figura 27: Ábaco psicométrico Zona 4 (NBR 15.220/2003)
g) ZONA 5:
Ubicada entre las latitudes 10°S y 25°S, las
temperaturas medias anuales son entre 18°C y 26°C. Las
precipitaciones anuales son elevadas, entre 1.000mm y
1.500mm, con lluvias más intensas en verano (Lamberts et al,
2014). La humedad es alta a causa de la proximidad con el
océano o por ubicarse en regiones de ecosistemas naturales
con gran presencia de masas de agua, como el Pantanal.
Figura 28: Ábaco psicométrico Zona 5 (NBR 15.220/2003)
h) ZONA 6:
Ubicada entre las latitudes 10°S y 25°S, las
temperaturas medias anuales son entre 18°C y 26°C. Las
precipitaciones anuales son elevadas, entre 1.000mm y
1.500mm, con lluvias más intensas en verano. A causa de
situarse en el centro del país, más distante del océano
Atlántico, la oscilación térmica anual es más alta, así como su
humedad relativa es más baja (Lamberts et al, 2014). Figura 29: Ábaco psicométrico Zona 6 (NBR 15.220/2003)
i) ZONA 7:
Ubicada entre las latitudes 5°S y 15°S, las temperaturas
medias anuales son muy altas, en torno a los 27°C. Abarca
ciudades donde las precipitaciones anuales son elevadas,
entre 1.000mm y 1.500mm, con lluvias más intensas en
verano, así como la región más seca del país, con
precipitaciones anuales menores que 800mm. La oscilación
térmica anual varía entre 5°C y 7°C (Lamberts et al, 2014). Figura 30: Ábaco psicométrico Zona 7 (NBR 15.220/2003)
48
j) ZONA 8:
Entre las latitudes 5°N y 20°S, comprende las ciudades
ubicadas en la región amazónica y en el litoral atlántico. Sus
temperaturas medias anuales son altas, entre 24°C y 26°C, así
como las precipitaciones anuales, entre 1.000mm y 1.500mm
en el litoral atlántico y mayor que 2.500mm en la región
amazónica. A causa de las altas humedades, la oscilación
térmica anual es muy baja, en torno a los 3°C (Lamberts et al,
2014). Figura 31: Ábaco psicométrico Zona 8 (NBR 15.220/2003)
2.1.2 Zonas bioclimáticas de Brasil y sus requerimientos térmicos
A partir de la caracterización de las zonas bioclimáticas de Brasil, la norma brasileña NBR
15.220/2003 establece parámetros constructivos y estrategias térmicas pasivas a la
construcción o reformas de edificaciones (Tabla 02). Esos requerimientos térmicos incluyen:
a) Proporción entre el área de ventanas (Av) con el área de piso (S): la ventana es el
elemento constructivo que permite la entrada de la radiación solar, de la luz natural reflejada y
de los vientos, factores que influyen decisivamente en los procesos de ganancias y pérdidas de
calor del ambiente;
b) Comportamiento frente a la radiación solar: principal factor natural de ganancia de
calor, ese parámetro indica cuando se debe aprovechar la entrada de radiación solar en los
ambientes;
c) Coeficiente de transmitancia térmica de las paredes y de la cubierta : característica
fundamental de los cerramientos externos, ese parámetro orienta el arquitecto a la hora de
definir los sistemas y materiales constructivos;
d) Estrategias térmicas pasivas: presenta sugerencias para estimular la adopción de
propuestas constructivas que busquen adaptarse al microclima de su emplazamiento,
posibilitando significativos ahorros de energía. Una breve descripción de las estrategias térmicas
pasivas indicadas en la Tabla 3.1 sigue abajo:
i. captación solar: utilizar los cerramientos para captar la energía de la radiación
solar y transmitirla al ambiente interior en los momentos más fríos del día;
ii. inercia térmica: utilizar la resistencia al paso del calor de los cerramientos a fin de
evitar grandes amplitudes térmicas en el interior, así como temperaturas internas
muy elevadas o muy bajas;
iii. ventilación selectiva: permitir la entrada de los vientos en determinados horarios
a fin de disminuir la temperatura interna
iv. ventilación cruzada: permitir la entrada de los vientos dentro de la edificación de
manera que él atraviese todo el ambiente, mediante una abertura a la face
opuesta a la entrada del aire;
49
v. refrigeración evaporativa: mediante ventilación más la evaporación del agua o
por la transpiración de plantas, se disminuye la temperatura del aire por
convección;
No obstante, a la hora del diseño, es necesario evaluar la situación topográfica, el régimen
de los vientos y el ábaco psicométrico de la real ubicación, en conjunto con los requerimientos
térmicos indicados para cada zona bioclimática. Pueden ocurrir situaciones en que la topografía,
por ejemplo, exija que sean adoptados otros parámetros constructivos que aquellos
establecidos por la Tabla 02.
50
Tabla 02: Zonas bioclimáticas de Brasil y sus requerimientos térmicos
Fuente: NBR 15.220/2003
ZONA CARACTERÍSTICAS DE LAS VENTANAS CERRAMIENTOS EXTERNOS ESTRATÉGIAS TÉRMICAS PASIVAS
ZONA 01
ÁREA DE VENTANAS medias (AV=15%< S >25%) PAREDES U ≤ 3,00 W/m2.K VERANO -
RADIACCIÓN SOLAR permitir la entrada (período frío) CUBIERTA U ≤ 2,00 W/m2.K INVIERNO captación solar; inercia térmica
ZONA 02
ÁREA DE VENTANAS medias (AV=15%< S >25%) PAREDES U ≤ 3,00 W/m2.K VERANO ventilación cruzada
RADIACCIÓN SOLAR permitir la entrada (período frío) CUBIERTA U ≤ 2,00 W/m2.K INVIERNO captación solar; inercia térmica
ZONA 03
ÁREA DE VENTANAS medias (AV=15%< S >25%) PAREDES reflectora de la radiación;
U ≤ 3,60 W/m2 VERANO ventilación cruzada
RADIACCIÓN SOLAR permitir la entrada (período frío) CUBIERTA con aislante; U ≤ 2,00 W/m2.K INVIERNO captación solar; inercia térmica
ZONA 04
ÁREA DE VENTANAS medias (AV=15%< S >25%) PAREDES U ≤ 2,20 W/m2.K VERANO refrigeración evaporativa; inercia
térmica; ventilación selectiva
RADIACCIÓN SOLAR evitar la entrada (cualquier período) CUBIERTA con aislante; U ≤ 2,00 W/m2.K INVIERNO captación solar; inercia térmica
ZONA 05
ÁREA DE VENTANAS medias (AV=15%< S >25%) PAREDES reflectora de la radiación
U ≤ 3,60 W/m2.K VERANO ventilación cruzada
RADIACCIÓN SOLAR evitar la entrada (cualquier período) CUBIERTA con aislante; U ≤ 2,00 W/m2.K INVIERNO inercia térmica
ZONA 06
ÁREA DE VENTANAS medias (AV=15%< S >25%) PAREDES U ≤ 2,20 W/m2.K VERANO refrigeración evaporativa; inercia
térmica; ventilación selectiva
RADIACCIÓN SOLAR evitar la entrada (cualquier período) CUBIERTA con aislante
U ≤ 2,00 W/m2.K INVIERNO inercia térmica
ZONA 07
ÁREA DE VENTANAS pequeñas (AV=10%< S >15%) PAREDES U ≤ 2,20 W/m2.K VERANO refrigeración evaporativa; inercia
térmica; ventilación selectiva
RADIACCIÓN SOLAR evitar la entrada (cualquier período) CUBIERTA U ≤ 2,00 W/m2.K INVIERNO -
ZONA 08
ÁREA DE VENTANAS grandes (AV > 40%.S) PAREDES reflectora de la radiación
U ≤ 3,60 W/m2.K VERANO ventilación cruzada
RADIACCIÓN SOLAR evitar la entrada (cualquier período) CUBIERTA reflectora de la radiación
(U ≤ 2,30 W/m2.K) INVIERNO -
51
2.2 REQUERIMIENTOS LUMÍNICOS PARA AMBIENTES DE ENSEÑANZA
Para la definición de los requerimientos lumínicos de los ambientes de enseñanza, se
establece una metodología para los requerimientos lumínicos referentes a: la cantidad de la luz;
como evitar los deslumbramientos; aspectos cualitativos de las luminarias relativos al color.
Todos esos requerimientos están sintetizados a la Tabla 04.
2.2.1 Requerimientos para la cantidad de luz
a) Definición de la iluminancia para los principales planos de trabajo donde se realizan
las actividades, para cada escena, así como la altura de esos planos y la posición del
usuario, de pie o sentado. Los valores de iluminancia están indicados de acuerdo a las
normas vigentes, en lux;
b) Para la iluminancia general, se define como parámetro el valor de 200 lux, en el cual
es posible identificar el rostro correctamente (Serra y Coch, 1995, p.115)
c) Indicación el índice de reflectancia de la superficie de trabajo, siendo admitido un
valor padrón de 0,80 para hojas blancas de papel. En los casos en que no sean las hojas
de papel, será indicado cual será la superficie y su índice de reflectancia;
d) Con la definición de la iluminancia y del índice de reflectancia, es posible calcular la
luminancia a partir de la siguiente fórmula:
L = (E . ƍ)/π, donde:
L = luminancia, medido en candelas por metro cuadrado (cd/m2);
E = iluminancia, medido en lux;
ƍ = índice de reflectancia de la superficie, adimensional, con valores entre 0 y 1.
e) A partir de los valores de referencia de la luminancia y del índice de reflectancia y de
la relación de contraste de luminancias entre la zona de trabajo y su entorno,
presentado en el capítulo 2 de esta tesina, se ofrece a los proyectistas informaciones
básicas al diseño de proyectos lumínicos orientado a la percepción;
f) Un factor fundamental para ese tipo de proyecto es la definición del índice de
reflectancia para las otras superficies del ambiente. Se indican los valores presentados
en la Tabla 03 como sugerencia, cuyos valores deberán ser evaluados para cada
proyecto
Tabla 03: Índices de reflectancia para ambientes de enseñanza y aprendizaje
SUPERFICIES ÍNDICES DE REFLECTANCIA (ƍ)
Techos 0,70 – 0,80
Paredes 0,50 – 0,70
Divisiones 0,50 – 0,70
Suelos 0,15 – 0,20
Mobiliario y equipo 0,20 – 0,40
Cortinas y/o persianas 0,50 – 0,70
Fuente: IDAE, (2001, p. 50)
52
2.2.2 Requerimientos para evitar el deslumbramiento
Los deslumbramientos deben ser evitados en los ambientes de enseñanza y aprendizaje
pues, además de molestos, esos ambientes se caracterizan por la larga permanencia de los
usuarios en esos ambientes.
Con la diseminación de los ordenadores y nuevos equipos de informática en las aulas, el
efecto de deslumbramiento se pone aún más molesto, a causa de las características de las
pantallas. En los ambientes que utilizan esos equipos, la presencia de brillos generados tanto
por la luz natural como por la artificial sobre las pantallas de los ordenadores, se convierte en el
principal problema a resolver para la consecución de un buen alumbrado (IDAE, 2001, p. 19).
Para evitar esas situaciones, esta tesina indica, para cada escena, las siguientes
informaciones:
a) características de los planos de trabajo: mesa con ordenador; bancada de laboratorio,
etc.
b) las alturas de los planos de trabajo (hPT) a iluminar y las respectivas alturas de las
miradas de los observadores (hUS);
c) la clase de calidad al deslumbramiento directo, característica ser observada a la hora
de especificar la luminaria.
Con esas informaciones y el diagrama C.I.E, presentado en la Figura 2.11, el proyectista
tiene parámetros suficientes a la hora de diseñar los ambientes de enseñanza y aprendizaje y
evitar las situaciones de deslumbramientos. El control del deslumbramiento se puede lograr
mediante la distribución idónea de mesas, pupitres, pizarras, etc., y la utilización de sistemas de
apantallamiento con regulación en ventanas y claraboyas, como lamas, persianas, cortinas, etc.
(IDAE, 2001, p. 25). En el caso de las pizarras, para evitar los reflejos que dificultan la visión total
o parcial de la misma, se recomienda luminarias tipo “bañador” de pared (IDAE, 2001, p. 16).
2.2.3 Requerimientos cualitativos de las luminarias relativos al color
Los ambientes de enseñanza y aprendizaje, a causa de la diversidad de actividades que
realizan, necesitan de un buen índice de reproducción de color en la gran mayoría de sus
recintos. Sin embargo, aquellos dedicados a las artes plásticas u otras prácticas relacionadas al
dibujo o diseño técnico, requieren excelentes IRC´s (IDAE, 2001, p. 26).
Sobre la temperatura de color, se indica para los prototipos espaciales la adopción de una
temperatura neutra, en torno a los 4.000K, pues todas las escenas especificadas para cada
prototipo requieren larga permanencia de los usuarios en los recintos. Así, tanto la opción de
tonos cálidos podría influenciar la dispersión de los alumnos como los tonos fríos sugeriría un
ambiente impersonal.
53
Tabla 04: Requerimientos lumínicos para ambientes de enseñanza y aprendizaje
PROTOTIPOS Y ESCENAS PLANO DE TRABAJO
ALTURA DEL PLANO DE TRABAJO
hPT (m)
ALTURA DE LA MIRADA DEL
USUARIO hUS (m)
E (lux) ƍ L (cd/m2) CLASE DE CALIDAD AL DESLUMBRAMIENTO
DIRECTO IRC
TERMPERATURA DEL COLOR
PR
OTO
TIP
O 0
1 ESCENA 01.A
gabinete profesor mesa con ordenador 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 A 70 - 80
4.000 K (neutro)
ESCENA 01.B grupo de trabajo
mesa con ordenador 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 A 70 - 80
4.000 K (neutro) pizarra 0,90 - 2,10 1,20 300,00 0,70 66,85 B
ESCENA 01.C grupo de investigación teórica
mesa con ordenador 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 A 70 - 80
4.000 K (neutro) mesa de reunión 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 B
PR
OTO
TIP
O 0
2 ESCENA 02.A
laboratorio de investigación en informática
mesa con ordenador 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 A 70 - 80
4.000 K (neutro) mesa de reunión 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 B
ESCENA 02.B aula artes plásticas
mesa para dibujo 0,72 1,20 750,00 0,80 190,99 A 90 - 100
4.000 K (neutro) pizarra 0,90 - 2,10 1,20 500,00 0,70 111,41 A
ESCENA 02.C aula instrumentos musicales
soporte a la partitura 0,95 - 1,40 1,20 300,00 0,80 76,39 B 70 - 80 4.000 K (neutro)
PR
OTO
TIP
O 0
3
ESCENA 03.A aula teórica
pupitre 0,70 1,20 300,00 0,80 76,39 B
70 - 80 4.000 K (neutro)
mesa con ordenador 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 A
pizarra 0,90 - 2,10 1,20 300,00 0,70 66,85 B
ESCENA 03.B aula artes plásticas
mesa para dibujo 0,72 1,20 750,00 0,80 190,99 A 90 - 100
4.000 K (neutro) pizarra 0,90 - 2,10 1,20 500,00 0,70 111,41 A
ESCENA 03.C aula de informática
mesa con ordenador 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 A 70 - 80
4.000 K (neutro) pizarra 0,90 - 2,10 1,20 300,00 0,70 66,85 B
ESCENA 03.D laboratorio de investigación experimental
mesa con ordenador 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 A
70 - 80 4.000 K (neutro)
bancada de laboratorio de pie: 0,90 1,70
500,00 0,80 127,32 B sentado: 0,75 1,20
mesa de reunión 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 B
PR
OTO
TIP
O 0
4
ESCENA 04.Aaula teórica
pupitre 0,70 1,20 300,00 0,80 76,39 B
70 - 80 4.000 K (neutro)
mesa con ordenador 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 A
pizarra 0,90 - 2,10 1,20 300,00 0,70 66,85 B
ESCENA 04.B aula práctica danza / teatro
suelo 0,30 1,20 300,00 0,80 76,39 C 70 - 80 4.000 K (neutro)
ESCENA 04.C laboratorio experimental
bancada de laboratorio de pie: 0,90 1,70
500,00 0,80 127,32 B
70 - 80 4.000 K (neutro)
sentado: 0,75 1,20
pizarra 0,90 - 2,10 1,20 300,00 0,70 66,85 B
mesa con ordenador 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 A
PR
OTO
TIP
O 0
5
ESCENA 05.A aula teórica
pupitre 0,70 1,20 300,00 0,80 76,39 B
70 - 80 4.000 K (neutro)
mesa con ordenador 0,72 1,20 300,00 0,80 76,39 A
pizarra 0,90 - 2,10 1,20 300,00 0,70 66,85 B
ESCENA 05.B taller (proyectos; mecánica; etc.)
mesas para trabajos con agudeza visual de pie: 0,90 1,70
750,00 0,80 190,99 B
80 - 90 4.000 K (neutro)
sentado: 0,75 1,20
mesas para trabajos sin agudeza visual de pie: 0,90 1,70
300,00 1,80 171,89 D sentado: 0,75 1,20
pizarra 0,90 - 2,10 1,20 300,00 0,70 66,85 B
54
2.3 REQUERIMIENTOS ACÚSTICOS PARA AMBIENTES DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE
Para la definición de los requerimientos acústicos de los ambientes de enseñanza y
aprendizaje, la principal consideración es permitir que los usuarios tengan condiciones
adecuadas a la concentración y que la comunicación entre profesor y alumno, así como entre
alumnos, sea la más clara posible.
Así, el primer parámetro considerado es el ruido de fondo dentro del aula. Para su
definición, interfieren los siguientes aspectos:
a) fuentes de ruido externas a la edificación: a la hora del diseño, es necesario evaluar
la ubicación de la futura edificación y sus probables fuentes de ruido, conjuntamente con las
frecuencias de los mismos. Para que los ambientes no sean molestados por ellas, las estrategias
indicadas son alejarse de la fuente y/o crear barreras acústicas, mediante la topografía y la
vegatación;
b) fuentes de ruido internas a la edificación: las edificaciones universitarias se
caracterizan por su gran densidad de ocupación, tanto en las aulas como en los espacios de
circulación. En esos casos, es posible evaluar la potencia sonora de esas fuentes e indicar
parámetros de reducción sonora a ser utilizado a la hora de especificar los cerramientos de los
recintos.
En el caso de las fuentes de ruido emitidas por los espacios de circulación, Hopkins et al
(2003) define cuál debe ser la reducción sonora mínima de las paredes (Tabla 05).
Tabla 05: Reducción sonora entre ambientes de enseñanza y espacios de circulación
Fuente: Hopkins et al, 2003, p. 12
En el caso de las fuentes de ruido emitidas por otros ambientes de enseñanza, Hopkins et
al (2003) define características específicas para cada tipo de espacio en relación a su producción
de ruido y su toleración al ruido emitido por un recinto adyacente (Tabla 06).
Tabla 06: Reducción sonora entre ambientes de enseñanza y espacios de enseñanza
Fuente: Hopkins et al, 2003, p. 10
ESPACIOS DE ENSEÑANZA paredes, incluso
con ventanas puertas
aulas de música Rw ≥ 45 dB Rw ≥ 35 dB
todos los espacios de enseñanza, excepto aulas de música Rw ≥ 40 dB Rw ≥ 30 dB
DIFERENCIA DE NIVEL SONORO ENTRE DOS AMBIENTES: DN (dB)
RUIDO PRODUCIDO EN EL AMBIENTE
BAJO MEDIO ALTO MUY ALTO
TOLERANCIA AL RUIDO
ALTO 30 35 45 55
MEDIO 35 40 50 55
BAJO 40 45 55 55
MUY BAJO 45 50 55 60
55
A partir del establecimiento de esas características, es posible calcular por la fórmula
indicada abajo cuál es la reducción sonora que el cerramiento que divide los dos ambientes debe
tener:
Rw = DN + 10 log(S x TRm / V) + 13 dB, donde:
Rw = reducción sonora del cerramiento, en dB;
DN = diferencia de nivel sonoro entre dos ambientes, en dB;
S = área del cerramiento, en m2;
TRm = tiempo de reverberación medio del, en segundos (en el caso de valores
distintos, utilizar el más restrictivo);
V = volumen del ambiente, en m3.
Por otro lado, es posible también evitar la interferencia de los ruidos externos en un
edificio universitario mediante la correcta distribución de los ambientes. Sobre ese aspecto,
Serra y Coch (1995, p. 291-292) desarrolla el concepto de relación topológica que los ambientes
interiores tengan tanto con los factores externos como con otros ambientes internos. Para
clasificar esas relaciones, se definen los tipos de función que desempeñan cada tipo de ambiente
y su respectiva acción ambiental, conforme indicado en el Cuadro 17.
Cuadro 17: Reducción sonora entre ambientes de enseñanza y espacios de circulación
Fuente: Serra y Coch (1995, p. 292)
A partir del análisis de todos los ambientes que componen el programa de necesidades
de una edificación universitaria por medio de sus relaciones topológicas, es posible distribuir
espacios pasivos, por ejemplo, entre dos espacios que producen bastante ruido, como las aulas
de música.
Otro parámetro considerado al establecimiento de los requerimientos acústicos es la
inteligibilidad de la palabra. En el caso de los prototipos, a partir de la definición del ruido de
fondo del recinto, del aislamiento de los cerramientos necesario para garantizar el nivel de ruido
de fondo, y el tiempo de reverberación, es posible obtener índices de inteligibilidad de la palabra
(STI – Speech Transmission Index) satisfactorios.
Como los dos primeros criterios ya fueron evaluados, el requerimiento que falta definir es
el tiempo de reverberación. Para los ambientes de enseñanza y aprendizaje, esos tiempos son
definidos de acuerdo al tipo de fuente sonora: la voz humana o los instrumentos musicales. En
el caso de la voz humana, es necesario que el entendimiento del discurso sea lo más claro
posible, o sea, que el tiempo de reverberación sea lo más próximo posible de los 0,5 segundos.
TIPO DE FUNCIÓN ACCIÓN AMBIENTAL
complejas producen energía requieren control
generadoras producen energía
no requieren control
receptoras no producen energía
requieren control
pasivas no producen energía no requieren control
56
Para eso, los recintos deben direccionar las primeras reflexiones para los usuarios más distantes
de la fuente sonora. Según Hopkins et al (2003, p. 14), el tiempo de reverberación medio para
ambientes de enseñanza y aprendizaje en que predomina la voz humana no debe ultrapasar los
0,8 segundos.
Por otro lado, las aulas dedicadas a la enseñanza y aprendizaje de la música necesitan que
el sonido tenga más reflexiones y, con eso, permanezcan por más tiempo en el recinto. Según
Hopkins et al (2003, p. 14), el tiempo de reverberación medio para esos ambientes no debe
ultrapasar 1 segundo. Por otro lado, para las bajas frecuencias, es admisible un incremento de
hasta 50% de ese valor.
57
Tabla 07: Requerimientos acústicos para ambientes de enseñanza y aprendizaje
PROTOTIPOS Y SUS ESCENAS RUIDO DE
FONDO Leq (dB)
RUIDO PRODUCIDO EN
EL AMBIENTE
TOLERANCIA AL RUIDO
TRm (s) ᾱ
PR
OTO
TIP
O 0
1 ESCENA 01.A
gabinete profesor 35 Bajo Bajo <0,80 0,12
ESCENA 01.B grupo de trabajo
35 Medio Bajo <0,80 0,12
ESCENA 01.C grupo de investigación teórica
35 Medio Bajo <0,80 0,12
PR
OTO
TIP
O 0
2
ESCENA 02.A laboratorio de investigación en
informática 35 Medio Bajo <0,80 0,14
ESCENA 02.B aula artes plásticas
35 Medio Bajo <0,80 0,14
ESCENA 02.C aula instrumentos musicales
30 Muy alto Muy bajo <1,00 0,11
PR
OTO
TIP
O 0
3
ESCENA 03.A aula teórica
35 Medio Bajo <0,80 0,16
ESCENA 03.B aula artes plásticas
35 Medio Bajo <0,80 0,16
ESCENA 03.C aula de informática
35 Medio Bajo <0,80 0,16
ESCENA 03.D laboratorio de investigación
experimental 40 Medio Medio <0,80 0,16
PR
OTO
TIP
O 0
4
ESCENA 04.A aula teórica
35 Medio Bajo <0,80 0,17
ESCENA 04.B aula práctica danza / teatro
40 Alto Muy bajo <0,80 0,17
ESCENA 04.C laboratorio experimental
40 Medio Medio <1,00 0,17
PR
OTO
TIP
O 0
5 ESCENA 05.A
aula teórica 35 Medio Bajo <0,80 0,18
ESCENA 05.B Taller (proyectos, mecánica,
ect.) 40 Medio Medio <0,80 0,18
58
3. CONCLUSIONES
Las universidades, a pesar de tener como función básica la enseñanza, presentan una gran
variedad de formas de ocupación del espacio, a causa de la diversidad de usuarios – profesores,
investigadores, conferencistas invitados, funcionarios, alumnos, becarios, etc. –, así como la
pluralidad de cursos que una institución universitaria ofrece a la sociedad. Así, los proyectos de
edificaciones universitarias deberían representar esa diversidad tanto en una multiplicidad de
soluciones de ambientes internos como en sus aspectos formales. En el caso de Brasil, las
distintas zonas climáticas es un factor adicional a la adopción de soluciones arquitectónicas
distintas. Sin embargo, no es eso lo que se ocurrió en el reciente proceso de expansión
universitaria. Una de las razones principales es la urgencia en construir las nuevas edificaciones,
buscando ampliar lo más rápido posible el número de vacancias en las universidades, impide
que los proyectos de arquitectura e ingeniería tengan el tiempo adecuado a su elaboración.
Otro aspecto importante se refiere a la práctica profesional. Mismo que se considere la
diversidad de usos de una edificación universitaria a la hora de elaborar el programa de
necesidades, los arquitectos no incorporan los parámetros energéticos a la hora del diseño. En
general, los profesionales de arquitectura desarrollan los proyectos preocupados con la solución
formal, el cumplimiento del programa de necesidades y la resolución de los layouts en los
ambientes internos. La responsabilidad en proponer las soluciones a cerca de los requerimientos
energéticos de la edificación se queda con los profesionales de ingeniería. Así, los arquitectos,
que definen los principales aspectos que interfieren en los parámetros energéticos – área y
volumen de los ambientes, sus ventanas, revestimientos de las superficies –, muchas veces no
comprenden como esos factores son cruciales a las actividades de enseñanza y aprendizaje. Por
otro lado, los ingenieros trabajan con base en un proyecto arquitectónico ya definido, con
posibilidades reducidas a la hora de proponer las mejores soluciones. Además, su formación no
lleva en consideración los aspectos comportamentales de como los usuarios se apropian de los
espacios.
Todos esos factores resultan en proyectos de edificaciones universitarias padronizadas,
incluso para ciudades con climas distintos. En las Figuras 4.1 y 4.2 es posible verificar un mismo
padrón de edificación para dos ciudades con climas muy distintos: en Barreiras el clima es cálido-
seco (Zona 7, según la NBR 15.220/2003), mientras que en Cruz das Almas es cálido-húmedo
(Zona 8, según la NBR 15.220/2003). Lo que más denota la ausencia de esos requerimientos es
la similitud de la proporción de ventanas: para Barreiras debería ser entre 10% a 15% y, para
Cruz das Almas, por encima de 40%.
59
Figuras 32 y 33: Pabellón de Aulas en Barreiras y Cruz das Almas, Bahia, Brasil
Fuente: Archivo fotográfico UFBA (2010)
Poner en valor los requerimientos energéticos es sólo el primer paso. Según los datos
presentados por esta tesina, hay varios conflictos entre los mismos y que, a la hora del diseño,
el equipo de proyectos tiene que definir cuál es la prioridad a ser atendida.
El primer de los conflictos apuntados por este trabajo académico es la resolución entre
los parámetros acústicos y térmicos. Según apuntado en el capítulo 2, tanto la resistencia al paso
del calor como la resistencia a la transmisión de las ondas sonoras dependen de la masa por
unidad de superficie de los cerramientos. O sea, en la mayoría de los casos un cerramiento
especificado para resistir al flujo de calor es también un obstáculo adecuado a la reducción
sonora. Así, en las zonas climáticas donde se indica inercia térmica y captación solar como
estrategia pasiva, es más simples integras las soluciones arquitectónicas tanto para ofrecer una
temperatura interna agradable como para garantizar el ruido de fondo de 35 dB: Por otro lado,
para solucionar esos dos requerimientos en la zona climática 8, que abarca las ciudades de clima
cálido-húmedo, probablemente el equipo de proyectos tendrá que optar por garantizar el
cumplimiento de uno de los dos parámetros, sin descuidarse de ofrecer condiciones razonables
al otro.
Los otros conflictos se refieren a la compatibilización entre luz natural y luz artificial.
Conforme apuntado en el capítulo 2, la luz natural es benéfica a todos los ambientes de
permanencia prolongada. En el caso de los ambientes de enseñanza y aprendizaje, la luz natural
proporciona espacios más agradables al convivio entre profesores y alumnos, además de ser
recomendado para los ambientes que necesitan un excelente índice de rendimiento de color.
Por otro lado, la luz natural es también uno de los principales factores a la aparición de
deslumbramientos, en especial en pizarras y pantallas. Así, por más agradable que sea la luz
natural y la visualización del paisaje, la concentración y el rendimiento de los alumnos es
perjudicado al enfrentar esa situación por largos periodos, como son las clases.
Además del deslumbramiento, la luz natural puede representar también la entrada del
calor en los ambientes de enseñanza y aprendizaje. En ese caso, el conflicto ultrapasa los límites
entre tipo de luz – natural y artificial –, abarcando el tema de la eficiencia energética. O sea, al
mismo tiempo en que la luz natural puede contribuir al ahorro de energía, evitando gastos
desnecesarios con la iluminación artificial, si mal planteado la entrada de la luz puede ser un
factor de aumento de los costes energéticos con climatización artificial.
60
En el caso específico de Brasil, la Tabla 3.1 indica que en cinco de las ocho zonas climáticas
se debe evitar la entrada de radiación solar, en cualquier período del año. Pero eso no significa
necesariamente que en esas ciudades la luz natural deba ser evitada.
Ese conflicto, así como los otros, representa la complexidad que envuelve la solución de
los problemas arquitectónicos. Todos ellos sólo se resuelven a la hora del diseño del proyecto,
pues dependen esencialmente de la exacta ubicación del terreno, sus condicionantes climáticas
y el programa de necesidades de la futura edificación. Además de esos aspectos, el equipo de
proyectos necesita conocer con más profundidad los conceptos y parámetros energéticos que
influyen en los espacios. En el caso de los ambientes de enseñanza universitaria, un proyecto
que considere esos requerimientos ciertamente influirá positivamente en la apropiación de los
espacios por los usuarios.
61
4. REFERENCIAS
ALMEIDA FILHO, Naomar de. Universidade Nova: textos críticos e esperançosos. Brasília, DF:
Editora Universidade de Brasília; Salvador, BA: EDUFBA, 2007.
CARRIÓN, Antoni. Diseño acústico de espacios arquitectónicos. Barcelona: Edicions UPC,
1998.
SERRA, R.; COCH, H. Arquitectura y energía natural. Barcelona: Edicions UPC, 1995.
FREIRE, Marcia Rebouças. Arquitetura na interface com a educação: outras referências. 2006.
199 f. Tese (Doutorado em Arquitetura e Urbanismo) – Faculdade de Arquitetura, Universidade
Federal da Bahia, Salvador, 2006.
GANSLANDT, R.; HOFMANN, H. Como planificar con luz. Leuchten: Erco Edition.
GIVONI, Baruch. Man, Climate and architecture. Londres: Elsevier, 1969.
HOPKINS, C. et al. Acoustic design of schools: a design guide. London: TSO, 2003.
IDAE – INSTITUTO PARA LA DIVERSIFICACIÓN Y AHORRO DE LA ENERGÍA. Guía técnica de
eficiencia energética en iluminación: Centros Docentes. Madrid: IDAE, 2001.
KOWALTOWSKI, Doris C. C. K. Arquitetura escolar: o projeto do ambiente de ensino. São Paulo:
Oficina de Textos, 2011.
LAMBERTS, R. et al. Eficiencia energética na arquitetura. Rio de Janeiro: Eletrobrás, 2014.
MEC – MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E CULTURA. Análise sobre a expansão das universidades
federais: 2003 - 2012. Brasília: MEC, 2012.
NBR 15.220/2003. Norma de desempenho térmico de edificações. Rio de Janeiro: ABNT, 2003.
OLGYAY, Victor. Design with climate: bioclimatic approach to architectural regionalism. Princeton:
Princeton University Press, 1973.
TREGUENZA, P; LOE, D. The design of lighting. London: E & FN Spon, 1998.