OTTIMIZZAZIONE ACUSTICA DI CASSONETTI PER L ALLOGGIAMENTO DI AVVOLGIBILI MEDIANTE ANALISI INTENSIMETRICHE

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1 Associazione Italiana di Acustica o 36 Convegno Nazionale Torino, giugno 2009 OTTIMIZZAZIONE ACUSTICA DI CASSONETTI PER L ALLOGGIAMENTO DI AVVOLGIBILI MEDIANTE ANALISI INTENSIMETRICHE Francesco Asdrubali, Giorgio Baldinelli, Francesco D Alessandro, Samuele Schiavoni Università degli Studi di Perugia - Dipartimento di Ingegneria Industriale, Via G. Duranti 67, Perugia - tel fasdruba@unipg.it 1. Introduzione Nell edilizia italiana è frequente accoppiare le finestre con sistemi oscuranti del tipo ad avvolgibile, rendendo necessaria l installazione del cassonetto per contenere la serranda in posizione di richiamo. Tale componente risulta spesso un punto debole dell involucro edilizio nei riguardi della trasmissione del rumore dall ambiente esterno e, per tale motivo, deve garantire prestazioni acustiche soddisfacenti al fine di verificare i requisiti previsti dal D.P.C.M. 05/12/1997. Sono stati testati numerosi prototipi di cassonetti nelle camere riverberanti accoppiate del Laboratorio di Acustica della Facoltà di Ingegneria di Perugia, valutando il potere fonoisolante R secondo le norme UNI EN ISO e UNI EN ISO 717-1, al fine di definire le proprietà di isolamento acustico globali dei campioni sottoposti a prova. Attraverso la misurazione dei livelli di intensità sonora si sono poi costruite le mappe acustiche in prossimità dei campioni testati, al fine di individuare i punti critici di trasmissione del rumore; a valle di tali rilievi sono stati proposti una serie di interventi sulla morfologia e sui materiali dei cassonetti per incrementarne il potere fonoisolante. I risultati mostrano come sia possibile conseguire miglioramenti non trascurabili attraverso una corretta progettazione dei componenti e la riduzione delle fessure e dei ponti a- custici. 2. Procedura e set-up di misura Le misure di potere fonoisolante sono state eseguite in accordo con le norme UNI EN ISO 140-3:2006 e UNI EN ISO 717-1:2007, mentre per le misure dei livelli di intensità sonora le norme di riferimento sono la UNI EN ISO :2003 e la UNI EN ISO :1997. Come noto, l intensità sonora istantanea si definisce come il vettore che si ottiene moltiplicando il valore della pressione sonora istantanea (grandezza scalare) per il vettore velocità istantanea delle particelle; tale grandezza fornisce, in ogni punto del campo, una stima dell ampiezza e della direzione del flusso istantaneo dell energia meccanica totale, per unità di area, associata al fenomeno ondulatorio. Le sonde intensimetriche sono in grado di misurare la componente dell intensità sonora normale ad una superficie 1

2 di misura opportunamente predefinita che deve racchiudere il provino (che può in generale essere una sorgente di rumore o un elemento di edificio) in modo tale da inglobarlo completamente. La descrizione delle procedure di misura e delle tecniche intensimetriche è riportata nelle succitate normative di riferimento e in uno studio precedente [1]. Le misure sono state effettuate nelle camere riverberanti accoppiate del Laboratorio di Acustica dell Università di Perugia; le superfici laterali delle camere sono state opportunamente trattate con materiale fonoassorbente al fine di ridurre le riflessioni delle onde sonore verso la zona di indagine. L apertura di prova del divisorio fra le camere, avente superficie pari a m 2, è stata adattata alle dimensioni del campione da testare, cercando di avvicinarsi il più possibile alle reali condizioni di montaggio. Per questo motivo si è realizzata una parete in muratura dotata nella parte centrale di un foro avente le dimensioni di un comune infisso dotato di cassonetto. Un pannello multistrato ad elevato potere fonoisolante avente spessore pari a circa 8 cm è stato installato nel foro: il cassonetto è montato in modo da poggiare su tale pannello simulando la presenza di un infisso. Il muro divisorio fra le camere riverberanti è stato costruito con due file di elementi di Lecablocco fonoisolante di dimensioni 20 cm x 20 cm x 25 cm per uno spessore totale di 40 cm. L indice del potere fonoisolante R w stimato per tale struttura è pari a, valore superiore di almeno 10 db rispetto a quello dei cassonetti coprirullo oggi in commercio (solitamente inferiore a 45 db). La stratigrafia del pannello multistrato è riportata in figura 1; dopo aver provato diverse configurazioni formate da pannelli leggeri in lastre di cartongesso e lana minerale con risultati non soddisfacenti, si è deciso di fornire massa al sistema mediante l installazione di due strati in lamiera d acciaio di spessore 10 mm. In figura 1 sono riportati i valori dei livelli di intensità sonora misurati in prossimità della superficie frontale di un cassonetto da testare e del pannello. Si nota come il livello di intensità sonora in corrispondenza del cassonetto è sensibilmente più elevata soprattutto a partire dalla banda di frequenze in terzi d ottava centrata a 160 Hz; per le bande in terzi d ottava centrate alle frequenze 100 e 125 Hz i risultati non sono accettabili a causa del limite di accuratezza del distanziatore microfonico impiegato (12 mm) Pannello multistrato 50 Cassonetto k 1.25k Li (db) 1.6k 2k 2.5k 3.15k 4k 5k Frequenza (Hz) Figura 1 A sinistra: stratigrafia del pannello multistrato (non in scala). A destra: confronto tra i livelli di intensità sonora misurati in prossimità di un cassonetto coprirullo e del pannello multistrato. 3. Campioni testati e risultati della sperimentazione Sono state effettuate misure di potere fonoisolante su 11 campioni di cassonetti coprirullo in lamiera d acciaio con rivestimento interno in polistirene di spessore medio 2

3 pari a 10 mm. Si è utilizzata una configurazione di partenza standard al fine di verificare l influenza dei singoli elementi costituenti sulle prestazioni globali del cassonetto. Tali campioni sono suddivisibili in due gruppi: il Gruppo I è costituito dai cassonetti il cui montaggio prevede la costruzione di una mazzetta esterna e una mazzetta interna rispetto all infisso, mentre il Gruppo II comprende i cassonetti che prevedono l infisso montato a filo muro interno (vedi figura 2). La tabella 1 riporta sinteticamente le caratteristiche e l indice del potere fonoisolante R w dei singoli campioni. Tutte le misure sono state effettuate con l avvolgibile completamente alzato. SOLAIO SOLAIO Ingombro massimo serranda avvolgibile7 ritirata Figura 2 A sinistra: sezione del campione 3 (Gruppo I). A destra: sezione del campione 4 (Gruppo II). In figura sono indicati: (3) veletta interna, (4) veletta esterna, (5) cielino, (6) avvolgibile, (9) pannello multistrato. Tabella 1 Caratteristiche ed indice del potere fonoisolante dei campioni di cassonetto copri rullo testati Numero Gruppo Infisso a filo muro interno Veletta esterna in muratura Veletta interna intonacata Coperchio estraibile Materiale del coperchio Cielino sfilabile Materiale del cielino R w (C; C tr ) [db] 1 I No Sì No Sì Lamiera No Lamiera 37 (-2; -6) 2 I No Sì Sì No - Sì Legno con lamiera 39 (-1; -3) 2a I No Sì Sì No - Sì Legno 39 (-2; -4) 3 I No No Sì No - Sì Legno con lamiera 39 (-2; -4) 3a I No No Sì No - Sì Legno 37 (-2; -4) 4 II Sì No Sì No - Sì Legno 40 (-2; -5) 5 II Sì No Sì, con legnocemento No - Sì Legno 39 (-2; -5) 6 II Sì Sì No Sì Lamiera No Lamiera 39 (-2; -6) 6a II Sì Sì No Sì Cartongesso No Lamiera 41 (-2; -6) 7 II Sì Sì Sì No - Sì Legno 41 (-1; -4) 8 II Sì Sì Sì, con legnocemento No - Sì Legno 41 (-1; -5) 3

4 Oltre alla differente posizione dell infisso, un ulteriore differenza fra i due gruppi riguarda la posizione del cielino, ossia della superficie inferiore della scatola del cassonetto. Nei cassonetti del primo gruppo è dedicata una particolare attenzione alla posizione di questo elemento che essendo collocato in vista sul lato interno, rappresenta un elemento di particolare debolezza dal punto di vista della trasmissione del suono. Nei secondi, poiché il cielino è praticamente invisibile dal lato interno, sono state analizzate diverse strutture del coperchio e della veletta interna. Come previsto, a causa della maggiore superficie esposta del cielino, i campioni del Gruppo I forniscono le prestazioni di fonoisolamento peggiori. I primi tre campioni (n 1, 2 e 2-a) sono confrontabili in quanto hanno la veletta esterna in mattoni forati: il peggior risultato tra questi primi campioni è quello del cassonetto n.1, che è l unico ad avere il cielino in lamiera ed il coperchio non intonacato. Gli altri due campioni del Gruppo I (n 3 e 3-a) sono montati con una veletta esterna intonacata e differiscono l uno dall altro solo per il cielino che è in entrambi i casi in legno, ma nella prova n 3 è stato dotato di una lamiera metallica interna: quando la veletta esterna non è in muratura, la presenza di un rinforzo del cielino influenza sensibilmente il fonoisolamento globale, che passa da 37 a 39 db. Le misure intensimetriche sono state eseguite solo per i campioni n 1, 2 e 3 ovvero per quelli che presentano strutture sostanzialmente differenti. Le mappe del livello di intensità sonora globale (tra 160 e 5000 Hz, i valori relativi alle bande centrate a 100 e 125 Hz non sono stati considerati) sono riportate in figura 3, mantenendo per tutte la stessa scala. Nelle figure il rettangolo superiore rappresenta la faccia frontale verticale della griglia, la linea bianca in essa contenuta definisce l ingombro del cassonetto e il rettangolo inferiore è relativo alla superficie parallela al cielino. Analizzando i valori del livello d intensità normale della prova n 1 (figura 3) si evidenzia la criticità di questo cassonetto; il minimo livello è pari, infatti, a 55 db, valore particolarmente elevato se confrontato agli altri due casi, come ad esempio il n 3, per il quale è stato misurato un valore minimo di 37 db. E inoltre evidente come l assenza di intonacatura sul coperchio riduca le prestazioni di fonoisolamento del cassonetto stesso. La sostanziale tendenza ad una concentrazione dei livelli più alti in corrispondenza dell angolo in basso a destra è dovuta alla presenza del foro della corda che permette la regolazione dell avvolgibile. L anomalia riscontrata nella mappa della prova n 2 (figura 3b) è dovuta ad un errore di installazione del provino, fissato in maniera non corretta alla parete in muratura nell angolo in basso a sinistra. Per i cassonetti del Gruppo I, come anticipato, il cielino risulta la parte più debole, come è visibile in tutte le mappe. L assenza del cielino in vista nel lato interno rende i cassonetti del Gruppo II maggiormente isolanti. Il provino n 5 differisce dal n 4 solo per l aggiunta di un pannello in legno-cemento di spessore pari a 25 mm sul coperchio. Per tale configurazione il pannello aggiuntivo non comporta una riduzione della trasmissione del suono attraverso la superficie frontale, come si nota dalle mappe intensimetriche riportate in figura 4; al contrario ne peggiora leggermente le prestazioni globali in termini di R w ( per il campione n 4 e 39 db per il n 5), probabilmente a causa di una diversa ridistribuzione del campo sonoro all interno del campione. I campioni n 6 e 6-a sono privi di veletta interna, sostituita da coperchi rispettivamente in lamiera e in lastre di cartongesso di spessore totale pari a 25 mm; in quest ultimo caso si ha un incremento di 2 db dell indice di potere fonoisolante. Oltre al cassonetto n 6, le migliori prestazioni sono state ottenute dai campioni n 7 e 8, dotate di veletta interna intonacata. Dall analisi della mappa intensimetrica riportata in figura 5 si può notare come le onde sonore tendano a trasmettersi essenzialmente attraverso il foro della corda dell avvolgibile posto sul lato destro del cassonetto non evidenziando altre particolari criticità. 4

5 0.60 (a) 0.60 (b) 0.60 Figura 3 Mappe del livello di intensità sonora globale per i campioni 1 (a), 2 (b) e 3 (c). (c) 0.30 (a) 0.30 Figura 4 Mappe del livello di intensità sonora globale per i campione 4 (a) e 5 (b). (b) 5

6 0.30 Figura 5 Mappe del livello di intensità sonora globale per il campione Conclusioni I cassonetti coprirullo costituiscono elementi comuni nel panorama edilizio italiano. Si compongono di parti fisse e di parti rimovibili (coperchi frontali o cielini posti nella parte inferiore) necessarie per eseguire interventi di manutenzione dell avvolgibile. Tali configurazioni comportano la presenza di fessure e, in generale, fanno sì che questi componenti siano spesso il punto debole dell involucro edilizio nei confronti della trasmissione dei rumori esterni. Le campagne sperimentali riportate nel presente articolo hanno consentito di determinare l influenza di alcuni parametri costruttivi sulle prestazioni fonoisolanti di due diverse tipologie di cassonetti coprirullo. Fra queste, la soluzione che prevede l infisso montato a filo muro interno si è dimostrata essere, dal punto di vista acustico, la migliore, con valori dell indice di valutazione del potere fonoisolante R w pari a 41 db. Le migliori prestazioni sono dovute alla minore superficie esposta del cielino, elemento che mette in comunicazione l ambiente esterno con quello interno creando una via preferenziale di propagazione delle onde sonore. Le misure di livello di intensità sonora hanno permesso di studiare nel dettaglio il comportamento dei singoli cassonetti nei confronti della propagazione del suono, individuando per ciascuna configurazione le criticità e i punti deboli [2, 3]. La sperimentazione ha evidenziato valori critici dei cassonetti testati nell intorno dei 500 Hz; per incrementare il potere fonoisolante in questa banda di frequenze sono state progettate lamiere microforate funzionanti come risonatori di Helmholtz nelle quali sarà alloggiato l avvolgibile. I prototipi sono tuttora in fase di produzione e per essi non sono ancora disponibili risultati sperimentali. Ulteriori miglioramenti delle prestazioni fonoisolanti potrebbero essere ottenuti rivestendo le superfici interne del cassonetto con materiale fonoassorbente [4]. 5. Bibliografia 1) F. Asdrubali, G. Baldinelli, F. D Alessandro, Impiego dell'intensimetria acustica per la verifica e l'ottimizzazione delle prestazioni di componenti edilizi, Convention Nazionale di Acustica Edilizia, Ferrara, Marzo ) F. Asdrubali, C. Buratti: Sound intensity investigation of the acoustics performances of high insulation ventilating windows integrated with rolling shutter boxes, Applied Acoustics, 46 (9), (2005). 3) Fahy FJ. Sound intensity. UK, Elsevier; ) F. Asdrubali, G. Pispola, Acoustical optimization of a roller blind box, ICSV 13, Vienna, Austria, 2-6 Luglio