Vibrace a strukturální hluk mohou vést ke značným problémům v budovách nebo při práci na strojích. Oba jevy - vibrace i strukturální hluk - můžou být snižovány přímo na zdroji nebo u příjemce. Nejekonomičtější a nejefektivnější je samozřejmě předcházení vzniku vibrací a strukturálního hluku přímo na zdroji samotném. Toto může být provedeno pomocí strojů vykazujících nízký hluk a vibrace nebo návrhem stavebních prvků, které tlumí tyto vibrace.
Zdroje vibrací a jejich vliv
Zdrojem vibrací, které se šíří podložím do základů budov, jsou dynamické účinky pohybu vozidel po pozemních nebo podzemních komunikacích. Obvykle se tyto dynamické účinky označují jako technická seismicita od povrchové nebo podpovrchové dopravy. V řadě případů může být přenos vibrací od dopravy do konstrukce budov usnadněn bezprostředním kontaktem konstrukce vozovky nebo tunelové roury se základy budovy a navazujícími zdmi objektu. Charakter vibrací od dopravy je závislý zejména na hmotnosti vozidla, rychlosti a způsobu jízdy vozidla, na směru pohybu vozidla (po přímce nebo v oblouku, po rovině nebo ve svahu), na brzdění nebo zrychlování vozidla. Dalším parametrem je „rovinnost“ jízdní dráhy, ať již kvalita povrchu silniční vozovky nebo směrové a výškové vyrovnání kolejové dráhy, způsob upevnění kolejnic, skladba podkladních vrstev vozovky ap. Kromě parametrů vibrací ve zdroji má na velikost vibrací vliv složení prostředí na cestě od zdroje k ohrožené konstrukci budovy, tedy zvláště skladba geologického prostředí a jeho mechanické vlastnosti jako je tuhost, rychlost šíření vlnění, útlum se vzdáleností ap. Konečně pak může velikost vibrací z podloží zesílit nebo utlumit provedení vlastní konstrukce budovy a způsob jejího založení, zejména pak frekvenční naladění ohrožené konstrukce. Právě pro řadu vlivů, které se podílejí na úrovni vibrací v místě stavební konstrukce, je pro rozvahy o snížení úrovně vibrací na přípustnou míru vhodné provést jejich měření. Měření lze realizovat buď na hotové konstrukci nebo v případě její předpokládané výstavby na úrovni základové spáry, nejlépe v sondách v blízkosti ohrožené konstrukce nebo v blízkosti zdroje vibrací, tedy na konstrukci vozovky nebo konstrukci metra, železnice, tramvajového tělesa ap. Naměřené vibrace pak lze využít pro kvalitnější analýzu odezvy celé konstrukce ohroženého objektu nebo jen jeho částí a návrh opatření ke snížení vibrací.
Technická seismicita a zařízení budov
Moderní budovy jsou z hlediska konstrukce a zařízení stavby stále složitější. V souladu s právními předpisy, normami, i požadavky uživatelů budov se ve stavbách instaluje stále více zařízení způsobujících hluk i vibrace. Tepelná čerpadla, ventilátory, jednotky vzduchotechniky, klimatizační jednotky, čerpadla a mnohé další zařízení jsou také zdroji hluku a vibrací, které mohou nejen negativně ovlivnit akustickou pohodu uživatelů budov, ale v extrémních případech nedostatečného nebo špatně navrženého/provedeného pružného uložení mohou ohrožovat i jejich zdraví. Technická seismicita je seismicita způsobená nepřírodními zdroji vibrací a strukturálního hluku. Jedním z těchto zdrojů je i kolejová doprava. Každý zdroj vibrací nebo hluku šířeného vzduchem je i zdrojem hluku strukturálního. Aby se takovým negativním vlivům v budovách mohlo předejít, nabízíme účinné řešení pro pružné uložení základů pod zařízeními ve výrobě.
Metody snižování vibrací v základové desce
Pro snížení přenosu vibrací do chráněné konstrukce je možné provádět opatření ve zdroji, na cestě od zdroje ke chráněné konstrukci a konečně uvnitř nebo v základové části chráněné konstrukce. Provádět opatření ve zdroji, tedy například použít pryžové nákolky u vozidel metra nebo ukládat celou kolejovou dráhu pružně, zpravidla projektanti běžných objektů nemohou ovlivnit. Z těchto důvodů je nutné použít opatření, které spočívají v konstrukčním řešení snižování vibrací na cestě od zdroje ke chráněné konstrukci nebo v konstrukci budovy samé. Přenos vibrací na cestě od zdroje ke chráněnému objektu lze přerušit, například budováním podzemních stínících stěn s vloženými dynamickými filtry, které zčásti sníží přenos vibrací.
Pružné založení konstrukce
Efektivním způsobem pro snížení úrovně vibrací chráněné konstrukce je pružné založení konstrukce jako celku vůči její základové konstrukci (desce, vaně apod.). Toto odpružení bývá realizováno osazením celé konstrukce na pružiny, ať již ocelové, pryžové nebo korkové. Pokud není nutné chránit před vibracemi celou konstrukci, je možné provést odpružení jen pro její vybranou část, jako jsou koncertní sály, kina, divadla, studiové prostory rozhlasu a televize, byty apod. Efektivnost odpružení je dána frekvenčním naladěním odpružené konstrukce. Čím je naladění konstrukce na pružinách nižší (na nižších frekvencích), tím spíše jsou utlumeny vyšší frekvence vibrací a akustické frekvence, které se do objektu šíří z geologického prostředí.
Čtěte také: Průvodce kročejovou izolací
Pryžové a elastomerové izolace
Při použití pryží, korku a jim podobných hmot se zpravidla umísťují tyto pružné prvky na úrovni základové desky. Nosná konstrukce budovy je pak osazena na těchto pružných prvcích prostřednictvím dostatečně širokých patek pod nosným skeletem, trámových roštů nebo další desky. Principem je důsledné oddělení horní konstrukce od základové konstrukce pomocí této pryžové vrstvy. Tloušťku spojité pružné vrstvy nebo bloků z více vrstev tohoto materiálu a jejich rozmístění je nutné stanovit podle mechanických vlastností pryže (zejména modulu pružnosti) a statického předepnutí pryže na základě dynamického výpočtu a výsledků statického výpočtu objektu. Nevýhodou tohoto řešení je zpravidla nepřístupnost pryže v průběhu života konstrukce a tedy obtížnost nebo nemožnost její výměny, dále je nevýhodou změna vlastností pryže v důsledku jejího stárnutí. Stárnutí pryže ovlivňuje zejména sluneční svit a přítomnost derivátů benzínu nebo nafty. Pokud je pryž chráněna před slunečním svitem a bez přístupu k derivátům benzínu a nafty výrobci zpravidla udávají její životnost nad 30 až 80 let.
SYLOMER - trvale pružné pásy
Trvale pružné pásy vyrobené na bázi polyetherurethanu (PUR) jsou vhodné pro snížení vibrací a otřesů. Celoplošné uložení má výhodu jednoduché konstrukční metody a nebezpečí šíření vibrací je nízké. Pružná separační vrstva je provedena obvykle mezi základovou deskou a železobetonovou deskou, na které leží stavba. Základové konstrukce by měly být co možná nejtužší, aby snížení vibrací bylo co možná nejefektivnější. Tam, kde je zatížení roznášeno liniově, je výhodnější použít pásy SYLOMERu. Pásy jsou umístěny mezi tuhými základovými pásy a konstrukcí železobetonové desky, na které je uložena stavba. Materiál SYLOMER dodáváme ve dvou základních tloušťkách vždy s ohledem na použití v konkrétním případě, a to 12,5 mm a 25 mm. Maximálně dovolené statické zatížení se pohybuje v rozmezí až do 6 MPa a je závislé na typu materiálu.
Montáž SYLOMERu je zcela jednoduchá. Materiál se položí na připravený hladký a rovinný povrch základu dle požadovaného projektu. Povrch vždy musí být suchý a spoje SYLOMERu musí být přelepeny páskou. Doporučujeme použít krycí fólii jako další ochranu proti vzniku akustických mostů a rovněž jako ochranu SYLOMERu při montáži. Při návrhu ocelové výztuže musí být provedeny takové úpravy, aby pod jednotlivými spojkami nebylo zatížení (t/m2) vyšší než maximálně povolené. Například nabetonování min. 30 mm vrstvy betonu nebo položení roznášecí desky.
Akustický materiál SYLOMER je vyroben na bázi polyetherurethanu (PUR), je vhodný pro snížení vibrací a otřesů, kdy zaručuje maximální účinnost vibroizolační ochrany při minimální potřebné tloušťce (vč. minimální vlastní frekvence). Přesný typ a tloušťka materiálu je volena individuálně dle potřeb daného projektu. Na každý konkrétní případ vám ochotně vypracujeme a spočítáme, jaký typ SYLOMERu je v daném případě nejvhodnější použít. Jednotlivé typy SYLOMERu jsou barevně rozlišeny, proto nemohou být zaměněny.
Regutec - antivibrační rohože a desky
Regutec a.s. je český výrobce pryžových a elastomerových komponentů, který se specializuje na vývoj a výrobu antivibračních rohoží a desek určených ke snižování vibrací a hluku. Tyto produkty nacházejí široké uplatnění ve stavebnictví, infrastruktuře i průmyslových aplikacích. Antivibrační rohože Regutec se využívají například jako podklad pod těžké stroje a technologická zařízení, kde zajišťují stabilitu, prodlužují životnost technologií a zvyšují komfort pracovního prostředí. Antivibrační desky AV MAT NOVISA jsou účinným řešením pro izolaci vibrací a strukturálního hluku v moderním stavebnictví.
Čtěte také: IPA asfaltová izolace: Co potřebujete vědět
V řadě aplikací AV rohoží se nevyhneme technologickým procesům s použitím vody nebo jiné kapaliny, např. separátoru, cementového mléka atd. K zamezení těchto případů je nutno AV desky po pokládce na připravený podklad dodatečně izolovat pomocí separačních vrstev. Ve složitějších případech, např při izolaci proti tlakové vodě nebo při rozsáhlé betonáži se používají PE folie a mPVC povlakové izolace v kombinací s těžšími geotextiliemi, které zabraňují přímému kontaktu plastových fólií s rohožemi a zabraňují tak migraci změkčovadel do struktury rohože. Společnost REGUTEC a.s. klade důraz na ekologický přístup - využíváme pryžový granulát získaný recyklací použitých pneumatik k výrobě produktů s jedinečnými vlastnostmi.
Ocelové vinuté pružiny
Velmi efektivní je použití ocelových vinutých pružin pro provedení odpružení. Jeden z nejznámějších výrobců vinutých pružin, firma Gerb Berlin, umisťuje vinuté pružiny do bloků, které jsou spolu vzájemně spojeny a lze je na stavbě osazovat jako celek. Osazují se buď v předepnutém stavu (stlačené do provozní a předem vypočtené výšky) nebo jako nepředepnuté a případně u levnějších typů bez možnosti předpětí. Pro zvýšení tlumení mohou být pružinové bloky vybaveny integrovanými nebo samostatnými viskózními tlumiči a nebo, v levnější variantě, jsou vlastní pružiny povlakovány pryží. Výhodou pružinových bloků je možnost jejich dodatečné výměny za měkčí nebo tužší, případně u typů které to umožňují upravit tlumení při rekonstrukcích, přestavbách objektu, při změně zatížení nebo užívání objektu. Dále lze pružinové bloky v konstrukci objektu osadit až ve fázi dokončování stavby objektu podle skutečné úrovně kmitání objektu, nebo při dolaďování vlastností konstrukce, případně pod částí konstrukce tyto bloky vůbec neosazovat. Tuto manipulaci s bloky umožňuje konstrukční možnost přizvednutí části roštových trámů zvedáky a nebo jen prostým podložením roštu ocelovými klíny v okolí pružinových prvků a zaaretováním pružinových prvků (stažením montážními šrouby). Pružinové bloky jsou na svém spodním i horním povrchu přilepeny samolepícími podložkami, které přenáší vodorovné síly třením (vodorovná tuhost bloků je srovnatelná s vertikální tuhostí).
Bodové izolátory Isotop
Pružné uložení technických zařízení budov lze provést několika různými způsoby. A to za pomoci bodových izolátorů Isotop (na bázi ocelových pružinových izolátorů nebo na bázi tlumicích elastických vložek na bázi PUR). Pomocí bodových izolátorů Isotop je možné dosáhnout vysoce efektivního uložení (minimální vlastní frekvence fr uložení pomocí izolátorů Isotop je 3 Hz). Aplikované zatížení určuje možné uložení na pružných terčích ze SYLOMERu. „Například pohony vzduchotechniky, kompresory apod. Stavba na pilotech nebo uložení individuálních sloupů je izolace prováděna pomocí terčů (uložení bodové).“
Celoplošné, liniové a bodové uložení
Základy lze izolovat svisle, vodorovně, celoplošně nebo pouze částečně podle konkrétních podmínek realizovaného objektu. Omezujícím faktorem může být přítomnost a výška hladiny podzemní vody, skladba a požadavky na zateplení spodní části stavby, požadavky na hydroizolace. Velmi důležité je při vodorovné izolaci v rovině terénu nebo v úrovni pod okolním terénem dodržet zásadu aplikace svislé izolace, aby byly základy odděleny od okolního terénu a mohla se vodorovná vibroizolace plně uplatnit. Při návrhu je také velice důležité nezapomenout svislou vibroizolaci vytáhnout do výšky min. U jednotlivých izolovaných základů, které tvoří velmi účinnou filtraci vibrací a zabraňují tak šíření vibrací do okolí pracovní haly je nutno důsledně dbát jednak na frekvenci uložení soustavy základ stroj a jednak dbát na návrh vlastního základu, který nesmí být poddajný, musí být sám odolný proti chvění, musí se do něj dát zakotvit vlastní stroj a musí být důsledně oddělen jak svisle, tak vodorovně od okolních konstrukcí. Individuální izolované základy účinně filtrují vibrace a zabraňují jejich šíření do okolních konstrukcí. Svislá vibroizolace základů budov odděluje konstrukci od okolního terénu a zajišťuje účinnou filtraci vibrací. Vodorovná vibroizolace základů se aplikuje celoplošně nebo částečně podle konkrétních podmínek objektu. Těžké plovoucí podlahy se používají v obytných i komerčních stavbách pro účinnou izolaci kročejového hluku a vibrací.
Případová studie: Izolace budovy v Praze 5
Pro konkrétní budovu v Praze 5 byla použita pružná antivibrační vrstva na úrovni základové spáry pro eliminaci nadměrných vibrací, které se šíří do posuzované budovy geologickým prostředím od konstrukce metra. Na hlavách vybraných pilot budovy byly měřením zjištěny maximální vibrace. Časové průběhy těchto vibrací byly použity jako dynamické zatížení namodelované konstrukce budovy, v jejíž základové spáře byla navržena dělící pružná pryžová vrstva. Pro takovýto model byla stanovena prognóza vibrací na jednotlivých podlažích. Na příkladu vícepodlažní železobetonové budovy je řešen přenos vibrací z okolního základového prostředí do vlastní konstrukce. Budova je založena na velkoprůměrových pilotách, vzájemně provázaných výztuží se spodní základovou deskou. Na této desce bylo navrženo umístění antivibrační vrstvy pryže značky Belar. Na pryži je osazena horní základová deska, do které je vetknuta skeletová monolitická konstrukce budovy. Pružná pryžová vrstva tedy důsledně odděluje spodní a horní část základové desky. Obdobně bylo provedeno odpružení spodní a horní části samostatných základových patek (vodorovnými vrstvami pryže) a dále všechny svislé konstrukční prvky pod úrovní terénu od okolního prostředí (vrstvy pryže podél sloupových prostupů zeminou nebo obvodových stěn pod úrovní terénu). Při modelování konstrukce byla respektována jednotlivá podlaží v členění na stropní, základové a střešní desky, sloupy, nosné stěny a obvodové a vnitřní průvlaky. Pryžová vrstva, sestavená z různých typů pryže, byla umístěna pod celou plochou horní částí dvojité základové desky. Do hmotnosti stropních a základových desek byly zahrnuty hmoty nenosných prvků (tenké příčky, podlahové vrstvy apod.) a také ekvivalent užitného zatížení podlah, střechy a teras. Pro analyzovanou budovu byl proveden výpočet vynuceného kmitání při neharmonickém buzení vibracemi od provozu metra. Byly stanoveny časové průběhy vynuceného kmitání po celou dobu trvání budicího signálu, a to pro vybrané prvky na konstrukci na jednotlivých podlažích. Dále byly vyhodnocovány okamžité tvary deformace (výchylek) jednotlivých podlažích a z nich sestaveny obálky maximálních hodnot. Z vypočtených časových průběhů kmitání je zřejmé, že buzení od provozu metra se projevuje zejména v nejnižším podlaží jako impuls; nejvíce kmitající místa jsou v blízkosti sloupů a části konstrukce prostorově situované ke zdroji. S rostoucí výškou podlaží se tento způsob buzení projeví zakmitáním objektu na některé z vlastních frekvencí konstrukce. Výraznější vliv zakmitání je však omezen většinou jen na nejnižší dvě až tři podlaží. Velmi ostré špičky výchylek na značně malé části podlahy místností v nejnižším podlaží (2.PP) budou při uvážení skutečných rozměrů průřezů nosné konstrukce integrovány do větší plochy s nižší hodnotou vibrací odpovídající integrálu pod kmitající plochou. Ve vyšších podlažích je časová charakteristika kmitání roztažena do nižších frekvencí. Z porovnání výpočtů pro danou konstrukci při vertikálním versus horizontálním buzení je zřejmé, že úroveň horizontálního buzení je nižší než vertikálního buzení, podle měření přibližně poloviční.
Čtěte také: Radon a asfaltová izolace
Výsledky a hodnocení vibrací
Vibrace naměřené při výstavbě objektu na hlavách pilot, odpovídající buzení od provozu vlaků metra, dosahovaly maximálních výkmitů zrychlení až 690 mm/s2 ve frekvenční oblasti od 32 do 40 Hz. Tato frekvenční složka odpovídá horizontálnímu ohybovému kmitání pilot v okolí 35 Hz (v závislosti na rozměrech jednotlivých měřených pilot). Odpružením budovy jako celku se přesunuly dominantní vibrace budovy do oblasti nejnižších vlastních frekvencí kmitání objektu jako celku. Pro frekvence naladění odpružení do 5 Hz je prognóza maximálního efektivního zrychlení aef ≈ 4,9 mm/s2. Příspěvek je zaměřen na analýzu vlivu technické seismicity na konstrukce budov nebo halových konstrukcí a způsob snižování vibrací uvnitř konstrukce odpružením konstrukce jako celku nebo jeho části. Seismické zatížení konstrukce je závislé především na intenzitních i frekvenčních charakteristikách zdroje. Vibrace od technické seismicity se mohou šířit do značných vzdáleností a na své cestě ohrožovat ostatní konstrukce.
Posouzení vibrací podlah vzhledem k osobám pracujícím, pobývajícím nebo bydlícím v objektu je předepsáno podle mezinárodních a současně i českých norem ČSN ISO 2631 a také v Nařízení vlády č.502/2000, které odpovídají platným hygienickým předpisům u nás. V případě analyzované budovy je nejvýznamnější posouzení obytných místností v objektu vzhledem k bydlení osob.
Specifické aplikace
Izolace výtahové šachty
Izolace výtahové šachty proti vibracím z provozu výtahového soustrojí se řeší buď pomocí speciálních upevňovacích ložiskových uzlů, nebo systémem box in box. Nejčastěji se uplatňuje kombinace vodorovné izolace vnitřní desky se svislou izolací do výšky cca 1,5 m. V dalších patrech jsou jednotlivé podlahy odděleny pásy antivibrační pryže AVR, které zamezují přenosu vibrací do okolních konstrukcí. U náročnějších projektů se celý vnitřní tubus výtahové šachty navrhuje jako zcela dilatovaný po celé výšce. Aby se minimalizoval přenos hluku do konstrukce budovy, je nutné uložit tubus tak, aby jeho vlastní frekvence uložení byla v rozmezí 9-11 Hz. Z praxe se doporučuje aplikace vodorovných antivibračních vrstev o tloušťce min. 50 mm a svislých vrstev o tloušťce min. 30 mm.
Izolace zkušebních stolic
Dimenzování izolace proti vibracím závisí na případu aplikace. Často využívané izolační systémy proti vibracím zahrnují izolátory s ocelovými pružinami, pneumatické pružiny nebo pružiny z elastomeru. Přitom se řídíme podle statických a dynamických výpočtů vyskytujících se sil a vybíráme optimální řešení z našeho rozsáhlého portfolia izolátorů a pružících prvků. Jsme specialisté na individuální řešení zcela speciálních požadavků v oblasti upínací techniky, měřicí techniky a zkušební techniky.
Spolupráce a normy
Společnost Schöck-Wittek s.r.o. nově spolupracuje s českým výrobcem Regutec a.s., který vyvíjí a dodává vibroizolační rohože. Tyto rohože jsou integrovány do stavebních projektů jako součást technického řešení Schöck-Wittek.
Relevantní normy a předpisy
- ČSN 73 0040: Zatížení stavebních objektů technickou seismicitou a jejich odezva. ČNI, Praha, 1995.
- ČSN ISO 2631-1,2 (01 1405): Hodnocení expozice člověka celkovým vibracím, Část 1: Všeobecné požadavky, Část 2: Nepřerušované vibrace a rázy v budovách (1 až 80 Hz), ČNI Praha, 1994, revize 1999.
- Nařízení vlády č. 502/2000 ze dne 27.listopadu 2000 o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací, revize 2004.
tags: #izolace #proti #vybracim #do #zakladove #desky