ACUSTICA EDILIZIA. Obiettivo dell acustica edilizia è la difesa dai rumori sia esterni che interni mediante:

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1 ACUSTICA EDILIZIA Obiettivo dell acustica edilizia è la difesa dai rumori sia esterni che interni mediante: a) definizione dei limiti di benessere; b) individuazione e caratterizzazione delle fonti di disturbo sia interne che esterne; c) ricerca dei mezzi di controllo del rumore: Materiali Componenti Sistemi costruttivi MEZZI DI CONTROLLO ATTIVI: Operazioni finalizzate ad un controllo del rumore direttamente alla sorgente. SORGENTI INTERNE: (Impianti tecnici) Adozione di macchine silenziose e loro corretta istallazione SORGENTI ESTERNE: Interventi di carattere preventivo

2 es: Controllo del flusso stradale (limiti di velocità, dislocazione dei semafori,...) PASSIVI: Operazioni che, attraverso l impiego di materiali e tecniche adeguate, hanno lo scopo di ostacolare la propagazione dell energia sonora. L idoneità all impiego viene definita prestazione acustica e viene quantificata da diverse grandezze fisiche: Potere fonoisolante Isolamento acustico Coefficiente di assorbimento acustico Attenuazione del livello sonoro di calpestio Attenuazione del livello sonoro degli impianti tecnici POTERE FONOISOLANTE Il potere fonoisolante R descrive l attitudine di un divisorio, posto a separazione tra due ambienti, ad impedire che rumori aerei prodotti in uno di essi vengano trasmessi all altro. Si misura in laboratorio ed è dato da: R Ei 1 = 10log = 10log (db) E t t Ei: Energia incidente sulla parete Et: Energia trasmessa dalla parete t: Coefficiente di trasmissione

3 R (db) Andamento di R in funzione della frequenza Frequenza (Hz) Il valore di R è una caratteristica della parete e dipende dal tipo di struttura e da come t varia con la frequenza. Per pareti omogenee rigide, in prima approssimazione, R aumenta con la massa M (kg m -2 ) della parete e con la frequenza ν (legge della Massa) secondo le relazioni: R R = 5+ 20log M (db) = 20log( M ν ) 48 (db)

4 Il potere fonoisolante di una parete può essere espresso anche in funzione dei livelli della pressione sonora di due ambienti separati dalla parete stessa per mezzo della formula S R= L1 L2 + 10log A dove: L1: Livello della pressione sonora nell ambiente disturbante; L2: Livello della pressione sonora nell ambiente disturbato; A: Assorbimento globale dell ambiente disturbato A = a i S i ; S: Area della superficie del divisorio.

5 ISOLAMENTO ACUSTICO L isolamento acustico D è una grandezza che viene misurata in opera. Quando una parete, dotata di potere fonoisolante R, viene adoperata come divisorio fra un ambiente disturbante (1) ed un altro ambiente contiguo disturbato (2), la differenza fra i valori che il livello di pressione assume nei due ambienti oltre che da R dipende dall ambiente disturbato e dalle strutture contigue. In questo caso l isolamento acustico D è dato da: Dove: D = A L1 L2 = R + 10log S a (db) L1: Livello della pressione sonora nell ambiente disturbante; L2: Livello della pressione sonora nell ambiente disturbato; A: Assorbimento globale dell ambiente disturbato A = a i S i ; S: Area della superficie del divisorio; a: Tiene conto dell entità delle fughe laterali (db). Normalmente 0 a 7

6 a = 0 (db) a = 5 ( db) a = 6 (db) a = 7 (db) Per una parete principale semplice di tipo leggero rispetto alle pareti laterali Per una parete principale da 350 kg m -2 in calcestruzzo Quando entrambe le pareti laterali sono in muratura e di massa > 150 kg m -2 Quando una delle pareti laterali sono in muratura e di massa < 150 kg m -2 Quando entrambe le pareti laterali sono in muratura e di massa < 150 kg m -2 E possibile rappresentare il comportamento acustico di una parete mediante un solo numero I, detto INDICE DI VALUTAZIONE ACUSTICA, che indica, pertanto, la prestazione acustica per quanto riguarda sia l isolamento acustico che il potere fonoisolante. L indice di valutazione si ottiene, secondo un procedimento fissato dalla normativa I.S.O. (International Standard Organization) confrontando il diagramma della parete con quello della curva limite. Il valore dell indice di valutazione si ottiene considerando il valore della curva limite in corrispondenza di 500 Hz. Nel nostro caso 47 db. La curva limite va traslata opportunamente in modo che la somma degli scarti posti al di sotto della curva stessa è inferiore a 12 db, nel caso che le misure vengano effettuate in bande di ottava, e di 36 db per misure effettuate in bande di terzi di ottava.

7 Curva di riferimento secondo le norme ISO db Frequenza (Hz)

8 80 Indice di Valutazione Acustica ISO Parete R(dB) Frequenza (Hz)

9 Influenza della frequenza sul potere fonoisolante massa parete R (db) Frequenza (Hz) Il comportamento della parete potrebbe sembrare soddisfacente se lo studio fosse limitato alla legge sperimentale di massa, mentre non lo è perchè non permette di isolare covenientemente il rumore, ad esempio, della conversazione a causa del difetto nella zona tra Hz.

10 EFFETTO DI COINCIDENZA Si verifica quando si ha una perdita d isolamento nelle pareti omogenee. La frequenza a cui questo effetto si manifesta è detta frequenza critica e viene indicata con fc. L effetto di coincidenza si verifica quando la proiezione in direzione di α della lunghezza d onda λa (λa senα) delle onde sonore (in aria) incidenti sulla parete secondo un angolo α, coincide con la lunghezza d onda λf delle vibrazioni flessionali nel divisorio. La frequenza critica fc dipende da: 1) densità dal modulo elastico della parete; 2) spessore della parete;

11 Spessore (cm) M (kg m -2 ) fc (Hz) Mattoni Cemento Quindi la Legge della Massa, con i materiali e gli spessori usualmente utilizzati, consente di prevedere in modo soddisfacente il comportamento di una parete entro limiti assai limitati. M = 85 kg m -2 R = 34 db M = 24 kg m -2 R = 42.5 db Fig.1 Parete omogenea ed impermiabile in mattoni forati da 8 cm con intonaco su ogni faccia da 1 cm. Spessore finito 10 cm Fig.2 Parete doppia leggera in gesso rivestito: gesso rivestito 1.25 cm lana di vetro 3 cm. Spessore finito 10 cm

12 Parete doppia leggera in gesso rivestito. A) con una lastra di gesso B) con doppia lastra di gesso s s d d La figura illustra la dipendenza del potere fonoisolante R di pareti in gesso rivestito da vari parametri ed, in particolare, dalla massa totale (quest ultima legata evidentemente al numero ed allo spessore delle lastre). Nella figura s rappresenta lo spessore dell isolante acustico e d la distanza tra le lastre di gesso compreso lo spessore del distanziatore. Un influenza non trascurabile hanno infine i ponti acustici rappresentati dai profili distanziatori all interno della parete di gesso. L isolamento acustico D, come già visto, risulta inferiore di 5-7 db al potere fonoisolante R. R (db) Lastre in gesso Tipo A Tipo B 5 6 rivestite Fibre di vetro s 2s 2 4 Ponti acustici SI NO 4 Fughe laterali SI NO 5 7 Energia trasmessa - 75% R = 6 db Riduzione della sensazione auditiva - 35%

13 TRATTAMENTO ACUSTICO DELLE PARETI ESISTENTI CON RIVESTIMENTI A PELLE RESILIENTE E una tecnica acustica per migliorare il potere fonoisolante di pareti esistenti. Consiste nel rivestire le pareti in muratura, calcestruzzo ecc.., con un pannello in gesso rivestito accoppiato ad un manufatto in fibra di vetro. L incremento di R è molto rapido, circa 12 db per ottava, a partire da una frequenza f0, legata allo spessore della parete, a quello della lastra di gesso e allo spessore del manufatto fibroso inserito nell intercapedine. R aumenta se: 1) Aumenta la massa superficiale M del gesso rivestito, ovvero il numero e lo spessore delle lastre. 2) Aumenta lo spessore del pannello in fibra di vetro. 3) Diminuisce la massa superficiale M della parete da rivestire

14 Miglioramento del potere fonoisolante R di pareti in funzione dei vari parametri

15 POTERE FONOISOLANTE DI PARETI NON OMOGENEE

16 Il potere fonoisolante globale di pareti non omogenee risulta fortemente influenzato dalla presenza di zone a minore isolamento acustico. E questo il caso di pareti perimetrali nelle quali sono inserite finestre o porte. la presenza di tali zone a più debole isolamento si riflette sull isolamento globale in misura più elevata di quanto sarebbe da attendersi in funzione della loro limitata superficie. Il diagramma seguente permette di calcolare l isolamento acustico di una parete nella quale sia inserita una zona a più debole isolamento. A titolo di esempio se una parete, costituita da un muro semplice di 220 m 2 e potere fonoisolante R1 di 45 db, contiene una finestra di 20 m 2 e potere fonoisolante R2 di 15 db, l isolamento acustico globale risulta di soli 25,2 db.

17 Tipo di divisorio Potere fonoisolante R (db) alle frequenze (Hz) Indice I.S.O. I (db) Parete di mattoni pieni intonacata, spes. s = 12cm, M = 220 kg m -2 idem, s = 24 cm, M= 440 kg m Parete di mattoni forati, s = 28 cm Parete calcestruzzo intonacata, s = 18 cm, M = 440 kg m Parete in cls (2 strati di 5 cm, separati da intercapedine di 2,5cm) idem. (2 strati di 7,5 cm, intercapedine di 7,5 cm) Divisorio in gesso-perlite (s = 5 cm M = 49 kg m -2 ) idem (s = 6,3 cm, M = 107 kg m -2 ) Tramezzo mobile Tramezzo mobile munito di pannelli vetrati (cristallo 7-9 mm) Tramezzo mobile munito di pannelli vetrati con doppio cristallo (2 lastre uguali, distanti d = 1 cm) Tramezzo mobile munito di pannelli vetrati con doppio cristallo (2 lastre di diverso spessore, d = 4 cm) idem. con porta Doppia finestra

18 ASSORBIMENTO ACUSTICO Ha come obiettivo quello di ridurre al minimo l effetto delle onde sonore riflesse. Con il fonassorbimento si corregge l acustica dei locali attraverso la riduzione delle riflessioni delle onde sonore sulle pareti che delimitano l ambiente. L assorbimento acustico è la proprità dei materiali di trasformare in calore la parte di energia sonora che li colpisce La grandezza che definisce in tal senso le proprietà di un materiale fonoassorbente è il fattore di assorbimento acustico α che rappresenta il rapporto tra l energia sonora assorbita E a e l energia sonora incidente E i. α = E a Ei MATERIALI FONOASSORBENTI 1) Materiali porosi (es. manufatti in fibra di vetro) 2) Pannelli flessibili (es. lastre in gesso rivestito) 3) Struttura risonanti (es. pannelli in gesso rivestito perforati)

19 Esempio di assorbimento di un materiale poroso 1,00 0,80 α 0,60 0,40 0,20 0, Frequenza (Hz) a b c d e f Tipo di curva Spessore dello strato poroso (cm) a 2,5 b 5 c 7,5 d 10 e 12,5 f 15 L assorbimento dipende da: 1) Grado di porosità (Va/Vs) 2) Dimensioni ed orientamento dei fori e dall esistenza di cavità cieche Fattore di struttura 3) Spessore dello strato poroso che determina l estensione della banda di frequenze nella quale il coefficiente di assorbimento si mantiene elevato (s=λ/6) Va : Volume dell aria contenuta nel foro

20 Vs : Volume totale dello strato poroso PANNELLI VIBRANTI Sono costituiti da pannelli di materiale non poroso (impermeabile all aria) opportunamente distanziati dalle pareti in modo da lasciare una intercapedine la cui profondità è generalmente di qualche centimetro. L intercapedine viene spesso riempita, almeno parzialmente, con materiale poroso. Un pannello possiede di per se molte frequenze di risonanza entro la banda acustica. Quando, come avviene usualmente, l intercapedine è abbastanza sottile ed il materiale costituente il pannello o, più spesso, il vincolo che lo connette alla parete rigida è molto cedevole, allora la reazione elastica dell aria contenuta nell intercapedine, che è una cavità chiusa, diviene prevalente su quella propria del materiale e dei vincoli. Il comportamento della struttura costituita dal pannello e dall intercapedine diviene così quello di una massa vibrante. f r = c 2π ρ S M d c : velocità del suononell aria d : spessore dell intercapedine S : area dell intercapedine (solitamente uguale a quella del pannello) M : massa del pannello vibrante

21 Per il fatto che vibra, il pannello reirradia parte dell energia incidente perciò diventa importante lo smorzamento proprio delle vibrazioni del pannello. Se lo smorzamento è molto piccolo il pannello reirradia quasi tutta l energia ricevuta cosicchè l assorbimento risulta trascurabile. Se lo smorzamento è eccessivo, le vibrazioni della struttura sono così modeste che il meccanismo di assorbimento per risonanza non può manifestarsi. L efficacia di assorbimento del pannello risulta massima in corrispondenza della frequenza di risonanza del sistema, la quale, con le dimensioni usuali dei pannelli e dell intercapedine, cade verso il limite inferiore della banda acustica, fra qualce decina di Hz e Hz. Esempio di assorbimento di un rivestimento a pannelli vibranti 0,8 0,6 α 0,4 0, Frequenza (Hz)

22 PANNELLI FORATI Quando il risuonatore è investito da un fascio di onde sonore, l aria contenuta nel collo di lunghezza L viene sollecitata a vibrare; in questo modo trasmette una serie di espansioni e compressioni all aria contenuta nella cavità. Se le dimensioni del risuonatore sono piccole rispetto alla lunghezza d onda del suono incidente, e se il collo è abbastanza stretto in confronto alla cavità, l aria contenuta nel collo si comporta come una massa oscillante nella quale si localizza prevalentemente energia cinetica. L aria contenuta nella cavità si comporta come un elemento elastico. Il sistema possiede una frequenza di risonanza data da: c S f r = 2π V L e V: volume della cavità c: velocità del suono in aria S: area del collo del risuonatore L e : lunghezza equivalente Le = L+ 08, D L: profondità del foro D: diametro del foro Area S L Volume V

23 PANNELLI FORATI ASSORBENTI D L H Pannello forato Lana di vetro Aria fr = 54, p H Le p: percentuale di foratura del pannello p= 100 n S S p n: fori S: superficie dei fori S p : superficie del pannello α Esempio di assorbimento di un rivestimento a pannelli forati Frequenza (Hz)

24 RUMORI D URTO I rumori d urto sono provocati da solai messi in vibrazionw e sono dovuti a varie cause. 1) A percussione (caduta di oggetti, calpestio,...) 2) A vibrazioni di macchine 3) Per attrito ed in particolare per trascinamento di mobili Questo tipo di rumore si trasmette non soltanto verticalmente ma anche

25 MISURA DEI RUMORI D URTO La misura del rumore si effettua utilizzando un fonometro posto n el locale dove viene ricevuto il rumore emesso da una macchina di calpestio nermalizzata. La macchina è costituita da 5 martelli in linea da 500 gr ciascuno. che cadono da una altezza di circa 4 cm al ritmo di 10 colpi al secondo.

26 Per ridurre la trasmissione dei rumori d urto occorre interrompere la continuità delle strutture. Non vanno bene, per questo scopo, i sistemi atti al solo isolamento dai rumori aerei. ISOLAMENTO CONTRO IL RUMORE D URTO E possibile realizzare l isolamento secondo tre differenti tecniche 1) Rivestendo il solaio con una pavimentazione elastica (moquette, ecc..). 2) Realizzando un pavimento galleggiante. 3) Realizzando un controsoffitto desolidarizzato dal sovrastante solaio. La seconda soluzione è la più efficace ma può essere realizzata solamente nelle nuove costruzioni (a meno di non rifare la pavimentazione).

27 R 15 db Livello sonoro da calpestio db fibra di vetro gesso rivestito PAVIMENTO GALLEGGIANTE Non devono esistere punti di contatto rigidi con la soletta sottostante e con le pareti. Il materiale smorzante dovrà rispondere ai requisiti: 1) Resistenza alla compressione in funzione dei carichi 2) Modulo di elasticità dinamico basso, poco variabile con il carico e comunque molto prossimo al modulo di elasticità statico. I migliori materiali al riguardo sono quelli in fibra di vetro, mentre l interposizione tra solaio e pavimento di materiali rigidi e porosi (massetti allegeriti), molte volte non porta a risultati apprezzabili.

28 solaio materiale smorzante massetto zoccolo staccato dal pavimento Attenuazione acustica, in db, di alcuni materiali da costruzione in rapporto alla superficie del pavimento non ricoperta. Materiale Frequenza (Hz) media pavimento in legno cemento nudo asfalto gomma tappetto pesante sughero lenoleum su feltro Coefficienti di assorbimento di alcuni materiali Materiale Frequenza (Hz) muratura in mattoni marmo

29 intonaco a calce calcastruzzo a vista linoleum pavimento in legno moquette tapezzeria in stoffa tende pesanti drappeggiate, a 20 cm dalla parete materassino di lana minerale o vetro, spess. 4 cm pannelli in fibre di legno compresse lana minerale in materassino o lastra semirigida, spess. 3cm, appoggiato a parete senza copertura idem, coperto con pannello rigido forato per il 5% idem, coperto con pannello rigido forato per il 10% idem, distanziato dalla parete di 4 cm e non coperto idem, distanziato dalla parete di 4 cm e ricoperto con pannello forato per il 10% Coefficienti di assorbimento di alcuni materiali Materiale Frequenza (Hz) pannello vibrante legno spess.=3 mm distanziato di 4 cm dalla parete piastrella acustica s=2 cm fissata a parete rigida piastrella acustica s=2 cm distanziata 4cm dalla parete finestra, vetrata comune vetrata con lastra di vetro di medio spessore acqua (piscina) legno (porte) soffitto sospeso, in gesso, s=2.5 cm

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