Kroková nepriezvučnosť stropných konštrukcií

Stavebné konštrukcie dnes musia spĺňať veľké množstvo požiadaviek súčasne (tepelno-technických, akustických, statických atď.), ktoré sú často protichodné. Súčasným trendom je odľahčovanie stavebných konštrukcií využívaním murovacích prvkov s nižšou objemovou hmotnosťou a zavádzanie suchých technologických postupov. Táto skutočnosť, vyplývajúca napríklad z tepelno-technických a statických nárokov, nepriaznivo ovplyvňuje akustické parametre konštrukcie závislé od jej plošnej hmotnosti.

V stavebnej akustike sa na hodnotenie zvukovoizolačných vlastností konštrukcií tradične využíva frekvenčný rozsah od 100 do 3 150 Hz. S vývojom nových stavebných materiálov a technologických postupov však narastajú problémy v oblasti nižších kmitočtov.

Kroková nepriezvučnosť
Jedným z akustických deskriptorov opisujúcich zvukovoizolačné vlastnosti stropnej konštrukcie je kroková nepriezvučnosť. Je to schopnosť konštrukcie tlmiť tzv. krokový hluk spôsobený priamym kontaktom zdroja zvuku s konštrukciou. Mechanické impulzy vyvolávajú v konštrukcii ohybové vlny, ktoré sa z miesta vzniku šíria rôznou rýchlosťou a konštrukciu uvádzajú do difúzneho chvenia. V dôsledku toho konštrukcia v chránenom priestore prenáša krokový zvuk, ktorý patrí do oblasti chvenia (od 20 Hz vyššie).

Horizontálne deliace konštrukcie, t. j. stropné konštrukcie vrátane podlahy, prípadne podhľadu, môžeme označiť za jeden z rozhodujúcich prvkov zabezpečujúcich akustickú pohodu v interiéri budovy. V prípade podhodnotenia jej akustických parametrov sú následky zlého návrhu neskôr riešiteľné len ťažko a s nemalými finančnými nákladmi. Pri komplexnom hodnotení o akustických parametroch vodorovného deliaceho prvku rozhoduje predovšetkým typ nosnej stropnej konštrukcie, typ podlahovej konštrukcie (podhľadu) a nášľapnej vrstvy.

Skladba plávajúcej podlahy
Ak sa zvuk šíri pevnou látkou, napríklad betónovou vrstvou, jeho šíreniu zabraňuje prostredie s rozdielnym vlnovým odporom. Optimálnym riešením na zvýšenie nepriezvučnosti stropných konštrukcií sú plávajúce podlahy, ktorých roznášacia horná doska (z betónu, anhydridu, systémových montovaných dosák) je od konštrukcie stropu, zvislých stien aj prestupov pružne oddelená inštaláciou. V prípade ťažkej plávajúcej podlahy vznikne elastická sústava zložená z materiálu (roznášacia doska) s hmotnosťou m (kg) a pružiny (tlmiacej podložky) s dynamickou tuhosťou s´ (MPa/m). Tlmiace podložky do podláh sú charakterizované hlavne svojou dynamickou tuhosťou s´ (N/m³) a pružnosťou ε (%).

Plávajúca podlaha sa vždy skladá z tlmiacej podložky uloženej na nosnej konštrukcii stropu, roznášacej vrstvy a z nášľapnej vrstvy. Hlavnou zásadou pri ochrane proti krokovému zvuku je striedanie vrstiev so zotrvačným a pružným odporom proti rozkmitaniu, teda vrstiev akusticky tvrdých (f_k < 3 150 Hz) a akusticky mäkkých (f_k > 3 150 Hz), čo plne spĺňajú plávajúce podlahy. Rozhodujúcim parametrom pri týchto podlahách je najmä dynamická tuhosť s´n (MPa/m) pružnej podložky, ktorá súvisí s jej hrúbkou v nezaťaženom stave.

Ťažká plávajúca podlaha
Ťažká plávajúca podlaha sa skladá z tuhej a ťažkej roznášacej dosky (napr. betónovej mazaniny alebo anhydridu), uloženej na tlmiacej podložke s vhodnou dynamickou tuhosťou s´ (napr. dosky z minerálnych vlákien, zo špeciálneho polystyrénu pre krokový útlm a pod.). Roznášacia doska je po obvode dilatovaná od zvislých konštrukcií. Vzniknutá škára býva obyčajne vyplnená rovnakým materiálom, aký sa použil na tlmiacu podložku. Nevyhnutným predpokladom funkčnosti podlahy je neexistencia tuhých spojov medzi roznášacou doskou a nosnou stropnou konštrukciou.

Ľahká plávajúca podlaha

Ľahká plávajúca podlaha sa skladá z dvoch základných prvkov: roznášacej vrstvy, ktorá môže byť súčasne nášľapnou vrstvou (lamino, drevotrieska a pod.), a tlmiacej podložky. Tlmiaca podložka na konštrukciu ľahkej plávajúcej podlahy by mala byť tuhšia ako v prípade ťažkej plávajúcej podlahy (obr. 1).

Obr. 1: Schematické znázornenie a) holé stropné konštrukcie, b) stropné konštrukcie s izolačným podlahovým povlakom, c) s ľahkou plávajúcou podlahou, d) s ťažkou plávajúcou podlahou

Ako najvýhodnejšie a najbezpečnejšie sa z hľadiska návrhu javí využitie monolitickej železobetónovej stropnej konštrukcie v kombinácii s ťažkou plávajúcou podlahou. Pri takto navrhnutých konštrukciách môžeme očakávať dobré zvukovoizolačné vlastnosti aj v oblasti nižších kmitočtov.

Meranie krokovej nepriezvučnosti
Výsledky laboratórnych meraní udávajú hodnotu váženého zníženia hladiny akustického tlaku krokového zvuku podlahou ∆L_w pre ťažké plávajúce podlahy v rozmedzí 15 až 32 dB a pre ľahké plávajúce podlahy v rozmedzí 15 až 26 dB. Tento predpoklad však platí iba v ideálnych prípadoch a za predpokladu dokonalého technického vyhotovenia podlahy. Lepšie výsledky meraní ťažkých plávajúcich podláh s nášľapnou vrstvou tvorenou laminom sú dané predovšetkým typom nášľapnej vrstvy a spôsobom ukončenia podlahy pri stene pomocou lišty, kedy sa nevytvára akustický most. Pri keramických nášľapných vrstvách vzniká problém ukončenia podlahy pri stene. V prípade klasického ukončenia pomocou keramického sokla lepeného bez pružného prerušenia ku stene aj k podlahe sa znehodnocuje akustická funkčnosť celej podlahy. V tomto prípade sa zhoršujú zvukovoizolačné vlastnosti konštrukcie v oblasti vyšších kmitočtov.

Pri meraniach sme sa najčastejšie stretali s nasledujúcimi nedostatkami vo vyhotovení podlahových konštrukcií:

• nevhodne zvolenou tlmiacou podložkou;
• vybetónovaním roznášacej betónovej dosky ťažkej plávajúcej podlahy až ku stene bez dostatočnej dilatácie (obr. 2);
• nevhodne vyhotoveným ukončením podlahových konštrukcií pri stene – napríklad zlé umiestnenie okrajových pásikov po obvode podlahy spôsobilo, že betónová mazanina tvoriaca roznášaciu vrstvu zatiekla až ku stene a vytvorili sa akustické mostíky;
• nedbalým uložením tlmiacej podložky na nosnú stropnú konštrukciu, následkom čoho sa podložka výstuže prepichla a zabetónovala sa do roznášacej vrstvy;
• nevhodným poradím vrstiev v skladbe podlahovej konštrukcie vzhľadom na vedenie rozvodov – rozvody TZB sa uložili v rozrezanej tlmiacej podložke, tá sa prekryla napríklad vrstvou obyčajného polystyrénu, ktorý tvoril výplňovú (vyrovnávaciu) vrstvu v skladbe stropnej konštrukcie;
• vytvorením akustických mostov na miestach kontaktu rozvodov s nosnou stropnou konštrukciou a bežným polystyrénom;
• za ďalší problematický detail z hľadiska krokového hluku možno označiť uloženie schodísk v mezonetových bytoch. Nosná konštrukcia schodiska je vo väčšine prípadov ukotvená do nosnej stropnej konštrukcie bez prerušenia akustického mosta. Pri chôdzi po schodisku tak prichádza k priamemu prenosu štrukturálneho zvuku do stropnej konštrukcie (obr. 3).
•  

Aj keď dodržíme hlavné zásady výstavby a užívateľom bytov zaistíme optimálnu pohodu z hľadiska krokovej nepriezvučnosti, na základe subjektívneho vnímania možno očakávať mnoho sťažností predovšetkým pri stropných konštrukciách s nášľapnou vrstvou z laminátu. Aj keď tieto konštrukcie z hľadiska krokovej nepriezvučnosti vyhovujú platnej legislatíve, užívatelia bytov sa sťažujú na subjektívne vnímanie zvukov s nižším kmitočtom.

Zvukovoizolačné schopnosti stavebných konštrukcií sú v oblasti nízkych frekvencií veľmi slabé. Akustické signály na týchto frekvenciách prechádzajú stavebnými konštrukciami s veľmi malým útlmom a v konštrukcii sa filtrujú – vysoké frekvencie sa tlmia a nízke frekvencie prechádzajú. Dĺžka zvukovej vlny v nízkofrekvenčnej oblasti je rádovo v metroch, teda porovnateľná s geo­metrickými rozmermi miestnosti – môže sa vyskytnúť stojaté vlnenie a vzniká výrazná priestorová nehomogenita akustického poľa. Hluk v oblasti nízkych frekvencií sa vníma ako pulzácia a fluktuácia, čo spôsobuje pocit tlaku v ušiach, ktorý je z hľadiska subjektívneho vnímania užívateľa veľmi nepríjemný.

Oblasti nízkofrekvenčného hluku
Problematika je opísaná na príklade výsledku meraní v bytovom dome, kde sa v priestoroch prízemného bytu vníma hluk spôsobený pohybom osôb (užívateľmi bytu 1. NP po stropnej konštrukcii, resp. po podlahe na nosnej stropnej konštrukcii) subjektívne ako silné rušenie. Na základe tejto skutočnosti sa merala kroková nepriezvučnosť stropnej konštrukcie vrátane podlahy oddeľujúcej priestory bytu na prízemnom podlaží a na 1. NP. Ďalej sa uskutočnilo informatívne meranie spektrálnej analýzy hluku spôsobeného pohybom osôb po podlahe na stropnej konštrukcii na 1. NP (obr. 4).

Obr. 4: Výsledky meraní krokovej nepriezvučnosti medzi 1. PP a 1. NP

Požiadavka podľa STN 73 0532 z hľadiska krokovej nepriezvučnosti stropných konštrukcií oddeľujúcej obytné priestory susedných bytov je L’_nw = 58 dB, nameraná hodnota L’_nw je 49 dB − kroková nepriezvučnosť medzi miestnosťami teda vyhovuje.

Z obr. 5 vidieť, že hlučnosť, ktorá je subjektívne počuteľná na 1. PP a ktorá je spôsobená pohybom osôb na 1. NP, sa nachádza v oblasti nízkych frekvencií (31,5 až 40 Hz), teda je mimo rozsahu hodnotenia zvukovoizolačných vlastností stavebných konštrukcií podľa STN EN ISO 717-2.

Obr. 5: Spektrálna analýza merania hluku spôsobeného pohybom osôb po stropnej konštrukcii vrátane podlahy nad 1. PP

Záver
Z príkladu merania stropnej konštrukcie vyplýva, že z hľadiska ochrany užívateľa pred hlukom daný problém nemožno legislatívne  vyriešiť.
Na základe výsledkov meraní krokovej nepriezvučnosti a merania hluku spôsobeného pohybom osôb po stropnej konštrukcii vrátane podlahy nad 1. PP sa zistili nasledujúce skutočnosti:

• Spektrálnou analýzou zdroja hluku (pohybu osôb po stropnej konštrukcii) sa zistilo, že ide o zdroj hluku s výraznými tónovými zložkami v oblasti nízkych kmitočtov (31,5 − 40 Hz), teda mimo oblasti hodnotenia krokovej nepriezvučnosti stropnej konštrukcie podľa platnej legislatívy.
• Stropná konštrukcia vrátane podlahy ­vy­ho­vuje normatívnym požiadavkám – hod­notila sa z hľadiska krokovej nepriezvučnosti v súlade s STN EN ISO 140-7, STN EN ISO 717-2 a STN 73 0532. Tieto normy sa používajú na vyhodnotenie zvukovoizolačných vlastností konštrukcie v rozsahu 100 − 3150 Hz, prípadne v rozšírenom kmitočtovom rozsahu 50 – 5 000 Hz, sú iba informatívne a v rámci danej problematiky sa javia ako neoptimálne, t. j. nevyhodnocujú zvukovoizolačné vlastnosti stropnej konštrukcie vrátane podlahy v sledovanej oblasti nízkych kmitočtov (31,5 − 40 Hz).
• Hodnota maximálnej hladiny akustického tlaku L_pmax pre kmitočet 40 Hz (tónová zložka) je 67,4 dB (obr. 5) − zistila sa pri pohybe osôb po stropnej konštrukcii a leží nad hranicou prahu počuteľnosti pre daný kmitočet L_PS = 49 dB. Vzhľadom na to, že ide o zvuk s výraznou tónovou zložkou dominantnou v rámci celého spektra, možno ho považovať z hľadiska vnímania za značne rušivý.
• Zdroj zvuku (chôdzu po podlahe na stropnej konštrukcii) nemožno hodnotiť v súlade s požiadavkami, keďže vyhláška Ministerstva zdravotníctva Slovenskej republiky č. 549/2007 Z. z. zo 16. augusta 2007, ktorou sa ustanovujú podrobnosti o prípustných hodnotách hluku, infrazvuku a vibráciíí a o požiadavkách na objektivizáciu hluku, infrazvuku a vibrácií v životnom prostredí, sa nevzťahuje na hluk spôsobený užívaním bytu, je možné ho považovať za zdroj hluku s výrazne rušivými účinkami, a to predovšetkým vzhľadom na výrazne tónový charakter zvuku v oblasti nízkych kmitočtov.

Z uvedeného vyplýva, že u nás nie je platná legislatíva, ktorou sa upravuje problematika nízkofrekvenčného hluku prenikajúceho stavebnými konštrukciami a doteraz nie je stanovený limit pre nízkofrekvenčný hluk.

Ing. Petra Čuprová, Ing. Pavel Berka, PhD.
Foto: archív autorov

Ing. Petra Čuprová pôsobí na FAST VUT v Brne na Ústave pozemného staviteľstva a vykonáva funkciu manažérky kvality a skúšobnej techničky v akreditovanom skúšobnom laboratóriu BP akustika.

Ing. Pavel Berka, PhD., je vedúcim akreditovaného skúšobného laboratória BP akustika č. 1475, ktoré vykonáva všetky akustické merania.

Literatúra
1. Berka, P.: Zvukoizolační vlastnosti stavebních konstrukcí. Ústav pozemního stavitelství VUT Brno. Disertační práce. 2004.
2. ČSN 73 0532/ 2000 ZMĚNA Z1 (máj 2005): Akustika. Ochrana proti hluku v budovách a související akustické vlastnosti stavebních výrobků. Požadavky. Praha: 2000.
3. ČSN EN ISO 717 – 2/98 ZMĚNA A1 (2007) – Akustika. Hodnocení zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách. Část 2 : Kročejová neprůzvučnost. Praha: 1998.
4. Nariadenie vlády č. 148/2006 Zb. zo dňa 15. marca 2006 o ochrane zdravia pred nepriaznivými účinkami hluku a vibrácií.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.