ERK'2021, Portorož, 293-296 293 Eksperimentalno prepoznavanje togih stikov plavajoˇ cih podnih konstrukcij dr. Rok Prislan InnoRenew CoE, Livade 6, SI-6310 Izola, Slovenija E-poˇ sta: rok.prislan@innorenew.eu Experimental identification of rigid connections of floating floors The impact sound insulation performance of floors is most commonly improved using a floating floor that is added over the structural floor. In such structure, the floating layer needs to be supported exclusively by the resilient layer as any rigid connection with the surroundings would drastically decrease the sound insulation rating of the floor. Although this is a simple requirement, it is in prac- tice difficult to supervise whether such construction er- rors have occurred. This article presents the applica- tion of the operational deflection shape (ODS) analysis to identify rigid connections of a theater stage floating floor. The measurement process is presented together with the obtained results that have disclosed the presence of a rigid connection in the floating floor. As such, ODS has demonstrated as a useful method for the early assessment of floating floors which is crutial to limit renovation costs. 1 Uvod Plavajoˇ ci podi so najpogosteje uporabljena in uˇ cinkovita sestava, s katero poveˇ cujemo zaˇ sˇ cito pred udarnim hru- pom medetaˇ znih konstrukcij[1]. Termin “plavajoˇ ce” iz- haja iz sestave, in sicer gornjega (plavajoˇ cega) sloja in spodnjega (izolacijskega) sloja, kot je to shematsko pri- kazano v prerezu na sliki 1. Izolacijski sloj je elastiˇ cen in relativno mehek, zato se razume, da gornji sloj na njem “plava”. Slednji je v veˇ cini primerov gradbene prakse izveden z uporabo cementa kot veziva (cementni estrih), redkeje pa gre za suhomontaˇ zno konstrukcijo (suhi estrih), ki se praviloma uporablja ob omejeni nosilnosti medetaˇ zne konstrukcije. Kot izolacijski sloj najpogosteje uporabljamo mineralno volno in ekspandiran polistiren, ter polietilen- ske in poliuretanske pene - najustreznejˇ so sestavo izbe- remo glede na dopustno obteˇ zbo in zahtevano raven zvoˇ cne zaˇ sˇ cite. Pri izgradnji plavajoˇ cih podov je kljuˇ cno, da plavajoˇ ci del poda ni v togem stiku z okolico, saj bi to bistveno poveˇ calo prehajanje strukturnega zvoka med sloji medetaˇ zne konstrukcije. To je relativno preprosta zah- teva, doseganje katere pa je v ˇ casu izgradnje plavajoˇ cega poda teˇ zko preverjati z vizualno inˇ spekcijo, saj lahko do togih stikov pride v niˇ zjih slojih, ki niso vidni. Tako se ustreznost izvedbe plavajoˇ cih podov praviloma pre- verja ˇ sele po izvedbi celotnega poda, kar vkljuˇ cuje tudi Slika 1: Prerez kljuˇ cnih slojev plavajoˇ cega poda. vse zakljuˇ cne sloje, ko se izvede meritve ravni udarnega hrupa v prostoru niˇ zje [4]. V primeru nedoseganja zah- tevane ravni zvoˇ cne zaˇ sˇ cite to pomeni, da je sanacija, ki vkljuˇ cuje odstranjevanje slojev medetaˇ zne konstrukcije, finanˇ cno in tehniˇ cno zahtevna. Poslediˇ cno je smotrna uporaba merilnih metod, ki omogoˇ cajo prepoznavo potencialnih togih stikov ˇ ze v zgo- dnejˇ sih fazah gradnje plavajoˇ cih podov. Takˇ sna metoda je ODS (ang. operational deflection shape)[10], ki temelji na zajemu vibracij strukture ob njenem karakteristiˇ cnem vzbujanju. Metoda ne sodi med ustaljene pristope grad- bene akustike[1], zaradi ˇ cesar je njeno praktiˇ cno uporab- nost smiselno preveriti. V tem prispevku je delovanje metode preverjeno na primeru meritve odrske podne konstrukcije gledaliˇ sˇ ca. Obravnavano gledaliˇ sˇ ce je bilo podvrˇ zeno celoviti pre- novi, ki je bila zaradi zahtev spomeniˇ ske zaˇ sˇ cite in po- slediˇ cnih tehniˇ cnih omejitev izredno zahtevna. Tako je bila predvidena relativno lahka plavajoˇ ca podna konstruk- cija, ki je vkljuˇ cevala tudi ˇ stevilne inˇ stalacijske preboje za razvode odrske tehnike in prezraˇ cevanja. 2 Projektiranje plavajoˇ cih podov Uˇ cinkovitost dodatne zaˇ sˇ cite pred udarnim hrupom, ki jo prinaˇ sa uporaba plavajoˇ cega poda, v ˇ casu projektiranja objekta ocenjujemo na osnovi raˇ cunskih metod, ki jih de- finira podroˇ cni standard SIST EN 12354-2[5]. Pri tem je kljuˇ cna enaˇ cba (C.3) priloge standarda, po kateri fre- kvenˇ cno odvisno izboljˇ sanje zaˇ site pred udarnim hrupom 294 ovrednotimo kot L = 40 log f f 0 ; (1) pri ˇ cemer jef frekvenca,f 0 pa resonanˇ cna frekvenca pla- vajoˇ cega poda. Slednja je doloˇ cena na osnovi dinamiˇ cne togostis izolacijskega sloja in masem plavajoˇ cega sloja, za katere velja zveza f 0 = 160 r s m : (2) Iz enaˇ cbe (1) izhaja, da ˇ zelimo za plavajoˇ ci pod doseˇ ci nizko resonanˇ cno frekvenco, saj se ob njeni prepolovi- tvi L poveˇ ca za 12 dB. Pri tem je izolativnost smiselno obravnavati v kontekstu ˇ cloveˇ ske zaznave hrupa, za ka- tero velja (za enakomeren hrup frekvenˇ cno konstantnega spektra), da 10 dB razlike v zvoˇ cnem tlaku zaznamo kot prepolovljeno/podvojeno glasnost zvoka. Tako bi v praksi ˇ zeleli, da je plavajoˇ ci pod grajen iz mehkega izolacijskega sloja (nizka vrednosts) in masiv- nega plavajoˇ cega sloja. Pri tem je prisotna oˇ citna omeji- tev, da ob preseˇ znem obremenjevanju izolacijskega sloja, postane ta visoko deformiran in ni veˇ c v obmoˇ cju ela- stiˇ cnega odziva materiala, kar pa je kljuˇ cno za dosega- nje visoke zvoˇ cne zaˇ sˇ cite. Preseganje dopustne obteˇ zbe izolacijskega sloja je torej nujno v ˇ casu projektiranja pre- veriti, in sicer na osnovi znane mase pohodnega sloja in vseh priˇ cakovanih koristnih obteˇ zb. Doloˇ canje dinamiˇ cne togosti poteka skladno z me- rilnim standardom SIST EN 29052-1:1997 [6]. Meritev temelji na postavitvi vzorca na ravno togo podlago ter njegovo obremenitev z obteˇ zbo m 0 = 200 kg/m 2 , kar ustreza masi 8 kg ob zahtevani dimenziji vzorca 20 cm 20 cm. Navedena obteˇ zba predstavlja karakteristiˇ cni plavajoˇ ci sloj plavajoˇ cega poda. Skladno s slovensko zakonodajo se v fazi projekti- ranja objekta raven udarnega hrupa raˇ cunsko preveri v sklopu Elaborata zaˇ sˇ cite pred hrupom v stavbah. Ta sledi zahtevanim ravnem zvoˇ cne zaˇ sˇ cite glede na namembnost prostorov, kot jih predpisuje Tehniˇ cna smernica - Zaˇ sˇ cita pred hrupom v stavbah TSG-1-005: 2012 [7]. Poleg te je v smislu zakonskih normativov pomembno upoˇ stevati tudi Pravilnik o zaˇ sˇ citi pred hrupom v stavbah [8]. Ta na primer doloˇ ca, v katerih primerih je potrebno raven zaˇ sˇ cite pred udarnim hrupom preveriti z meritvijo[4], in sicer pred tehniˇ cnim pregledom objekta. 3 Meritev odziva plavajoˇ cega poda Plavajoˇ ca podna konstrukcija je bila v primeru obravna- vanega objekta suhomontaˇ zna, in sicer grajena iz poliu- retanskega izolacijskega sloja [9] krojenega v trakove in sloja kriˇ zno lepljenih lesenih ploˇ sˇ c. Pri tem dodatni leseni sloj (finalni tlak) v ˇ casu meritev ˇ se ni bil izveden, kar po- meni, da je bila masa plavajoˇ cega sloja niˇ zja od konˇ cne. Poslediˇ cno smo skladno z enaˇ cbo (2), priˇ cakovali viˇ sjo resonanˇ cno frekvenco od projektno doloˇ cene. Pri tem po- udarjamo, da smo za konkretno podno konstrukcijo priˇ cakovali kompleksnejˇ se odzive, ki presegajo model z eno prostostno stopnjo masa-vzmet, s katerim je doloˇ cena resonanˇ cna frekvenca v enaˇ cbi (1). Prisotno je namreˇ c tudi nezanemarljivo upogibanje kriˇ zno lepljene lesene ploˇ sˇ ce, ki je zato ne moremo privzeti kot popolnoma toge in ho- mogene. Merilna metoda ODS [10] zahteva soˇ casen zajem po- speˇ ska podne konstrukcije, in sicer na veˇ c merilnih me- stih razporejenih po pohodni povrˇ sini. Pospeˇ ske merimo v vertikalni smeri, ki je glede na naˇ cin naleganja kriˇ zno lepljenega sloja in naˇ cina vzbujanja (s hojo) edina rele- vantna za ˇ sirjenje udarnega hrupa po objektu. Soˇ casno je bil pospeˇ sek zajet z desetimi pospeˇ skometri, ki smo jih premikali med merilnimi mesti, en dodaten pospeˇ skometer se je uporabljal kot referenˇ cni (fiksno me- sto). S tem smo lahko z manjˇ sim ˇ stevilom pospeˇ skometrov odziv strukture zajeli na veˇ c merilnih mestih (skupno 21). Pospeˇ skometri so bili na pod pritrjeni s ˇ cebeljim voskom, kot je prikazano na fotografiji na sliki 2. Slika 2: Fotografija pritrditve pospeˇ skometra na pohodno povrˇ sino. Za izvedbo meritev je bila uporabljena sledeˇ ca me- rilna oprema: • Pospeˇ skometri: Bruel&Kjaer, Type 4507 B 004, frekvenˇ cno obmoˇ cje: 0.3 Hz – 6 kHz, • Sistem za zajem: Bruel&Kjaer, Type 3053-B-120, • Osebni raˇ cunalnik: Dell, XPS 15, • Programsko orodje za zajem in vizualizacijo struk- turnih oblik: Bruel&Kjaer, BK Connect Merilna metoda ODS temelji na karakteristiˇ cnem vzbu- janju strukture v ˇ casu delovanja, pri ˇ cemer sila vzbuja- nja ni poznana, temveˇ c se zanjo privzema nakljuˇ cnost in enakomernost[10]. Ustrezno vzbujanje smo dosegli z enakomerno hojo ene osebe po podroˇ cju odra, pri ˇ cemer je ˇ cas posameznega zajema bil cca. 10 min. 295 4 Rezultati Analiza zajetih signalov in vizualizacija oblik temelji na implementaciji v program BK Connect[11] in upoˇ steva lego merilnih mest in frekvenˇ cni spekter (FFT) zajetega pospeˇ ska. Pri tem kot obliko razumemo prostorsko po- razdelitev magnitude pospeˇ ska podne konstrukcije pri iz- brani frekvenci. Oblike smo analizirali pri resonancah poda, ki smo jih prepoznali pri 6 in 10 Hz, pri katerih smo opazili fazno usklajeno gibanje plavajoˇ cega poda, kot je to grafiˇ cno pri- kazano na sliki 3. Da ne gre za en sam resonanˇ cni naˇ cin je priˇ cakovano, saj pribliˇ zek homogenega in togega pla- vajoˇ cega sloja ni povsem upraviˇ cen. Slika 3: Oblika nihanja odrske podne konstrukcije ob prepo- znani resonanci 6 Hz (zgoraj) in 10 Hz (spodaj). Prikazan od- mik je sorazmeren magnitudi pospeˇ ska na posameznem meril- nem mestu. Na obmoˇ cjih ˇ crne konture gibanje ni bilo zaznano. Dodatno smo analizirali pospeˇ ske posameznih delov poda. Tako je povpreˇ cna magnituda frekvenˇ cnega odziva izmerjena na 21 merilnih mestih prikazana na grafu na sliki 4, ki prikazuje tudi vse izmerjene magnitude. Kot je iz grafa razvidno, prepoznamo resonanˇ cna vrhova v od- zivu pri 6 Hz in 10 Hz, za katera je na sliki 3 prikazana pripadajoˇ ca oblika ob najveˇ cji amplitudi pospeˇ ska. Na izbranih merilnih mestih (na sliki 4 rdeˇ ce), smo iz- merili bistveno niˇ zjo magnitudo kot na preostalih meril- nih mestih. Ta omejitev gibanja podne konstrukcije kaˇ ze na prisotnost togega stika v tem delu, kar je vidno tudi iz obeh oblik (slika 3), saj je na skrajnem desnem robu odra vrednost pospeˇ ska vedno niˇ c (kontura ˇ crne barve). V navedenih obmoˇ cjih je izvajalec del demontiral pla- vajoˇ ci sloj poda in saniral toge stike. Pri tem je pomembno poudariti, da ti stiki niso bili vidni ali drugaˇ ce zaznavni, kar kaˇ ze na smiselnost in uporabnost izvedenih meritev. Slika 4: Izmerjene magnitude na vseh merilnih mestih na odru (ˇ crno), na izbranih merilnih mestih (rdeˇ ce) in povpreˇ cna magni- tuda (modro). 5 Zakljuˇ cki Na osnovi meritev odziva plavajoˇ ce podne konstrukcije gledaliˇ skega odra in izvedene analize ODS, smo uspeˇ sno prepoznali toge stike, ki so nastali kot posledica napak pri izvedbi poda. S tem smo pokazali, da je predstavljena metoda primerna za zgodnje odkrivanje anomalij pri iz- vedbi plavajoˇ cih podov, saj nam vraˇ ca podatek o nepo- sredni lokaciji togega stika. Z metodo se namreˇ c potencialni togi stik pokaˇ ze kot lokalno omejeno gibanje plavajoˇ cega sloja. Takˇ sna lo- kalna fiksacija plavajoˇ cega sloja je najbolj izrazito pre- poznana, v kolikor je plavajoˇ ci sloj relativno lahek in ne povsem tog. Nasprotno priˇ cakujemo, da bi v premeru monolitne toge sestave plavajoˇ cega sloja poda bila loka- lizacija togih stikov teˇ zavnejˇ sa. Iz zapisanega tudi iz- haja motivacija za nadaljnje testiranje metode na ˇ sirˇ sem naboru gradbenih konstrukcij, ki bi vkljuˇ cevala tudi bi- stveno masivnejˇ se cementne estrihe. Pri tem je smiselno tudi raziskati vpliv izbranega razmika med pospeˇ skometri ter vpliva ˇ casa zajema na dobljene rezultate, saj bi s tem lahko bistveno skrajˇ sali ˇ cas meritve. Zahvala To delo je bilo podrto s sredstvi Okvirnega programa Evropske Unije, Obzorje 2020 (H2020 WIDESPREAD- 2-Teaming: #739574, InnoRenew CoE) in Republike Slo- venije, Investicijsko financiranje Republike Slovenije in Evropske unije iz Evropskega sklada za regionalni razvoj. 296 Literatura [1] C. Hopkins: Sound Insulation. 1st edn, Saudi Med J. 1st edn. Oxford: Elsevier Ltd. (2007) [2] J. Cowan: Building Acoustics. Springer Handbooks. (2007) [3] M. J. Crocker: Handbook of Noise and Vibration Control. John Wiley & Sons, Inc.. (2008). [4] ISO 16283-2:2015: Acoustics — Field measurement of so- und insulation in buildings and of building elements — Part 2: Impact sound insulation. International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland. [5] ISO 12354-2:2017: Building acoustics — Estimation of acoustic performance of buildings from the performance of elements — Part 2: Impact sound insulation between rooms. International Organization for Standardization, Ge- neva, Switzerland. [6] SIST EN 29052-1:1997: Acoustics - Determination of dynamic stiffness - Part 1: Materials used under floating floors in dwellings. International Organization for Standar- dization, Geneva, Switzerland. [7] Ministrtvo za okolje in prostor: TEHNI ˇ CNA SMERNICA ZA ˇ S ˇ CITA PRED HRUPOM V STAVBAH TSG-1-005: 2012 [8] Pravilnik o zaˇ sˇ citi pred hrupom v stavbah, Uradni list RS, ˇ st. 10/12 in 61/17 – GZ [9] https://www.getzner.com/en/products/sylomer (stran obi- skana 9. 7. 2021) [10] B. J. Schwarz and M. H. Richardson, Introduction to ope- rating deflection shapes, CSI Reliability Week, pp. 1–7 (1999). [11] https://www.bksv.com/en/analysis-software/data- acquisition-software/bk-connect (stran obiskana 9. 7. 2021)