INTERVENTI DI CORREZIONE ACUSTICA NEGLI AMBIENTI SCOLASTICI: POSSIBILITÀ E COSTI

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1 Acustica e ambienti scolastici Akustik und schulische Einrichtungen Merano, 18 Marzo 2013 Meran, 18 März 2013 INTERVENTI DI CORREZIONE ACUSTICA NEGLI AMBIENTI SCOLASTICI: POSSIBILITÀ E COSTI Luigi Maffei, Gino Iannace Dipartimento di Architettura e Disegno Industriale, Seconda Università di Napoli, Aversa (Ce), luigi.maffei@unina2.it 1. Premesse e considerazioni generali Gli ambienti scolastici sono sistemi complessi. Essi devono assolvere diverse funzioni: insegnamento con trasmissione vocale, studio individuale, attività didattiche sportive e musicali, attività ricreative. Tutte funzioni che necessitano diversi livelli di concentrazione e coinvolgimento di studenti e docenti. Le condizioni acustiche negli ambienti scolastici sono anche esse complesse. Aule, palestre, piscine, possono essere esposte a sorgenti sonore esterne all'edificio (traffico stradale, ferroviario, aereo, impianti) ma anche a sorgenti sonore interne quali attività che si svolgono nelle aule limitrofe o nei corridori, impianti di condizionamento, apparecchiature per le attività didattiche (stampanti, computers). E' nondimeno di estrema importanza il rumore generato dagli stessi allievi durante le attività scolastiche quotidiane. In letteratura sono stati pubblicati diversi studi su questo aspetto [1,2]. I valori del livello della pressione sonora all'interno delle aule scolastiche dipendono dal rumore di fondo, dalla configurazione dell'aula, dalla presenza o meno di materiale fonoassorbente, dal grado di occupazione, dall'età degli allievi, dal tipo di attività ma anche, e non meno importanti, da aspetti sociali e pedagogici. Numerose e approfondite ricerche a livello internazionale confermano come la scarsa qualità dell acustica delle aule per la didattica possa generare effetti negativi sul processo di apprendimento degli alunni [3] con conseguente calo delle prestazioni, ma anche eccessivi sforzi vocali degli insegnanti con conseguenti patologie nonchè innesco di stress per insegnanti e allievi [4]. Non trascurabile è anche l aspetto del rischio da rumore in ambienti particolari come palestre e aule di conservatori per gli insegnati di educazione fisica [5] e di musica rispettivamente [6]. Esistono peraltro numerosi studi incentrati sulle migliori tecniche da applicare per il controllo delle condizioni acustiche negli edifici scolastici. Inserimento di materiale fonoassorbente nelle aule, pareti esterne e divisori interni con proprietà fono isolanti, ma anche studio di opportuni lay-out, inserimento di arredi con funzioni anche fonoassorbenti, sono soluzioni non complesse e di sicuro effetto. Accanto ad interventi tecnici, possono essere previsti anche interventi organizzativi e/o gestionali: formazione agli in- 1

2 segnanti per l uso ottimale del voce e del conseguente messaggio vocale, organizzazione degli spazi e dei tempi per la riduzione della rumorosità interna, ecc.. La catena causa-effetto-rimedio per il problema dell acustica scolastica è pertanto apparentemente definita. Nondimeno diverse indagini sia a livello nazionale che internazionale svolte da Enti di programmazione e per l educazione scolastica e da gruppi di ricerca su campioni di scuole ed edifici scolastici, hanno dimostrato che il problema è oggi lontano dalla soluzione definitiva. Gli edifici scolastici in Italia sono 44 mila per un totale di 54 milioni di metri quadrati, di cui l'88% è di proprietà degli enti locali. Più della metà di questi edifici è stata costruita prima del Salvo pochi interventi di adeguamento eseguiti in questi ultimi anni da amministrazioni virtuose ed attente, dal punto di vista acustico il patrimonio scolastico italiano nella sua complessità è chiaramente inadeguato. Ancora più grave è che alla stessa conclusione si può giungere per il patrimonio scolastico più recente per il quale si denuncia in molti casi l assoluta mancanza di un progetto acustico minimale e di interventi di fono isolamento e fono assorbimento seppure richiesti dalle normative vigenti [7]. Quali sono le ragioni di un così ampio insuccesso tecnico-gestionale? Secondo gli Autori ci sono due fattori principali che hanno ostacolato il processo: una insufficiente e forse inadeguata campagna di informazione per i reali stake-holders (allievi, genitori, insegnanti) e per l opinione pubblica, il minore interesse dei massmedia verso le problematiche che hanno effetti nel medio e lungo termine e non creano panico immediato. A riprova di quanto asserito basta fare riferimento ai recenti rapporti sulla qualità dell edilizia scolastica, delle strutture e dei servizi preparato da Legambiente [8] e su sicurezza qualità e comfort degli edifici scolastici preparato da Cittadinanzattiva [9]. Entrambi i documenti denunciano una manutenzione ordinaria e straordinaria sempre più esigua e carente (si citano Euro/anno/edificio), uno stato di degrado crescente e la necessità di investimenti per la sicurezza sismica. E indicativo però l elenco di fattori/parametri preso a riferimento da Legambiente per stabilire la qualità dei servizi. Si citano: Presenza di spazi per le attività sportive, Presenza di aree verdi, Certificazioni, Disponibilità di servizio scuolabus, Sicurezza urbana aree esterne edifici, Promozione della raccolta differenziata dei rifiuti, Utilizzo di fonti d illuminazione a basso consumo energetico, Utilizzo di fonti d energia rinnovabile, Introduzione di pasti biologici nelle mense scolastiche. Sono contemplate anche situazioni di rischio quali: Presenza di fonti d inquinamento interno (amianto, radon) e Presenza di fonti d inquinamento esterno (atmosferico, elettromagnetico, acustico, pericolo incendi ed esplosioni, ). Il rapporto di Cittadinanzattiva segnala un elenco di carenze nelle aule dell indagine: Barriere architettoniche negli accessi, Distacchi di intonaco, Finestre non integre, Assenza di porte con apertura anti panico, Prese e interruttori rotti, Difformità dei pavimenti, Impianti elettrici e norme anti incendio inadeguate, Banchi e Sedie danneggiati. Nel primo rapporto non si fa alcun riferimento all acustica e in particolare alla riverberazione nelle aule, all intelligibilità del segnale vocale, al rumore di fondo e, nel secondo rapporto, alla presenza di idoneo materiale fonoassorbente. E evidente che la sicurezza statica e sismica, la sicurezza elettrica e quella rispetto agli incendi sono aspetti importantissimi e prioritari; che l uso di energie rinnovabili è educativo e ha ripercussioni sull ambiente e sulla società; ma la funzione primaria della 2

3 scuola è l apprendimento da parte dell allievo che avviene attraverso una comunicazione audio-verbale. Tale funzione è messa in discussione da una carenza della qualità acustica degli ambienti con effetti negativi sociali nel medio e lungo termine. Secondo gli enti che gestiscono gli edifici scolastici, ed in un quadro di riduzione degli investimenti nell edilizia scolastica, un ulteriore freno all adeguamento acustico delle aule è il costo eccessivo di azioni di retrofit (inserimento di controsoffitti e pannelli fonoassorbenti, di porte fono isolanti, ecc.). In questo lavoro sono presentati esempi di campagne di informazione e tecniche di coinvolgimento di studenti, docenti e genitori nel processo di riqualificazione acustica di aule scolastiche nonché analisi di interventi a basso costo con utilizzo di green materials. 2. Campagne di informazione e sensibilizzazione In Italia l e l ex ISPESL sono stati gli Enti che hanno maggiormente promosso campagne di sensibilizzazione e informazione sul tema dell acustica nelle scuole attraverso specifici seminari tecnici aperti al pubblico, agli e- sperti, alla comunità tecnico scientifica e ai responsabili di Enti (AIA/GAA di Ferrara nel 1995 e Venezia nel 2004, ex ISPESL/AIA a Roma nel 2008, e non ultimo il seminario AIA di Merano 2013). Le relazioni presentate ai seminari sono state pubblicate in atti e rese disponibili a tutti gli interessati. Questa intensa attività non è stata però accompagnata, a parere degli autori, da una attività parallela di sensibilizzazione attraverso i più comuni mass-media. In ambito internazionale moltissimi enti e associazioni scientifiche hanno promosso campagne di informazione con seminari, pubblicazioni di linee guida, sessioni dedicate a congressi, ma anche in questo caso vi è stato uno scarso interesse dei mass media. Ultimamente (2012) TED-Ideas Worth Spreading, un ente senza fini di lucro che ha come fine la divulgazione attraverso web dei temi di maggiore interesse per la società e che ha un forte impatto in termini di ascolto, ha dedicato una sessione (talk tenuta da Julian Treasure) sulla necessità di una buona acustica nelle scuole dal titolo Perché gli architetti devono usare le orecchie. E una sorta di appello che utilizza un linguaggio semplice e aperto ed è rivolto agli architetti per esortarli a progettare ambienti acusticamente idonei. La sessione è disponibile al sito: Agli inizi del 2009, la Seconda Università di Napoli nell ambito del progetto PRIN 2008 Acustica e Sicurezza negli ambienti scolastici ha progettato e realizzato una campagna di sensibilizzazione denominata Sshh scuola. Il progetto, combinando diverse azioni, intende ottenere il pieno coinvolgimento di tutti gli attori della scuola e- lementare (dirigenti, docenti, allievi, famiglie) nella ricerca, nella scelta e nella realizzazione delle soluzioni materiali ed immateriali più idonee, efficaci ed economiche per il miglioramento delle condizioni acustiche all interno delle classi con effetti positivi nel medio periodo. La prima fase del progetto (fase progettuale) prevede in ordine : a) un corso di formazione per gli insegnanti sull acustica negli ambienti chiusi, i rischi da esposizione al rumore, l uso corretto della voce; b) incontri con gli allievi in cui suoni, rumori e i comportamenti che li determino sono presentati con l ausilio di poster, disegni, audio 3

4 c) una sessione con insegnanti e genitori in cui, attraverso i moderni metodi di comunicazione basati sulla realtà virtuale con visualizzazioni e auralizzazioni, sono proposte soluzioni progettuali di correzione acustica della classe che i partecipanti possono analizzare in termini di apprezzamento multisensoriale (audio-video). A valle di queste analisi si procede congiuntamente ad una valutazione della fattibilità economica dell intervento e delle modalità di realizzazione (contributo della scuola, contributo delle famiglie, lavoro in classe, ecc.) La seconda fase è quella di realizzazione e di verifica finale. Le soluzioni progettuali sono presentate agli allievi dando anche spazio alla loro immaginazione ed estro (ad es. integrare la soluzione tecnica con disegni e forme da realizzare ad hoc) e sono organizzati con l ausilio dei genitori laboratori per l assemblaggio e/o il decoro dei materiali. Il progetto Sshh.scuola è stato applicato per la prima volta in due scuole elementari nel sud Italia [10]. La prima scuola è ubicata in piccolo paese in collina nell entroterra (S. Leucio del Sannio- BN). Il paese ha una densità di popolazione molto bassa (328 ab./km²) paragonata ai valori regionali e il paesaggio sonoro è caratterizzato da livelli sonori molto bassi per un area urbanizzata (50-60 dba registrati nella piazza principale del paese nell orario diurno). Gli allievi abitano per lo più in zone rurali circondate da suoni naturali. La seconda scuola è invece ubicata in area sub-urbana ad alta densità abitativa (Frignano- CE), circondata da diverse infrastrutture (autostrade, ferrovie) e con presenza di molte attività commerciali. Il livelli sonori registrati all esterno sono decisamente più alti (70 dba nel periodo diurno). Entrambe le scuole sono state costruite agli inizi degli anni 70, le aule sono di pianta rettangolare e si presentano con rifiniture simili: pavimenti in marmittoni, muri e soffitti intonacati. Gli arredi sono scarni (una lavagna, banchi in acciaio e laminati). Le due scuole sono state scelte per l entusiasmo manifestato, durante gli incontri preliminari, dal corpo docente nei confronti del progetto. S. Leucio del Sannio Frignano Figura 1 Aule delle scuole selezionate Il corso di formazione per i docenti è durato 2 giorni. Oltre alle nozioni sull acustica, sugli effetti del rumore e sulle tecniche per ottimizzare il segnale vocale, ci si è soffermati con una discussione sulle modalità della didattica, sui comportamenti degli allievi 4

5 e sulle loro abitudini negli orari extrascolastici. E seguita in entrambe le scuole una settimana dedicata all acustica con dimostrazioni di suoni, disegni dedicati e piccoli esperimenti. Per ricevere maggiore attenzione da parte degli allievi tutte le informazioni sono state rivolte loro attraverso i membri di una immaginaria famiglia denominata Famiglia decibel, in pratica un set di cartoons ognuno con le loro peculiarità. Figura 2 Il ragazzo Noisy della famiglia Decibel Negli incontri con i genitori e i docenti si è cercato di focalizzare, con simulazioni, l attenzione sui reali vantaggi della bonifica acustica delle aule. La presenza di software di modellazione numerica e auralizzazione mette oggi a disposizione strumenti di grande utilità per verificare scelte progettuali attraverso la determinazione di parametri acustici futuri o attraverso la somministrazione di test soggettivi sui diretti interessati. Inoltre, la recente letteratura scientifica [11] riporta con sempre maggiore evidenza che i processi di interazione tra stimoli sensoriali diversi, particolarmente acustici e visivi, possono influire sul giudizio complessivo del comfort, oltre che sulle capacità cognitive degli individui. Pertanto una valutazione unimodale potrebbe non rispettare un giudizio elaborato in modalità complessa. Grazie all ausilio di specifici software di modellazione visiva (render) e acustica (auralizzazione) è possibile ricostruire virtualmente diversi scenari di un aula (senza assorbimento acustico e con diverse soluzioni di arredo acustico) ed apprezzarne le differenze nella percezione globale di comfort soggettivo o nell intelligibilità del parlato allorquando il docente espone o legge un brano (Fig. 3). E possibile anche introdurre rumori di fondo (vocio, movimento di sedie, apertura/chiusura libri, fancoils). Figura 3 Modelli di realtà virtuale degli scenari proposti Gli scenari sono sottoposti poi a giudizio in termini di comprensione verbale, aspetto visivo e comfort globale dai genitori (Fig. 4). 5

6 Figura 4 Postazione allestita per il test soggettivo In entrambe le scuole, la soluzione progettuale che ha ottenuto il gradimento maggiore è stata quella che prevede l inserimento a parete di 12 pannelli di kenaf di dimensioni 1,40 x 0,60 m e spessore 50 mm e con buone proprietà fonoassorbenti [12]. I pannelli sono stati inseriti in un telaio di legno e superficialmente sono rivestiti da uno strato pervio di juta. Gli allievi hanno scelto di disegnare sul rivestimento di juta il volto di personaggi di fumetti (Fig. 5) e hanno collaborato durante le fasi di realizzazione e di disegno dei pannelli. Figura 5 Pannelli fonoassorbenti di kenaf e juta L efficacia del progetto è stata poi valutata in termini di riduzione del livello sonoro all interno delle aule, di riduzione del tempo di riverberazione, dell intelligibilità e di risultati di un test scolastico (errori durante un dettato). Per il primo aspetto, si è utilizzato un sistema di acquisizione in tempo reale Oper@ della 01dB che registra i segnali e li trasferisce (via web) alla centrale. Il sistema è stato sistemato a 50 cm dal soffitto. Il monitoraggio è iniziato due mesi prima della bonifica 6

7 acustica ed è continuato per i due mesi successivi. Si è registrato un abbassamento del livello sonoro medio compreso tra 0,6 e 1,2 dba. La Fig. 6 riporta invece l andamento del tempo di riverberazione in una delle aule a seguito dell inserimento dei 12 pannelli. Figura 6 Andamento del tempo di riverberazione prima e dopo l intervento di bonifica acustica con materiale fonoassorbente In entrambe le aule, prima e dopo l inserimento del materiale fonoassorbente, è stato fatto svolgere agli allievi una semplice prova di intelligibilità mediante un dettato che conteneva parole come cena/scena; china/cina; nido/lido; rupi/lupi; buffa/muffa. Si è registrata una rilevante riduzione della media degli errori nella scrittura esatta (da 25 a 11) dopo avere inserito i materiali fonoassorbenti. L inserimento di 12 pannelli/aula (10 m2) di un materiale ecosostenibile e fonoassorbente e di costo molto contenuto (non sono stati superati i 200 Euro/aula) all interno di una campagna di informazione e sensibilizzazione ha permesso di ottenere un discreto miglioramento delle condizioni acustiche ma principalmente ha permesso di innescare quel meccanismo di compartecipazione nelle scelte progettuali da parte degli utenti e di consapevolezza dei vantaggi conseguibili. 3. Green materials Negli ultimi anni si sono diffuse applicazioni nel campo del risparmio energetico realizzate con materiali sostenibili (materiali green ), ossia materiali realizzati con fibre vegetali, che al termine della loro vita utile possono essere smaltiti nell ambiente con pochi costi e senza problemi di inquinamento [13,14]. Alcuni di questi materiali, opportunamente trattati, possono presentare anche buone caratteristiche fonoassorbenti. Nella continua ricerca di soluzioni semplici e a basso costo per la bonifica acustica di aule, gli autori hanno realizzato pannelli fonoassorbenti costituiti da un materiale ottenuto dalla triturazione delle canne di acqua dolce (Arundo donax) [15]. Queste piante sono ampiamente diffuse nelle zone acquitrinose, sopratutto del sud d'italia (Fig. 7). Il materiale raccolto, essiccato e triturato è stato imbustato in sacchi di juta, in modo da ottenere cuscini di materiale fonoassorbente, e successivamente sono stati realizzati pannelli con telai in legno (Fig. 8). 7

8 Figura 7 Piantagione della canna di acqua dolce (Arundo Donax) a sx. Particolare della pianta dopo la triturazione (A) (B) Figura 8 (A) Lato posteriore del pannello finito. (B) Pannello finito con il telo di juta di copertura Per valutare le proprietà acustiche del materiale in prova, sono state eseguite misure del coefficiente di assorbimento a incidenza normale, della porosità e della resistenza al flusso d'aria. Per la misurazione del coefficiente di assorbimento è stato utilizzato un tubo di Kundt. La Figura 9 mostra l'andamento del valore medio delle misure (effettuate su quattro provini) del coefficiente di assorbimento (alfa), misurato a incidenza normale nel tubo di Kundt, in funzione della frequenza, nell intervallo 200 Hz - 2,0 khz. Il coefficiente di assorbimento per i provini misurati (spessore 40 mm e 80 mm) presenta un buon valore alle frequenze medie, paragonabile al valore del coefficiente di assorbimento dei materiali commerciali porosi a struttura rigida. 8

9 (A) spessore 40 mm (B) spessore 80 mm Figura 9 Andamento del coefficiente di assorbimento medio a l'incidenza normale, in funzione della frequenza, nell intervallo 200 Hz-2.0 khz, per lo spessore di 40 mm (A), e per lo spessore di 80 mm (B). L applicazione in opera dei pannelli in un aula universitaria ha consentito di verificare in campo le prestazioni acustiche. Dalla Figura 10, si evince che l inserimento di 15 metri quadri di pannelli comporta una riduzione del T30 di circa 1,0 secondi. Sono stati registrati aumenti del valore di D50 e un incremento rilevante del RASTI. Il costo dell intervento è stato inferiore a 300 Euro. Figura 10 Andamento del tempo di riverberazione a paragone nell aula con pareti con solo intonaco liscio (linea continua rossa), e nell aula con l inserimento di 15 m2 di pannelli fonoassorbenti (linea nera tratteggiata). 4. Conclusioni La ricerca scientifica ha ampiamente dimostrato gli effetti negativi che carenze nella qualità acustica delle aule hanno sull apprendimento degli allievi e sulla salute degli stessi allievi e degli insegnanti. Nonostante ciò si registrano: (a) pochi interventi di riqualificazione acustica di scuole datate, (b) ancora poca attenzione all acustica architettonica nella progettazione e realizzazione di nuovi complessi scolastici e (c), in genera- 9

10 le, uno scarso interesse verso la problematica da parte di chi dovrebbe garantire condizioni di efficienza, comfort e sicurezza nei servizi scolastici. Le ragioni sono certamente da imputare a una non efficiente campagna di informazione e sensibilizzazione ma anche ad un preconcetto sulle stime economiche per risolvere il problema. Per il primo aspetto si è dimostrato che occorre investire di più nei mass-media e nei nuovi linguaggi di comunicazione (web, twitter, ecc.) e contemporaneamente promuovere campagne di sensibilizzazione direttamente presso le scuole con il coinvolgimento di docenti, allievi e genitori. Per il secondo aspetto si è dimostrato che con piccoli interventi di fono assorbimento realizzati in forma amatoriale utilizzando nuovi materiali green si possono ottenere risultati soddisfacenti con costi di poche centinaia di euro. Stime più accurate hanno peraltro dimostrato che utilizzando le tecnologie più consolidate ed efficienti di fono assorbimento (controsoffitti, pannelli) e fono isolamento (finestre), il costo medio di un intervento di bonifica acustica in aule esistenti è inferiore a 3000 Euro. Ipotizzando una vita di 30 anni delle opere e 20 allievi/anno/aula, l investimento della collettività sarebbe pari 5 Euro/allievo; non molto per assicurare agli allievi e ai docenti un ambiente rispettoso delle funzioni in esso previste. Ringraziamenti Il presente lavoro riporta in forma sintetica i risultati della ricerca svolta dall Unità Operativa Seconda Università degli Studi di Napoli nell ambito del Progetto di Ricerca di Interesse Nazionale 2008FABZSC, finanziato dal MIUR nel 2008, dal titolo Acustica e sicurezza nelle scuole - Innovazione nei processi e negli strumenti per la valutazione del rischio derivante da rumore e riverberazione negli ambienti scolastici e sviluppo di sistemi ed interventi sostenibili di prevenzione. 5. Bibliografia [1] Shield B., Dockrell J.E., External and internal noise surveys of London primary schools, J. Acoust. Soc. Am., 115(2) (2004), pp [2] Sato H., Bradley J., Evaluation of acoustical conditions for speech communication in working elementary school classrooms, J. Acoust. Soc. Am., 123(4) (2008), ,. [3] Shield B.M., Dockrell J.E., The effects of environmental and classroom noise on the academic attainments of primary school children, J. Acoust. Soc. Am., 123(1) (2008), pp [4] Tiesler G. Noise- a daily stressor; Acoustic Ergonomics of Schools. Proceedings of Internoise 2009, Ottawa, Canada August [5] Maffei L., Iannace G., Masullo M., Nataletti P. Noise exposure in school gymnasia and swimming pools. Noise Control Engineering Journal, 57 (6) (2009), pp [6] Roggio I., Maffei L., Iannace G., Serra M., Biassoni C. Noise Exposure analysis on teachers of the state music conservatory Nicola Sala of Benevento City, Italy. Proceedings of UNTREF 2010, 2 Congreso Internacional de Acústica UNTREF, Buenos Aires 8-10 Septembe [7] Vallet M., Karabiber Z., Some European policies regarding acoustical comfort in educational buildings, Noise Control Eng. J. 50 (2002), pp

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