Soluzioni di involucro e dettagli costruttivi per isolare dai rumori aerei

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1 Soluzioni di involucro e dettagli costruttivi per isolare dai rumori aerei Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale Università degli Studi di Brescia Ing. Edoardo Piana

2 Contenuti minimi del progetto acustico La documentazione del Progetto Acustico deve essere composta da: 1. Relazione Tecnica e di Calcolo (UNI EN 12354), in funzione degli obiettivi di qualità acustica richiesti dalla committenza, in aggiunta ai requisiti minimi definiti dal DPCM 5/12/1997 (?) - UNI (!). Verifica di tutti i locali dell edificio; Conclusioni analitiche evidenziano che, seguendo le indicazioni progettuali, saranno verificati i valori dei requisiti acustici passivi in tutti i locali dell edificio. 2. Elaborati grafici e tabellari costituiti da planimetrie, sezioni, dettagli tipologici, particolari costruttivi, che evidenzino gli interventi previsti ai fini del rispetto della normativa e degli eventuali criteri di qualità definiti dal committente. Gli allegati grafici devono far riferimento a tabelle, contenenti descrizione, peso e spessori della muratura.

3 Metodi previsionali e linee guida UNI/TR Acustica in edilizia Guida alle norme serie UNI EN per la previsione delle prestazioni acustiche degli edifici applicazione alla tipologia costruttiva nazionale UNI Acustica Linee guida per la progettazione, la selezione, l installazione e il collaudo dei sistemi per la mitigazione ai ricettori del rumore originato da infrastrutture di trasporto UNI EN Acustica in edilizia - Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti - Parte 1: Isolamento dal rumore per via aerea tra ambienti. UNI EN Acustica in edilizia - Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti - Parte 2: Isolamento acustico al calpestio tra ambienti. UNI EN Acustica in edilizia - Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti - Parte 3: Isolamento acustico contro il rumore proveniente dall'esterno per via aerea. UNI EN Acustica in edilizia - Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti - Parte 5: Livello sonoro dovuto agli impianti tecnologici UNI EN Acustica in edilizia - Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti - Parte 6: Assorbimento acustico in ambienti chiusi

4 Piante e sezioni dell edificio con riferimento alle tipologie delle partizioni verticali, orizzontali e dei serramenti

5 Piante e sezioni dell edificio con riferimento alle tipologie delle partizioni verticali, orizzontali e dei serramenti

6 Tipologia delle partizioni verticali, di separazione e di facciata;

7 Tipologia delle partizioni orizzontali (solai e coperture);

8 Schema dell impianto di scarico.

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10 Relazione Tecnico Descrittiva delle opere acustiche Con indicazione le modalità di esecuzione, gli standard normativi e/o gli obiettivi qualitativi richiesti. Saranno incluse: le norme tecniche e di prodotto, a cui dovranno sottostare i materiali adottati, la esplicita richiesta di certificati di laboratorio La Relazione Tecnico Descrittiva conterrà anche le specifiche e le schede tecniche di: silenziatori, materiali fonoassorbenti, materiali fonoisolanti, prodotti antivibranti per macchinari ed impianti, materiali edili, prodotti resilienti vari e prodotti per la riduzione del rumore di calpestio.

11 ONDA INCIDENTE SULLA PARETE W inc = W riflessa + W assorb + W trasm r W W riflesso inc W W assorb inc W W trasmesso inc Coefficiente assorbimento Coefficiente riflessione Coefficiente trasmissione r δ ζ Coefficiente di assorbimento apparente (tutta l energia che non viene riflessa) α = 1 - r = ζ + δ

12 IL POTERE FONOISOLANTE 1 R 10log 10log 0< τ <1 Parete perfettamente isolante Parete che trasmette tutto: ho un buco acustico

13 Trasmissione attraverso una parete sottile Si consideri un onda piana che incide su un pannello di massa M e spessore h, che separa due ambienti con mezzi di impedenza z 1, z 2. L onda sarà in parte riflessa e in parte trasmessa mettendo in movimento il pannello trasferendogli una quota parte di energia (reazione elastica). Un altra parte dell energia verrà dissipata all interno del pannello (smorzamento).

14 La parete ha: una sua massa M una elasticità X uno smorzamento R La parete, sottoposta alla forza F variabile nel tempo dovuta all onda, si mette a vibrare e trasmette il campo dall altra parte. La parete ha una sua frequenza naturale di oscillazione (come si mette a vibrare la massa quando la sposto dalla sua posizione di equilibrio) che è chiamata frequenza di risonanza ed pari a 1 2 Questo sistema è perfettamente analogo ad un sistema meccanico massa-mollasmorzatore: X m * f r M La legge che regola il moto è dv dt m Legate alle Δp dell onda M S F X * X S t Xvdt Legate all elasticità Rv Legate alla viscosità

15 Rv vdt X t F dt dv M Sostituendo le espressioni della forza F, della reazione elastica e dell inerzia del pannello nella : E indicando con: S R R S X X S M m * * Si ottiene: 2 * * 2 cos cos X m z z R i i con S= superficie parete

16 Andamento di R in frequenza per parete monostrato X* R* m Il suo valore varia con la frequenza (2πf = ω) e la direzione di provenienza del suono (angolo di incidenza θ) oltre che con le proprietà geometriche e fisiche della parete (elasticità X, massa M [densità per spessore], dalla viscosità R)

17 A basse frequenze si lavora sulla rigidità Qui si lavora sulla massa; se metto una massa m 2 =2m 1 la curva si sposta di 6dB verso l alto In una parete sottile ci sono una serie di frequenze naturali in cui si trovano dei minimi

18 E immediato osservare che esiste un particolare valore della frequenza che minimizza il valore del potere fonoisolante (frequenza naturale): m X f r * 2 1 Massa per unità di superficie Elasticità L elasticità dipenderà dalle condizioni di vincolo, geometria (inerzia), proprietà meccaniche (modulo di elasticità E) Per una parete rettangolare sottile di spessore h e di dimensioni a e b, esistono infinite frequenze naturali ottenibili dalla relazione: , 12 ) (1 2 1 b j a i h E f j i r

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20 Frequenze naturali: esempi di calcolo f r i, j 1 2 E 2 (1 ) 2 h 12 i a 2 2 j b Calcolare le frequenze naturali di una parete rettangolare in calcestruzzo di dimensioni 3 m*3 m*10 cm incastrata agli estremi kg / m f f f 1,1 2,1 2,2 32Hz f 1,2 80.2Hz 128.3Hz 3 Per una pellicola rettangolare di piombo di dimensioni 3m*3m*1mm incastrata agli estremi, le frequenze naturali sono le seguenti: kg / m f f f 1,1 2,1 2,2 0.13Hz f 1,2 0.49Hz Hz SOLITAMENTE LA FREQUENZA DI RISONANZA DI GRAN PARTE DELLE STRUTTUE IMPIEGATE IN EDILIZIA E INFERIORE A 100 Hz

21 IL FENOMENO DELLA COINCIDENZA Le onde sonore che incidono su una parete inducono delle onde che si propagano parallelamente al piano della parete con una velocità c l che dipende dalle caratteristiche fisiche del materiale della parete e dalla frequenza dell onda che la colpisce. c l E velocità dell'ondatrasversale 2 (1 ) Quando la componente di velocità dell onda incidente in direzione trasversale c y eguaglia la velocità dell onda trasversale che nasce nel pannello, l onda incidente non si accorge della presenza del pannello perché non riscontra discontinuità tra il comportamento del mezzo in cui viaggiava e quello della parete posta in movimento dalle onde trasversali fenomeno COINCIDENZA che si manifesta per la frequenza fc. f c 2 c 2 m B

22 L effetto della coincidenza comporta notevoli inconvenienti, in quanto determina una perdita di isolamento nel campo delle medie alte frequenze per i materiali d uso corrente in edilizia

23 Andamento del potere fonoisolante di materiali di uso corrente per l edilizia

24 Per il piombo nel campo dell udibile vale la L. di massa Per il cls fidarsi della L. di massa può essere critico è molto ristretta per una parete in calcestruzzo da 10 cm mentre è molto ampia per una sottile membrana di piombo da 1mm Se si calcola la frequenza di coincidenza per le stesse pareti dell esempio precedente , 12 ) (1 2 1 b j a i h E f j i r LA LEGGE DI MASSA

25 Formule per pareti monostrato Legge della massa per onde con incidenza normale R 20logm' 20log f Legge di massa per onde con incidenza casuale: R R 10log R 0 0

26 Esempio 1

27 Esempio 2

28 Indice isolamento parete monostrato

29 Pareti doppie - Pregi La massa non è sinonimo di buon isolamento: per ottenere elevate prestazioni acustiche si può far ricorso a materiali compositi. A parità di spessore complessivo della parete si hanno valori più elevati del potere fonoisolante (fenomeno dovuto al disaccoppiamento) Elevati valori di potere fonoisolante con massa contenuta PARETE SINGOLA Deve superare i 400 kg/m 2 PARETE DOPPIA con lana minerale Sono sufficienti 250 kg/m 2

30 Potere fonoisolante pareti doppie Effetto materiale: +1dB per ogni centimetro di intercapedine riempita.

31 R w (max) Formule per pareti multistrato ' m 2 m' log ' m m' 1,2 = massa superficiale dei 1.21 due strati [kg/m 2 ] log d = spessore d dell intercapedine Per sfruttare le proprietà fonoisolanti di pareti doppie in laterizio occorre che l intercapedine sia di almeno 10 cm R w (in modo che la frequenza di risonanza sia sopra i 1700 Hz) 20logm' 20logd 10 m' = massa superficiale complessiva [kg/m 2 ] Una parete singolo strato pesante è più isolante di una parete singolo strato leggera. Una parete composita leggera può essere più isolante di una parete monolitica pesante.

32 PONTI ACUSTICI

33 Esempio 3

34 Procedura calcolo isolamento aereo Occorre che, nella relazione di calcolo di ciascun elemento (facciata, partizioni verticali ed orizzontali), i valori di R w, L nw, D 2m,nT,w siano determinati, tenendo conto delle trasmissioni laterali attraverso i parametri R ij e K ij definiti nelle UNI EN Facendo riferimento allo schema di trasmissione, diretta e per fiancheggiamento, tra due ambienti adiacenti l indice del potere fonoisolante apparente è dato da: R' W 10log10 R Dd, W 10 n F f 1 10 R Ff, W 10 n f 1 10 R Df, W 10 n F1 10 R Fd, W 10

35 PROCEDURA DI CALCOLO ISOLAMENTO FACCIATA D2 m, nt, W R' W L fs 10logV /(6T60S) R w si calcola in funzione delle grandezze pertinenti dei componenti (prodotti) e cioè dei singoli elementi che compongono la parte di facciata corrispondente all ambiente interno, considerando anche i piccoli elementi quali prese d aria, ventilatori, condotti elettrici. L apporto energetico dovuto alla trasmissione laterale è considerato globalmente ed espresso dal fattore K. R' W 10log n i1 Si 10 S R 10 wi n i1 A S 0 10 D n, e, wi 10 K

36 D2 m, nt, W R' W L fs 10logV /(6T60S) è l isolamento acustico intrinseco dell elemento facciata R' 10log( n i1 Si S 10 A S Ri p Dni ) i1 K Media ponderata delle prestazioni dei vari elementi della facciata Media delle prestazioni dei piccoli elementi della facciata Trasmissioni laterali

37 D2 m, nt, W R' W L fs 10logV /(6T60S) è la differenza di livello per la forma della facciata L fs è compreso tra -1 e +7 (usare con molta cautela)

38 LA FACCIATA È L ELEMENTO CHE DIVIDE L INTERNO DI UN LOCALE DALL ESTERNO (tetto aggetti ecc.) L ELEMENTO DEBOLE ACUSTICAMENTE CONDIZIONA IL COMPORTAMENTO DELL INTERA FACCIATA: - SERRAMENTO (certificati di isolamento e permeabilità all aria) - cassonetto (scegliere il monoblocco) - veletta davanti al cassonetto, - filo di posa del serramento (specialmente per pareti perimetrali doppie) - posa del falso telaio - uso del cappotto (spalla del rientro in corrispondenza del serramento) - fuga tra falso telaio e telaio - bocche di aerazione per cucine - bocchette di ventilazione per VMC - assottigliamenti parete per radiatori - copertura in legno

39 Isolamento di facciata: pareti composte Le facciate presentano sempre elementi aggiuntivi oltre alle pareti. Tali elementi possiedono valori del potere fonoisolante diversi dalla parete principale.

40 Potere fonoisolante vetro Le prestazioni acustiche di vetrate semplici è influenzata da fenomeni di risonanza (bassa frequenza) e di coincidenza, perché si comporta come una parete monostrato. Nel caso di vetrocamera è possibile comporre i comportamenti e minimizzare questo effetto.

41 Potere fonoisolante: pareti composte Una piccola discontinuità può produrre effetti estremamente dannosi. Anche l impiego di materiali aventi grosse differenze nelle caratteristiche di fonoisolamento può portare ad errori grossolani. Per determinare il potere fonoisolante di una parete composta si usa la formula di Meisser: 1 R 10log S S i 10 R /10 i [ db]

42 Esempio di calcolo

43 Parete + finestra (I)

44 Parete più prestante (II)

45 Finestra più prestante (III)

46 Potere fonoisolante elementi accessori (cassonetti)

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48 Bocchette di ventilazione

49 Effetto della permeabilità all aria Il grafico rappresenta il potere fonoisolante di una finestra in funzione della sua classe di tenuta all aria. Si noti come il comportamento in bassa frequenza sia scarsamente influenzato dalla classe di tenuta, mentre il comportamento in alta frequenza è fortemente influenzato da questo parametro.

50 Influenza delle soglie Il grafico rappresenta il coefficiente di trasmissione di una porta in funzione dell altezza della discontinuità. Si noti come il comportamento in bassa frequenza sia poco influenzato dalla dimensione della discontinuità, mentre il comportamento in alta frequenza è fortemente influenzato da questo parametro.

51 I serramenti

52 PROGETTAZIONE ACUSTICA DI PARTIZIONI - ESEMPI Lana minerale Lana minerale Fascia desolarizzante Materiale resiliente Fascia perimetrale Materiale resiliente Fascia perimetrale Fascia desolarizzante

53 La facciata continua LA FACCIATA CONTINUA E UN ELEMENTO DI TRASMISSIONE LATERALE DEL RUMORE - IN ORIZZONTALE - IN VERTICALE

54 Isolamento dei tetti Lana minerale Materiale fonoimpedente