Solai in legno, come ridurre il rumore da calpestio

12/10/2022 - Come noto, gli edifici sono responsabili di circa il 40% delle emissioni inquinanti. In particolare, l’anidride carbonica è uno dei gas più presenti in atmosfera, in aumento negli ultimi decenni.
 
Uno dei modi più efficaci di contrastare tale incremento è il cosiddetto “immagazzinamento” all’interno del legno. Infatti, un albero, crescendo, utilizza l’anidride carbonica come fonte di carbonio per l’accrescimento di tronco e rami. Se, una volta tagliati, gli alberi vengono utilizzati nelle costruzioni, queste diventano dei magazzini di anidride carbonica. Per questo motivo, gli edifici in legno multipiano rispondono molto bene a questa necessità. Molte tecnologie sono utilizzate per l’assemblaggio di elementi in legno da costruzione.
 
Tra le più utilizzate si annoverano:
(i) la tecnologia a telaio;
(ii) la tecnologia che utilizza il legno lamellare (o Cross Laminated Timber - CLT).
 
Gli elementi così costruiti rispondono molto bene alle caratteristiche statiche e in qualche caso termiche. Tuttavia, la leggerezza che contraddistingue questo tipo di costruzioni può rendere difficile da gestire il problema della riduzione del rumore da calpestio, così come il conseguimento di un ottimale comfort acustico interno.
 
Proprio il ridotto peso degli elementi in CLT ne determina le scarse prestazioni acustiche, soprattutto nella gamma di frequenze più basse. Questa caratteristica rappresenta un problema specialmente quando si parla di rumore da impatto, come quelli provocati da bambini o adulti che camminano o corrono.
 
Per ridurre i rumori da impatto o aumentare l'isolamento acustico, è necessario accoppiare al solaio in legno grezzo altre tecnologie. Due delle più utilizzate sono:
(i) il massetto galleggiante;
(ii) il controsoffitto.
 
È quindi evidente la necessità di studi parametrici che discutano l’influenza di tali interventi di riduzione del rumore da calpestio sui solai in CLT, sia come soluzioni singole, sia come contributo complessivo e quindi quando realizzati insieme sulla stessa partizione orizzontale [1-6].
 
La presente ricerca presenta i risultati degli studi effettuati in situ in un edificio in legno con solai in CLT utilizzando la macchina da calpestio come sorgente impattiva. I test sono stati eseguiti durante tutte le varie fasi di costruzione: prima considerando il pavimento in CLT grezzo e via via considerando l’apporto di tutti i vari strati di rivestimento. Lo scopo di questa ricerca è stato quello di determinare parametricamente l'influenza dei diversi elementi compositivi della partizione orizzontale sulla riduzione del rumore da impatto.
 

Materiali e metodi

L'edificio di prova in cui sono state eseguite le misurazioni è costituito da cinque piani in CLT (Figura 1), con pareti a telaio in legno.
 
In queste condizioni, grazie:
(i) alla lana minerale inserita all’interno delle travi in legno delle partizioni verticali,
(ii) all’accoppiamento di partizioni massicce (CLT) e leggere (telaio in legno),
(iii) alle connessioni puntuali,
le trasmissioni laterali sono risultate molto limitate (fino ad un massimo di 1 dB complessivo).
 
Strutture studiate
Per comprendere la loro influenza sull'isolamento acustico e sulla riduzione del rumore da calpestio, sono state costruite e testate diverse configurazioni strutturali (figura 2):
1. Solaio grezzo (struttura CLT, spessore 180 mm);
2. Solaio grezzo accoppiato a controsoffitto;
3. Solaio grezzo accoppiato a pavimento galleggiante;
4. Solaio grezzo accoppiato sia a controsoffitto (connessioni rigide) che a pavimento galleggiante.
 
La prima configurazione riguarda la caratterizzazione del solaio grezzo.
 
Figura 2 - rappresentazione grafica delle 4 configurazioni testate
 
Ogni configurazione è stata realizzata è testata per quattro diversi piani dell’edificio. Per brevità, vengono presentati e discussi solo i risultati medi.
 
Risultati
È interessante notare che i livelli di rumore da calpestio normalizzato forniscono risultati molto simili per tutte le diverse partizioni orizzontali presenti nell’edifico, come già altre volte trovato in letteratura [3]. In tabella 1 viene riportata la media riferita ai solai grezzi e la rispettiva deviazione standard che presenta dei valori molto bassi. Questo è importante perché dimostra come gli studi e gli interventi di riduzione del rumore da calpestio avranno un effetto molto simile su tutti i solai grezzi in CLT considerat, non solo quelli testati.
 
Table 1. Andamento medio e deviazione standard dei livelli medi di rumore da calpestio normalizzato  
Come è noto, la letteratura o la norma tecnica non forniscono un metodo di calcolo per la previsione della riduzione da calpestio (L) causata dall’aggiunta di un controsoffitto. Tramite le misure svolte in questa ricerca, per l'intervallo 250÷3150 Hz, è stato possibile ricavare un'equazione di regressione come riportato di seguito:
 
 n= f [250÷3150 Hz]
 
Passando alla configurazione con solo massetto galleggiante (configurazione 3), si ritrova un andamento della riduzione da calpestio L simile a quanto trovato nella configurazione con controsoffitto (figura 3). In questo caso, le basse frequenze (100÷200 Hz) vengono ridotte in modo più efficiente, così come le alte frequenze (1600÷4000 Hz).
 
Lo studio dimostra come il classico modello di Cremer non può essere applicato a questo tipo di solai in legno; tale modello considera infatti come ipotesi di base il solaio grezzo quale struttura infinitamente rigida, con una massa idealmente infinita rispetto al massetto galleggiante.
 
Nel caso dei solai in CLT, questo non accade. Infatti, la densità di un solaio in CLT dello spessore considerato è di circa 90 kg/m², ovvero molto simile a quella del tipico massetto galleggiante costituito da 5÷6 cm di cappa cementizia e materiale resiliente. È evidente che il solaio grezzo in CLT non può essere considerato né più rigido né più massiccio del massetto galleggiante, influenzando negativamente e in modo significativo la possibilità di applicazione del modello di Cremer.
 
Le indagini effettuate evidenziano inoltre una scarsa influenza della frequenza sulla riduzione del rumore da calpestio L; nell'intervallo 250÷3150 Hz tale riduzione può essere descritta mediante un’equazione di regressione del tipo:
 
 n= f [250÷3150 Hz]
 
Quando si combinano le due tecnologie al solaio in legno grezzo (configurazione 4), si verifica una riduzione significativa (figura 3). Tuttavia, quando si combinano le equazioni sopra riportate, il risultato ottenuto non è affidabile.
 
Il modello regressivo corretto e ottenuto in modo regressivo è riportato nella seguente equazione:


 
In questo caso, si può notare che, rispetto alle configurazioni 2 e 3, la frequenza incide in modo più significativo sulla riduzione del rumore da calpestio. Per calcolare l’effettivo apporto di entrambe le soluzioni applicate si deve evitare di combinare le equazioni relative alle singole componenti, poiché la fusione porterebbe a una significativa sottostima dei risultati finali.


Figura 3 - rappresentazione grafica del rumore da calpestio normalizzato medio misurato nelle diverse configurazioni
 

Conclusioni

In questo lavoro sono state effettuate misure di rumore da calpestio in un edificio con solai in legno lamellare, seguendo passo dopo passo le lavorazioni durante le varie fasi di costruzione. In particolare, è stata studiato l’apporto in termini di riduzione del rumore da calpestio del massetto galleggiante, del controsoffitto e dell’unione di queste due tecnologie applicate al solaio grezzo. I risultati hanno evidenziato come queste strutture leggere in legno non presentano le stesse prestazioni di quelle pesanti.
 
Le conclusioni principali si possono così riassumere:
- i solai grezzi in legno lamellare presentano prestazioni acustiche simili tra loro, per cui si può considerare un andamento medio per descriverne le caratteristiche in frequenza;
- la riduzione del rumore di calpestio offerta dal controsoffitto o dal massetto galleggiante è molto simile. Le equazioni di regressione dimostrano che le frequenze non giocano un ruolo significativo; la stessa considerazione è possibile anche quando si considerano entrambe le tecniche applicate contemporaneamente;
- l’equazione di Cremer non funziona con questa tipologia di struttura leggera. In particolare, per frequenze medio-basse, la legge di Cremer non riesce a fornire una previsione accurata del rumore da calpestio.
 
 
Ringraziamenti
Si ringrazia il progetto Interreg BIGWOOD BIGWOOD, Interreg V‐A Italy‐Austria 2014‐2020 (codice ITAT 1081 CUP: I54I18000300006) e Andrea Zeriali dell’Ater Trieste per la disponibilità e competenza.
 
Bibliografia
F. Bettarello, M. Caniato, A. Gasparella, The Influence of Floor Layering on Airborne Sound Insulation and Impact Noise Reduction: A Study on Cross Laminated Timber (CLT) Structures, Appl. Sci. 2021, 11(13), 5938; https://doi.org/10.3390/app11135938.
M. Caniato, A. Marzi, S. Monteiro da Silva, A. Gasparella, A review of the thermal and acoustic properties of materials for timber building construction, Journal of Building Engineering, 2021, 103066, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.103066.
M. Caniato, F. Bettarello, F. Patrizio, L. Marsich, A. Ferluga, C. Schmid, Impact sound of timber floors in sustainable buildings, Building and Environment 120 (2017) 110 -122, http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2017.05.015.
Caniato, M., Gasparella, A., Bettarello, F., Santoni, A., Fausti, P., Granzotto, N., F.X.Bécot F.Chevillotte, L.Jaouen, G.Borello, O.Robin ,N.Atalla A reliability study concerning the acoustic simulations of timber elements for buildings. Construction and Building Materials, Volume 315, 10 January 2022, 125765, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125765.
M. Caniato, F. Bettarello, P. Bonfiglio, A. Gasparella, Extensive Investigation of Multiphysics Approaches in Simulation of Complex Periodic Structures, Applied Acoustics, Volume 166, September 2020, 107356, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2020.107356.
M. Caniato, F. Bettarello, N. Granzotto, A. Marzi, A. Gasparella, A comprehensive vibroacoustic investigation of a cross laminated timber floor, Construction and Building Materials, Volume 322, 7 March 2022, 126303, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.126303.
 
 
*Marco Caniato, Facoltà di Scienze e Tecnologia, Libera Università di Bolzano, Bolzano - Studio Associato Acusticamente, Conegliano (TV), www.acusticamente.eu.
Federica Bettarello, Studio Associato Acusticamente, Conegliano (TV), www.acusticamente.eu.