Materiał sprężysty w podłogach pływających a redukcja hałasu

Zdarza się, że pomimo dobrze dobranej grubości jastrychu i warstwy sprężystej podłoga pływająca
nie zapewnia oczekiwanej redukcji hałasu. Częstą przyczyną są błędy wykonawcze.

STRESZCZENIE

W artykule przypomniano podstawowe informacje z zakresu izolacyjności od dźwięków uderzeniowych stropów dotyczące wymagań i teorii. Uwzględniono zmiany wprowadzone nowelizacją normy PN-B-02151-3:2015-10. Zwrócono uwagę na kluczową rolę podłogi pływającej w redukcji dźwięków uderzeniowych generowanych na stropie. Podano również uproszczoną metodę prognozy izolacyjności akustycznej, która może być zastosowana na etapie projektu.

ABSTRACT

The article recalls the basic information about the Impact sound insulation requirements and theory. Changes introduced by the amendment to the PN-B-02151-3: 2015-10 standard were taken into account. The key role of the floating floor in the reduction of impact sounds generated on the floors has been defined. A simplified method of acoustic insulation prediction metod, which can be applied at the design stage, is also given.

Podłoga pływająca jest elementem o kluczowym znaczeniu z punktu widzenia redukcji dźwięków uderzeniowych generowanych na stropie. Prawidłowo wykonana umożliwia znaczące obniżenie poziomu uderzeniowego. Niestety wykonana w sposób nieodpowiedni na skutek błędów projektowych lub wykonawczych nie zapewni spełnienia wymagań ustawowych w zakresie ochrony przed hałasem. Głównym zadaniem podłogi pływającej jest poprawa izolacyjności od dźwięków uderzeniowych. Natomiast wpływ podłogi pływającej na poprawę izolacyjności od dźwięków powietrznych jest niewielki. Z tego względu tematyka artykułu ograniczona została właśnie do dźwięków uderzeniowych.

Rys. 1. Schemat przenoszenia dźwięku uderzeniowego między pomieszczeniami znajdującymi się nad sobą oraz obok siebie: d – przenoszenie bezpośrednie drogami materiałowymi, fi – f4 – przenoszenie pośrednie przykładowymi drogami materiałowymi [7]

Wymagania

Ustawa – Prawo budowlane w art. 5 ust. 1 ochronę przed hałasem ustanawia jako jedno z siedmiu wymagań podstawowych [1]. Ten ogólny zapis znajduje odzwierciedlenie w przepisach techniczno-budowlanych, do których się odnosi ustawa. Najistotniejsze z nich z punktu widzenia ochrony akustycznej zawarte zostały w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2], wraz ze zmianami (t.j. Dz.U. z 2015 r. poz. 1422) [3], ostatnia zmiana 14 listopada 2017 r. [4]. Rozporządzenie [2] w § 326 ust. 2 określa, dla jakich elementów i przegród w budynku należy stosować wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej:

1) ścian zewnętrznych, stropodachów, ścian wewnętrznych, okien w przegrodach zewnętrznych i wewnętrznych oraz drzwi w przegrodach wewnętrznych – od dźwięków powietrznych;

2) stropów i podłóg – od dźwięków powietrznych i uderzeniowych;

3) podestów i biegów klatek schodowych w obrębie lokali mieszkalnych – od dźwięków uderzeniowych.

Rozporządzenie [4] zawiera wykaz Polskich Norm powołanych w zakresie ochrony przed hałasem i drganiami. Zestaw tych norm i wymagania w nich zawarte z racji zacytowania w rozporządzeniu należy traktować jako nieodzowne do spełnienia wymagań ustawowych.

W zakresie związanym z tematyką artykułu, a więc ochroną przed dźwiękami uderzeniowymi wymagania przedstawione zostały w normie PN-B-02151-3:2015-10 Akustyka budowlana – Ochrona przed hałasem w budynkach – Część 3: Wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przegród w budynkach i elementów budowlanych [5].

W przypadku stropów wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przedstawione zostały w normie [5] w postaci tablic zawierających minimalne wartości wskaźników oceny izolacyjności od dźwięków powietrznych oraz maksymalne wartości wskaźnika ważonego znormalizowanego poziomu uderzeniowego. Wymagania należy przyjmować adekwatnie do rodzaju rozpatrywanego budynku i funkcji pomieszczeń rozdzielonych stropem. W normie przedstawiono wymagania dotyczące budynków mieszkalnych oraz zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. W tabl. 1 podano dla budynków mieszkalnych wielorodzinnych maksymalne wartości wskaźnika ważonego znormalizowanego poziomu uderzeniowego, za pomocą którego określono wymagania w zakresie izolacyjności stropów od dźwięków uderzeniowych. Podobnie w normie przedstawione zostały wymagania dla budynków mieszkalnych jednorodzinnych, budynków zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Należy zwrócić uwagę, że w przypadku stropów w obrębie mieszkania wymagania dotyczą wartości projektowego wskaźnika oceny L_n,w,R w przeciwieństwie do pozostałych przegród, dla których należy określić wartość wskaźnika oceny przybliżonej L’_n,w, a więc wartość uwzględniającą przenoszenie pośrednie dźwięku. Nieprzekroczenie wartości granicznych wskaźników podanych w normie oznacza spełnienie wymagań w zakresie izolacyjności akustycznej.

Rys. 2. Wskaźnik ważony zmniejszenia poziomu uderzeniowego dla podłóg pływających z warstwą z zaprawy cementowej lub anhydrytowych [7]

Tabl. 1. Wymagania dotyczące dopuszczalnego poziomu dźwięków uderzeniowych przenikających do pomieszczeń chronionych w budynkach

Lp.	Rodzaj przegrody	Rodzaj wskaźnika	Wartość wskaźnika [dB]
I	Budynki wielorodzinne
I.1	Poziom dźwięków uderzeniowych przenikających między mieszkaniami ^{a) b) c)}	L'_n,w	≤ 55
	Poziom dźwięków uderzeniowych przenikających do mieszkania z pomieszczeń komunikacji ogólnej: korytarzy, holi, podestów ^c)	L'_n,w	≤ 55
I.2	Poziom dźwięków uderzeniowych przenikających do mieszkania z garażu, z pomieszczenia technicznego budynku, pomieszczenia handlowego, usługowego ^d), z sali klubowej kawiarnianej, restauracyjnej, w których nie prowadzi się działalności z udziałem muzyki i/lub tańca ^c)	L'_n,w	≤ 48^e)
I.3	Poziom dźwięków uderzeniowych przenikających do mieszkania: z sali klubowej, kawiarnianej, restauracyjnej, w których prowadzona jest działalność z udziałem muzyki i/lub tańca, z pomieszczenia, w którym zainstalowane urządzenia lub rodzaj wykonywanej pracy czy prowadzonych zajęć są źródłem zakłóceń akustycznych w postaci dźwięków powietrznych i materiałowych ^{c) f) g)}	L'_n,w,R	≤ 38^e)
	Izolacyjność od dźwięków uderzeniowych stropu w obrębie mieszkania	^Ln,w,R	≤ 58
^a)Dopuszczalny ważony wskaźnik przybliżonego znormalizowanego poziomu uderzeniowego, L'_nw odnosi się do wszystkich pomieszczeń mieszkania z wyjątkiem pomieszczeń sanitarnych. W pomieszczeniach sanitarnych wskaźnik ten może być o 2 dB większy. ^b) W przypadku stropów w pomieszczeniach sanitarnych wymaganie dotyczące przenoszenia dźwięku uderzeniowego do pokoju „obcego mieszkania”. ^c) Wymaganie dotyczy wszystkich kierunków rozprzestrzeniania dźwięku w budynkach. W przypadku mieszkań wielopoziomowych dotyczy także przenoszenia dźwięków z wewnętrznych stropów i wewnętrznych klatek schodowych. ^d) Jeżeli w pomieszczeniu usługowym prowadzone są takie czynności, jak: przetaczanie wózków, rzucanie ciężkimi przedmiotami, uderzenia w twarde podłoże, to należy przyjąć wymagania wg I.4. ^e) Równocześnie należy spełnić wymaganie wg PN-B-02151-2 dotyczące dopuszczalnego poziomu hałasu przenikającego do pomieszczenia chronionego z pomieszczeń ze źródłami hałasu. ^f) Na przykład kluby fitness, siłownie, szkoły tańca, rozdzielnie paczek w urzędach pocztowych. ^g)Nie zaleca się lokalizacji tego rodzaju pomieszczeń w budynkach mieszkalnych.

Możliwości prognozy dźwiękoizolacyjności

W przypadku izolacyjności od dźwięków uderzeniowych parametry dźwiękoizolacyjne wzorca stropu wyznaczone w badaniach laboratoryjnych dotyczą sytuacji, gdy jedyną drogą przenoszenia dźwięku jest droga bezpośrednia przez strop rozdzielający pomieszczenia. W praktyce w budynku oprócz drogi bezpośredniej występują drogi pośrednie przenoszenia dźwięku. W takim przypadku mówimy o izolacyjności przybliżonej od dźwięków uderzeniowych zdefiniowanej przybliżonym poziomem uderzeniowym znormalizowanym L’_n i oznaczonym znakiem „prim” w odróżnieniu od poziomu uderzeniowego znormalizowanego L_n, dotyczącego sytuacji, w której występuje wyłącznie przenoszenie bezpośrednie dźwięku (sytuacja w laboratorium).

W przypadku rozpatrywania przybliżonej izolacyjności akustycznej od dźwięków uderzeniowych (określonej w warunkach terenowych) należy uwzględniać wszystkie drogi przenoszenia dźwięku, a nie tylko drogę bezpośrednią. Schemat między pomieszczeniami przedstawiono przenoszenia dźwięku uderzeniowego na rys. 1.

Ze względu na złożoność metody obliczeniowej, dotyczącej wyznaczenia przybliżonego poziomu uderzeniowego znormalizowanego (na budynku) za pomocą algorytmów zawartych w normie [7], dla przypadków pomieszczeń sąsiadujących w pionie oraz stropów jednorodnych proponuje się stosować metodę uproszczoną dotyczącą określenia wskaźnika ważonego przybliżonego poziomu uderzeniowego znormalizowanego L’_n,w przez przyjęcie bocznego przenoszenia dźwięku jako stabelaryzowanej wartości poprawki K oraz zmniejszenia poziomu uderzeniowego przez podłogę znajdującą się na stropie, wg wzoru [9]:

(1)

gdzie: L_n,eq,0,w – równoważny ważony wskaźnik poziomu uderzeniowego
znormalizowanego dla stropu bez dodatkowych warstw [dB], K – poprawka uwzględniająca przenoszenie dźwięków uderzeniowych przez jednorodne elementy boczne [dB] (tabl. 4), ΔL_w,R – projektowy ważony wskaźnik zmniejszenia poziomu uderzeniowego przez podłogę [dB].

W celu podstawienia do wzoru (1) wartości wskaźnika ΔL_w zaleca się przyjmować jego wartość skorygowaną o 2 dB do wartości „projektowej” [9]:

(2)

Wartości wskaźnika L_n,eq,0,w zaleca się przyjmować jako wyznaczone na podstawie badań laboratoryjnych. W przypadku braku danych pomiarowych dla stropów masywnych jednorodnych (w rozumieniu normy [7]), dopuszcza się korzystanie ze wzoru (3). Wzór można stosować dla stropów o masie powierzchniowej m’ wynoszącej 100-600 kg/m²

(3)

W tabl. 3 podano wartości wskaźnika L_n,eq,0,w wyznaczone w badaniach laboratoryjnych dla przykładowych stropów o różnej konstrukcji. Dodatkowo dla stropów pełnych żelbetowych o grubości 20-35 cm przytoczono wyniki obliczeń wykonanych wg wzoru (3).

Średnią masę powierzchniową przegród bocznych, od której zależy wartość poprawki K, należy obliczać ze wzoru:

(4)

gdzie: m_i – masa powierzchniowa i-tej przegrody bocznej [kg/m²], S_i – powierzchnia i-tej przegrody bocznej (po odliczeniu powierzchni otworów drzwiowych lub okiennych w przegrodzie) [m²], n – liczba uwzględnionych przegród bocznych.

Wskaźnik ważony zmniejszenia poziomu uderzeniowego ΔL_w zależy od masy powierzchniowej jastrychu m’ w kg/m² oraz sztywności dynamicznej materiału sprężystego s’ w MN/m³. Wartości wskaźnika ΔL_w zaleca się przyjmować jako wyznaczone na podstawie badań laboratoryjnych podłóg pływających.

Rys. 3. Zrzut ekranu przykładowego programu, służącego do określenia wartości przybliżonego poziomu uderzeniowego L'_n,w [http://akustik.baumit.pl]

W przypadku braku danych pomiarowych dla podłóg pływających dopuszcza się korzystanie ze wzoru poniżej [7]. Sztywność dynamiczna wyznaczana jest przez producentów materiałów sprężystych w badaniach laboratoryjnych wg [6]

(5)

gdzie: s’ – sztywność dynamiczna wyznaczona w badaniach laboratoryjnych dla próbki materiału sprężystego [MN/m³], m’ – masa powierzchniowa jastrychu [kg/m²].

Wartość wskaźnika można także odczytać z rys. 2 [7]. Przykładowo dla jastrychu 100 kg/m² oraz materiału sprężystego o sztywności dynamicznej s’ = 25 sztywności MN/m³ należy oczekiwać wartości wskaźnika ΔL_w równej 27 dB.

Na uwagę zasługuje inicjatywa producentów systemów podłogowych, którzy wychodząc naprzeciw potrzebom projektantów i wykonawców, opracowali i udostępniają (nieodpłatnie) narzędzia analityczne w postaci oprogramowania, które pozwala w prosty sposób uwzględnić przenoszenie boczne, tak aby móc określić wartości przybliżonego poziomu uderzeniowego, do którego odnoszą się wymagania normowe [5]. Na rys. 3 pokazano zrzut ekranu przykładowego programu [10], na którym widoczny jest sposób definiowania przegród bocznych niezbędny do określenia wartości poprawki K.

Producenci izolacji oferują materiały mające różne, ściśle określone zastosowanie. Wśród np. wyrobów z wełny mineralnej można znaleźć także płyty lub maty przeznaczone do izolacji akustycznej ścian, dachów w konstrukcjach szkieletowych. Ważne jest zastosowanie produktu zgodnie z jego przeznaczeniem. Do najczęściej stosowanych materiałów sprężystych należą wełna mineralna (szklana lub skalna) oraz polistyren ekspandowany elastyfikowany. Są to materiały specjalnie dedykowane przez producentów do użycia w podłogach pływających. Wartość sztywności dynamicznej zależna jest od rodzaju i grubości materiału. Im większa grubość, tym wartość s’ niższa i tym wyższa izolacyjność podłogi. W przypadku materiału sprężystego złożonego z dwóch lub większej liczby warstw o sztywności s’i każda wypadkowa sztywność dynamiczna może być określona wzorem obok [7]:

(6)

Tabl. 3. Wartości wskaźnika L_n,eq,0,w wyznaczone w badaniach laboratoryjnych dla przykładowych stropów o różnej konstrukcji [9]

Rodzaj stropu	m'	L_n,eq,0,w
Rodzaj stropu	[kg/m²]	[dB]
Fert 45, pustaki ceramiczne 20 cm, nadbeton 3 cm	275	79,0
Cerit, pustaki ceramiczne 24 cm, nadbeton 4 cm, łącznie 28 cm	305	78,0
Ceram pustaki ceramiczne 21 cm, nadbeton 3 cm, łącznie 24 cm	314	77,0
EF 45/23 pustaki ceramiczne 20 cm, nadbeton 3 cm, łącznie 23 cm	265	84,0
żelbetowy 14 cm	336	77,0
żelbetowy 20 cm *	480	70,2
żelbetowy 25 cm *	600	66,8
żelbetowy 30 cm *	720	64,0
żelbetowy 35 cm *	840	61,7
żelbetowy W-70 gr. 22 cm (kanały Φ14,7 cm co 20 cm)	340	74,0
kanałowy typu Ż – żerański gr. 22 cm (kanały Φ17,8 cm co 22 cm)	320	73,0
sprężony S gr. 26 cm (kanały Φ18,5 cm co 22,5 cm)	350	77,0
* wartości – obliczone na podstawie wzoru (3)

Na rys. 4 przedstawiono fragment podłogi pływającej ułożonej na stropie. Pomimo dobrze dobranej grubości jastrychu oraz rodzaju warstwy sprężystej zdarza się, że podłoga pływająca nie zapewnia redukcji dźwięków na odpowiednim poziomie. Częstą przyczyną tego zjawiska są błędy wykonawcze. Bardzo istotnym elementem decydującym o końcowym efekcie jest zapewnienie ciągłości dylatacji obwodowej przez wypełnienie jej materiałem sprężystym. Uwaga ta dotyczy również warstwy wierzchniej, która jeżeli wykonana będzie bez wymaganej dylatacji, a materiałem użytym będą płytki ceramiczne lub inna okładzina o znaczącej gęstości, to będzie to element przenoszący energię akustyczną z podłogi na ściany i dalej na konstrukcję budynku. Efektem będzie obniżenie parametrów dźwiękoizolacyjnych nie tylko stropu, ale również przegród pionowych. Równie istotnym elementem jest izolacja technologiczna między jastrychem a materiałem sprężystym. Należy wykonać ją z odpowiednią dbałością z materiału zapewniającego szczelność. W przeciwnym razie jastrych, który na etapie jego układania przedostanie się między płyty warstwy sprężystej, po stwardnieniu utworzy „mostek akustyczny” przenoszący drgania bezpośrednio z jastrychu na strop. Badania terenowe potwierdzają, że powyższe błędy mogą prowadzić do zwiększenia wartości wskaźnika ważonego przybliżonego poziomu uderzeniowego znormalizowanego L’nw nawet o kilkanaście dB. W tym miejscu przypomnieć należy, że subiektywne odczucie podwojenia się hałasu odpowiada wzrostowi poziomu ciśnienia akustycznego o ok. 6 dB.

Rys. 4. Przekrój przez podłogę pływającą z uwzględnieniem wykonania dylatacji obwodowej

Podsumowanie

W artykule przypomniano podstawowe informacje z zakresu izolacyjności od dźwięków uderzeniowych stropów, dotyczące zarówno wymagań, jak i teorii. Uwzględniono zmiany wprowadzone nowelizacją normy PN-B-02151-3:2015-10. Podano również uproszczoną metodę prognozy izolacyjności akustycznej, która może być zastosowana na etapie projektu.

dr inż. Leszek Dulak

Katedra Inżynierii Budowlanej Wydział Budownictwa Politechnika Śląska

Literatura

Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (Dz.U. Nr 89, poz. 414 z późn. zm.).
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 75, poz. 690 ze zm.).
Obwieszczenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 18 września 2015 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 14 listopada 2017 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 2017 r. poz. 2285).
PN-B-02151-3:2015-10 Akustyka budowlana – Ochrona przed hałasem w budynkach – Część 3: Wymagania dotyczące izolacyjności akustycznej przegród w budynkach i elementów budowlanych.
PN-EN 29052-1:2011 Akustyka – Określanie sztywności dynamicznej – Część 1: Materiały stosowane w pływających podłogach w budynkach mieszkalnych.
PN-EN ISO 12354-2:2017-10 Akustyka budowlana – określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów. Izolacyjność od dźwięków uderzeniowych między pomieszczeniami.
L. Dulak, Izolacyjność akustyczna i związane z nią wymagania dotyczące budynków, „Inżynier Budownictwa” nr 5/2017.
I. Żuchowicz-Wodnikowska, Zasady doboru podłóg z uwagi na izolacyjność od dźwięków uderzeniowych stropów masywnych, „Instrukcje, Wytyczne, Poradniki” nr 394. Warszawa 2004.
http://akustik.baumit.pl/