Seminario Materiali e Metodologie per l acustica edilizia Prodotti certificati e procedure standard per la qualità acustica degli edifici Firenze Saschall - 22 Novembre 2006 Prove in laboratorio e prove in opera. Dati significativi nelle certificazioni acustiche dei materiali e delle opere compiute. Lucia Busa, Carlotta Passerini Il D.P.C.M. 5 dicembre 1997 stabilisce i valori limite per le prestazioni acustiche degli edifici e dei loro componenti, con riferimento agli indici di valutazione delle seguenti grandezze rilevate in opera: - indice di valutazione del potere fonoisolante apparente di partizioni interne (R'w); - indice di valutazione dell'isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al tempo di riverberazione (D2m,nT,w); - livello di rumore di calpestio normalizzato rispetto al tempo di riverberazione (L'n,w); - livello continuo equivalente di pressione sonora, ponderato A (LA,eq); - livello massimo di pressione sonora misurato con costante temporale slow, ponderato A (LA,s,max). Un aspetto rilevante introdotto dal DPCM è che la verifica si basa solo su degli indici a singolo numero. Gli indici di valutazione, ovvero grandezze a singolo numero ottenute mediante un particolare processo di ponderazione, sono stati introdotti per agevolare la trasmissione delle informazioni e l'interpretazione dei dati sulle prestazioni acustiche dei prodotti da costruzione. La norma UNI EN ISO 717-1 individua come parametro a singolo numero l'indice di valutazione ed introduce vari termini di adattamento spettrale per rendere compatibile tale grandezza con quelle precedentemente usate in alcuni paesi e aggiungere un'informazione sul comportamento in frequenza. Per la determinazione dell'indice di valutazione é definita una procedura che richiede di confrontare la curva rilevata sperimentalmente in funzione della frequenza, con una curva di riferimento, fino al raggiungimento di una particolare condizione definita dalla norma. Un atro aspetto assai rilevante, introdotto dal decreto, è che le grandezze di cui si richiede la verifica fanno tutte riferimento alla reale situazione di posa in opera dei componenti edilizi, ovvero devono essere misurate ad edificio eseguito. Ciò complica considerevolmente la loro valutazione a livello previsionale. La prestazione in opera di un componente edilizio è, infatti, quasi sempre inferiore a quella certificata in laboratorio, sia per le diverse condizioni di realizzazione, sia per la presenza di percorsi di trasmissione sonora che coinvolgono le strutture laterali (trasmissione laterale) che non sono presenti nelle misure fatte in laboratorio (v. figura 1).
Figura 1 - Percorsi di trasmissione del suono nelle prove di laboratorio (sinistra) ed in opera (destra). Ciò pone evidenti problemi sia per quanto riguarda la possibilità di soddisfare i valori limite dettati dal decreto, sia per la necessità di giungere alla verifica dell isolamento già in fase progettuale. La costruzione di edifici conformi pertanto non può prescindere dalla scelta di componenti dotati di idonee prestazioni acustiche, tanto quanto da una realizzazione accurata e non lasciata al caso. Un esempio che chiarisce questo concetto è costituito dalla posa dei serramenti nel vano murario. La realizzazione del giunto tra parete e finestra deve necessariamente essere fatta in modo che il potere fonoisolante di quest ultima rimanga stabile. Infatti, piccoli fori o cattive realizzazioni dell attacco, ancorché si disponga di parete e finestra caratterizzate da ottime prestazioni acustiche, possono inficiare notevolmente il risultato complessivo, con perdite dell isolamento acustico che possono superare i 10 db. Per capire lo scostamento che ci può essere tra il valore certificato in laboratorio e la prestazione stimata in opera di un determinato componente pare opportuno fare degli esempi costruttivi tra quelli utilizzati correntemente nel panorama costruttivo nazionale. Per fare questo bisogna, però, fare delle ipotesi che, nel caso delle pareti, riguardano la tipologia della giunzione laterale della partizione, la natura delle strutture delimitanti la parete, la dimensione della parete e le modalità di posa in opera della stessa. La prestazione acustica in opera è stata stimata mediante il metodo di calcolo definito dalla normativa UNI EN ISO 12354-1. A partire da tutta una serie di ipotesi 1 si è stimato che una parete come quella riportata in figura 2 (M = 230 kg/m 2 ) costituita da triplo strato d intonaco da 1,5 cm, doppio tavolato in elementi in laterizio alleggerito (8 x 45 x 25 cm) montati a fori verticali con giunti ad incastro, foratura 45% con interposti pannelli in lana di roccia (densità 40 kg/m 3 ) con un potere fonoisolante Rw certificato in laboratorio di 56 db, in opera garantisce un R w di appena 50 db, quindi risulta conforme ai dettami del D.P.C.M., ma praticamente al limite, per tutte le categorie di edifici, tranne che per gli ospedali per i quali invece non è conforme. 1 Le strutture delimitanti sono costituite da una parete interna laterale in mattoni forati da 8 cm (8 x 25 x 25), a fori orizzontali, con foratura del 60 %, intonacata con 1,5 di spessore su ambo i lati, da una parete di facciata in blocchi semipieni in laterizio alleggerito in pasta di 25 cm di spessore (25 x 30 x 19), con foratura del 45%, a fori verticali, intonacata con 1,5 cm di spessore su ambo i lati e da solai a pannelli prefabbricati (interasse = 80 cm), con pignatte di tipo B spesse 20 cm, 4 cm di soletta in calcestruzzo e 1,5 cm di intonaco all'intradosso. I giunti sono stati ipotizzati tutti del tipo rigido (senza strati elastici interposti). La partizione infine è stata ipotizzata larga 3,50 m ed alta 2,70 m.
1,5 8 8 28,5 1,5 8 1,5 Figura 2 Parete 1 costituita da triplo strato d intonaco da 1,5 cm, doppio tavolato in elementi in laterizio alleggerito (8 x 45 x 25 cm) montati a fori verticali con giunti ad incastro, con interposti pannelli in lana di roccia (densità 40 kg/m 3 ). Una parete come quella di figura 3 (M = 200 kg/m 2 ) costituita da triplo strato d intonaco da 1,5 cm, doppio tavolato in mattoni forati (8 x 25 x 25 cm) posati su uno strato di materiale antivibrante in velo di vetro, con interposti pannelli in lana di vetro densità 35 kg/m 3 da 6 cm, ha un potere fonoisolante Rw di laboratorio pari a 57 db, che in opera diventa 51 db. Figura 3 Parete 2 costituita da triplo strato d intonaco da 1,5 cm, doppio tavolato in mattoni forati (8 x 25 x 25 cm) foratura 60% posati su uno strato di materiale antivibrante in velo di vetro, con interposti pannelli in lana di vetro densità 35 kg/m 3 da 6 cm. Infine una parete come quella riportata in figura 4 costituita da blocchi in laterizio alleggeriti in pasta (19 x 25 x 30 cm), montati a fori verticali intonacata su ambo i lati, con potere fonoisolante Rw certificato in laboratorio di 52 db, in opera non risulta conforme per nessuna categoria di edificio poiché R w = 49 db.
Figura 4 Parete 3 costituita da blocchi in laterizio alleggeriti in pasta (19 x 25 x 30 cm), montati a fori verticali intonacata su ambo i lati (1,5 cm) Se consideriamo le pareti appena viste posizionate in facciata e facciamo alcune ipotesi relativamente alle aperture (superficie di 2 m 2, finestra di classe 3 per la tenuta all aria, dotata di vetrocamera stratificato del tipo 8/9-12-4 con Rw di 38,5 db, che viene ridotto a 37,5 db perché si è tenuto conto delle infiltrazioni d aria dell infisso) si ricava che la parete 1 ha un valore di isolamento acustico di facciata D2m,nT,w pari a 43 db, pertanto risulta conforme solo per edifici residenziali e uffici. Nel caso in cui oltre alla finestra sia presente un cassonetto con Rw di 28 db l isolamento acustico di facciata si riduce fino a 40 db, garantendo la conformità solo per gli edifici residenziali. La parete 2 ha un D2m,nT,w pari a 44 db nel caso in cui non siano presenti cassonetti e pari a 40 nel caso contrario. La parete 3 è caratterizzata dagli stessi valori di isolamento acustico di facciata D2m,nT,w della parete 1. Nel caso dell isolamento al calpestio, sempre facendo delle ipotesi riguardanti la configurazione scelta, si può vedere come un materiale con differenza dell indice di valutazione del livello di rumore da calpestio ( Ln,w) pari a 27 db, ad esempio un polietilene espanso non reticolato a celle chiuse posato su un solaio latero-cementizio con travetti in c.a. precompresso 16+4 cm (L n,w = 87 db) garantisce un L n,w pari a 60 db. Questo vuol dire che tale soluzione risulta conforme solo per gli edifici residenziali. Tutto questo pone l attenzione sull importanza per il progettista di avere metodi previsionali affidabili capaci di valutare già in fase progettuale le reali prestazioni che il componente sarà in grado di assicurare in opera, al fine di non doversi trovare nella situazione in cui occorre apportare delle correzioni intervenendo direttamente sull opera realizzata, cosa che non sempre è tecnicamente possibile e senza dubbio comporta incrementi di costo. Riguardo alle pareti interne la misura del potere fonoisolante é effettuata in laboratori qualificati su campioni di dimensione standardizzata, misurando la differenza tra i livelli di pressione sonora nell'ambiente disturbante (in cui si trova la sorgente sonora) e nell'ambiente disturbato. La procedura di misura, definita dalla norma UNI EN ISO 140-3, prevede che l'analisi sia effettuata in funzione della frequenza, in bande di 1/3 d ottava.
Il potere fonoisolante apparente (R ) può essere stimato attraverso la metodologia riportata nella UNI EN ISO 12354-1. La norma citata contiene un metodo di calcolo dettagliato di R, che è relativamente complesso e richiede la conoscenza delle proprietà acustiche della partizione in esame e delle sue strutture laterali (pareti e solai) e le proprietà dei giunti tra essi. Esiste però anche un metodo semplificato basato sugli indici di valutazione. La stima dell indice di valutazione del potere fonoisolante apparente (R w) può seguire la metodologia semplificata riportata dalla UNI TR 11175 per la quale è necessario conoscere solo il valore della massa superficiale delle diverse strutture interessate. Il valore dell indice di valutazione del potere fonoisolante apparente (R w) è fornito dall equazione: R w = Rw K (db) (1) dove Rw (db) è l indice di valutazione della partizione (determinato con misure di laboratorio o da stima teorica) e K (db) è il contributo valutato in maniera globale della trasmissione laterale. Il valore dell indice K, funzione del tipo di giunto tra la partizione e le sue strutture laterali e della massa superficiale di queste, si ottiene dalle Tabelle 1 e 2. Il metodo ipotizza che tutti i giunti tra la partizione in esame e le sue strutture laterali (pareti e solai) siano rigidi, ovvero non presentino strati elastici interposti. In figura 5 sono evidenziati due schemi esemplificativi dei giunti a croce ed a T 2. Figura 5 - Schemi di giunto a croce ed a T tra la partizione e le sue strutture laterali. 2 Un esempio di giunto a T è quello solitamente formato tra una partizione verticale ed una parete di facciata.
Massa superficiale della partizione (kg/m 2 ) Massa superficiale media delle strutture laterali (kg/m 2 ) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 100 2,5 1,5 1,0 0,5 0,5 0,0 0,0 0,0 0,0 150 4,0 2,5 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 0,5 0,5 200 5,0 3,5 2,5 2,0 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 250 6,0 4,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 1,0 1,0 300 7,0 5,0 4,0 3,0 2,5 2,0 1,5 1,5 1,0 350 7,5 6,0 4,5 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,5 400 8,0 6,5 5,0 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 2,0 450 8,5 7,0 5,5 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 500 9,0 7,5 6,0 5,0 4,5 3,5 3,0 3,0 2,5 Tabella 1 - Contributo globale della trasmissione laterale K, in db, per giunti rigidi a croce Massa superficiale della partizione (kg/m 2 ) Massa superficiale media delle strutture laterali (kg/m 2 ) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 100 4,0 2,5 1,5 1,0 0,5 0,5 0,5 0,0 0,0 150 6,0 4,0 3,0 2,0 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 200 8,0 5,5 4,0 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 1,0 250 9,0 7,0 5,0 4,0 3,0 2,5 2,0 1,5 1,5 300 10,0 8,0 6,0 5,0 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 350 11,0 8,5 7,0 6,0 5,0 4,0 3,5 3,0 2,5 400 11,5 9,5 8,0 6,5 5,5 4,5 4,0 3,5 3,0 450 12,0 10,0 8,5 7,0 6,0 5,5 4,5 4,0 3,5 500 13,0 10,5 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,5 4,0 Tabella 2 - Contributo globale della trasmissione laterale K, in db, per giunti rigidi a croce Il valore della massa superficiale media che figura nella seconda riga delle tabelle si riferisce alle strutture laterali (pareti e solai, nel caso di trasmissione di rumori aerei in direzione orizzontale, e pareti laterali, nel caso di trasmissione in direzione verticale). Le due tabelle si riferiscono a giunti a croce tra le strutture laterali ed a giunti a T. Nei casi intermedi, con alcuni giunti a croce ed altri a T 3, si deve prendere un valore medio tra quelli tabulati. La validità delle tabelle è inoltre limitata al caso in cui il rapporto tra il valore della massa superficiale dei solai e delle pareti laterali è pari a 1:2,3 4. Nel caso in cui alcune strutture laterali (ad esempio la parete di facciata) siano del tipo a doppio strato di mattoni, il metodo è caratterizzato da minore affidabilità. Può comunque essere utilizzato per una valutazione di prima approssimazione dell entità dalla trasmissione sonora laterale. Per il calcolo del valore della massa superficiale media delle strutture laterali deve però essere fatto riferimento al valore della massa dello strato della parete doppia posto verso l ambiente interno (v. figura 6). 3 Ciò avviene tipicamente per le partizioni interne giuntate da una parte con una facciata e dall altra con una tramezzatura interna. 4 Ciò fa riferimento ad un caso di corrente realizzazione che consiste nella realizzazione di solai in laterocemento massicci (massa superficiale 350 kg/m 2 ) e di pareti laterali in mattoni forati (massa superficiale 150 kg/m 2 ).
Figura 6 - Tipologie di giunti e strutture laterali interessate nel caso di parete di facciata a doppio strato di mattoni. Si può affermare che nei casi più ricorrenti la trasmissione laterale comporta un decadimento delle prestazioni comprese in un campo di valori da 3 a 5 db: pertanto se ad un divisorio è richiesto, ad esempio, un valore R w = 50 db, il valore Rw certificato in laboratorio dovrà essere non inferiore a 53-55 db. L isolamento acustico offerto da una facciata di un edificio dipende dalla prestazione dei diversi elementi costituenti la facciata stessa. Il suo valore numerico è determinato in primo luogo dalla prestazione acustica degli elementi in grado di dare luogo ad una maggiore trasmissione, ovvero dagli elementi acusticamente più deboli. Per questo, l isolamento acustico offerto da una facciata è determinato principalmente dalla prestazione degli elementi meno performanti (tipicamente gli infissi, i cassonetti degli avvolgibili, le prese d aria). La norma UNI EN ISO 12354-3 definisce il metodo di calcolo dell isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al tempo di riverberazione. L'isolamento acustico D2m,nT viene calcolato a partire dal potere fonoisolante apparente di facciata R', in base alla seguente relazione: V 2, + 10lg (db) 6T (2) D + m nt = R L fs 0S dove Lfs è la differenza di livello sonoro in facciata (db), V è il volume dell'ambiente (m 3 ), T0 è il valore di riferimento del tempo di riverberazione (0,5 s) e S è la superficie della facciata, come vista dall'interno (m 2 ). Il termine Lfs, ottenibile dalla tabella 3, dipende dalla forma della facciata, dall assorbimento acustico caratteristico delle superfici aggettanti (ad esempio l intradosso dei balconi) e dalla direzione del campo sonoro.
FACCIATA PIANA BALLATOIO BALLATOIO BALLATOIO BALLATOIO αw non si applica 0,3 0,6 0,9 0,3 0,6 0,9 0,3 0,6 0,9 0,3 0,6 0,9 h < 1,5 m 0-1 -1 0-1 -1 0 0 0 1 non si applica 1,5 h 2,5 m 0 non si applica -1 0 2 0 1 3 non si applica h > 2,5 m 0 non si applica 1 1 2 2 2 3 3 4 6 BALCONE BALCONE BALCONE TERRAZZA schermature aperte schermature chiuse αw 0,3 0,6 0,9 0,3 0,6 0,9 0,3 0,6 0,9 0,3 0,6 0,9 0,3 0,6 0,9 h < 1,5 m -1-1 0 0 0 1 1 1 2 1 1 1 3 3 3 1,5 h 2,5 m -1 1 3 0 2 4 1 1 2 3 4 5 5 6 7 h > 2,5 m 1 2 3 2 3 4 1 1 2 4 4 5 6 6 7 Tabella 3 - Determinazione del valore della differenza Lfs, in funzione della forma della facciata Il potere fonoisolante apparente di facciata R' si calcola a partire dalle prestazioni acustiche dei singoli elementi di facciata, in base alla seguente relazione:,, n Ri p Dn e i 10 0 10 ' 10lg Si A R = 10 10 + - K (db) (3) i= 1 S S i= 1 in cui Ri ed Si sono rispettivamente il potere fonoisolante (db) e la superficie (m 2 ) dell elemento di facciata i, A0 sono le unità di assorbimento di riferimento (10 m 2 ), Dn,e,i è l'isolamento acustico normalizzato (db) del piccolo elemento di facciata i (se presente) 5, S è la superficie complessiva della facciata (m 2 ) 6, K è la correzione relativa al contributo globale della trasmissione laterale. Il termine K può essere assunto pari a 0 db per elementi di facciata debolmente connessi alle strutture laterali (ad esempio, sistemi di tecnologie a secco ) e pari a 2 db per elementi di facciata pesanti con giunti rigidi. 7 Il calcolo del livello apparente di rumore da calpestio si può effettuare mediante il metodo descritto dalla norma UNI EN ISO 12354-2. Come per il potere fonoisolante esiste un metodo semplificato per calcolare l indice di valutazione del livello apparente normalizzato di rumore da calpestio fra due ambienti 5 Per piccoli elementi si intendono quelli aventi superficie inferiore ad 1 m 2, con l eccezione delle finestre (ad esempio prese d aria). Tali elementi si provano in laboratorio misurando l isolamento acustico normalizzato Dn invece del potere fonoisolante R. L isolamento Dn può essere stimato o essere ottenuto da misure di laboratorio effettuate secondo la norma UNI EN ISO 140-10. 6 La superficie di facciata corrispondente alla somma della superficie di tutti gli elementi che la compongono. 7 Per una valutazione più accurata della trasmissione laterale si deve fare riferimento al metodo descritto dalla norma UNI EN ISO 12354-1.
sovrapposti (L n,w) a partire dall indice di valutazione del livello normalizzato di rumore da calpestio Ln,w in base alla seguente formula: L n,w = Ln,w Ln,w+ K (3) in cui Ln,w è l indice di valutazione del livello di rumore da calpestio relativo al solaio in esame (db), Ln,w è la differenza dell indice di valutazione del livello di rumore da calpestio dovuta ad eventuali strati di rivestimento applicati al solaio (controsoffitti o pavimenti galleggianti) (db), K è un termine che tiene conto in maniera globale della trasmissione laterale. Questo modello di calcolo è applicabile ad ambienti sovrapposti nei quali gli elementi costruttivi laterali al solaio divisorio sono costituiti da strutture omogenee. Sotto questa ipotesi, il valore del termine K, relativo alla trasmissione di rumori impattivi, può essere ottenuto dalla tabella 4 in funzione della massa superficiale del solaio divisorio e della massa superficiale media delle strutture laterali. Il metodo è applicabile quando le masse superficiali di queste ultime non sono molto diverse una dall altra. Massa superficiale del solaio di separazione(kg/m 2 ) Massa superficiale media degli elementi laterali omogenei, non coperti da rivestimento isolante (kg/m 2 ) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 100 1 0 0 0 0 0 0 0 0 150 1 1 0 0 0 0 0 0 0 200 2 1 1 0 0 0 0 0 0 250 2 1 1 1 0 0 0 0 0 300 3 2 1 1 1 0 0 0 0 350 3 2 1 1 1 1 0 0 0 400 4 2 2 1 1 1 1 0 0 450 4 3 2 2 1 1 1 1 1 500 4 3 2 2 1 1 1 1 1 600 5 4 3 2 2 1 1 1 1 700 5 4 3 3 2 2 1 1 1 800 6 4 4 3 2 2 2 1 1 900 6 5 4 3 3 2 2 2 2 Tabella 4 - Valore del contributo globale di trasmissione laterale K, in db, per trasmissione di rumori impattivi in funzione della massa superficiale degli elementi connessi.