martes, 11 de diciembre de 2012
Diseño y cálculo de techos acústicos
En el anterior post hablamos sobre el tratamiento acústico de techos en locales ruidosos describiendo la solución constructiva y el procedimiento de montaje y acabado.
En este post trataremos de detallar el procedimiento de diseño y cálculo de la solución constructiva descrita.
En primer lugar se debe conocer el aislamiento acústico requerido (R), el cual depende del nivel de ruido máximo a transmitir a los recintos colindantes y del nivel máximo de ruido generado en el recinto emisor, generalmente se encuentra fijado por la normativa acústica de aplicación en función del uso del recinto y del uso de los recintos colindantes.
Las variables de diseño del techo acústico serán las siguientes:
- Masa del techo acústico suspendido (M2).
- Separación entre el forjado soporte y el techo acústico suspendido (d).
En la práctica la distancia de separación d está restringida por las caracteristicas del local donde se va a ejecutar (altura libre disponible, distancia techo suelo requerida por otras normativas, estética del local...)
El índice de reducción acústico del techo en función de la frecuencia viene dado or la siguiente expresión:
Para esta frecuencia de resonanacia la transmisión del sonido a través del paramento puede ser incluso mayor que si las dos paredes estuviesen rígidamente unidas. Por ello, debe cuidarse la elección de las masas y de su separación a fin de evitar que la frecuencia de resonancia del conjunto entre dentro del espectro que se pretende aislar, o sea, que sea lo suficientemente baja para que quede fuera de dicho espectro (normalmente por debajo de los 100 Hz, y tan baja como sea posible).
En el caso de emplearse algún material de relleno para la cámara la frecuencia de resonancia viene dada por la siguiente expresión:
Para frecuencias inferiores a la frecuencia de resonancia el tabique de doble hoja se comporta como una pared simple de masa igual a la suma de las masas de cada hoja.
En
esta zona es en la que mejor se aprecian las ventajas del cerramiento de
doble hoja frente al de simple hoja, ya que al doblar la masa del
conjunto se obtienen incrementos del aislamiento de entre 16 y 18 dB,
frente a los incrementos de 6 dB obtenidos al doblar la masa del cerramiento
de simple hoja.
Cada una de las hojas se comporta de manera independiente.
La frecuencia de resonancia de la cámara viene dada por:
- Frecuencias altas (superiores a la de resonancia de la cámara):
En esta zona la cámara entre las dos hojas actúa como caja de resonancia, formándose ondas estacionarias en su interior. Para disipar la energía de esas ondas es importante rellenar la cámara con algún tipo de material absorbente.
Los materiales absorbentes más comúnmente empleados son las lanas minerales y las lanas de vidrio. Basan su funcionamiento en su flexibilidad y estructura porosa que permita el paso del aire a través suyo, convirtiendo la energía sonora en energía calorífica por efecto del rozamiento. Así son adecuados materiales absorbentes con una resistencia al paso del aire entre 5 y 30 kPa s/m2.
Una vez determinada la masa superficial del techo (M2) se procederá a la elección del tipo de aislador acústico de techo a emplear.
Los aisladores acústico de techo presentan una carga óptima para la cual su frecuencia de resonancia está por debajo de la frecuencia mínima audible por el oído humano. Esta carga óptima se obtiene a partir de la curva de comportamiento dinámico del aislador. Se puede obtener más información al respecto en el post sobre aisladores acústicos.
Se tratará por tanto de determinar el número de aisladores y la distancia de separación entre los puntos de cuelgue al forjado de manera que el tipo de aislador seleccionado soporte su carga óptima.
Donde:
d es la separación entre el forjado soporte y el techo suspendido
M1 y M2 son la masa por unidad de superficie del forjado y del techo suspendido
c es velocidad de propgación del sonido (340 m/s en el aire)
Si analizamos su comportamiento por rangos de frecuencias tenemos que:
- Frecuencias bajas (inferiores a la frecuencia de resonancia del conjunto):
En este rango de frecuencias el oído humano es menos sensible por lo que la sensación acústica que le produce es menor.
Se produce un efecto conocido como resonancia, produciendo que el aislamiento acústico del conjunto tienda a 0.
A la hora de diseñar el interesante que la frecuencia de resonancia presente
los valores más bajos posibles, ya que como hemos indicado el oído
humano es menos sensible a las frecuancias más bajas o graves. Esto se
puede conseguir bien aumentando la masa superficial del techo o
bien aumentando la distancia de separación entre el forjado y el techo suspendido. La
expresión analítica de la frecuencia de resonancia en cerramientos de doble hoja viene dada por:
Donde:
d es la separación entre los tabiques
M1 y M2 son la masa por unidad de superficie de cada una de las hojas
Para esta frecuencia de resonanacia la transmisión del sonido a través del paramento puede ser incluso mayor que si las dos paredes estuviesen rígidamente unidas. Por ello, debe cuidarse la elección de las masas y de su separación a fin de evitar que la frecuencia de resonancia del conjunto entre dentro del espectro que se pretende aislar, o sea, que sea lo suficientemente baja para que quede fuera de dicho espectro (normalmente por debajo de los 100 Hz, y tan baja como sea posible).
En el caso de emplearse algún material de relleno para la cámara la frecuencia de resonancia viene dada por la siguiente expresión:
Donde
s' es la rigidez dinámica del elemento de relleno
M1 y M2 son la masa por unidad de superficie de cada una de las hojas
Para frecuencias inferiores a la frecuencia de resonancia el tabique de doble hoja se comporta como una pared simple de masa igual a la suma de las masas de cada hoja.
- Frecuencias medias (entre la frecuencia de resonancia del conjunto y la frecuencia de resonancia de la cámara)
Cada una de las hojas se comporta de manera independiente.
La frecuencia de resonancia de la cámara viene dada por:
Donde
c es velocidad de propgación del sonido (340 m/s en el aire)
d es la separacón entre las dos hojas.
En esta zona la cámara entre las dos hojas actúa como caja de resonancia, formándose ondas estacionarias en su interior. Para disipar la energía de esas ondas es importante rellenar la cámara con algún tipo de material absorbente.
Los materiales absorbentes más comúnmente empleados son las lanas minerales y las lanas de vidrio. Basan su funcionamiento en su flexibilidad y estructura porosa que permita el paso del aire a través suyo, convirtiendo la energía sonora en energía calorífica por efecto del rozamiento. Así son adecuados materiales absorbentes con una resistencia al paso del aire entre 5 y 30 kPa s/m2.
Una vez determinada la masa superficial del techo (M2) se procederá a la elección del tipo de aislador acústico de techo a emplear.
Los aisladores acústico de techo presentan una carga óptima para la cual su frecuencia de resonancia está por debajo de la frecuencia mínima audible por el oído humano. Esta carga óptima se obtiene a partir de la curva de comportamiento dinámico del aislador. Se puede obtener más información al respecto en el post sobre aisladores acústicos.
Se tratará por tanto de determinar el número de aisladores y la distancia de separación entre los puntos de cuelgue al forjado de manera que el tipo de aislador seleccionado soporte su carga óptima.
De este modo el número de aisladores a montar y la distancia entre aisladores vendrán dadas por:
Donde:
Ptecho: es la masa por unidad de superficie del techo (M2) determinada en el paso anterior.
kg/aislador: es la carga de trabajo óptima para el tipo de aislador seleccionado.
dfija: es la distanciaentre apoyos recomendada por el fabricante de las placas.
El montaje de los aisladores se realizará dejando una separación entre los mismos dfija en una de las direcciones y una separación igual a dfinal en la otra dirección, de este modo se garantiza que cada aislador soporta su carga óptima y se evita el pandeo de las placas ni de la estructura metálica.
El procedimiento de diseño y cálculo de un techo acústico a modo resumido sería el siguiente:
El montaje de los aisladores se realizará dejando una separación entre los mismos dfija en una de las direcciones y una separación igual a dfinal en la otra dirección, de este modo se garantiza que cada aislador soporta su carga óptima y se evita el pandeo de las placas ni de la estructura metálica.
El procedimiento de diseño y cálculo de un techo acústico a modo resumido sería el siguiente:
- Determinar el aislamiento acústico requerido para el techo acústico (R), establecido en la normativa de aplicación en función del uso de los recintos emisor y receptor.
- Establecer la distancia de separación (d) entre el forjado soporte y el techo acústico, se establecerá como el valor máximo compatible con el uso del local.
- Determinar la masa por unidad de superficie del techo (M2), de manera que el aislamiento acústico sea superior al requerido.
- Comprobar que la frecuencia de resonancia del conjunto se encuentra por debajo de los 100 Hz, en caso contrario aumentar su masa.
- Seleccionar los tipos de aisladores a evaluar en función de la dureza del caucho de los mismos.
- Para cada tipo de aislador calcular el número de aisladores por metro cuadrado a emplear de manera que soporten su carga óptima de trabajo.
- Determinar el coste total en función del número de aisladores por metro cuadrado a emplear y del precio unitario de cada aislador,
- Seleccionar el tipo de aislador que suponga un menor coste total.
sábado, 24 de noviembre de 2012
Cómo insonorizar techos en locales ruidosos
A la hora de realizar el tratamiento acústico del techo de un recinto ruidoso se deben considerar las prestaciones básicas que debe aportar la solución constructiva elegida.
De acuerdo a lo indicado en el post Los 5 principios básicos del aislamiento acústico las prestaciones a aportar son:
- Masa: con el fin de reducir la energía sonora transmitida de forma directa a través del forjado de separación con los recintos colindantes.
- Desacoplamiento mecánico: este aspecto tiene especial importancia en este caso debido a que la solución a ejecutar deberá encontrarse suspendida del forjado a tratar.
- Evitar resonancias: se deben considerar las frecuencias de resonancia de la solución constructiva, intentando que se encuentren fuera del rango de frecuencias audibles por el oído humano (20 Hz - 20000 Hz).
- Absorción: debe ser capaz de disipar la energía sonora de las ondas estacionarias que puedan formarse.
- Evitar la transmisión por conducción: se debe evitar que la energía sonora que incida sea transmitida hacia otros cerramientos como las paredes del recinto a través de las uniones entre cerramientos.
En la siguiente figura puede observarse una sección de la solución constructiva propuesta:
1. Placa de yeso laminado.
2. Lámina de material viscoelástico.
3. Placa de yeso laminado.
4. Amortiguadores de caucho.
5. Material absorbente.
6. Forjado base.
La siguiente imagen puede observarse una vista en tres dimensiones:
(Cortesía http://www.chova.com)
Las placas de yeso laminado y la lámina de material viscoelástica aportan masa al conjunto, mientras que los amortiguadores de caucho colaboran al desacoplamiento mecánico entre el forjado que sirve de base y las placas suspendidas.
Analizaremos a continuación los distintos elementos que forman parte de esta solución constructiva por orden de montaje.
En primer lugar se deberá ejecutar estructura que servirá para el montaje y fijación de las placas de yeso laminado que formarán el techo.
El sistema de cuelgue emplea varillas metálicas de métrica 6 mm para su fijación a las viguetas del forjado soporte. Se emplean tacos de expansión M-6.
Varilla metálica roscada
(Cortesía http://www.senor.es/espanol/index.php)
A continuación se monta el aislador acústico (que servirá de unión entre la varilla metálica roscada y los perfiles metálicos primarios de la estructura del techo).
Montaje aislador
(Cortesía http://www.senor.es/espanol/index.php)
El siguiente elemento a montar es la cazoleta o campana niveladora que servirá de apoyo al aislador y que permite regular su altura. Este elemento se monta a rosca sobre la varilla de anclaje.
Montaje cazoleta
(Cortesía http://www.senor.es/espanol/index.php)
Una vez regulada la altura con la cazoleta el aspecto es el que se puede observar en la siguiente imagen:
Fijación aislador sobre cazoleta
(Cortesía http://www.senor.es/espanol/index.php)
A continuación se procede al montaje de la estructura de perfiles metálicos que servirá de soporte para la fijación de las placas de yeso laminado. El aspecto final que deberá tener es el siguiente:
Como se puede observar los perfiles metálicos forman una estructura reticular en las que se distinguen los siguientes elementos:
- Perfiles primarios o maestras, son los que van fijados directamente a los aisladores acústicos.
- Perfiles secundarios, son los perfiles a los que se fijan mediante tornillos las placas de yeso laminado del techo. Se montan en dirección perpendicular a los perfiles primarios uniéndose a estos en los puntos de cruce por medio escuadras o caballetes.
- Perfiles perimetrales, opcionalmente se pueden montar estos perfiles anclados a las paredes . Sirven para apoyar en sus extremos los perfiles que soportan el techo.
Indicaremos a continuación el procedimiento detallado de montaje de este sistema de perfiles metálicos.
En caso de optarse por disponer de perfiles perimetrales para el apoyo de los perfiles secundarios se deberá proceder a montar éstos en las paredes del local.
Así en primer lugar se deberán marcar las paredes con una cuerda de marcar a la altura donde deberán fijarse los perfiles perimetrales.
Para evitar las transmisiones indirectas desde el techo hacia las paredes del local es conveniente fijar una banda acústica desolarizante en la cara posterior del perfil metálico perimetral. Existen en el mercado bandas autoadhesivas que se pueden fijar al perfil de manera manual.
Banda elástica desolarizante
A continuación se procederá a fijar el perfil a la pared mediante los tornillos de fijación montados cada 30 cm.
Montaje perfiles perimetrales
Acto seguido se procede al montaje de los perfiles primarios, los cuales deben apoyar en la cara superior del perfil perimetral sin tocar las paredes, se debe dejat una holgura de 1.5 cm en previsión de posibles dilataciones. Los perfiles primarios se encajan con la carcasa metálica del aislador que además dispone de un dispositivo metálico móvil que abraza el perfil metálico. En la siguiente figura puede observarse el proceso de montaje.
Sistema de fijación del aislador SE-4360 al perfil
(Cortesía http://www.senor.es/espanol/index.php)
El aislador se introduce en el perfil con una ligera presión, desplazándose a continuación en dispositivo de seguridad móvil del mismo, esta operación puede realizarse de manera manual con la simple presión ejercida por un dedo. Los perfiles metálicos que se pueden emplear son los tipo C.45/47 ó 60 mm.
Las principales ventajas de este sistema son:
- Facilidad de montaje.
- Rapidez de ejecución.
- Permiten ejecutar techos de altura variable.
- Seguridad.
El siguiente elemento a ejecutar son los perfiles secundarios, a los cuales se atornillarán las placas de yeso laminado del techo. Estos perfiles se deben montar apoyados en la cara interior de los perfiles perimetrales y en dirección perpendicular a los perfiles primarios. En los cruces entre perfiles se emplearán escuadras o caballetes como medio de unión entre los perfiles primarios o maestras y los perfiles secundarios. En la siguiente imagen puede observarse este tipo unión.
Montaje escuadra
Las escuadras abrazan el perfil primario y se encajan en el interior del perfil secundario mediante una ligera presión.
Una vez ejecutada toda la estructura metálica reticular que servirá de soporte al techo se procederá a la fijación de las placas del yeso laninado a los perfiles secundarios. Es recomendable el empleo de sistemas auxiliares de soporte para la colocación de las placas.
Fijación placas de teso laminado
Las placas de yeso laminado deben montarse en dirección perpendicular a los perfiles secundarios contrapeando las juntas, dejando un solape entre las testas de placas contiguas de unos 40cm.
Para la fijación de las placas se emplearán tornillos autoperforantes, debiendo seleccionar su longitud en función del espesor de la placa. La separación entre tornillos deberá ser del orden de 15-17 cm.
Tornillo autoperforante
De manera simultánea al montaje de las placas se debe disponer en la cavidad entre el forjado soporte y las placas de yeso laminado el material absorbente acústico.
Como material absorbente suele emplearse lana de roca en forma de placas o de rollo para extender.
Este tipo de materiales se caracterizan por su capacidad para convertir en calor la energía sonora que los atraviesa. Se emplean en las cavidades de los cerramientos con el fin de disipar las ondas sonoras estacionarias que se forman en su interior.
Para esta aplicación se requiere una lana de roca que presente las siguientes características:
- Espesor: 35-40 mm.
- Densidad: 40 kg/m3.
- Resistividad al flujo del aire: 5 - 10 kPa s/m2.
- Baja rigidez.
En contra de lo que se puede pensar el empleo de lanas de roca de mayor densidad no aporta un aumento apreciable del aislamiento acústico.
Este material debe extenderse sobre las placas de yeso laminado del techo acústico uniendo mediante cinta las distintas placas o rollos de manera que se distribuya de manera uniforme.
Una vez montadas las placas de yeso laminado se debe proceder al sellado de juntas entre las placas mediante pasta de juntas.
Los encuentros entre placas pueden presentar distintas formas, en la siguiente figura pueden observarse los casos que pueden presentarse.
Las juntas contiguas suelen formar una junta longitudinal según su borde afinado (Sección A) y transversal en los extremos (Sección B).
En los encuentros finales de los distintos sistemas constructivos pueden presentarse juntas mixtas entre bordes afinados y cortados (Sección C).
Cuando las juntas tengan una separación inferior a 3 mm pueden rellenarse mediante pasta de juntas, en otro caso deberá realizarse un emplastecido previo al tratamiento de juntas..
Existen dos tipos de pasta para juntas:
- Pastas de secado, endurecen por efecto del secado por lo que los tiempos dependen de las condiciones ambientales en las que se aplican. Se presentan bien en forma de polvo para su mezcla en obra o en forma de pasta lista para su aplicación.
- Pastas de fraguado, al endurecer por fraguado se pueden fabricar con distintos reguladores del tiempo de utilización. Por tanto se pueden seleccionar en función del tiempo de utilización requerido. Se presentan en forma de polvo para su mezcla en obra o en forma de pasta lista para su aplicación.
Existen dos tipos de tratamiento de juntas:
- Con cinta de papel, es el método más habitual. Se emplea tanto en los casos de juntas longitudinales de bordes afinados (Sección A) como para el tratamiento de los bordes transversales de las placas de bordes longitudinales afinados (Sección B). Adecuado tanto para pastas de secado como para pastas de fraguado.
- Sin cinta de papel, se emplea en tipos de juntas especiales de tipos de placas específicas. El fabricante de las placas debe indicar explícitamente en qué casos es adecuado este tipo de tratamiento y el tipo de pasta a emplear.
Nos centraremos en detallar el procedimiento de aplicación en el tratamiento de juntas con cinta de papel.
En primer lugar se comprobará que las placas se encuentra correctamente fijadas y con el número adecuado de tornillos y con las cabezas rehundidas por debajo del plano de la placa.
Se comprobarán y repasarán todos los pequeños fallos o deterioros que presente la superficie de actuación, saneándolas si fuera necesario. Se rellenarán con pasta de agarre las posibles roturas.
A continuación se procederá a la preparación de la pasta de juntas (en caso de no optarse por una que venga preparada) siguiendo las indicaciones del fabricante.
Una vez preparada se dará una primera pasada de pasta aplicándola con una espátula, no debiéndose rebasar los bordes de afinado de la placa.
Se coloca a continuación la cinta de juntas centrada respecto al eje de la junta.
Una vez colocada la cinta se presionará mediante una espátula para eliminar posible bolsas de aire y dejar bajo la cinta sólo la cantidad de pasta necesaria para garantizar un buen pegado.
Una vez seca la primera capa de pasta se aplicará una segunda y tercera capa.
En caso de requerirse un acabado extremadamente liso se puede realizar un lijado manual de la superficie de las juntas cuando hayan secado, evitando dañar la celulosa de la placa de yeso de alrededor.
Para la primera fase de aplicación de la pasta y de la cinta se puede emplear una encintadora automática que aplica de manera simultánea la pasta y la cinta.
Encintadora automática
Dependiendo del aislamiento acústico requerido puede ser necesario el montaje de 2 ó 3 capas de placas de yeso laminado. En estos casos es recomendable la instalación entre cada capa de una lámina viscoelástica de elevada densidad (entre 6.5 y 10 kg/m2) . Esta lámina aporta masa al conjunto sin aumentar excesivamente el espesor (4 - 5 mm) y aporta amortiguamiento entre placas disminuyendo la frecuencia crítica del conjunto y mejorando el aislamiento acústico a bajas frecuencias.
Estas láminas viscoelásticas suelen presentarse en forma de rollos, pudiendo ser autoadhesivas para facilitar así su montaje.
Los distintos tramos deben instalarse a testa y contrapeando las juntas de las placas de yeso laminado.
Así se procederá a montar alternativamente las capas de yeso laminado y láminas viscoelásticas. Generalmente se opta por dos placas de yeso laminado de distinto espesor con una lámina viscoelástica entre ambas.
Detallaremos a continuación algunas de las alternativas disponibles en el mercado para cada uno de los elementos del sistema constructivo descrito:
Aisladores acústicos:
- Modelo SE-4360 de la empresa SENOR (Suspensiones Elásticas del Norte, S.L.)
- Gama Akustik modelos T-47 A-45 o T-47 B-60 de la empresa AMC MECANOCAUCHO
Cada tipo de aislador presenta un rango de cargas óptimas de trabajo, por lo que la distribución de los aisladores debe realizarse teniendo en cuenta este requisito. En el siguiente post desarrollamos de manera detallada el procedimiento de diseño y cálculo de un techo acústico.
Perfilería metálica:
- Saint Gobain Placo Iberica: Perfilería metálica y accesorios para techos
- Pladur Uralita: Catálogo completo
- Knauf: Perfiles
Tornillería:
- Saint Gobain Placo Iberica: Tornillería
- Pladur Uralita: Catálogo completo
- Knauf: Tornillos
Placas de yeso laminado:
- Saint Gobain Placo Iberica: Placas de yeso laminado
- Pladur Uralita: Catálogo completo
- Knauf: Placas de yeso laminado
Lanas minerales:
Láminas viscoelásticas:
Pasta de juntas:
- Saint Gobain Placo Iberica: Pasta de juntas
- Pladur Uralita: Catálogo completo
- Knauf: Pasta de juntas
Suscribirse a:
Entradas (Atom)