Partneri sekcie:
  • OSMA
  • STAVMATSTAVEBNINY

Izolácie proti otrasom, vibráciám a hluku

Izolácie proti otrasom, vibráciám a hluku

Sprievodnými znakmi priemyselnej činnosti môžu byť otrasy, dynamické nárazy, vibrácie a rôzne zvukové frekvencie. Práve preto sa architektom a projektantom odporúča zaoberať sa pri projektovaní a výstavbe priemyselných objektov aj otázkou adekvátnej ochrany. Ak vynecháme dynamické pôsobenie dopravného zaťaženia, zostáva ešte množstvo ďalších vplyvov pôsobiacich na konštrukciu podlahy, na časť alebo celú stavbu, ako aj na človeka a okolie.

Vzhľadom na svoje účinky vyžadujú vplyvy z otrasov a vibrácií špecifické zabezpečenie v celom stavebnom diele. Hoci súvisia najmä s podlahou, často ovplyvňujú aj inú časť stavby, a preto potrebujú i samostatné riešenie.

V mnohých priemyselných prevádzkach sa niekedy v priebehu exploatácie zásadným spôsobom premiestňujú nielen materiály, ale aj stroje, zariadenia a ďalšie technológie bez predchádzajúcej konzultácie s projektantom stavby. Pôvodný predpoklad zaťažovania podlahy so všetkými súvisiacimi vplyvmi tak už nemá viac svoje opodstatnenie. Znamená to, že z bežného spôsobu realizácie podlahovej konštrukcie treba vyčleniť tie skupiny, ktoré vyžadujú špeciálne opatrenia z hľadiska ich charakteristiky, najmä ak ide o stroje a zariadenia, pri ktorých je potrebný zvláštny spôsob zakladania, čiže vlastný základ oddelený od konštrukcie podlahy.

Podľa účinkov na základovú zeminu, stavebné konštrukcie, nosnú dosku podlahy a v neposlednom rade aj na psychiku človeka možno tieto vplyvy začleniť do štyroch skupín:

  • trvalé otrasy – spôsobujú ich zvyčajne ťažké strojové zariadenia v strojárenských prevádzkach, rotačky v tlačiarňach, sieťové pulzátory a pod. s vyvodzovanou frekvenciou do 10 Hz,
  • dynamické nárazy – vyvolávajú ich väčšinou buchary alebo podobné zariadenia v kováčskych dielňach, lisovniach a pod. s kadenciou od desať úderov za sekundu až po jeden úder za minútu,
  • vibrácie – spôsobuje ich chod ťažkých strojových zariadení alebo umelé mechanické rozkmitávanie zariadení či foriem, napr. pri výrobe betónových prefabrikátov, s frekvenciou od 10 Hz až do 200 Hz a viac,
  • zvukové frekvencie – v celej širokej škále vrátane frekvencií presahujúcich počuteľnosť pre ľudské ucho, v intenzite vyjadrenej v decibeloch.

Pozrime sa bližšie na konkrétne opatrenia pri navrhovaní podľa charakteru účinkov na podlahu.

Trvalé otrasy

V prípade stavby priemyselných podláh treba z dlhodobého hľadiska poznať budúcu prevádzku v objekte. Znamená to vytypovať v pôdorysnej projekcii polohu stabilných strojov, ktoré spôsobom chodu v zaťažení alebo vo voľnom behu spôsobujú trvalé otrasy zasahujúce najmä podložné zeminy, a preto treba pre ne vybudovať samostatné hĺbkové základy. Ide napr. o rôzne drviče, mlyny, tlačiarenské rotačky a pod., čiže o zariadenia tvoriace vo väčšine prípadov hlavný zdroj výroby, ku ktorému sú pričlenené menšie doplňujúce prevádzkové zariadenia. Tieto stroje či výrobné agregáty väčšinou potrebujú samostatný izolovaný základ oddelený od základu konštrukcie objektu. Jeho založenie sa v mnohých prípadoch nezaobíde bez špeciálnej úpravy základovej škáry a úplného oddelenia od konštrukčných vrstiev podlahy (obr. 1).

V podstate ide o vytvorenie určitej zahĺbenej vane, v ktorej je uložený základový blok, odizolovaný od základného zemného telesa tlmiacimi pružnými doskami alebo inými vrstvami a, samozrejme, aj od podlahy a celej konštrukcie objektu. Zaťaženie bloku musí zodpovedať súčtu hmotnosti stroja a kinetickej energie vyvolanej strojom.

V prípadoch, keď zemina v základoch neumožňuje pružné správanie základového bloku (napr. uľahnuté hrubé štrkopiesky) a aj napriek tlmiacej izolačnej vrstve hrozí nebezpečenstvo prenosu otrasov či vibrácií do širšieho okolia, odporúča sa doplniť základovú dosku sústavou železobetónových pilót zasahujúcich do väčšej hĺbky.

Dynamické nárazy

Prítomnosť rôznych bucharov, veľkých jednorazových lisov, a to aj hydraulických, raziacich a lisovacích strojov, si takisto vyžaduje samostatný hĺbkový základ, ktorý sa podobne umiestňuje až pod úrovňou základovej škáry konštrukcie podlahy. Tento spôsob tlmenia je podobný ako v predchádzajúcom prípade, len s tým rozdielom, že založenie sa môže pohybovať v omnoho menších hĺbkach, avšak vo väčších plošných rozmeroch.

Ide o nárazy, ktoré treba vždy rozložiť do veľkých šírok, pretože zeminy, najmä jemnejšie, vďaka svojmu väzkopružnému správaniu sa majú schopnosť rozostupovať sa pri úderoch a spôsobiť vertikálne posúvanie základu. Napriek tomu aj v tomto prípade treba doplniť základovú dosku alebo blok prípadnými pilótami.

Vibrácie

Stroje, ktoré svojou činnosťou spôsobujú vibráciu, sa vyskytujú v rade výrobných procesov. Vibrácia sa môže ďalej prenášať do konštrukcie podlahy a jej prostredníctvom do celého objektu. Pri výrobe, ktorá si vyžaduje vibračné spracovanie na špeciálnych stoliciach, alebo pri prevádzke s vibračnou dopravou sypkých materiálov treba zvážiť, či je pre takýto zdroj vibrácie nevyhnutné zabezpečiť samostatný základ ako pri predchádzajúcich prípadoch.

Za predpokladu, že konštrukcia celej priemyselnej podlahy bola dimenzovaná podľa zásad navrhovania na zhutnenom podloží, ide o podlahovú konštrukciu, ktorá je odolná proti určitému spôsobu zaťažovania. V takom prípade tvorí limitnú hodnotu veľkosť kinetickej energie, ktorú vyvolávajú jej zdroje (chvenie stroja alebo energia vibračných budičov). Ide o únavový koeficient, ktorý sa stanovuje výpočtom pri dimenzovaní podlahy na predpokladaný čas jej používania.

Dynamické namáhanie pri stanovení životnosti až do vzniku prvej únavovej trhliny v doske podlahy, vypočítané na prevádzku manipulačných prostriedkov, sa pri inštalácii zariadenia s vibračným kmitaním, ktoré sa rovná veľkosti kinetickej energie základnej vypočítanej hodnoty, skracuje až na 75 % životnosti v danom mieste. Znamená to, že pri inštalácii stroja či zariadenia s kinetickou energiou, ktorá sa rovná hodnote dimenzovanej podlahovej dosky tlaku vozidla na jedno koleso, je životnosť podlahovej dosky v tomto mieste o jednu štvrtinu kratšia.

Ide totiž o únavu dosky v dôsledku namáhania prebiehajúcim, striedavo kladným a záporným momentom, ktorý v prvej fáze spôsobí niekoľko dostredných trhlín a potom okrúhlu trhlinu v mieste najväčších tangenciálnych napätí.

Zvláštne založenie samostatného základu na pružnej izolačnej podložke umiestnenej na doske konštrukcie podlahy je možným riešením v prípadoch s menšou hodnotou kinetickej energie a tiež pri relatívne menších kinetických veličinách (obr. 2).

Zvukové frekvencie

Pôsobenie vysokej hladiny hluku dokáže človek znášať bez trvalých vážnych následkov na vegetatívnom nervovom systéme len v obmedzenej miere. V niektorých prípadoch sa dá znížiť hladina hluku priamo pri zdroji, zväčša však treba problematiku hluku a otrasov riešiť komplexne, keďže veľakrát spolu úzko súvisia.

Väčšinou veľmi podceňovaným problémom sú zvukové frekvencie spôsobované niektorými strojmi a inými zdrojmi, ako sú aj zvuky pri hudbe. Nízke modulačné pásma môžu vytvárať frekvencie, ktoré v určitej fáze môžu byť nebezpečné i pre niektoré konštrukčné riešenia. Tieto frekvenčné pásma môžu spôsobovať aj na väčšie vzdialenosti rozkmitanie niektorých subtílnych zariadení až do fázy únavy spôsobenej rezonančnou vibráciou a ich následnú deštrukciu.

Legislatíva v otázke zvukových frekvencií a vibrácií sa zaoberá celým radom zákonov a vyhlášok súvisiacich najmä s ochranou zdravia človeka.

Z tohto hľadiska sa sleduje predovšetkým prítomnosť vysokofrekvenčného hluku v tretinooktávovom pásme 8 až 16 kHz, kde nameraná hodnota najvyššej prípustnej ekvivalentnej hladiny akustického tlaku pre osemhodinový pracovný čas nesmie presiahnuť 70 dB. Sú to už pomerne vysoké frekvencie, podobné zvukom sirény, ktoré sú vnímané nielen sluchom človeka, ale aj celým povrchom tela. Napriek tomu nie sú zvlášť nebezpečné pre rozkmitanie konštrukčného systému stavby, ako je to v prípade intenzívnych hlbokých basových tónov zosilňovaných elektronicky, napr. pri produkcii popovej alebo rockovej hudby.

Pre názornosť uvádzame v tabuľke rôzne akustické tlaky jednotlivých zdrojov hluku a ich účinky na organizmus človeka.

Tab.: Hladina akustického tlaku z rôznych zdrojov a jeho účinky

Akustika

Touto problematikou sa zaoberá vedný odbor o kmitaní a vlnení v pružných médiách, napr. vo vzduchu a vo vode – akustika. V užšom zmysle slova je akustika náukou o zvuku a jeho účinkoch. Spravidla sa rozlišuje fyzikálna, fyziologická a psychologická akustika alebo v závislosti od spôsobu použitia aj elektrická, priestorová a stavebná akustika.

Priestorová stavebná akustika sa zaoberá nielen šírením zvuku v uzatvorených miestnostiach, ich posudzovaním z hľadiska zrozumiteľnosti reči alebo vhodnosti pre hudobné predstavenia, ale poskytuje predovšetkým užitočné poznatky pre zníženie hlučnosti v pracovných priestoroch.

Táto oblasť sa spomína najmä z toho dôvodu, že legislatívne opatrenia sú pomerne prísne a vyžadujú určitú, aspoň minimálnu odbornú znalosť tejto problematiky, ktorá s témou priemyselných podláh síce zdanlivo nesúvisí, ale je nevyhnutné aspoň orientačne naznačiť niektoré zásady.

Tvorba dokonalej akustiky najmä v obmedzovaní odrazových vĺn od stien a stropu systémom ich pohlcovania nie je iba záležitosťou divadiel a koncertných sál, ale má výrazný vplyv aj na zvýšenie pracovnej pohody v priestoroch priemyselných objektov. Použitím vhodného podhľadu a úpravou stien možno podstatne znížiť odrazové vlnenie, a tým aj hladinu akustického tlaku mimo jeho priamu lokalitu pôsobenia (obr. 3).

Otázke akustického vlnenia sa treba venovať nielen z hľadiska vplyvu na človeka, ale aj na celú konštrukciu objektu. V niektorých prípadoch sa nedá vylúčiť skutočnosť, že niektorá časť konštrukcie objektu má na svoje vlastné rozkmitanie podobnú alebo rovnakú frekvenciu ako niektorý z výrobných strojov či agregátov vo vnútri objektu. Pri takomto konštrukčnom prvku potom nastupuje únavová zložka spôsobujúca urýchlené starnutie materiálu vedúce až k možnej deštrukcii.

doc. Ing. Pavel Svoboda, CSc.,
Autor je vedúcim Katedry technológie stavieb Stavebnej fakulty ČVUT v Prahe.
Foto: archív redakcie