Akustyka budowlana ścian i stropów

Stosowane w budownictwie do wznoszenia ścian i stropów materiały, w odniesieniu do których przeprowadzone zostały badania laboratoryjne izolacyjności akustycznej, zebrano w tabelach 1–3. W celu zgrubnej ich oceny w aspekcie izolacyjności akustycznej pogrubiono te rozwiązania, które dają szansę na spełnienie wymagań dotyczących izolacyjności akustycznej przegród międzylokalowych w budynkach wielorodzinnych. Nie ustosunkowano się do wymagań stawianym przegrodom zewnętrznym, ponieważ wymagania te uzależnione są bezpośrednio od poziomu hałasu zewnętrznego i w związku z tym przydatność konkretnego rozwiązania należy rozpatrywać indywidualnie.

Przegląd rozwiązań ścian

W większości przypadków dotyczących izolacyjności akustycznej między pomieszczeniami w budynku mieszkalnym wskaźnikiem adekwatnym do oceny jest wskaźnik R’_A1. Jego wartości oraz wartości wskaźnika R_A2 dla wybranych rozwiązań materiałowych pokazano w tabeli 1. Pogrubieniem zaznaczono te materiały, przy użyciu których prawdopodobne jest (po uwzględnieniu przenoszenia bocznego) spełnienie standardów wymaganych w odniesieniu do ścian międzylokalowych w budynkach wielorodzinnych, określonych wskaźnikiem R’_A1R min. = 50 dB.

W tabeli 1 podano wartości projektowe skorygowane o 2 dB. Na podstawie tych danych należy stwierdzić, że uzyskanie parametrów normowych nie jest zadaniem łatwym do realizacji. Tylko przegrody o masie powierzchniowej przekraczającej 300 kg/m² charakteryzują się wskaźnikiem R_A1R ≥ 53 dB. Wyjątek stanowią systemowe lekkie ściany na szkielecie z kształtowników zimnogiętych. Takie rozwiązania mają pozytywną opinię ITB dotyczącą stosowania jako ściany międzylokalowe, ich przyjęcie może jednak budzić wątpliwości przyszłych mieszkańców. Dodatkowo należy pamiętać, że wartości wskaźników podanych w tabeli 1 należy skorygować o wartość przenoszenia bocznego dźwięku, a dla konstrukcji ściennych tego typu jego udział w całości energii akustycznej przekazywanej między pomieszczeniami jest znaczący.

Rozwiązaniem, które nie zostało ujęte w tabeli 1, są podwójne ściany masywne. Można wyróżnić w tej grupie dwa rodzaje przegród:

• ściany oddylatowane na całej powierzchni (od fundamentów po dach) – w odniesieniu do tego rozwiązania można uznać, że brak jest przenoszenia bocznego,
• ściany posadowione na wspólnym stropie oraz połączone ze ścianami bocznymi – połączenie na obwodzie stanowi drogę boczną dla dźwięku.

Zaleca się wykonanie przegród podwójnych jako niesymetrycznych (każda ze ścian o innej grubości). Izolacyjność akustyczną ścian podwójnych masywnych przyjmuje się większą o 3–7 dB od ściany pojedynczej o tej samej masie powierzchniowej (przy dylatacji 5–10 cm). Dodatkowo przy wypełnieniu dylatacji wełną mineralną można liczyć na zwiększenie izolacyjności akustycznej o dodatkowe 1–3 dB [1].

Teoria ta jest prawdziwa, jednak tylko do pewnej grubości granicznej przegród symetrycznych. Powyżej niej izolacyjność ściany podwójnej jest niższa niż ściany pojedynczej o równoważnej masie powierzchniowej. Grubość graniczna różna jest przy różnych rozwiązaniach materiałowych. Dla ściany podwójnej symetrycznej z betonu komórkowego wynosi 8–12 cm (grubość każdej z dwóch części przegrody). Z tych względów trudno jednoznacznie określić przydatność ścian podwójnych jako przegród rozdzielających.

Zależność izolacyjności akustycznej od grubości przegrody podwójnej i pojedynczej wykonanej z betonu komórkowego pokazano na rys. 1. W przypadku masywnych ścian murowanych bardzo istotną rolę odgrywa połączenie ściany ze stropem. W wypadku ścian nośnych połączenie to jest szczelne akustycznie, ponieważ strop poprzez wieniec oparty jest na ścianie.

Inaczej ma się sytuacja w wypadku przegród, które stanowią tylko wypełnienie przestrzeni między stropami. Zachodzi wówczas konieczność pozostawienia szczeliny podstropowej. Prawidłowo zaprojektowana szczelina pozwala na ugięcie się stropu, tak aby nie opierał się na ostatniej warstwie muru. Najczęściej wysokość szczeliny wynosi 1,5–2 cm. Wypełnienie szczeliny powinno być elastyczne i jednocześnie zapełniać całą przestrzeń podstropową.

Warunki te spełnia wełna mineralna o gęstości min. 60 kg/m³ oraz specjalne pianki o zwiększonej gęstości. Istotne jest także wykończenie warstwy wierzchniej w miejscu połączenia stropu ze ścianą. Badania wykonane przez producenta bloczków wapienno-piaskowych wskazują na bardzo dobre parametry akustyczne połączeń wykonanych za pomocą masy ogniochronnej [2]. Na rys. 2 pokazano szczegół poprawnie wykonanej szczeliny podstropowej.

Przegląd rozwiązań stropów

Do oceny przenikania dźwięków powietrznych przez stropy stosuje się takie same kryteria jak w wypadku ścian – najczęściej wskaźnikiem adekwatnym do oceny jest wskaźnik R’_A1. W tabeli 2 pokazano wartości wskaźników R_A1 i R_A2 wybranych rozwiązań stropów. Pogrubiono te rozwiązania, przy użyciu których prawdopodobne jest spełnienie wymagań normowych. Podane w tabeli 2 wartości projektowe skorygowano o 2 dB.

Na podstawie przedstawionych danych należy stwierdzić, że uzyskanie wymaganych parametrów izolacyjnych stawia pod znakiem zapytania użycie stropów gęstożebrowych (możliwość spełnienia wymagań przy ograniczeniu przenoszenia bocznego do wartości 1 dB). W tabeli 2 zamieszczono także rozwiązanie w postaci stropu drewnianego o poprawionych parametrach akustycznych, którego izolacyjność od dźwięków powietrznych określona podczas badań terenowych wyniosła R’_A1 = 67 i R’_A2 = 61 dB. Przekrój przez strop pokazano na rys. 3.

Najczęstszym elementem budynku, gdzie generowane są dźwięki uderzeniowe, jest strop. Sporadycznie mamy do czynienia z generowaniem dźwięków uderzeniowych w ścianach budynku (np. podczas remontów; wiercenia, stukania itp.). Z tego względu właśnie stropy zabezpiecza się przed hałasem tego typu. Jedynym sposobem, który gwarantuje skuteczną redukcję poziomu uderzeniowego w budynkach wielorodzinnych, jest poprawnie wykonana podłoga pływająca. W celu uwzględnienia jej udziału w redukcji dźwięków uderzeniowych należy posługiwać się wzorem:

L'_n,w= L_n,w,eq – ΔL_wR + K dB,

gdzie:

L_n,w,eq – równoważny ważony wskaźnik poziomu uderzeniowego znormalizowanego stropu bez dodatkowych warstw [dB],

ΔL_wR – ważony wskaźnik zmniejszenia poziomu uderzeniowego przez podłogę [dB],

K – poprawka uwzględniająca przenoszenie dźwięków uderzeniowych przez jednorodne elementy boczne [dB] (tablica 1 normy PN-EN 12354-2:2002 [3]).

W tabeli 3 pokazano wartości równoważnego ważonego wskaźnika poziomu uderzeniowego znormalizowanego dla stropu bez dodatkowych warstw L_n,w,eq w odniesieniu do wybranych rozwiązań materiałowych. Pogrubieniem zaznaczono te materiały, przy użyciu których prawdopodobne jest spełnienie wymagań normowych (przy założeniu wpływu podłogi pływającej ΔL_w = 25 dB, przenoszenia bocznego K = 2 dB oraz korekty 2 dB). W tabeli 3 nie umieszczono ze względu na brak badań laboratoryjnych pokazanego na rys. 3 stropu drewnianego, jednak wyniki badań terenowych świadczą o bardzo dobrej izolacyjności od dźwięków uderzeniowych tego rozwiązania, potwierdzonej wynikiem L’_n,w = 48 dB. Należy jednak nadmienić, że większość standardowych stropów drewnianych charakteryzuje się niską izolacyjnością od dźwięków uderzeniowych.

W tabeli 4 zestawiono wybrane rozwiązania podłóg pływających oraz podaną przez producenta wartość ważonego wskaźnika zmniejszenia poziomu uderzeniowego przez podłogę. Pogrubieniem zaznaczono podłogi charakteryzujące się wskaźnikiem ΔL_w ≥ 25 dB.

Na podstawie analizy danych z tabeli 4 można przypuszczać, że wykonanie podłogi pływającej o wskaźniku ΔL_w ≥ 25 dB nie nastręcza trudności. Użytkownicy nowych mieszkań często jednak wskazują właśnie na dźwięki uderzeniowe jako źródło najbardziej uciążliwych hałasów. Wyniki badań laboratoryjnych tłumienia dźwięków uderzeniowych przez podłogi pływające różnego typu na masywnym stropie wzorcowym przeprowadzone w Laboratorium Akustycznym Wydziału Budownictwa Politechniki Śląskiej [4] potwierdzają negatywne odczucia użytkowników mieszkań. W tabeli 5 zestawiono wszystkie przebadane podłogi, natomiast na rys. 4 przedstawiono wyniki badań. Dodatkowo w odniesieniu do materiałów, dla których informacje takie były dostępne, na wykresie pokazano wartości ΔL_w deklarowane przez producentów.

W wyniku przeprowadzonych badań należy stwierdzić, że w odniesieniu do wszystkich podłóg wykonanych na bazie styropianu elastycznego odnotowano znaczący niedobór wyznaczonej wartości ΔL_w w stosunku do wartości deklarowanych przez producentów. Zdecydowanie korzystniej sytuacja przedstawia się dla podłóg pływających wykonanych na bazie wełny mineralnej. Może to prowadzić do sytuacji, kiedy pomimo prawidłowo wykonanej prognozy akustycznej, opartej na wartościach deklarowanych przez producentów, parametry rzeczywiste zrealizowanych stropów z podłogami pływającymi będą znacząco odbiegać od wymagań normowych.

Przykład obliczeniowy prognozy izolacyjności akustycznej

Poniżej przedstawiono tok obliczeniowy dotyczący sprawdzenia pod względem izolacyjności akustycznej ściany zewnętrznej, ściany międzymieszkaniowej oraz stropu w budynku mieszkalnym wielorodzinnym. W obliczeniach izolacyjności przegród wewnętrznych posłużono się metodą szacunkową [5]. Należy nadmienić, że w sytuacjach bardziej skomplikowanych konieczne jest wykorzystanie metodologii obliczeń zawartej w normach projektowych [6, 3].

Na rys. 5 pokazano rzut pomieszczeń (kondygnacja powtarzalna).

Dane:

• wysokość użytkowa mieszkania h = 2,5 m,
• ściana „1” – międzymieszkaniowa: żelbetowa monolityczna, gr. 15 cm,
• ściana „2” – zewnętrzna: z betonu komórkowego 500 kg/m³, gr. 24 cm + system ETICS (BSO),
• okno z kształtowników PVC 4+4/16 (powietrze),
• ściana „3” i „4” wewnętrzna z betonu komórkowego 500 kg/m³, gr. 10 cm,
• strop gęstożebrowy CERAM, gr. 24 cm, 314 kg/m² + podłoga pływająca (wełna mineralna 2 cm + jastrych cementowy 4 cm, ΔL_W = 26 dB, ΔL_WR = ΔL_W – 2 = 26 – 2 = 24 dB).

Sprawdzenie izolacyjności ściany międzymieszkaniowej – dźwięki powietrzne:

R_A1R = 53 dB (na podst. Instrukcji ITB nr 369/2002 [7]),

K_a = 5 dB (na podst. tablicy II.1-1.3. wiersz 4.1. Instrukcji ITB nr 406/2005 [5]),

R’_A1 = R_A1R – K_a = 53 – 5 = 48 dB,

R’_A1 min. = 50 dB.

R’_A1 = 48 dB < R’_A1 min. = 50 dB – warunek normowy niespełniony.

Sprawdzenie stropu rozdzielającego mieszkania:

• dźwięki powietrzne:
  R_A1R = 52 dB (na podst. Instrukcji ITB nr 369/2002 [7] dla stropu z podłogą pływającą),
  K_a = 4 dB (dla powierzchni stropu S = 9,87 m², na podst. tablicy II.2-3.1. wiersz 2.1. Instrukcji ITB nr 406/2005 [5]),
  R’_A1 = R_A1R – Ka = 52 – 4 = 48 dB,
  R’_A1 min. = 51 dB.
  R’_A1R = 48 dB < R’_A1 min. = 51 dB – warunek normowy niespełniony.
• dźwięki uderzeniowe:
  L_n,w,eq = 77 dB (na podst. Instrukcji ITB nr 369/2002 [7] dla stropu Ceram);
  średnia masa ścian obliczona na podstawie S_bi i m_bi:
  S_b1 = 6,25 m², S_b2 = 7,62 m², S_b3 = 4,45 m², S_b4 = 9,87 m², m_bi – jak na rys. 3, m_bśr = 144 kg/m²,
  K = 2 dB (na podst. tablicy 1 normy PN- -EN 12354-2:2002 [3]), L_’n,w = L_n,w,eq – ΔL_wR + K = 77 – 24 + 2 = 55 dB,
  L’ _{n,w maks.} = 58 dB.
  L’ _n,w =55 dB < L’ _{n,w maks.} = 58 dB – warunek normowy spełniony.  

Sprawdzenie izolacyjności ściany zewnętrznej z oknem. Przyjęto na podstawie pomiarów hałasu środowiskowego miarodajny poziom dźwięku A hałasu zewnętrznego występującego w odległości 2 m od fasady projektowanego budynku L_AeqD = 68 dB w odniesieniu do dnia i L_AeqN = 58 dB w odniesieniu do nocy.

Dźwięki powietrzne:
izolacyjność części pełnej ściany (beton komórkowy 500 kg/m³, gr. 24 cm + system EICS (BSO)),
RA₂R = 40 dB (na podst. Instrukcji ITB nr 369/2002 [7]),
RA₂R = RA₂R + ΔRA₂R =40 + (–2) = 38 dB (uwzględniono wpływ systemu ETICS).

Izolacyjność okna:
RA₂R = 29 dB (nierozszczelnione),
RA₂R = 27 dB (rozszczelnione – z zastosowaniem uszczelki zaślepiającej kanał, na podst. Instrukcji ITB nr 369/2002 [7]).

Na podstawie wzoru:

(pomijamy wpływ bocznego przenoszenia dźwięku K_a = 0 dB)

R’_A2R,wyp = R_A2R,wyp = 32 dB,
R’_{A2 min}. = 33 dB⁵⁾ – dla L_AeqD = 68 dB,
L_AeqN = 58 dB.
R’_A2R,wyp = 32 dB < R’_{A2 min.} = 33 dB – warunek normowy niespełniony.

Możliwości weryfikacji założeń projektowych na etapie wznoszenia budynku oraz po jego ukończeniu

By zweryfikować na etapie projektowania, czy projektowany obiekt będzie spełniał wymagania dotyczące ochrony przed hałasem, należy przeanalizować prognozowaną izolacyjność akustyczną. Niejednokrotnie jednak w przypadku stosowania rozwiązań nowatorskich lub wykonywania przegród o złożonej budowie wskazana jest weryfikacja obliczonej izolacyjności akustycznej na podstawie laboratoryjnych lub terenowych badań izolacyjności akustycznej. Takie sprawdzenie przeprowadza się najczęściej przed podjęciem ostatecznej decyzji dotyczącej zastosowania konkretnego rozwiązania materiałowego w całym budynku lub dużej jego części. Badania laboratoryjne przeprowadzane są na próbce stanowiącej fragment przegrody, której parametry izolacyjne mają być określone.

Często takim badaniom poddaje się np. fasady zewnętrzne, których izolacyjność akustyczna uzależniona jest nie tylko od rodzaju ramy i szklenia, lecz także od wielkości i kształtu poszczególnych kwater. Na fot. pokazano widok próbki fasady aluminiowej zamontowanej w otworze badawczym sprzężonych komór pogłosowych w celu przeprowadzenia badania izolacyjności akustycznej właściwej.

W celu przeprowadzenia badań terenowych konieczne jest odpowiednie przygotowanie pomieszczeń rozdzielonych przegrodą, która ma zostać przebadana. Takie pomieszczenia muszą być wyposażone w kompletną stolarkę okienną i drzwiową oraz podłogi pływające.

Wszystkie przegrody, którym stawiane są wymagania izolacyjności akustycznej, można poddać weryfikacji pomiarowej, w zakresie izolacyjności akustycznej od dźwięków zarówno powietrznych, jak i uderzeniowych. Najczęściej należą do tej grupy: ściany wewnętrzne, ściany zewnętrzne, stropy z podłogą, drzwi wejściowe do mieszkań lub pokoi (w budynkach zamieszkania zbiorowego). W efekcie uzyskuje się wynik, który jest porównywany bezpośrednio z wymaganiami normy [8]. Badania przeprowadza się zgodnie z procedurami zawartymi w odpowiednich normach PN-EN ISO 140-4, 5, 7, 14 przywołanych w rozporządzeniu [9]. Oczywiście, także na etapie już zrealizowanego budynku istnieje możliwość wykonania pomiarów kontrolnych. Niestety, jeśli okaże się wówczas, że obiekt nie spełnia wymagań akustycznych, poprawa izolacyjności będzie bardzo kosztowna, a często wręcz niemożliwa do realizacji. Obecnie nie ma obowiązku wykonywania badań kontrolnych izolacyjności akustycznej w budynkach przed oddaniem ich do użytkowania, jednak można sądzić, że w przyszłości wzorem części krajów UE takie badania będą obligatoryjne. Aktualnie badania te realizowane są często na podstawie wymagań postawionych przez inwestora (w szczególności zagranicznego).

Na rys. 6 przedstawiono przykładowy protokół pomiarowy z badań terenowych izolacyjności akustycznej właściwej ściany międzymieszkaniowej w budynku szeregowym.

Artykuł jest częścią referatu wygłoszonego podczas XXVI Ogólnopolskich Warsztatów Pracy Projektanta Konstrukcji w Szczyrku w 2011 r.

Literatura

1. B. Szudrowicz, „Akustyka budowlana” (w:) „Budownictwo ogólne, tom 2: Fizyka budowli” praca zbiorowa pod kierunkiem prof. dr. hab. inż. P. Klemma, ARKADY, Warszawa 2005.
2. „Ochrona przed hałasem w systemie Nowoczesne SILIKATY”, „Materiały Budowlane”, nr 8/2009, s. 20–21.
3. PN-EN 12354-2:2002, „Akustyka budowlana. Określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów. Izolacyjność od dźwięków uderzeniowych między pomieszczeniami”.
4. L. Dulak, R. Żuchowski, „Badania laboratoryjne tłumienia dźwięków uderzeniowych przez podłogi pływające na masywnym stropie wzorcowym”, Badania statutowe Katedry Procesów Budowlanych Wydziału Budownictwa Politechniki Śląskiej, Gliwice 2009.
5. Instrukcja ITB nr 406/2005, „Metody obliczania izolacyjności akustycznej między pomieszczeniami wg PN-EN 12354-1:2002 i PN-EN 12354-2:2002”.
6. PN-EN 12354-1:2002, „Akustyka budowlana. Określenie właściwości akustycznych budynków na podstawie właściwości elementów. Izolacyjność od dźwięków powietrznych pomiędzy pomieszczeniami.
7. Instrukcja ITB nr 369/2002, „Właściwości dźwiękoizolacyjne przegród budowlanych i ich elementów”, ITB, Warszawa 2002.
8. PN-B-02151-3:1999, „Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych. Wymagania”.
9. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 marca 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2009 r. nr 56, poz. 461).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!