Kročejová neprůzvučnost stropních konstrukcí

11. listopadu 2009

Partneři sekce:

Stavební konstrukce dnes musejí splňovat velké množství požadavků současně (tepelnětechnických, akustických, statických atd.), které jsou často protichůdné. Trendem současné doby je vylehčování stavebních konstrukcí využíváním zdicích prvků s nižší objemovou hmotností a zavádění suchých technologických postupů. Tato skutečnost, vyplývající například z tepelnětechnických a statických nároků, nepříznivě ovlivňuje akustické parametry konstrukce závislé na její plošné hmotnosti.

Ve stavební akustice je tradičně využíván pro hodnocení zvukoizolačních vlastností konstrukcí frekvenční rozsah od 100 Hz do 3 150 Hz. S boomem nových stavebních materiálů a technologických postupů ovšem narůstají problémy v oblasti nižších kmitočtů.

Kročejová neprůzvučnost
Jedním z akustických deskriptorů popisujících zvukovoizolační vlastnosti stropní konstrukce je kročejová neprůzvučnost. Je to schopnost konstrukce tlumit tzv. kročejový hluk způsobený přímým kontaktem zdroje zvuku s konstrukcí. Mechanické impulzy vyvolávají v konstrukci ohybové vlny, které se šíří různými rychlostmi z místa vzniku a uvádějí konstrukci do difuzního chvění. Výsledkem je to, že konstrukce vyzařuje kročejový zvuk v chráněném prostoru, který náleží do oblasti chvění (od 20 Hz výše).

Horizontální dělicí konstrukce, tj. stropní konstrukce včetně podlahy, případně podhledu, můžeme označit za jeden z rozhodujících prvků zabezpečujících akustickou pohodu v interiéru budovy. V případě podhodnocení jejich akustických parametrů jsou následky špatného návrhu v reálu jen těžko řešitelné, a to s nemalými finančními náklady. Při komplexním hodnocení rozhoduje o akustických parametrech vodorovného dělicího prvku především typ nosné stropní konstrukce, typ podlahové konstrukce (podhledu) a nášlapné vrstvy.

Obr. 1: Schématické znázornění a) holé stropní konstrukce, b) stropní konstrukce s izolačním podlahovým povlakem, c) s lehkou plovoucí podlahou, d) s těžkou plovoucí podlahou

Skladba plovoucí podlahy
Šíří-li se zvuk pevnou látkou, například betonovou vrstvou, zabraňuje jeho šíření prostředí o rozdílném vlnovém odporu. Optimálním řešením pro zvýšení neprůzvučnosti stropních konstrukcí jsou plovoucí podlahy, jejichž roznášecí horní deska (beton, anhydrid, systémové montované desky) je pružně oddělena od konstrukce stropu, svislých stěn i prostupů instalací. V případě těžké plovoucí podlahy vznikne elastická soustava složená z hmoty (roznášecí deska) o hmotnosti m (kg) a pružiny (tlumicí podložky) o dynamické tuhosti s’ (MPa/m). Tlumicí podložky do podlah jsou charakterizovány především svojí dynamickou tuhostí s’ (N/m³) a pružností ε (%).

Plovoucí podlaha se vždy skládá z tlumicí podložky uložené na nosné konstrukci stropu, roznášecí vrstvy a dále z nášlapné vrstvy. Hlavní zásadou při ochraně proti kročejovému zvuku je střídání vrstev se setrvačným a pružným odporem proti rozkmitání. Tedy vrstev akusticky tvrdých (f_k < 3 150 Hz) a akusticky měkkých (f_k > 3 150 Hz), což splňují plovoucí podlahy. Rozhodujícím parametrem u těchto podlah je především dynamická tuhost s’n (MPa/m) pružné podložky, která souvisí s její tloušťkou v nezatíženém stavu.

Těžká plovoucí podlaha
Těžká plovoucí podlaha se skládá z tuhé a těžké roznášecí desky (např. betonové mazaniny nebo anhydridu), uložené na tlumicí podložce s vhodnou dynamickou tuhostí s’ (např. desky z minerálních vláken, ze speciálního polystyrenu pro kročejový útlum apod.). Roznášecí deska je po obvodě dilatována od svislých konstrukcí. Vzniklá spára bývá obvykle vyplněna stejným materiálem, jako byl použit pro tlumicí podložku.
Nezbytným předpokladem funkčnosti podlahy je neexistence tuhých spojů mezi roznášecí deskou a nosnou stropní konstrukcí.

Lehká plovoucí podlaha
Lehká plovoucí podlaha se skládá ze dvou základních prvků: roznášecí vrstvy, která může být současně nášlapnou vrstvou (lamino, dřevotříska apod.) a tlumicí podložky. Tlumicí podložka by měla být pro konstrukci lehké plovoucí podlahy tužší než v případě těžké plovoucí podlahy (obr. 1).

Jako nejvýhodnější a nejbezpečnější se z hlediska návrhu jeví využití monolitické železobetonové stropní konstrukce v kombinaci s těžkou plovoucí podlahou. U takto navržených konstrukcí můžeme očekávat dobré zvukovoizolační vlastnosti i v oblasti nižších kmitočtů.

Měření kročejové neprůzvučnosti
Výsledky laboratorních měření udávají hodnotu váženého snížení hladiny akustického tlaku kročejového zvuku podlahou ∆L_w pro těžké plovoucí podlahy v rozmezí 15 až 32 dB a lehké plovoucí podlahy v rozmezí 15 až 26 dB. Tento předpoklad však platí pouze v ideálních případech za předpokladu dokonalého technického provedení podlahy. Lepší výsledky měření těžkých plovoucích podlah s nášlapnou vrstvou tvořenou laminem jsou dány především typem nášlapné vrstvy a způsobem ukončení podlahy u stěny pomocí lišty, kdy se nevytváří akustický most. U keramických nášlapných vrstev vyvstává problém ukončení podlahy u stěny. V případě klasického ukončení pomocí keramického soklu lepeného bez pružného přerušení ke stěně i podlaze se znehodnocuje akustická funkčnost celé podlahy. V tomto případě se zhoršují zvukovoizolační vlastnosti konstrukce v oblasti vyšších kmitočtů.

Při měřeních jsme se nejčastěji setkali s následujícími nedostatky v provedení podlahových konstrukcí:

nevhodnou volbou tlumicí podložky;
vybetonováním roznášecí betonové desky těžké plovoucí podlahy až ke stěně bez dostatečné dilatace (obr. 2);
nevhodně provedeným ukončením podlahových konstrukcí u stěny – například špatné umístění okrajových pásků po obvodě podlahy způsobilo, že betonová mazanina tvořící roznášecí vrstvu zatekla až ke stěně a vytvořily se akustické můstky;
nedbalým uložením tlumicí podložky na nosnou stropní konstrukci – podložka výztuže se propíchla a zabetonovala se do roznášecí vrstvy;
nevhodným pořadím vrstev ve skladbě podlahové konstrukce vzhledem k vedení rozvodů – rozvody TZB se uložily v rozřezané tlumicí podložce, ta se překryla například vrstvou běžného polystyrenu, který tvořil výplňovou (vyrovnávací) vrstvu ve skladbě stropní konstrukce;
na styku rozvodů s nosnou stropní konstrukcí a běžným polystyrenem se vytvořily akustické mosty;
za další problematický detail z hlediska kročejového hluku lze označit uložení schodišť v mezonetových bytech. Nosná konstrukce schodiště je ve většině případů ukotvena do nosné stropní konstrukce bez přerušení akustického mostu. Při chůzi po schodišti tak dochází k přímému přenosu strukturálního zvuku do stropní konstrukce (obr. 3).

Přestože dodržíme hlavní zásady výstavby a zajistíme optimální pohodu z hlediska kročejové neprůzvučnosti uživatelů bytů, lze na základě subjektivního vnímání očekávat velké množství stížností především u stropních konstrukcí s nášlapnou vrstvou tvořenou laminem. Přestože tyto konstrukce vyhovují z hlediska kročejové neprůzvučnosti platné legislativě, uživatelé bytů si stěžují na subjektivní vnímání zvuků na nižších kmitočtech.

Zvukovoizolační schopnosti stavebních konstrukcí jsou v oblasti nízkých frekvencí velmi nízké. Akustické signály na těchto frekvencích procházejí stavebními konstrukcemi s velmi malým útlumem a jsou konstrukcí filtrovány – vysoké frekvence jsou utlumovány a nízké frekvence procházejí. Délka zvukové vlny v nízkofrekvenční oblasti je řádově v metrech, je tedy srovnatelná s geometrickými rozměry místnosti – může se vyskytnout stojaté vlnění a vzniká výrazná prostorová nehomogenita akustického pole. Hluk v oblasti nízkých frekvencí je vnímán jako pulzace a fluktuace, který způsobuje pocit tlaku v uších, což je z hlediska subjektivního vnímání uživatele značně nepříjemné.

Oblasti nízkofrekvenčního hluku
Problematika je popsána na příkladu výsledku měření v bytovém domě, kde je v prostorách přízemního bytu vnímán hluk způsobený pohybem osob (uživateli bytu 1. NP po stropní konstrukci, resp. po podlaze na nosné stropní konstrukci) značně subjektivně jako rušení. Na základě této skutečnosti bylo provedeno měření kročejové neprůzvučnosti stropní konstrukce včetně podlahy oddělující prostory bytu v přízemním patře a místnost bytu v 1. NP. Dále bylo provedeno informativní měření spektrální analýzy hluku způsobeného pohybem osob po podlaze na stropní konstrukci v 1. NP (obr. 4).

Obr. 4: Výsledky měření kročejové neprůzvučnosti mezi 1. PP a 1. NP

Požadavek podle ČSN 73 0532/2000 změna Z1 (květen 2005) z hlediska kročejové neprůzvučnosti stropních konstrukcí oddělující obytné prostory sousedních bytů je L’_nw = 58 dB, naměřená hodnota L’_nw = 49 dB; kročejová neprůzvučnost mezi místnostmi tedy vyhovuje.

Z obr. 5 je patrné, že hlučnost, která je subjektivně slyšitelná v 1. PP a způsobená pohybem osob v 1. NP, se nachází v oblasti nízkých frekvencí (31,5 až 40 Hz), která je mimo rozsah hodnocení zvukovoizolačních vlastností stavebních konstrukcí podle ČSN EN ISO 717-2.

Obr. 5: Spektrální analýza měření hluku způsobeného pohybem osob po stropní konstrukci včetně podlahy nad 1. PP

Závěr
Z příkladu měření stropní konstrukce vyplývá, že z hlediska ochrany uživatele před hlukem není daný problém v podstatě legislativně řešitelný.

Na základě výsledků měření kročejové neprůzvučnosti a měření hluku způsobeného pohybem osob po stropní konstrukci včetně podlahy nad 1. PP byly zjištěny následující skutečnosti:

Spektrální analýzou zdroje hluku (pohybu osob po stropní konstrukci) bylo zjištěno, že se jedná o zdroj hluku s výraznými tónovými složkami v oblasti nízkých kmitočtů (31,5 ~ 40) Hz, tedy mimo oblast hodnocení kročejové neprůzvučnosti stropní konstrukce v souladu s platnou legislativou.
Stropní konstrukce včetně podlahy vyhovuje normativním požadavkům – stropní konstrukce byla hodnocena z hlediska kročejové neprůzvučnosti v souladu s ČSN EN ISO 140-7/2000, ČSN EN ISO 717-2/98 a ČSN 73 0532/2000; těchto norem se využívá k vyhodnocení zvukovoizolačních vlastností konstrukce v rozsahu (100 ~ 3 150) Hz (případně v rozšířeném kmitočtovém rozsahu (50 ~ 5 000) Hz,
které jsou pouze informativní a jeví se v rámci dané problematiky jako neoptimální), tj. nevyhodnocují se zvukovoizolační vlastnosti stropní konstrukce včetně podlahy ve sledované oblasti nízkých kmitočtů (31,5 ~ 40) Hz.
Hodnota maximální hladiny akustického tlaku Lpmax pro kmitočet 40 Hz (tónová složka) je 67,4 dB (obr. 5); byla zjištěna při pohybu osob po stropní konstrukci a leží nad hranicí prahu slyšení pro daný kmitočet LPS = 49 dB. Vzhledem k tomu, že se jedná o zvuk s výraznou tónovou složkou dominantní v rámci celého spektra, lze ho považovat z hlediska vnímání za značně rušivý.
Přesto, že nelze zdroj zvuku (chůzi po podlaze na stropní konstrukci) hodnotit v souladu s požadavky nařízení vlády č. 148/2006 Sb. ze dne 15. března 2006, o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací, které se nevztahuje na hluky z užívání bytu, je možné ji považovat za zdroj hluku s výrazně rušivými účinky, a to především vzhledem k výrazně tónovému charakteru zvuku v oblasti nízkých kmitočtů.

Z toho vyplývá, že v ČR není platná legislativa ošetřující problematiku nízkofrekvenčního hluku pronikajícího stavebními konstrukcemi a není dosud stanoven limit pro nízkofrekvenční hluk jako takový.

Ing. Petra Čuprová, Ing. Pavel Berka, Ph.D.
Foto: archiv autorů

Petra Čuprová působí na FAST VUT v Brně v Ústavu pozemního stavitelství a zastává funkci manažera kvality a zkušebního technika v akreditované zkušební laboratoři BP akustika.
Pavel Berka je vedoucí akreditované zkušební laboratoře BP akustika č. 1475, která provádí veškerá akustická měření.

Literatura
1. Berka, P.: Zvukoizolační vlastnosti stavebních konstrukcí. Ústav pozemního stavitelství VUT Brno.
Disertační práce. 2004.
2. ČSN 73 0532/ 2000 ZMĚNA Z1 (květen 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. Nařízení vlády č. 148/2006 Sb. ze dne 15. března 2006, o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací.

Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb.