IL RUMORE DA CALPESTIO DEI SOLAI A TRAVI PORTANTI: PROVE IN OPERA E CONSIDERAZIONI SUI SOLAI IN LEGNO

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1 Associazione Italiana di Acustica 38 Convegno Nazionale Rimini, giugno 11 IL RUMORE DA CALPESTIO DEI SOLAI A TRAVI PORTANTI: PROVE IN OPERA E CONSIDERAZIONI SUI SOLAI IN LEGNO Marco Caniato (1), Federica Bettarello (1), Vincenzo Baccan (1) 1) Acusticamente - Studio Associato di Ingegneria 1. Introduzione Conoscere le proprietà vibro-acustiche degli elementi che compongono una partizione edilizia è fondamentale per una corretta progettazione e stima del rumore da calpestio. L apporto delle trasmissioni laterali, l attenuazione dovuta al pavimento galleggiante e il livello di rumore normalizzato da calpestio del solaio grezzo devono essere noti per la stima del livello di calpestio in opera della stratigrafia di progetto. Tra le strutture orizzontali tipiche della realtà edilizia italiana sono previsti anche i solai portanti a travi in legno con cappa collaborante in calcestruzzo. Trovare questo tipo di soluzione è prassi comune sia nelle ristrutturazioni di edifici storici, sia in edifici di nuova realizzazione. Tuttavia, non esistono ad oggi metodi empirici o scientifici che permettano di effettuare calcoli previsionali di partizioni che comprendono questa tipologia di solaio. Si è proceduto pertanto ad effettuare un indagine sull andamento in frequenza del rumore da calpestio normalizzato di tali strutture a trave portante, basata su verifiche sperimentali in opera [1, 2]. Si presentano quindi di seguito i risultati ottenuti mediante indagini successive, mirate soprattutto alla determinazione dei parametri di progetto necessari per l'ottenimento in opera di partizioni in grado di soddisfare prefissati requisiti. 2. I solai in legno a trave portante Il solaio in legno a trave portante (figura 1) è costituito da un'orditura lignea, comprensiva di travi principali in legno massiccio di diverse sezioni ad interasse variabile - cm ed un assito in legno lamellare, generalmente di 2-3 cm di spessore. Al solaio in legno viene sovrapposta una rete elettrosaldata collegata alle travi sottostanti da connettori in acciaio (viti da legno) e infine effettuato il getto in cemento. La cappa collaborante di calcestruzzo armato, di spessore variabile tra i 4 ed i 7 cm circa, viene adeguatamente ammorsata alle murature e serve a trasferire le azioni sismiche orizzontali alle pareti resistenti al taglio. Questa tipologia di struttura, definita "leggera", non è in grado di fornire un adeguato isolamento acustico, sia al rumore aereo (figura 2) sia al rumore da calpestio. 1

2 4-7 cm - cm Figura 1 Schematizzazione di solaio a trave portante in legno R'w= db Figura 2 Risultato di misura in opera a norma UNI EN ISO 1-4 [3] su solaio in legno con sola cappa collaborante. Per ovviare a tale problema è necessario provvedere a rendere la struttura maggiormente massiva e realizzare un pavimento galleggiante opportunamente dimensionato. E' quindi di fondamentale importanza curarne nel dettaglio la progettazione acustica. 3. Indagine sul rumore da calpestio dei solai leggeri Le misure in opera sono state effettuate a norma UNI EN ISO 1-7 [4] in diversi cantieri d Italia; ciò ha permesso di considerare il comportamento di solai con stessa tecnologia costruttiva ma realizzati da manodopera del tutto differente. Le ricerche condotte hanno permesso ad oggi di collezionare 9 strutture in totale. Il numero non elevato di prove è dovuto alla notevole difficoltà di entrare in cantiere per misure acustiche in questa fase del processo costruttivo. Per la realizzazione delle prove infatti è necessario che la cappa sia lisciata e che il volume ricevente sia reso il più possibile isolato dall esterno, mediante tamponamento provvisori di tutte le aperture. La stratigrafia dei solai riscontrata è risultata più o meno la stessa, nel dettaglio: travi in legno ad interasse cm; assito in legno di spessore 2,5 cm; cappa collaborante in calcestruzzo di spessore medio 6 cm. Lo spettro in frequenza dei solai misurati è riportato in figura 3. 2

3 L'ni,0 (db) SOL1 SOL2 SOL3 SOL4 SOL5 SOL6 SOL7 SOL8 SOL Figura 3 Spettro in frequenza misurato per i solai in legno con cappa collaborante. Grazie alle misure effettuate è stato poi ricavato lo spettro medio in frequenza (figura 4) che risulta caratterizzato dalle seguenti equazioni: (1) per f<10 Hz L n,eq,avg =10.4 log(f)+ (db) (2) per f 10 Hz L n,eq,avg =-15 log(f)+132 (db) L'ni,0 (db) 0 00 Figura 4 Spettro in frequenza medio per i solai in legno a cappa collaborante. Il coefficiente di regressione lineare risulta maggiore di 0,9 per entrambe le equazioni. Gli spettri in frequenza dei solai in legno misurati hanno determinato valori dell'indice di valutazione del livello normalizzato di rumore da calpestio misurato a norma UNI EN ISO [5] variabili da 84 a 92 db (figura 5). Differenze dell'ordine di 3 db sono state riscontrate anche per strutture all'interno dello stesso cantiere su solai di dimensioni analoghe. L'indice medio di valutazione del livello normalizzato di rumore da calpestio risulta pari a 88 db (87,5 db con passi di 0,1 db) con una deviazione standard di 3 db. 3

4 L'n0,w (db) SOL1 SOL2 SOL3 SOL4 SOL5 SOL6 SOL7 SOL8 SOL9 Figura 5 Indice di valutazione del livello normalizzato di rumore da calpestio calcolato per i solai in legno a cappa collaborante. 4. Osservazioni sullo spettro in frequenza del rumore da calpestio dei solai in legno In figura 6 è riportato un confronto tra l andamento in frequenza di un solaio a traliccio in laterocemento e di un solaio in legno a trave portante [6]. Le due strutture hanno masse ben diverse (circa 2 kg/m 2 per il solaio a traliccio e 1 kg/m 2 per il solaio in legno), ma il livello dell indice di rumore da calpestio normalizzato è lo stesso (L' n0,w =87 db). L'n0,W (db) laterocemento legno a trave portante Figura 6 Confronto in termini di andamento in frequenza tra due tipologie di solai Ambedue gli andamenti in frequenza che caratterizzano le strutture portanti mostrano un incremento al crescere della frequenza; la pendenza della curva è però maggiore per il solaio in laterocemento. Il solaio in legno a cappa collaborante inoltre si diversifica per un maggior contributo di energia distribuito soprattutto alle medio-basse frequenze. Per i solai a trave di legno la norma UNI EN ISO introduce inoltre il termine di adattamento allo spettro C I utile in quanto la valutazione per mezzo del solo indice L n,w non tiene sufficientemente conto dei picchi di livello alle singole frequenze (basse). Detto termine è definito in maniera tale per cui risulterà leggermente positivo per i solai 4

5 a travi di legno con picchi a bassa frequenza dominanti. Se nel definire i requisiti occorre tenere conto di detti effetti, essi potrebbero essere scritti come la somma tra L n,w e C I. Per i solai in legno con cappa collaborante misurati in opera, il termine di adattamento spettrale C I è incluso in un range che va da -10 a -12 db. Il valore non risulta quindi leggermente positivo come previsto dalla norma in quanto lo spettro in frequenza dei solai in legno con cappa collaborante non è caratterizzato da picchi di bassa frequenza quanto piuttosto da maggiore energia ad alta frequenza. L'accoppiamento al solaio in legno di una cappa collaborante in calcestruzzo, riduce l'apporto delle basse frequenze in quanto l'assito in legno viene reso maggiormente rigido. Inoltre il calcestruzzo offre una superficie molto più compatta che va ad aumentare il contributo alle alte frequenze della sorgente eccitante. L uso del termine di adattamento spettrale C I non è quindi un supporto adeguato per questa tipologia di strutture. 5. Attenuazione ottenibile mediante l'applicazione di pavimento galleggiante Per la determinazione dell'attenuazione ottenibile mediante l'applicazione di un pavimento galleggiante è possibile applicare la relazione di calcolo prevista dalla norma UNI EN ISO [7]: (3) L = log(f/f 0 ) (db) dove: f è la frequenza centrale delle bande di ottava o di terzi di ottava ; f 0 è la frequenza di risonanza del pavimento galleggiante. Applicando tale curva di attenuazione allo spettro in frequenza dei solai in legno con sola cappa collaborante si può osservare come progettare un pavimento galleggiante caratterizzato da una frequenza di risonanza pari a Hz piuttosto che Hz porti ad una differenza in termini di indice del livello normalizzato di rumore da calpestio L n,w della struttura ultimata pari a 9 db (tabella 1). Ciò significa che, considerato anche l'apporto delle trasmissioni laterali, per ottenere valori dell'indice normalizzato di livello di rumore di calpestio della partizione ultimata inferiori a 63 db, è necessario progettare un pavimento galleggiante caratterizzato da una frequenza di risonanza al massimo pari a Hz. Tabella 1 - confronto dell'attenuazione ottenibile mediante realizzazione di pavimento galleggiante caratterizzato da diversa frequenza di risonanza f 0 L n,w (db) f 0 VAL. SOL1 SOL2 SOL3 SOL4 SOL5 SOL6 SOL7 SOL8 SOL9 MED E' interessante osservare inoltre come l'attenuazione offerta dalla stessa tipologia di pavimento galleggiante assuma un peso notevolmente differente per i solai in legno a trave portante rispetto ai solai in laterocemento, nonostante le due tipologie di strutture siano caratterizzate da un indice di livello in calpestio del solaio grezzo molto simile. L'applicazione di un pavimento galleggiante caratterizzato ad esempio da una frequenza 5

6 di risonanza Hz determina un valore dell indice L n,w della struttura ultimata pari a 52 db per i solai in legno a travi portanti, mentre pari a 45 db per i solai in laterocemento (figure 7 e 8). 88 (db) legno L a trave portante DL legno - L legno-dl curva di riferimento (ISO 717-2) Figura 7 Attenuazione ottenibile mediante applicazione di un sistema a pavimento galleggiante per solaio in legno a trave portante. (db) laterocemento L DL laterocemento - L laterocemento-dl curva di riferimento (ISO 717-2) Figura 8 Attenuazione ottenibile mediante applicazione di un sistema a pavimento galleggiante per solaio in laterocemento. La struttura in legno a trave portante risulta infatti caratterizzata da maggior contributo di energia alle basse frequenze rispetto al solaio in laterocemento; in questa regione dello spettro il pavimento galleggiante ha meno efficacia e ciò spiega il minore indice del rumore da calpestio ottenibile. 6. Potere fonoisolante ottenibile a partizione ultimata E' stato possibile effettuare collaudi di potere fonoisolante apparente di partizioni orizzontali a solaio in legno con cappa collaborante e stratigrafia di completamento costituita da: - massetto alleggerito (densità 0 0 kg/m 3 e spessore 5 10 cm) 6

7 - massetto di allettamento (densità kg/m 3 e spessore 4 7 cm) - pavimentazione finale in parquet - eventuale presenza di sistema a pannelli radianti per riscaldamento a pavimento. L'indice di isolamento aereo ottenuto è variabile tra 52 a 53 db. Ciò significa che, a fronte di un aumento di massa superficiale di circa 1 kg/m 2, ossia quasi il doppio rispetto alla sola struttura portante, è possibile ottenere incrementi dell'ordine di 7 8 db. 7. Conclusioni Le misure in opera del livello normalizzato di rumore da calpestio su solai in legno a trave portante hanno permesso di caratterizzare il comportamento vibro-acustico per tale tipologia di strutture. I risultati hanno dimostrato un comportamento in frequenza caratterizzato da un incremento nel dominio della frequenza fino ad un valore di 10 Hz e da un decremento per frequenze maggiori. Il confronto in termini di rumore da calpestio a partizione ultimata ottenibile per strutture orizzontali in laterocemento e per strutture leggere in legno con cappa collaborante ha dimostrato che è necessario prevedere per quest'ultime un pavimento galleggiante maggiormente efficace. 8. Ringraziamenti Gli autori desiderano ringraziare per la collaborazione l ing. Alessandra Fantini e l ing. Luca Barbaresi. Si ringraziano inoltre l ing. Michele Taffarel e l'ing. Ivano Dal Col per averci reso disponibili i cantieri in cui effettuare le misure. 9. Bibliografia [1] M. Caniato, F. Bettarello, V. Baccan, On field impact sound pressure level performances of basic wooden beam floor structures Proceedings of ISSA10 Sustainability in Acoustics, Auckland August 10 [2] F. Bettarello, P. Fausti, V. Baccan, M. Caniato, "Impact Sound Pressure Level Performances of Basic Beam Floor Structures", The Journal of Building Acoustics, V. 17, Number 3-10, pp , Multi-Science Publishing Co. LTD. [3] UNI EN ISO 1-4:00 Acustica - Misurazione dell'isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio - Misurazioni in opera dell'isolamento acustico per via aerea tra ambienti [4] UNI EN ISO 1-7:00 Acustica - Misurazione dell'isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio - Misurazioni in opera dell'isolamento dal rumore di calpestio di solai [5] UNI EN ISO 717-2: Acustica. Valutazione dell'isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio. Isolamento del rumore di calpestio. [6] P. Fausti, R. Cremonini, F. Bettarello: Influenza dello spettro sonoro sulla determinazione dell indice di valutazione del livello di rumore di calpestio di solai, Atti del convengo dell'associazione Italiana di Acustica, Torino Giugno 09. [7] UNI EN ISO : Acustica in edilizia - Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti - Isolamento acustico al calpestio tra ambienti. 7