I rumori da calpestio: criteri e soluzioni per ridurli

RUMORE in casa ...

... immaginiamo di trovarci in questa situazione...

Quanti di noi si sono svegliati o infastiditi per i rumori da calpestio derivanti magari dai tacchi dell'appartamento superiore? penso in molti.

Questo perché molto probabilmente il solaio non è stato progettato per isolare acusticamente dai vari rumori.

Scena 1, terzo piano, ore 15,25, camera 1, ciak. Jacopo, cinque anni, sta guardando gli Aristogatti in tv.
Stacco. Secondo piano, ore 15,25, camera 2, ciak. Lorenzo, 35 anni, sta leggendo in poltrona "Se questo è un uomo" e sente che qualcuno di sopra sta ascoltando "Tutti quanti voglion fare il jazz".
Scena 2, terzo piano, ore 15,27, camera 1, ciak. Jacopo lancia in aria la pallina di vetro che ricade sul pavimento… toc, toc, toc, poi un rimbalzo sul materassino di gomma e infine torna a battere sul pavimento toc, toc, toc. Arriva di corsa la mamma. Con i tacchi.
Stacco. Secondo piano, ore 15,27, camera 2, ciak. Lorenzo sente un fastidioso rumore toc, toc, toc … poi  silenzio... e poi di nuovo toc, toc, toc seguiti da rumori di passi.
Ma che fastidio!

I rumori da calpestio

Il suono è una perturbazione di carattere oscillatorio, prodotta da una vibrazione meccanica, che si propaga in un mezzo elastico sotto forma di variazione di pressione e viene percepita da un ricettore.

Il suono può essere puro, complesso o rumore. Il suono può fornire piacere o determinare disagio.

Negli ultimi anni si è identificato nell’inquinamento da rumore una grave fonte di discomfort abitativo che influisce negativamente sulla vita delle persone. E, a fianco dell’isolamento termico, si è cominciato a parlare anche di isolamento acustico.

Si parla di isolamento acustico in relazione alla trasmissione del rumore tra due ambienti: in uno è posizionata la sorgente mentre nell’altro è posto il ricettore.

I solai dividono due ambienti e sono sottoposti sia a vibrazione da parte delle onde sonore che si propagano nell’aria (la canzone della prima scena), sia dai rumori dovuti a percussione o da calpestio (la pallina di vetro che rimbalza o la camminata con i tacchi).

Ma è bene precisare che nel primo caso il solaio si comporta come mezzo passivo (non genera rumore e con le sue caratteristiche condiziona e controlla il passaggio del suono) mentre nel secondo caso si comporta da mezzo attivo poiché il rumore è generato dall’impatto fra il corpo (la biglia, il tacco…) e il solaio che si comporta quindi da sorgente del rumore.

Lorenzo è invece il ricettore che vorrebbe non essere disturbato dai rumori provenienti dall’appartamento soprastante.

Progettare l’isolamento acustico dai rumori da calpestio

Il DPCM 05.12.1997 “fissa criteri e metodologie per il contenimento dell’inquinamento da rumore all’interno degli ambienti abitativi” aventi lo scopo di ridurre l’esposizione degli abitanti al rumore.

Definisce dei limiti per i requisiti acustici passivi dei componenti degli edifici fra cui le partizioni orizzontali (i solai).
Il parametro descrittore del rumore da calpestio viene così definito: 

L’nw:  livello di rumore di calpestio di solai normalizzato

L’indice di livello di rumore di calpestio caratterizza la capacità di un solaio di abbattere i rumori impattivi. Si valuta azionando una macchina per il calpestio sul solaio da analizzare e misurando il livello di rumore percepito nell’ambiente disturbato (in genere l’ambiente sottostante). Per cui più è basso il livello di rumore misurato tanto migliori sono le prestazioni di isolamento del solaio.

Pertanto la macchina viene appoggiata sul solaio e non appena attivata comincia a generare un rumore da calpestio standardizzato secondo le indicazioni della normativa (la sorgente del rumore), il solaio entra in vibrazione e trasmette al piano sottostante un livello di rumore L’nw. Affinché il solaio sia conforme alla norma esso deve abbattere il livello sonoro della sorgente e trasmettere un livello di rumore inferiore a quello indicato nel DPCM, tipicizzato per la categoria dell’ambiente abitativo:

Indice di valutazione del livello di rumore di calpestio normalizzato Lnw 

In acustica ogni parametro deve essere valutato su tutto lo spettro di frequenza, caratterizzato da 11 valori se l’analisi viene effettuata in bande di ottava e da 32 valori se l’analisi viene effettuata in terzi di banda d’ottava. Ma per effettuare una classificazione degli elementi costruttivi che permetta di confrontare fra loro le prestazioni di soluzioni tecnologiche magari diverse in merito alla riduzione dei rumori impattivi la norma UNI EN ISO 717 parti 1 e 2 ha introdotto l’utilizzo di una curva di riferimento normalizzata che consente di rappresentare le caratteristiche acustiche di un solaio con un unico valore numerico che viene definito come il valore in dB a 500 Hz di una curva di riferimento ottenuta sperimentalmente, che sovrapposta al diagramma della curva di riferimento reale facendo coincidere la scala delle ascisse, viene opportunamente traslata in modo che la somma degli scarti sfavorevoli, calcolata sull’intero numero di bande di frequenza considerate, non sia maggiore di 2 dB. Quindi dato un certo spettro che caratterizza le proprietà di isolamento acustico di un solaio, la norma permette di calcolare un singolo numero rappresentante l’indice di valutazione a prescindere dalla frequenza. I parametri che riportano in pedice la lettera w rappresentano gli indici di valutazione.

Cosa significa L’_nw? E’ il valore in decibel dell’emissione sonora teorica (L) di un solaio sollecitato meccanicamente da un generatore di calpestio con modalità definite dalla norma (n) espresso a singolo numero (w) e che considera sia la trasmissione diretta (il solaio come mezzo di trasmissione) sia la trasmissione laterale (‘), attraverso la pareti laterali a contatto rigido con il solaio (situazione che più si avvicina alla realtà rispetto alla prova in laboratorio nella quale si cerca di evitare la trasmissione di rumore laterale).   

Il pavimento galleggiante

Nella scena 2 la biglia rimbalza tre volte sul pavimento e Lorenzo sente toc, toc, toc. Poi la biglia rimbalza per due volte sul materassino di gomma e Lorenzo non sente più alcun rumore. Cosa è successo? Perché il rumore è cessato o si è attutito?

Perché il materassino di gomma ha un comportamento elastico, si è deformato sotto la spinta della biglia e non ha trasmesso la vibrazione al solaio sottostante. Si è comportato da “pavimento galleggiante”.

Il “pavimento galleggiante” consiste in buona sostanza in un pavimento che, assieme al suo massetto portante, galleggia su un materiale resiliente che ha l’effetto di desolidarizzare completamente il comportamento del pavimento da quello del solaio sottostante e dalle pareti poste lateralmente. Il sistema pavimento+massetto è come una barca che galleggia liberamente sul mare, dove il mare è costituito dal materiale resiliente. Oppure lo possiamo immaginare come un corpo appoggiato su una molla: se il corpo viene colpito, la molla si deforma elasticamente (non rigidamente) e non trasmette al solaio sottostante le vibrazioni. La molla torna, infine, elasticamente nel suo stato iniziale.

L’intero sistema “pavimento galleggiante”+materiale resiliente+solaio si comporta come un sistema massa-molla-massa che sappiamo essere un ottimo modo per isolare acusticamente.

Quindi il “pavimento galleggiante” è composto dal sistema pavimento+massetto, caratterizzati dal parametro massa m’ [kg/m³] e dalla molla costituita dal materiale resiliente, caratterizzato dal parametro rigidità dinamica s’.

Possiamo fare questa considerazione: il materassino di gomma visto nella scena 2 ha migliorato l’isolamento acustico del solaio “nudo” perché ha diminuito il livello di rumore percepito da Lorenzo. Si è comportato da “pavimento galleggiante”.

Allora se chiamiamo Lnw,eq [dB] il livello di rumore da calpestio equivalente riferito al solaio “nudo” privo cioè dello strato di pavimento galleggiante e verifichiamo che tale livello è superiore a quello previsto dalla norma, allora possiamo aggiungere un pavimento galleggiante che vada a “sottrarre” una quantità di rumore tale da far rientrare il solaio così composto all’interno dei valori di legge. Questa quantità in “sottrazione” la chiamiamo ΔLw.

Per cui possiamo scrivere questa formula di progetto:

L’_nw = L_nw,eq -  ΔLw + K

dove

L_nw,eq il livello di rumore da calpestio equivalente riferito al solaio “nudo” privo cioè dello strato di pavimento galleggiante [dB]

ΔLw l’indice di valutazione relativo alla riduzione dei rumori di calpestio dovuto alla presenza del pavimento galleggiante [dB]

K è la correzione da apportare per la presenza di trasmissioni laterali di rumore. Il suo valore dipende dal rapporto fra la massa superficiale del solaio “nudo” e la massa superficiale delle pareti verticali [dB].

La formula riportata è relativa al modello matematico proposto dal rapporto tecnico UNI TR 11175. Le norme tecniche evidenziano che:

• i dati acustici dovrebbero essere ottenuti principalmente da misurazioni normate di laboratorio. Tuttavia tali dati possono anche essere dedotti in modi diversi, utilizzando calcoli teorici, valutazioni empiriche o risultati di misurazioni in opera”

• il modello matematico è applicabile unicamente alle costruzioni omogenee (muratura in mattoni e/o calcestruzzo) con pavimenti galleggianti o rivestimenti soffici posati su un pavimento omogeneo.

• Il modello è applicabile unicamente agli ambienti sovrapposti ed agli ambienti con dimensioni convenzionali per le abitazioni.

• La formula matematica per il calcolo del parametro Lnw,eq è valida solo per i solai omogenei con massa superficiale compresa tra i 100 e i 600 kg/m².

I solai che vengono considerati “omogenei” dalla UNI TR 11175 sono:

• solaio in calcestruzzo pieno gettati in opera

• solai realizzati con mattoni forati

• solai realizzati con “lastroni di calcestruzzo”

• solai realizzati con travetti di calcestruzzo.

Nota: non sono quindi considerati “omogenei” i solai predalles, i solai in latero-cemento né i solai con assito di legno.

Progettare il silenzio

Progettare il silenzio significa quindi determinare un opportuno valore del parametro Δ Lw che diminuisca il livello di rumore del solaio “nudo” fino al valore indicato in normativa. Tale valore può essere ricavato con due diverse modalità:

1. ricavato da certificati di laboratorio conformi alle norme della serie UNI EN ISO 10140

2. calcolato con le relazioni matematiche proposte nella UNI EN ISO 12354-2 e UNI TR 11175.

E’ importante sottolineare che nei calcoli previsionali possono essere utilizzati i valori indicati nei certificati di laboratorio solo se in cantiere si prevede di realizzare un solaio “nudo” e un pavimento galleggiante identico a quello testato: sia per quanto riguarda il materiale resiliente (valore di s’ e spessore) che per il peso del massetto (valore m’).

La relazione matematica “semplificata” per il calcolo del parametro Δ Lw per i pavimenti galleggianti proposta da UNI EN ISO 12354-2 e UNI TR 11175 è la seguente:

Δ Lw = 30 log (f/fo) + 3

dove

• f è la frequenza di riferimento, pari a 500 Hz

• fo è la frequenza di risonanza del sistema “pavimento galleggiante” composto da pavimento+massetto (avente massa m’) e materiale resiliente (con rigidità dinamica s’):

f0 = 160 √s’/m’

 pertanto la relazione matematica può essere espressa così:                        

Δ Lw = 30 log  __500______ +3

                  160 √s’/m’

dove

s’ è la rigidità dinamica del materiale resiliente (ottenuta secondo prove di laboratorio conformi alla UNI EN 29052-1) espressa in [MN/m³]

m’ è la massa superficiale del sistema massetto+pavimento soprastante il materiale resiliente [kg/m²].

Per i massetti a secco la UNI TR 11175 indica questa relazione:

Δ Lw = 40 log  __500______ -3

                   160 √s’/m’

Dall’analisi delle due formule si evince che Δ Lw aumenta (cioè migliora perché va a “sottrarre” più rumore al solaio “nudo”) quanto più aumenta il valore di m’ o diminuisce il valore s’.

Nota: il “pavimento galleggiante” è un sistema che si basa su due variabili, la rigidità dinamica s’ e la massa m’ , che “dialogano” fra loro perché i loro valori si influenzano reciprocamente.

La rigidità dinamica s’

La rigidità dinamica s’ è una delle grandezze fondamentali per la valutazione previsionale dell'isolamento acustico fornito dal “pavimento galleggiante”.

Essa esprime la capacità di deformazione elastica di un prodotto isolante anticalpestio soggetto ad una sollecitazione di tipo dinamico. E’ un parametro che include le proprietà elastiche e di smorzamento del materiale, compresa l’aria racchiusa nella sua struttura.

La rigidità dinamica è definita come il rapporto fra la forza F dinamica che agisce perpendicolarmente alla superficie S del materiale e la variazione dinamica di spessore del materiale Δd dovuta alla forza stessa 

s’ =  (F/S) / Δd

In sostanza la rigidità dinamica s’ descrive la capacità del materiale resiliente di smorzare le vibrazioni di una struttura sollecitata da rumori impattivi come quelli di calpestio. E’, come abbiamo visto, la molla del nostro sistema massa-molla-massa.

Nota importante: dalla prova in laboratorio si ottiene la rigidità dinamica apparente s’t che non sempre coincide con la rigidità dinamica s’ richiesta dalla norma di progettazione UNI EN 12354-2, questo perché nella prova non si tiene conto della resistenza al flusso d’aria contenuto in alcuni materiali porosi. Questa dipendenza dal flusso d’aria può essere espressa così:

s’ = s’t + s’a 

dove s’a è la rigidità dinamica del gas (di solito aria) contenuto nel materiale. La norma indica che può essere espressa così:

s’a= 111 / d 

con d = spessore del materiale sotto carico espresso in mm

Pertanto:

• nei materiali con resistenza al flusso d’aria molto elevata (r≥ 100 kPa s/m²) o molto bassa (r2) a rigidità dinamica dell’aria s’a viene trascurata e si ottiene s’=s’t.

Questi materiali sono tipicamente quelli a celle chiuse.

• nei materiali fibrosi come le lane naturali o le fibre sintetiche e nei materiali a celle aperte come il poliuretano la loro conformazione consente il passaggio di aria trasversalmente al loro spessore. Così se r è compreso fra 10 e 100 kPa s/m² allora

s’ = s’t + s’a

Nei calcoli previsionali è necessario utilizzare il parametro s’.

Attenzione: nel leggere la documentazione di un prodotto resiliente è importante verificare se la resistenza dinamica riportata è espressa come s’ o s’t perché questo può causare seri problemi. Infatti confrontando i valori s’t di laboratorio di un materiale a celle chiuse (che ha quindi alta resistenza al flusso dell’aria), ad esempio s’t=28 MN/m³ con il valore  s’t di un materiale a celle aperte ad esempio 10 MN/m³ potrebbe sembrare a prima vista più conveniente usare il secondo materiale. Ma poi il valore s’ del primo materiale rimane uguale al valore s’t=28 mentre al secondo deve essere aggiunto il valore s’a (=111/5 mm= 22,2) che determina un valore finale s’=32,2 quindi maggiore (e quindi peggiore) del precedente.

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