Suché plovoucí podlahy Rigidur na elastifikovaném polystyrénu Rigifloor

Sádrovláknité desky Rigidur jsou využívány v řadě různých aplikací systémů suché vnitřní výstavby od konstrukcí stěn, příček, přes obklady podkroví (stropy a střechy), až po použití pro podlahy. Zejména plovoucí podlahy Rigidur ve spojení s podkladem z elastifikovaného polystyrénu Rigifloor dosahují překvapivě vysokých hodnot útlumu kročejového zvuku.

Pobytová pohoda v místnosti je stále významnějším kritériem při užívání stavby. Jedním ze základních parametrů komfortu je zatížení osob nežádoucím hlukem. Proto se dobré akustické řešení budovy stává stále důležitějším požadavkem, který ovlivňuje celkovou výslednou kvalitu a hodnotu stavebního díla.

Základním problémem akustického řešení je zvuková izolace mezi jednotlivými částmi stavby. Podle způsobu přenosu zvuku se ve stavební akustice rozlišuje neprůzvučnost vzduchová, kdy je bráněno přenosu akustické energie šířené vzduchem, a neprůzvučnost kročejová, kdy je bráněno šíření akustické energie samotnou stavební konstrukcí (např. podlahová deska je vlivem mechanických impulsů – kroků, pádu předmětů a pod. - uvedena do ohybového kmitání, které se v podobě zvukových vln šíří celou tloušťkou konstrukce a šíří se i do okolních konstrukcí).

Akustické chování podlah se hodnotí právě na základě měření neprůzvučnosti kročejové. Požadované hodnoty neprůzvučnosti (pro vzduchovou neprůzvučnost minimální hodnoty vzduchové neprůzvučnosti R_w, pro kročejovou neprůzvučnost pak maximální hodnoty vážené normalizované hladiny kročejového zvuku L_n,w) stanovuje norma ČSN 73 0532.

Požadavky dané normou jsou vysoké a k jejich splnění je většinou nutné použít zvukoizolačně maximálně účinných konstrukčních řešení, které obvykle vycházejí z principu tzv. plovoucích podlah. Plovoucí podlahy mohou být navrženy buď jako těžké (obr. 1) nebo lehké. Příkladem lehkých je suchá plovoucí podlaha Rigidur.

Suché, tzn. zároveň i lehké plovoucí podlahy Rigidur takové požadavky i přes svou nízkou hmotnost a malou stavební výšku splňují. Podlaha Rigidur je sestavena z dílců o rozměrech 1500 x 500 mm. Dílce vždy sestávají ze dvou vzájemně slepených sádrovláknových desek Rigidur tloušťky 2 x 10 nebo 2 x 12,5 mm. Desky jsou vzájemně přesazeny tak, že po obvodu vzniká polodrážka potřebná pro spolehlivé spojení sousedních dílců. Desky se standardně pokládají na podkladní vrstvu z podsypu nebo na podložku z jiného izolačního materiálu.

Lehká odhlučněná plovoucí podlaha Rigidur

Vynikajících výsledků z hlediska útlumu kročejového hluku prokázaly podlahy položené na deskách Rigifloor (obr. 3). Elastifikovaný polystyren Rigifloor byl speciálně vyvinut pro plovoucí podlahy. Patří k nejkvalitnějším výrobkům pro tlumení zvuku v oblasti podlahových konstrukcí. Jeho dynamická tuhost se pohybuje na spodní hranici hodnot parametrů obvykle vyžadovaných pro lehké plovoucí podlahy (do 30 MPa/m) a je dle ČSN 73 0532 zařazen do 1. kategorie. Vysoká zvukoizolační účinnost tohoto materiálu byla prokázána četnými měřeními.

Již první výsledky zkoušek prováděných v akustické zkušebně CSI naznačily, že jde o slibné řešení. Dalšími laboratorními testy bylo pak prokázáno, že podlahy Rigidur na podkladu z desek Rigifloor dosahují vysokých hodnot útlumu kročejového zvuku – viz tab. 1.

Dokonce praktická měření provedená in-situ na podlahách použitých na výstavbě bytových domů potvrdila laboratorní výsledky. Hodnoty v tab. 2 ukazují, že také hodnoty neprůzvučnosti podlah Rigidur/Rigifloor na stropech z předpjatých panelů Spirol s rezervou splňují požadavky normy.
Lehké podlahy z desek Rigidur na elastifikovaném polystyrénu Rigifloor představují účinné a ekonomicky výhodné řešení problémů s kročejovou neprůzvučností podlah jak v novostavbách, tak v rekonstrukcích bytových staveb.

Popis výrobku

Elastifikace je technologická úprava EPS, která umožňuje vyrábět pěnový polystyren s předem zvolenou viskoelastickou poddajností (vyjádřeno dynamickou tuhostí). Tento proces je předmětem firemního know-how Rigips, neboť způsobů, jak elastifikaci provést, je celá řada.

Sestava elastifikovaného polystyrénu Rigifloor společně s vrchní roznášecí deskou, kterou lze v náhradním mechanickém schematu znázornit jako systém „hmota-pružina-tlumič² “), umožňuje vytvářet akusticky vysoce tlumivé konstrukce (hmota je zde reprezentována zejména vrchní deskou). Nabídka zahrnuje dva druhy:

• Rigifloor 4000 - pro podlahy s normovým zatížením max. 4 kN/m²,
• Rigifloor 5000 - pro podlahy s normovým zatížením max. 5 kN/m².

Doplňme, že elastifikovaný polystyrén Rigifloor se již osvědčil jako vhodná zvukově izolační (tzn. tlumicí) deska v konstrukcích těžkých podlah pod tuhou plovoucí betonovou deskou (obr. 1).

Princip činnosti

Základem podlahy, jak bylo řečeno, je vrchní tuhá vrstva složená ze zdvojených sádrovláknitých desek Rigidur, které jsou sestaveny do kompaktního celku montovanou suchou technologií a usazeny na zvukově izolační vrstvu z elastifikovaného polystyrenu Rigifloor. Zvukově izolační desky se pokládají také suchou cestou.

Desky Rigidur samy o sobě mají dobrou mechanickou tuhost a pevnost v tahu a ohybu, takže celá vrstva dobře plní roznášecí funkci i při relativně malé tloušťce. Otřesy a vibrace, které jsou ve vrchní vrstvě generovány provozem, se mění na zvukové vlny a ty vstupují do zvukově izolační vrstvy. Na rozhraní sádrovláknité a zvukoizolační vrstvy a dále v objemu izolace je zvuk rozptýlen a tlumen, což znamená, že je přeměněn z uspořádaného (vlnového) do chaotického molekulárního pohybu, tedy tepla. Nutným, i když ne vždy postačujícím požadavkem na kročejovou neprůzvučnost izolační vrstvy, je její nízká (dynamická) tuhost. Dále to je viskoelastické chování (charakterizované tzv. nepružnou deformací) a konečně je to učebnicový požadavek na vysokou specifickou hmotnost materiálu, kde vliv na neprůzvučnost kročejového zvuku je dán hlavně tím, že tyto materiály zvuk odrážejí, místo aby jej pohlcovaly. Pro vytvoření podmínek dobré akustické pohody po obou stranách konstrukce je však vhodné, aby zvuk byl stavební dělicí konstrukcí pohlcován, což je požadavek, který se ani u těžkých zvukoizolačních vrstev bez předchozích dvou vlastností - nízká dynamická tuhost a viskoelasticita zvukoizolační vrstvy - neobejde. Proto je např. ocel se specifickou hmotností 7800 kg/m³ pro zvukově izolační konstrukce nevhodná, zatímco některé i velmi lehké materiály zajistí ochranu před hlukem mnohem lépe.

Dynamická tuhost

Statická tuhost izolační podložky je definována jako podíl mechanického napětí a absolutní hodnoty deformace, kterou toto napětí vyvolá. Působíme-li na podložku tloušťky
l = 20 mm tlakem p = 4 kPa (ca 400 kg/m²), čímž se její tloušťka sníží o Δl = 0,2 mm, bude (statická) tuhost podložky 4000 Pa/0,0002 m = 20 MPa/m. Známe-li modul pružnosti E materiálu podložky, pak můžeme tuhost spočítat podle Hookeova zákona takto:

O schopnosti tlumit akustickou vlnu lépe vypovídá cyklické mechanické zatěžování podložky. Uspořádáme-li experiment tak, že podložku zatíženou tlakem 4 kPa z předešlého příkladu budeme dále cyklicky odlehčovat a zatěžovat s amplitudou ± 2 kPa a jestliže přitom bude absolutní hodnota deformace podložky oscilovat v rozmezí ± 0,075 mm, potom vydělením obou amplitud dostaneme 2000 Pa/0,000075 m = 26,7 MPa/m. Stanovili jsme tzv. dynamickou tuhost zvukoizolační podložky, která závisí její tloušťce a frekvenci cyklického namáhání (obvykle 50 až 100 Hz).

Laboratorní měření dynamické tuhosti podložky nenahradí měření normalizované hladiny kročejového zvuku L_n,w hotové podlahy, ale poskytuje velmi dobré vodítko pro její správný návrh. Při nízkých kmitočtech pod 100 Hz je dynamická tuhost blízká statické a malá. S rostoucí frekvencí dynamická tuhost roste (deformace podložky nestačí reagovat na změny tlaku). Dále je známo, že s rostoucím kmitočtem je zvuk ve zvukoizolační podložce více pohlcován (klesá hladina kročejového zvuku). Jestliže tedy má podložka při nízkých kmitočtech na prahu slyšitelnosti dostatečně nízkou dynamickou tuhost - tak nízkou, aby hladina kročejového zvuku podlahy odpovídala požadovanému standardu, potom při vyšších kmitočtech bude tomuto standardu s velkou mírou jistoty vyhovovat také. Velmi dobré zvukoizolační podložky v plovoucích podlahách mají hodnotu dynamické tuhosti s = 30 MPa/m.

To, že s frekvencí roste dynamická tuhost, neznamená, že klesá zvukopohltivost materiálu. Vyjadřuje to jen fakt, že při vysokých kmitočtech se zvukoizolační deska nestačí deformovat tak, jako při statickém zatížení nebo nízkých kmitočtech. Zároveň má deformace fázové zpoždění za působícím mechanickým napětím. Na jednoduchém jednorozměrném příkladě podélných mechanických (zvukových) vln v hmotném tlumicím prostředí ukážeme, jak se dodávaná zvuková energie rozptyluje v prostředí v podobě tepla.

Mechanický model zvukoizolační podlahy

Matematicky lze vyjádřit závislost mezi amplitudami deformace Δl a mechanického napětí Δp vztahem, formálně shodným s Hookeovým zákonem, viz (1) po jednoduché úpravě:

kde nezávisle proměnná veličina - tlak (neboli mechanické napětí) p - harmonicky osciluje s úhlovou frekvencí ω = 2πf (f = frekvence) a amplitudou p₀ podle vztahu

a kde je X = X(ω) je komplexní mechanická impedance závislá na úhlové frekvenci, Dl(ω) je amplituda deformace a l je tloušťka vrstvy. Kdyby se v odezvě na harmonický zvukový podnět p neuplatňoval vliv setrvačnosti hmoty ani mechanického tlumení, potom by se mechanická impedance rovnala Youngovu modulu pružnosti z Hookeova zákona, Z = X_P = E (znázornění je pomocí pružiny). Obdobně setrvačná složka mechanické impedance je X_S = -ω₂S (popisuje reakci hmoty) a tlumicí složka X_V = iωV (tlumič - viskoelastický člen). Jestliže pružnou odezvu, setrvačnost a tlumení započítáme pomocí známých pravidel z elektrotechniky, tj. podle toho, působí-li paralelně nebo sériově, spočítáme snadno mechanickou impedanci. Nejznámější Voightův model znázorňuje podlahovou zvukoizolační konstrukci jako paralelní dvojici „hmota“ a „pružina“, ke které je sériově zapojen „tlumič“. Pro mechanickou impedanci pak platí:

Po dosazení X_P = E, X_S = -ω²S a X_V = iωV dostaneme celkovou (komplexní) mechanickou impedanci:

Podíl imaginární a reálné složky impedance X je velice důležitý parametr - mechanický ztrátový činitel tgδ, který je mírou přeměny akustické energie v tepelnou,

Diskutujme vztahy (3) a (4). Člen E v nich představuje pružné (neztrátové) deformace a číselně se blíží Youngově modulu pružnosti. Člen V je tlumicí (viskoelastický) člen, který představuje nepružné (někdy se říká plastické) deformace - čím je větší, tím více zvukové energie přechází v teplo v důsledku vnitřního tření během deformace. Člen S - setrvačný člen - je tím větší, čím větší je objemová hmotnost materiálu, v němž se šíří zvuková vlna. Nazvěme konstrukci, popsanou tímto modelem a obsahující pružný, tlumicí a setrvačný člen, jako EVS.

1. Pokud model neobsahuje viskoelastický člen V, nemůže zvuk pohlcovat - buď ho propouští nebo odráží. Přestože vzduchová neprůzvučnost i hladina kročejového zvuku je definována tak, aby řešila ochranu proti hluku za konstrukcí, k akustické pohodě nepřispívá, jestliže konstrukce zvuk nepohlcuje, ale odráží zpět do místnosti, kde je jeho zdroj. Proto i u těžkých konstrukcí je vhodné realizovat tlumicí člen, jako je podložka Rigifloor.

2. Pokud je člen V nenulový, pohlcuje konstrukce EVS zvuk téměř vždy, při nízkých kmitočtech ω → 0 a vysokých kmitočtech ω → ∞ dokonce úplně, což ukazuje ztrátový činitel, který při obou mezních kmitočtech roste nade všechny meze, tan δ → ∞ Pokud kmitočet zvuku splní rezonanční podmínku
E - ω²S = 0, tedy tan δ = 0, potom zvuk není konstrukcí pohlcován, ale plně se odráží.

Poznamenejme, že reálné podlahy je většinou nutné popisovat složitější kombinací více různých prvků E, V, S - pro každou vrstvu zvlášť. Podstatné také je, že zvuk se šíří nejen podélným, tloušťkovým kmitáním, ale také v rovině podlahové konstrukce a dále existuje zvuk od ohybových kmitů. Všechny typy šíření zvukových vln mají svá schemata EVS, takže realitě blízký model je sice přesnější, ale nepřehledný, početně komplikovaný. Pro každý způsob šíření zvuku však účinkuje zvukoizolační podložka jako účinný tlumicí člen, jehož tlumicí účinek roste s kmitočtem. Pro znázornění principů, kterými se řídí šíření, odraz a tlumení zvukové vlny v hmotném prostředí, jakož i pro základní popis akustického chování podlahové konstrukce, je jednoduchý Voigtův model vyhovující.

Závěr

Lehký podlahový systém sestavený z dvojitých desek Rigidur a nově vyvinuté zvukově izolační podkladové vrstvy Rigifloor, který je kompletně montován suchou technologií, vykazuje velmi příznivé hodnoty kročejové neprůzvučnosti.

Rigifloor (viz obr. 3) překonává tradovaný názor, že pěnový polystyrén je do zvukově izolačních konstrukcí nevhodný a že dobrých zvukoizolačních vlastností lze nejlépe docílit těžkou konstrukcí.

Dynamická tuhost pod 30 MPa/m pro tloušťky 20 a 40 mm řadí Rigifloor mezi materiály nejvyšší zvukoizolační kategorie. Jedinečnou výhodou materiálu Rigifloor je, že vykazuje dostatečnou statickou tuhost pro použití přímo pod vrchní podlahovou desku tvořenou ze sádrovláknitých desek Rigidur (díky malé tloušťce ohybově měkkých) bez rizika jejich prohýbání. Příznivě na pobytovou pohodu působí i to, že kročejový zvuk podlahou nejen neprochází, ale ani se od ní neodráží; zvuk je významně pohlcován ve vrstvě Rigifloor především díky jejím viskoelastickým vlastnostem. V neposlední řadě je Rigifloor i cenově nejpřístupnější.