Protocollo di ricerca Analisi teoriche e misurazioni

Protocollo di ricerca
Analisi teoriche e misurazioni in opera dell'isolamento acustico
in edifici e di elementi di edificio.
UNI EN ISO 140-4, UNI EN ISO 140-5 e UNI EN ISO 717-1
Data: 03/06/2008
1. OBIETTIVI DELLA RICERCA
Oggetto della presente ricerca sono le prestazioni acustiche di elementi costruttivi
prefabbricati utilizzati per la costruzione di capannoni ad uso industriale.
I requisiti acustici passivi minimi di legge sono indicati nel DPCM 5/12/97 e tengono
conto di tutte le tipologie di edificio ad esclusione proprio di quelli adibiti ad attività industriale.
E’ in fase di programmazione una campagna di rilievi acustici in loco al fine di valutare
le prestazioni acustiche in opera, secondo le norme tecniche UNI EN ISO 140 parte 4 e 5,
relative rispettivamente alla misurazione dell’isolamento aereo tra unità distinte e
all’isolamento di facciata. Verranno altresì valutati gli indici di valutazioni dai valori in
frequenza secondo la norma UNI EN ISO 717-1.
Le misure verranno effettuate sia per tener conto di un eventuale utilizzo degli
ambienti come attività commerciale (categoria contemplata dal DPCM 5/12/97), sia per
stimare l’isolamento degli elementi costruttivi per una valutazione delle prestazioni acustiche
necessarie al contenimento dei rumori prodotti all’interno degli ambienti.
Nel presente fascicolo sono elencate le normative di riferimento, le definizioni e le
terminologie utilizzate per le misure; segue il resoconto del collaudo in opera dell’isolamento
acustico di tali elementi con produzione di certificati di collaudo e valutazione dei risultati
ottenuti.
Tale sperimentazione ed analisi interesserà diverse tipologie di elementi prefabbricati.
La prima indagine fonometrica con rilievi di isolamento di facciata (D2m,n,T) è stata
effettuata il giorno 30 Aprile 2008.
2. LEGISLAZIONE E NORMATIVA TECNICA DI RIFERIMENTO
La legislazione nazionale di riferimento vigente, per la valutazione del rumore negli edifici, è
la seguente:
LEGGE 26 ottobre 1995, n. 447, Legge quadro sull'inquinamento acustico
DPCM 5 dicembre 1997, Determinazione dei requisiti acustici passivi degli
edifici
Secondo quanto previsto dal DPCM 5 dicembre 1997 vengono riportati nella tabella
seguente i valori limite dell’indice di valutazione dei parametri citati, per le differenti categorie
di edificio, a prescindere dalla rumorosità esterna.
E’ evidenziata la categoria e i rispettivi limiti di legge per gli ambienti adibiti ad attività
commerciale.
DPCM 5/12/97
Categorie
attività adibite ad ospedali, cliniche, case
1. D
di cura e assimilabili
attività adibite a residenza, alberghi,
2. A, C
pensioni e assimilabili
attività adibite ad attività scolastiche a
3. E
tutti i livelli e assimilabili
attività adibite ad uffici, attività
4. B, F, G ricreative o di culto, attività
commerciali e assimilabili
Requisiti acustici passivi degli edifici
LASmax
LAeq
Impianti a
Impianti a
R’w D2m,nT,w L’n,w funzionamento
funzionamento
discontinuo
continuo
55
45
58
35
25
50
40
63
35
35
50
48
58
35
25
50
42
55
35
35
Le normative tecniche di riferimento sono le seguenti:
UNI EN ISO 140-4:2000 Acustica. Misurazione dell'isolamento acustico in edifici e di
elementi di edificio. Misurazioni in opera dell'isolamento acustico per via aerea tra
ambienti.
UNI EN ISO 140-5:2000 Acustica. Misurazione dell’isolamento acustico in edifici e di
elementi di edificio. Misurazioni in opera dell’isolamento acustico per via aerea degli
elementi di facciata e delle facciate.
UNI EN ISO 717-1:2007 Acustica. Valutazione dell'isolamento acustico in edifici e di
elementi di edificio. Isolamento acustico per via aerea.
Le misure sono state effettuate prendendo come riferimento le norme UNI EN ISO 140 parte
4 e 5, si precisa però che tali norme sono specificatamente studiate per ambienti di tipo
residenziale e non ambienti di grandi dimensioni come capannoni industriali.
3. 2. DEFINIZIONE DELLE GRANDEZZE
3.1. Potere fonoisolante, R
Dieci volte il logaritmo in base dieci del rapporto tra la potenza sonora incidente su un
campione di prova, W1, e la potenza sonora trasmessa attraverso il campione, W2:
R = 10 lg
W1
1
= 10 lg
W2
[dB]
R si determina sperimentalmente da misurazioni in laboratorio (UNI EN ISO 140-3) secondo
la relazione:
R = L1 L2 + 10 lg
S
A
[dB]
dove:
L1 è il livello medio di pressione sonora nell’ambiente emittente [dB];
L2 è il livello medio di pressione sonora nell’ambiente ricevente [dB];
A è l’area di assorbimento equivalente nell’ambiente ricevente [m²];
S è la superficie dell’elemento di separazione [m²].
2.1.1. Indice di valutazione del potere fonoisolante, Rw
Valore in decibel della curva di riferimento a 500 Hz dopo traslazione secondo la UNI EN
ISO 717-1 riferito a valori d’ottava o di terzi d’ottava del potere fonoisolante, R.
La curva di riferimento deve essere traslata a passi di un decibel quindi il valore
corrispondente risulta essere sempre un numero intero.
3.2. Potere fonoisolante apparente, R'
Dieci volte il logaritmo in base dieci del rapporto tra la potenza sonora W1 incidente su una
partizione sottoposta a prova e la potenza sonora totale trasmessa nell'ambiente ricevente
se, in aggiunta alla potenza sonora W2 trasmessa attraverso il provino, la potenza sonora W3
trasmessa dagli elementi laterali o da altri componenti è significativa:
R ' = 10 lg
W1
W2 + W3
[dB]
R' si determina sperimentalmente da misurazioni in opera (UNI EN ISO 140-4) secondo la
relazione:
R ' = L1
L2 + 10 lg
S
A
[dB]
3.2.1. Indice di valutazione del potere fonoisolante apparente, R'w
Valore in decibel della curva di riferimento a 500 Hz dopo traslazione secondo la UNI EN
ISO 717-1 riferito a valori d’ottava o di terzi d’ottava del potere fonoisolante apparente, R’.
La curva di riferimento deve essere traslata a passi di un decibel quindi il valore
corrispondente risulta essere sempre un numero intero.
La verifica di questo indice è contemplata nel DPCM 5/12/97.
3.3. Isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al tempo di riverberazione,
D2m,nT
Differenza fra il livello di pressione sonora all’esterno alla distanza di 2 m dalla facciata ed il
livello di pressione sonora nell’ambiente ricevente, corrispondente ad un valore di riferimento
del tempo di riverberazione.
Si determina sperimentalmente da misurazioni in opera (UNI EN ISO 140-5) secondo la
relazione:
D2m,nT = L1,2m
L2 + 10lg
T
T0
[dB]
L1,2m è il livello medio di pressione sonora alla distanza di 2 metri dalla facciata [dB].
L2 è il livello medio di pressione sonora nell’ambiente ricevente [dB];
T è il tempo di riverberazione nell’ambiente ricevente [s];
T0 è il tempo di riverberazione di riferimento; per le abitazioni, assunto pari a 0,5 secondi.
La sorgente, sonora posta all’esterno dell’edificio, deve essere inclinata di 45° rispetto al
centro della facciata considerata come illustrato nella figura seguente:
Figura – 1 Disposizione dell’altoparlante a 45° per la misura dell’isolamento acustico di facciata
3.3.1. Indice di valutazione dell’isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al
tempo di riverberazione, D2m,nT,w
Valore in decibel della curva di riferimento a 500 Hz dopo traslazione secondo la UNI EN
ISO 717-1 riferito a valori d’ottava o di terzi d’ottava dell’isolamento acustico di facciata
normalizzato rispetto al tempo di riverberazione, D2m,nT.
La curva di riferimento deve essere traslata a passi di un decibel quindi il valore
corrispondente risulta essere sempre un numero intero.
La verifica di questo indice è contemplata nel DPCM 5/12/97.
4. PARTE PRIMA: STIMA TEORICA DEL POTERE FONOISOLANTE DI PANNELLO
PREFABBRICATO
In fase previsionale è possibile stimare approssimativamente il Potere fonoisolante di elementi
prefabbricati in calcestruzzo, mediante la legge di massa (secondo la formula del ISO-CEN). Il
pannello usato come partizione perimetrale esterna risulta cosi composto:
spessore totale pannello 200 mm;
strato isolante interno: 90 mm di polistirolo;
massa superficiale circa 400 kg/mq.
lecito chiedersi se non sia possibile stimare il potere fonoisolante senza effettuare nessuna
misurazione di livelli sonori, sfruttando invece altre proprietà delle materia come la massa. La
risposta a questo quesito è la legge di massa:
È
R = 20 lg(
f ) 42.5dB
Nel caso di pareti omogenee la valutazione del potere fono isolante può essere effettuata
impiegando la formula del CEN (m’>150 Kg/mq) o dell’ IEN Galileo Ferraris (50 Kg/mq< m’ < 400
Kg/mq)
R = 37.5 lg(m' ) 42dB *
R = 20 lg( m ' ) dB * *
dove è la densità superficiale della parete in Kg/m2. Osserviamo che secondo questa legge il
potere fonoisolante di una parete non è costante per tutte le frequenze ma cresce di 6 dB per ottava.
Ad esempio una parete di cemento, la cui densità sappiamo essere pari a 2400kg/m3, e il cui
spessore è uguale a 0,1m avrà due diversi valori di R alle frequenze di 100Hz e di 1000Hz dati
rispettivamente dalla (A) e dalla (B):
R100 = 20 lg(240 100) 42,5 = 45,1 dB ( A)
R1000 = 20 lg(240 1000) 42,5 = 65,1 dB ( B)
potere fonoisolante (dB)
regione I
piccolo smorzamento
medio smorzamento
grande smorzamento
regione II
regione III
sa
mas
a
l
l
e de
legg
ttava
o
/
B
6d
f0
fc
frequenza (Hz)
Figura 2
La Figura 4 rappresenta graficamente l’andamento di R in funzione della frequenza.
Nel grafico si possono distinguere tre regioni principali: è immediato osservare che la legge di massa
è rispettata, con le dovute approssimazioni del caso, nella Regione II.
Nella Regione I si manifesta uno scostamento dalla legge di massa a causa di effetti di risonanza.
Il divisorio sollecitato da onde sonore a frequenze coincidenti con quelle proprie di vibrazione entra in
risonanza e conseguentemente il suo potere fonoisolante tende a diminuire per raggiungere un
minimo alla frequenza fondamentale fo, che è la più bassa delle frequenze naturali.
Il fenomeno è più o meno evidente in funzione dello smorzamento interno, il cui effetto si traduce in
un più o meno rapido annullarsi delle vibrazioni, generatesi nella struttura, per effetto di una
qualunque sollecitazione esterna; ciò da ragione delle curve a tratto discontinuo, valide per
smorzamento grande, medio e piccolo.
Si noterà come al crescere dello smorzamento interno i picchi di risonanza tendano ad appiattirsi.
Fortunatamente il fenomeno ha scarsa importanza pratica ai fini dell’attenuazione del suono, almeno
nel caso di pareti (o pavimenti) normalmente impiegati nell’edilizia, dato che per essi la frequenza
naturale fondamentale fo si colloca intorno ai valori di 10-20 Hz, e comunque quasi sempre inferiori a
100 Hz.
Nella Regione III la legge della massa non è più valida a causa del fenomeno della conincidenza.
Sappiamo che in ogni istante ci sono punti della parete su cui l'onda acustica esercita il massimo
della pressione sonora, altri dove il carico è nullo e altri ancora dove è negativo; come conseguenza
la parete tende a flettersi con una certa lunghezza d'onda F che dipende dall'angolo MNe dalla
lunghezza d’onda del suono incidente. Ogni parete, inoltre, ha una propria lunghezza d’onda NAT,
che si può determinare facendo vibrare la parete con uno strumento apposito chiamato shaker. Il
fenomeno della coincidenza si ha quando la lunghezza dell'onda del campo è uguale alla lunghezza
d'onda naturale, misurata per un carico alla stessa frequenza, in questo caso si ha un più efficace
trasferimento di energia sonora dall’aria alla parete e, quindi, una diminuzione del potere fonoisolante
di quest’ultima.
pressione massima
pressione nulla
pressione negativa
normale alla
superficie
F
Figura 3
La frequenza alla quale si ha il fenomeno della coincidenza si può calcolare mediante la relazione:
(
c02 3 1
fc =
s
E
2
)
valida per i materiali impiegati nell’edilizia, dove:
E = modulo di elasticità
= coefficiente di Poisson
= densità del materiale
s = spessore del materiale
c0 = velocità di propagazione del suono nell’aria (
343 m/s).
Va detto, inoltre che l’ampiezza del fenomeno dipende dal fattore di smorzamento del materiale: per
materiali "canterini" come il vetro, con fattore di smorzamento basso, R ha una grande caduta. Per
questo motivo si usa un vetro camera, fatto da due lastre di diverso spessore (quindi con diversa
frequenza di coincidenza) separate da uno strato d'aria o ancor meglio da un film plastico
antisfondamento come quello usato per le vetrate delle banche che fa da cuscinetto elastico
smorzante. Inoltre, si può osservare che più la parete è sottile più aumenta la frequenza di
coincidenza.
4.1 ANALISI TEORICA SU TIPOLOGIE DIVERSE
Pannello Alleggerito sp. 20cm.
Il caso esaminato in sito tratta di un pannello di circa 10m lunghezza e 2,50m larghezza dello
spessore di 20cm (due croste esterne di 6+5cm con interposto un isolante in polistirolo rigenerato
avente densità di circa 10 Kg/mc dello spessore di 9cm).
Il pannello è costituito da cordolatura perimetrale da 15cm e n°3 cordoli trasversali di 10cm (uno
centrale e due ai terzi in corrispondenza dei ganci di sollevamento).
Peso totale del manufatto 7.530 Kg pari a 300 Kg/mq.
Teoricamente il calcolo del potere fonoisolante del pannello può essere valutato come il valore medio
tra:
R = 37,5 lg(300) 42,5 = 50,40 dB
R = 20 lg(300) = 49,54 dB
RW = (medio) = 50 dB
Il valore corrispondente riscontrato in opera risulta pari a 46dB, pertanto si può pensare che i difetti
della posa in opera, le perdite di isolamento dovute a trasmissione laterale corrispondono a 4dB.
Pannello a Taglio Termico sp. 24cm e sp. 30cm.
Trattasi di pannelli realizzati secondo le prescrizioni di sotto riportate:
1)
2)
6 6 10 8
30
sp. 24
sp. 30
Primo caso, peso totale del pannello a taglio termico alleggerito = 8.270 Kg
Secondo caso, peso totale del pannello a taglio termico alleggerito = 10.150 Kg
RW = (medio)24cm = 51,20 dB
RW = (medio)30cm = 53,70 dB
I quali valori ridotti di 4dB trovano comunque soddisfatti i requisiti di norma.
Si può pertanto concludere che l’isolamento acustico di facciata è ottenuto con tutte le tipologie di
pannello sopra descritto, composto da cordolatura perimetrale e tre cordoli trasversali interni.
___________________________________
5. PARTE SECONDA: VALUTAZIONE IN OPERA DELL’ISOLAMENTO ACUSTICO DI
PANNELLI PREFABBRICATI
STRUMENTAZIONE UTILIZZATA
Per le misurazioni e le analisi dei dati relativi alla presente relazione è stata utilizzata la
seguente strumentazione:
n° 1 fonometri integratori Larson&Davis mod. 824 n° matricola 2925 e 2926.
n° 1 preamplificatori Larson&Davis mod. PRM 902 n° matricola 3051 e 3068.
n° 1 microfono Larson&Davis mod. 2541 (Larson&Davis) n° matricola 7820 e 7821.
n° 1 calibratore Larson&Davis mod. CAL 200 n° matricola 4057.
Cassa dodecaedrica Svantek con amplificatore Meyer Sound;
Amplificatore Meyer Sound;
cassa direzionale LEM BF112
La strumentazione impiegata è di Classe 1 e conforme alle Norme EN 60651/1994 e EN
60804/1994.
OGGETTO DEL COLLAUDO ACUSTICO
Il presente report di collaudo acustico si riferisce a prove in opera di collaudo acustico
effettuate il giorno 30/04/2008 presso un edificio produttivo in provincia di Venezia.
La partizione oggetto di collaudo è la facciata esterna (vedere parete oggetto della verifica
riportata in pianta)
Rapporto di prova n° 1
Isolamento acustico secondo la UNI EN ISO 140-5
Misurazioni in opera dell'isolamento acustico di facciata.
Data del collaudo: 30/04/08
Cantiere: Edificio produttivo in provincia di Venezia
Volume dell’ambiente ricevente: 2087,40 m3
Superficie di facciata: 169,00 m2
Frequenza
f [Hz]
100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5000
Isolamento acustico normalizzato
rispetto al tempo di riverberazione D 2m,nT [dB]
60
D2m,nT
1/3 ottava
[dB]
39.4
41.3
41.7
36.7
42.6
38.8
44.3
45.3
40.7
39.1
43.9
46.6
50.8
52.7
50.4
54.0
55.8
53.4
50
40
30
20
10
D2m,nT: Isolamento acustico normalizzato rispetto al tempo
di riverberazione
Curva di riferimento (ISO 717-1)
Frequenza [Hz]
Valutazione in conformità alla UNI EN ISO 717-1:
D2m,nT,w (C;Ctr) = 46 (-1;-3) dB 42 dB - DPCM 5/12/97 rispettato.
C100-5000=0 dB
Valutazione basata su risultati di misurazioni in opera ottenuti mediante un metodo
tecnico progettuale
Ctr,100-5000=-3 dB
5000
4000
3150
2500
2000
1600
1250
800
1000
630
500
400
315
250
200
160
125
80
100
63
50
0
Immagini del collaudo di isolamento acustico di facciata: rilievo esterno in alto e rilievo interno in basso
6. VALUTAZIONI CONCLUSIVE
In seguito alla elaborazione dei dati rilevati mediante misure fonometriche di collaudo acustico,
effettuate in data 30 Aprile 2008 sugli elementi edilizi dell’edificio produttivo in zona industriale in
provincia di Venezia, sono stati ottenuti i seguenti risultati:
STRUTTURA – AMBIENTI
Edificio produttivo, zona
industriale di Eraclea (VE)
Isolamento di facciata
pannello perimetrale
R’w
(C;Ctr)
D2m,nT,w
(C;Ctr)
46 (-2,-3)
Limite
DPCM
5/12/97
D2m,nT,w
42
VERIFICATO
Il collaudo acustico di isolamento di facciata effettuato sulla partizione perimetrale di facciata, è
risultato verificato, ovvero conforme alle prescrizioni del DPCM 5/12/1997.
Le norme tecniche secondo cui sono stati effettuati i collaudi acustici si basano su alcune
acquisizioni che le rendono non rigorosamente applicabili a edifici che non siano residenziali o con
superfici e volumi elevati. D’altra parte il metodo di calcolo costituito dalle norme della serie UNI EN
ISO 140 è l’unico metodo di calcolo esistente, quanto a collaudi acustici in opera.
Tuttavia, alla luce di ciò si propone, per una successiva fase di ricerca, la possibilità di estrarre
ulteriori risultati ed effettuare più dettagliate valutazioni, da procedure modificate di calcolo o da
diverse equazioni normalmente utilizzate con altri scopi.
Padova, li 03/06/2008