Stropy międzypiętrowe w budownictwie mieszkaniowym - przyczyny złej izolacji akustycznej

Dźwięk jest zjawiskiem falowym spowodowanym drga­niem cząstek ośrodka sprężystego, np. powietrza, ciała stałego, cieczy.

Głównymi emiterami uciążliwych dźwięków przeni­ka­jących do budynków są: środki tran­spo­rtu i ko­mu­nikacji (hałas komuni­kacyjny), użytko­wnicy sąsie­dnich mieszkań (hałas bytowy) oraz urządzenia stacjonarne zainstalowane w budynkach mieszkalnych lub poza budynkiem (hałas instalacyjny).

Skala dźwięku jest skalą lo­ga­rytmiczną i zmiana nawet o kilka decybeli ma znaczący wpływ na komfort akusty­czny w pomieszczeniu (w bardzo szy­­bkim czasie może przybrać formę hałasu). Hałas i związane z nim wibracje zaliczane są obecnie do naj­bardziej ucią­żliwych czynników zanieczyszczenia środowiska.

Aby chronić środo­wisko przed hałasem, ustanowiono wiele norm mających na celu ograniczenie tego zjawiska. Za nieprzestrzeganie tych przepisów okre­ślono kary, które obo­wiązują nie tylko w krajach UE.

Analiza propagacji hałasu bytowego

Każde ciało drgające w ośrodku sprężystym staje się źródłem energii akustycznej. Ilość tej energii wysyłanej przez źródło dźwięku w jednostce czasu jest mocą akustyczną źródła P [W]. W praktyce stosuje się pojęcie poziomu natężenia dźwięku opisane zależnością:

gdzie:

I - natężenie dźwięku źródła [W/m²],
Io - natężenie dźwięku odniesienia; (Io = 10-12 W/m²) [dB].

Fala akustyczna padająca na przegrodę pobudza ją do drgań, co powoduje dalsze przenoszenie dźwięku. W za­leżności od dróg rozprzestrzeniania się dźwięku można je podzielić na:

• powietrzne, rozprzestrzeniające się w powietrzu,
• materiałowe (drgania i wstrząsy), rozprzestrzeniające się w konstrukcji budynku.

Szczególnym przypadkiem dźwięku materiałowego, przenoszonego przez stropy, jest dźwięk uderzeniowy, wywołany uderzeniem lub toczeniem przedmiotów.

Dźwięki uderzeniowe, podobnie jak powietrzne, roz­prze­strzeniają się drogą bezpośrednią przez strop lub drogami pośrednimi. Schemat przenoszenia dźwięków przez przegrody budowlane pokazano na RYS. 1-2 [1].

Kiedy podejmuje się próbę oceny możliwości izolacyjnych wybranych prze­gród, niejednokrotnie bardzo trudno szybko ocenić, które z nich są lepsze pod względem akustycznym. Prawo masy (czyli im cięższy materiał, tym lepsza akustyka) spra­wdza się tylko (nie zawsze) w przypadku przegród masywnych jednorodnych. W przypadku przegród war­stwo­wych nie jest to zależność wprost proporcjonalna.

W przypadku przegrody złożonej ważne jest, aby tak dobrać materiały, by przy zachowaniu różnej masy powierzchniowej nie dochodziło do rezonansu, który wyłą­czałby zdolności izolacyjne jednej z warstw.

Istotnym elementem jest także sam materiał. Przykładowo sty­­ro­pian jako materiał sztywniejszy nie posiada tak do­brych właściwości tłumiących jak wełna mineralna. Innym rozwiązaniem stosowanym w ograniczeniu pro­pagacji niekorzystnych dźwięków może być stosowanie podkładek z mat wibroizolacyjnych, które doskonale nadają się do stropów drewnianych.

Ważne, aby projektant i wykonawca podczas proce­su inwestycyjnego rozpatrywali izolacyjność akustyczną ja­ko całość i nie analizowali tylko poszczególnych przegród.

Określenie izolacyjności akustycznej przegrody

Miarą izolacyjności akustycznej przegrody jest izolacyjność­ akustyczna właściwa R wyrażana wzorem (po­miary laboratoryjne):

gdzie:

W₁ - moc padająca na przegrodę po stronie nadawczej [W],
W₂ - moc przeniesiona przez przegrodę na stronę odbiorczą [W].

W przypadku pomiarów terenowych (bezpośrednio w budynku) izolacyjność akustyczna właściwa przybliżona R' wyrażona jest wzorem:

gdzie:

W₁ - moc akustyczna padająca na przegrodę [W],
W₂ - moc akustyczna przenoszona przez przegrodę [W],
W₃ - moc akustyczna przenoszona przez elementy boczne lub inne elementy [W].

Izolacyjność akustyczna właściwa przybliżona zawsze jest niższa niż R - ponieważ zawsze pomiar jest z udziałem przenoszenia bocznego R'.

Ograniczenie rozprzestrzeniania się dźwięków ude­rze­niowych w budynku wymaga zastosowania odpo­wiednich izolacji zmniejszających pobudzenie materia­łowe kon­stru­kcji u źródła i ograniczających rozprzestrzenianie się dźwięków materiałowych po konstrukcji. W takim przy­padku ko­nie­czne jest odizolowanych powierzchni podłóg na styku ze ścianami pomieszczenia (tzw. podłogi pływające).

Podczas projektowania przegród, a zwłaszcza styku stropu ze ścianą, należy zwrócić uwagę (podobnie jak przy dźwiękach powietrznych) na poprawne zaprojekto­wanie takiego styku ze względu na przenosze­nie boczne dźwięków uderzeniowych.

Uzyskanie normowej izolacyjności stropu od dźwięków uderzeniowych zawsze wymaga zastosowania na stropach podłóg z izolacją akustyczną. Metody obliczenia podane są w normie PN-EN 12354-2:2002 [2] oraz w instrukcji ITB nr 463/2011 [3].

Izolacyjność akustyczna od dźwięków uderzeniowych określana jest za pomocą wartości poziomu uderzeniowego, występującego w pomieszczeniu pod stropem, w czasie pra­cy znormalizowanego stukacza wytwarzającego dź­wię­ki uderzeniowe. Im mniejsza wartość poziomu ude­rzeniowego, tym lepsza zdolność stropu do ograni­czenia przenoszenia dźwięku.

Pierwszym parametrem charakteryzującym izolacyjność akustyczną stropu jest określany w warunkach labo­ratoryjnych (przy braku przenoszenia bocznego) poziom uderzeniowy znormalizowany:

gdzie:

L_i - poziom średniego ciśnienia w pomieszczeniu odbiorczym [dB],
A - powierzchnia dźwiękochłonna w pomieszczeniu odbiorczym [m²],
A₀ - chłonność akustyczna odniesienia [m²].

Gdy zostanie uwzględnione przenoszenie dźwięku dro­gami bocznymi, izolacyjność akustyczną stropu wyraża poziom uderzeniowy przybliżony normalizowany L’_n.

Opisane parametry służą określeniu ważonego wskaźnika poziomu uderzeniowego znormalizowanego przybli­żo­nego L’_n,w. Jest to wskaźnik, za pomocą którego opisano wymagania normowe izolacyjności akustycznej od dźwięków uderzeniowych. Oblicza się go ze wzoru:

gdzie:

K - poprawka zależna od masy powierzchniowej stro­pu, wynikająca z bocznego przenoszenia dźwię­ku między pomieszczeniami rozdzielonymi stropem, wartości zamieszczone w normie PN-EN 12354-2:2002 [2].

Pomiary - wyniki i analiza

Pomiary wykonano za pomocą miernika poziomu dźwięku DSA-50 i stu­kacza wzorcowego SM-1. Strop żelbetowy w budynku wielorodzinnym wyko­na­nym metodą tradycyjną składał się z następujących warstw:

• płyta kanałowa żelbetowa gr. 24 cm,
• styropian EPS 100 gr. 2 cm (kondygnacja IV/V) i bez styropianu - pozostałe stropy,
• wylewka betonowa gr. 4 cm,
• warstwa wykończeniowa - panele podłogowe, w kuchni i częściowo w salonie płytki terakotowe.

Całkowita grubość stropu wynosiła ~31 cm. Na RYS. 3 przedstawiono strop w budynku drewnianym 5-kondygnacyjnym wykonanym metodą szkieletową. Całkowita grubość stropu wyniosła 36,5 cm.

Przy­kładowe wartości jednoliczbowych ważonych wskaźni­ków po­ziomu uderzeniowego znormalizowanego przy­bli­żonego L’_n,w, zmierzone i obliczone dla stropu żelbetowego ka­nałowego przedstawiono na RYS. 4, a stropu drew­nianego na RYS. 5.

W analizowanym budynku 5-kondygnacyjnym izola­cyj­ność akustyczna od dźwięków uderzeniowych stropów żelbetowych między IV i V kondygnacją nie spełniała wymagań normowych [4, 5] (RYS. 4).

Równoważny poziom ude­rze­niowy L’_n,w stropu drewnianego odczytany dla wartości 500 Hz z przesuniętej krzywej odniesienia wynosi L’_n,w = 50 dB, co nie prze­kracza maksy­ma­lnej wartości poziomu uderzeniowego o­kreślonej w normie L’_{n,w max} = 58 dB.

Zgodnie z wyma­ga­niami [4, 5] analizowany strop dre­wnia­­ny spełnia wy­ma­gania izola­cyjności od dźwięków ude­rze­niowych (RYS. 5).

Analiza stropów kanałowych (gęstożebrowych)

Popularne w Polsce stropy kanałowe są stosunkowo grube. Strop ze wszystkimi warstwami ma gr. 25–35 cm, jednak ze względu na niewypełnione kanały konstrukcja takich stropów jest stosu­nkowo lekka (<350 kg/m²).

Aby tego ty­pu konstrukcje spełniały wymagania normowe dotyczące dźwięków uderzeniowych, na wszy­stkich stro­pach międzyko­ndygnacyjnych powinny być zasto­sowane podłogi pływające (przenoszenie bo­czne) z doda­tkową izolacją akustyczną w postaci np. ela­sty­­cznych płyt styropianowych o właściwo­ściach tłumiących dźwięki o gr. co najmniej 27 mm. Niestety, w analizowanym przypadku brak było tego typu rozwiązań [6].

Podsumowanie

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów terenowych izolacyjności akustycznej stropów międzykondygna­cyj­nych od dźwięków uderzeniowych. Pomiary sporządzono w budynkach mieszkalnych ze stropami żelbetowymi wykonanymi w technologii kanałowej oraz drewnianymi z izolacją akustyczną z wełny mineralnej.

W przypadku stropów kanałowych otrzymane wartości wskaźnika izolacyjności akustycznej od dźwięków uderzeniowych w żadnym z pomieszczeń nie spełniały wymagań normowych (w przedstawionym przykładzie L’n,w (C1) = 64 dB, L’n,w dop = 58 dB według normy).

Przyczyną niespełnienia wymagań był brak izolacji aku­stycznej na wszystkich kondygnacjach. Na dwu ostatnich kondygnacjach IV/V położono warstwę styropianu EPS 100 o gr. 2 cm, który posiada słabą izolacyjność akustyczną. Do izolacji akustycznej należałoby zastosować elastyczne płyty styropianowe. Nie wykonano również podłogi pływającej.

Stropy drewniane spełniały wymagania normowe dzięki zastosowanym rozwiązaniom, głównie zastosowaniu 2×100 mm wełny mineralnej w układzie pokazanym na RYS. 3.

Niestety, w większo­ści przypadków jest problem z po­prawnie zaprojekto­waną, a następnie wykonaną izolacją akustyczną stropów drewnianych. Przedstawiony przy­kład jest je­d­nym z nielicznych, gdzie takie wyma­gania zostały spełnione.

Literatura

1. I. Ickiewicz, J. Ickiewicz, "Badania izolacyjności aku­stycznej przegród budowlanych w budownictwie drew­nia­nym" [projekt współfinansowany ze środków UE], Politechnika Białostocka, 2015.
2. PN-EN 12354-2:2002, "Akustyka budowlana. określenie właściwości akustycznych budynku na podstawie właściwości elementów". Część 2: "Izolacyjność od dźwięków uderzeniowych miedzy pomieszczeniami".
3. Instrukcje, Wytyczne, Poradniki nr 448/2009, "Wła­ściwości dźwiękoizolacyjne stropów oraz zasady doboru podłóg z uwagi na izolacyjność od dźwięków uderze­niowych stropów masywnych", ITB, Warszawa 2011.
4. PN-B-02151-3:1999, "Ochrona przed hałasem w budy­n­kach. Izolacyjność akustyczna przegród w budyn­kach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych".
5. PN-EN ISO 717-2:2013-08, "Akustyka. Ochrona przed hała­sem pomieszczeń w budynkach oraz izolacyjność od dźwię­ków uderzeniowych".
6. B. Szudrowicz, "Ocena izolacyjności akustycznej sto­so­wanych w Polsce wyrobów do przegród wewnętrznych w świetle badań ITB", kwartalnik 3 (127)/2003.
7. PN-EN ISO 717-1:2013 -OBE2/A, "Akustyka. Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budynku. Część 1".