Građevinska fizika
Građevinska fizika
Građevinska fizika
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Mr.sc. Olga Magaš, dia<br />
Kolegiji:<br />
ARHITEKTONSKE KONSTRUKCIJE I i II<br />
ZAVRŠNI RADOVI<br />
OSNOVE PROJEKTIRANJA I i II<br />
PROJEKTIRANJE U VISOKOGRADNJI<br />
OSNOVE<br />
GRAĐEVINSKE FIZIKE<br />
-Toplinsko difuzni tokovi u konstrukcijama<br />
-Toplinske dilatacije<br />
-Akustika i zvučne izolacije
TOPLINSKO DIFUZNI TOKOVI<br />
• Uvod:<br />
• Klasična izgradnja s upotrebom opeke, kamena, drva i sličnih<br />
materijala, bazirana na dugogodišnjoj primjeni, iskustveno je<br />
svladavala tehniku građenja objekata te je problem toplinskih izolacija<br />
vanjskih zidova rješavan povećanom debljinom zidova od opeke,<br />
38 - 51 cm, kamena 50 – 70 cm, raznim višeslojnim zidovima i sl.<br />
• Upotreba se betona i armiranog betona koristila za presvođenje<br />
prostora (stropne konstrukcije) i bila kombinirana s klasičnim<br />
sistemima. Defekti na konstrukcijama pojavljivali su se u manjim<br />
obimima (pucanje i izbacivanje uglova na objektima s armirano<br />
betonskim stropovima i sl.).<br />
• Danas je najzastupljeniji matarijal nosivih konstrukcija armirani beton<br />
te se defekti pojavljuju u drastičnijem obliku; velike površine zidova i<br />
stropova bez dilatacijskih reški dovode do pucanja i oštećenja<br />
konstrukcija, nepravilno ili nedovoljno izoliranje objekata dovodi do<br />
defekata koje je teško sanirati itd.<br />
• To je dovelo do naučnog izučavanja <strong>fizika</strong>lnih procesa koji u<br />
određenim uvjetima nastaju na objektima, te su danas proračuni fizike<br />
zgrade obaveza i sastavni dio svakog glavnog i izvedbenog projekta.
TOPLINSKI TOKOVI U KONSTRUKCIJAMA<br />
• TOPLINA je, prema kinetičko molekularnoj teoriji topline, oblik<br />
energije vezan uz kaotično gibanje molekula.<br />
• Subjektivni osjećaj topline čovjek dobiva u dodiru s ugrijanim tijelom,<br />
a objektivno mjerilo dobiva se promatranjem djelovanja ugrijanih<br />
tijela na druga tijela. To se očituje u promjeni boje, volumena,<br />
agregatnog stanja i sl.<br />
• TEMPERATURA je veličina koja karakterizira toplotno stanje nekog<br />
tijela. Jedinica je 1 Kelvin (prije 1 stupanj Celziusa).<br />
Međudjelovanjem dvaju tijela toplina prelazi iz toplijeg u hladnije,<br />
dakle toplina se uvijek kreće s mjesta više temperature prema<br />
mjestu niže temperature, sve dok se temperature ne izjednače.<br />
• KOLIČINA TOPLINE u nekom tijelu to je veća što mu je veća masa i<br />
viša temperatura. Q = c x m x tº<br />
• SPECIFIČNA TOPLINA (c) je konstanta, a jednaka je onoj količini<br />
topline koja je potrebna da se 1 kg neke tvari pri danoj temperaturi<br />
povisi temperatura za 1 K (1º C).<br />
• Jedinica za količinu topline je J (džul) odnosno KJ<br />
• Jedinica za specifičnu toplinu je c = KJ / kg K
PRENOŠENJE TOPLINE<br />
• S MJESTA VIŠE PREMA MJESTU NIŽE TEMPERATURE<br />
VRŠI SE NA TRI NAČINA:<br />
• Vođenjem ili kondukcijom se toplina prenosi u krutih tijela. Dio<br />
tijela se grije neposrednim dodirom s izvorom topline, a susjedni<br />
dijelovi se postepeno zagrijavaju (metalni štap u vatri). Najbolji vodič<br />
topline je srebro, a zatim ostali metali. Budući da su dobri vodiči<br />
topline i dobri vodiči elektriciteta provođenje se objašnjava<br />
kretanjem slobodnih elektrona.<br />
• 2. Strujanjem ili konvekcijom se toplina prenosi u tekućinama i<br />
plinovima. Strujanje nastaje promjenom gustoća uslijed zagrijavanja.<br />
Npr. ako vodu odozdo zagrijavamo donji se slojevi ugriju, specifična<br />
težina postaje im manja pa se ugrijana voda diže.<br />
• 3. Zračenjem ili radijacijom se toplina prenosi pretvaranjem<br />
toplinske energije izvora (zagrijanog tijela, npr. Sunce) u energiju<br />
zračenja. Apsorpcijom (upijanjem) energije zračenja zagrijava se<br />
drugo tijelo.
PROVODLJIVOST TOPLINE<br />
Provodljivost topline pojedinog materijala ovisi o slijedećim<br />
karakteristikama:<br />
1. O prostornoj težini. Što je materijal laganiji odnosno ima više pora<br />
zraka to je bolji toplinski izolator (daje veći otpor provodljivosti<br />
topline). Suhi zrak odličan toplinski izolator.<br />
2. O veličini pora. Što su pore sitnije materijal je bolji toplinski izolator.<br />
3. O količini vodene pare zraka i vlastite pare koju materijal može<br />
sadržavati. Vlažan materijal je slabiji izolator od suhoga.<br />
Voda je 25 puta bolji vodič topline od zatvorenog, mirnog<br />
zraka.
DIFUZNI TOKOVI U KONSTRUKCIJAMA<br />
Građevinski objekt može se vlažiti na tri načina:<br />
• iz temeljnog tla<br />
• djelovanjem atmosferske vlage<br />
• djelovanjem difuzne vlage<br />
Građevinski objekti klasičnog građenja zaštićivali su se od prva dva<br />
slučaja. Prelaskom na novije konstrukcije počele su se pojavljivati<br />
štete na konstrukcijskim elementima izazvane djelovanjem<br />
unutarnje vlage iz zraka zagrijane prostorije u zimskom periodu.<br />
Ustanovljeno je da je često unutarnja vlaga opasnija od vanjske i da<br />
je apsolutna količina vlage unutarnjeg zraka zimi znatno veća od<br />
količine vlage vanjskog zraka.
RELATIVNA VLAGA<br />
• Zrak kod određene temperature može primiti samo jednu određenu količinu<br />
vlage. To je maksimalna količina vlage koju zrak može primiti pri određenoj<br />
temperaturi a nazivamo ju zasićenje zraka. Zrak u kojem se krećemo uvijek<br />
sadrži određenu količinu vodene pare. To je vlažan zrak za razliku od suhog<br />
zraka koji ne sadrži vodenu paru.<br />
• Sadržaj vodene pare možemo izraziti kao pritisak te pare na jedinicu površine.<br />
Jedinica za pritisak, odnosno količina vodene pare, je 1 Pa (paskal) odnosno<br />
1kPa.<br />
• Apsolutna vlaga označava stvarnu količinu vlage u zraku pri određenoj<br />
temperaturi.<br />
• Vlažnost zraka obično izražavamo relativnom vlagom.<br />
• Relativna vlaga je omjer postojeće količine vlage u zraku i maksimalne<br />
količine koju zrak kod određene temperature može primiti.<br />
• Relativnu vlagu (vlažnost zraka) izražavamo u postotcima, odnosno ona pokazuje<br />
koji dio maksimalne količine vlage zrak stvarno sadrži.<br />
• Minimalna vlažnost u prostorijama zimi 35 %.<br />
• Optimalna vlažnost propisana je pravilnikom, a ovisi o vrsti i namjeni prostorije.<br />
• Za stambene i administrativne prostore optimalna vlažnost φ i = 60%<br />
• Relativna vlaga vanjskog zraka za zimski period iznosi φ e = 90%
• Relativna je vlaga vrlo važna u zatvorenim prostorima, jer utječe na<br />
psiho-fizičke funkcije čovjeka. Čovjek lakše podnosi visoke temperature<br />
ako je zrak suh jer regulira tjelesnu temperaturu znojenjem. (Znojenjem,<br />
odnosno isparavanjem troši se tjelesna toplina i tako tijelo hladi). Ukoliko<br />
je zrak zasićen vodenom parom on neće moći primiti dodatnu paru<br />
stvorenu znojenjem što može dovesti do toplotnog udara. Premali<br />
postotak vlage u zraku izaziva nelagodu, smetnje u dišnim organima te<br />
pogodnost infekcijama. Razlog je pojačano isparavanje (tepisi,<br />
namještaj i dr.) koje stvara prašinu, a čestice prašine na vrućim grijaćim<br />
tijelima stvaraju amonijak i druge plinove što nadražuje sluznice i<br />
izaziva oboljenja.<br />
KONDENZAT nastaje kada količina vlage u zraku pređe količinu<br />
maksimalne vlage kod određene temperature, moguće na dva načina:<br />
• Ako u zasićeni zrak dodajemo nove količine vodene pare višak će se<br />
kondenzirati.<br />
• Ako zrak koji sadrži vodenu paru ohladimo ispod točke rosišta višak će<br />
se kondenzirati.<br />
ROSIŠTE označava onu temperaturu do koje se vlažan zrak može<br />
ohladiti da se postigne njegova puna zasićenost.
SVOJSTVA VODENE PARE<br />
• Vodena para nije <strong>fizika</strong>lno vezana sa zrakom, ona ima svoje<br />
posebne zakone. Vodena para prodire sa zrakom u sve šupljine i<br />
pore građevinskog materijala, osim nepropusnih materijala a to su<br />
metali. No gibanje pare nije uvijek vezano za strujanje zraka ili<br />
pritisak vjetra, već se često ponaša kao da nema zraka.<br />
• Vodena se para u prostoriji raspoređuje jednolično dok se toplina ne<br />
raspoređuje jednolično. Topli zrak se diže pa je temperatura ispod<br />
stropa kod normalnih stropnih visina za oko 4ºC viša od temperature<br />
uz pod. Zbog jednoličnog pritiska pare biti će relativna vlaga<br />
veća uz pod a manja uz strop.<br />
• Kod velike razlike u vanjskoj i nutarnjoj temperaturi (zimi 15º- 30º)<br />
nastaje i znatna razlika u parnom pritisku.<br />
• Vodena para visokog pritiska nutarnje prostorije nastojat će<br />
prodrijeti prema vanjskom nižem pritisku.
DIFUZIJA VODENE PARE<br />
• je kretanje vodene pare s mjesta većeg parnog pritiska prema mjestu manjeg<br />
parnog pritiska kroz neki materijal dok se pritisci ne izjednače.<br />
• Razni materijali daju različit otpor difuziji vodene pare. U većini slučajeva toplinski<br />
otpor materijala i difuzni otpor su divergentni, to znači da su dobri toplinski<br />
izolatori loši difuzni izolatori i obrnuto. Materijal koji ima podjednake vrijednosti<br />
toplinsko difuzne izolacije je pjenušavo staklo (foam-glass) i djelomično styrodur.<br />
• Difuzni otpor građevinskog materijala ovisi o njegovoj strukturi i količini pora.<br />
Vodena para ulazi u materijale difuzijom ili kapilarnim vlaženjem (materijal s vrlo<br />
sitnim porama - kapilarama "navlači" vlagu kapilarnim djelovanjem).<br />
• PREMA PAROPROPUSNOSTI GRAĐEVINSKE MATERIJALE GRUPIRAMO:<br />
• Organske materije - propusni zbog velike količine površinskih pora te su<br />
higroskopni (koji navlače paru).<br />
• Pečene mineralne materije - propusnost ovisi o vrsti i kvaliteti (obična opeka -<br />
klinker pločica). U pravilu opeka zbog svoje poroznosti lako upija vlagu ali ima<br />
sposobnost samo-isušenja.<br />
• Građevinski materijali s dodacima veznog materijala - betoni i mortovi. Uslijed<br />
takozvanog bubrenja betona, do kojeg dolazi ako suhi odležali beton vlažimo,<br />
nastaje samo-brtvljenje betona što pojačava difuznu izolaciju materijala, te jake<br />
betone i cementne mortove smatramo difuzno jačim materijalima (ukoliko nema<br />
većih pukotina nastalih prilikom izvedbe).
PARNE BRANE<br />
su materijali s velikim difuznim otporom odnosno difuzne<br />
izolacije, a mogu biti potpune parne brane (metali, staklo)<br />
ili djelomične (sintetske i sintetsko-bitumenske trake).<br />
KAO PARNE BRANE KORISTE SE:<br />
• Metalne folije (zaštićene) ili limovi (Al, Cu) – albit, albifol,<br />
alumka<br />
• Višekratni uljeni naliči i lakovi<br />
• Sintetske (PE-okiten višeslojan, PVC) ili sintetskobitumenske<br />
trake s ulošcima<br />
• Asfaltni i parafinski slojevi<br />
• Neprekidane gumene trake i folije<br />
• Pjenušavo staklo (FOAM GLASS)
•<br />
Parna brana<br />
Parna brana na bazi poliamida s promjenjivim otporom<br />
prolasku vodene pare. Ekvivalentna debljina zračnog<br />
sloja iznosi 0,2-5,0 m.
AKUMULACIJA TOPLINE<br />
je nagomilavanje toplinske energije u konstrukcijama. Ova pojava<br />
naročito je važna i povoljna zimi za prostorije koje grijemo. Ako<br />
zidovi imaju sposobnost akumulacije topline tada će nakon prekida<br />
grijanja biti u prostoriji još dugo toplo, zidovi će odavati toplinu,<br />
odnosno bit će spriječeno naglo ohlađenje prostorije i stvaranje<br />
kondenzata.<br />
Toplina se u nutarnjim konstrukcijama zimi može akumulirati i<br />
pasivnim zagrijavanjem odnosno osunčanjem kroz fasadne otvore.<br />
Dobri akumulatori topline su materijali velike gustoće (mase) kao<br />
beton, puna opeka i dr.<br />
Toplinska akumulacija vanjskih konstrukcija ljeti je nepovoljna jer<br />
uzrokuje povećanje ionako visokih temperatura zraka u<br />
prostorijama.
DIJAGRAMI ZAGRIJAVANJA<br />
RAVNOG KROVA I FASADA<br />
OVISNO O NJIHOVOJ<br />
ORIJENTACIJI
FAZNI POMAK I TOPLINSKO PRIGUŠENJE<br />
• Ljeti sunce zagrijava vanjske obodne konstrukcije građevinskog<br />
objekta. Zagrijavanje i akumulacija topline vanjskih konstrukcija ovisi<br />
o vrsti materijala, boji materijala, strani svijeta i temperaturi zraka.<br />
• Ravni se krov zagrijava najviše, južna fasada znatno više od<br />
sjeverne.<br />
• Toplinsko difuzni tokovi u konstrukcijama biti će obrnuti od zimskih.<br />
Toplina i vlaga prolazit će izvana unutra. Zato konstrukcije treba<br />
proračunati i za ljetnu toplinsku stabilnost.<br />
• Toplina zagrijane fasade prenosi se na unutarnju površinu te dolazi<br />
do zagrijavanja prostorije. Zato je važno da konstrukcija bude takva<br />
da do zagrijavanja unutarnje prostorije dođe što kasnije (kad na<br />
fasadi dolazi do pada temperature - predvečer) odnosno da je<br />
potreban što veći vremenski razmak - FAZNI POMAK - između<br />
početka zagrijavanja fasade i unutarnje površine zida.<br />
• Konstrukcija treba biti takva da je temperatura unutarnjeg zida što<br />
manja odnosno da konstrukcija ima određeno<br />
TOPLINSKO PRIGUŠENJE.<br />
• Pravilnikom su propisane minimalne vrijednosti za fazni pomak i<br />
toplinsko prigušenje.
VENTILIRANA FASADA<br />
IDEALNO RJEŠENJE OBODNOG ZIDA
VENTILIRANA FASADA<br />
Prednosti pred klasičnim konstrukcijama:<br />
1. Fizikalno je najpovoljnija :<br />
- montažna je obloga izvrstan izolator od sunčeva zagrijavanja ljeti<br />
zbog sloja ventilirajućeg zraka između obloge i zida.<br />
- ne treba proračunavati ljetnu stabilnost - strujajući zrak omogućuje<br />
odzračenje difuzne vlage iz konstrukcije.<br />
- fasadna obloga štiti konstrukciju od atmosferilija - ukoliko voda prodre<br />
kroz fasadnu oblogu odzračiti će se u sloju ventiliranog zraka ili<br />
oteći bez navlaženja toplinske izolacije.<br />
2. Izvedba nije ovisna o građevinskoj sezoni u klasičnom smislu.<br />
3. Izvedba je brza i relativno jednostavna (montaža).<br />
4. Mogu se koristiti jeftini, veće-formatni toplinski izolatori koji inače traže<br />
solidnu kišnu branu često ranjivu u upotrebi.<br />
• Styrodur http://www.styrodur.com/<br />
• Ravago http://www.ravago.com/<br />
• Isover http://www.isover.com/<br />
• Tervol http://www.termo.si/<br />
• Okipor http://www.okipor.hr/
LJETNA I ZIMSKA TOPLINSKA KRIVULJA<br />
VENTILIRANE FASADE
TOPLINSKE KRIVULJE<br />
ZA TIPIČNE SASTAVE OBODNIH ZIDOVA
KAO TOPLINSKE IZOLACIJE KORISTE SE:<br />
- Mineralna, kamena i staklena vuna<br />
- STYROPOR – ekspandirani polistiren EPS<br />
- STYRODUR – ekstrudirani polistiren<br />
- Poliuretanska pjena – PURPEN ili tvrda spužva<br />
- HERAKLIT (drvena strugotina impregnirana magnezitnim cementom)<br />
- KOMBI ploče – styropor + heraklit<br />
- Pluto, slama, drvene prerađevine<br />
- Izolacijski mortovi (žbuke) – DRACOTERM, PERLIT<br />
- Lagani (plino) betoni - YTONG<br />
KAO OBLOGE VENTILIRANE FASADE KORISTE SE:<br />
- plemeniti ili oplemenjeni ravni, prešani ili rebrasti limovi (Al, Cu), alucobond<br />
- azbest-cementne male, srednje ili velike, ravne ili valovite ploče<br />
- Šindra, drvo<br />
- plastika kao armirani poliester, fiberglas, polikarbonatne ploče<br />
- kamene ploče, betonske ploče<br />
- klasični materijali kao što je opeka i opekarske pločice,<br />
- razni paneli s keramičkim pločicama<br />
- staklo
TOPLINSKI MOSTOVI<br />
Toplinski mostovi su dijelovi obodnih konstrukcija grijanih<br />
građevina kod kojih, zbog korištenja materijala različitih<br />
toplinskih svojstava, može doći do povećanog gubitka<br />
topline, a time i mogućnosti stvaranja kondenzata.<br />
(serklaži, nadvoji, ugradnja prozora, izolacija cijevi<br />
grijanja, njihovih ventila i pričvrsnica …).<br />
Toplinski mostovi na vertikalnim konstrukcijama (zidovi)<br />
nisu dozvoljeni dok su za toplinske mostove koji se ne<br />
mogu izbjeći propisane minimalne vrijednosti koeficijenta<br />
toplinskog prolaza.<br />
Uz kvalitetnu toplinsku izolaciju obodne konstrukcije<br />
zgrade, izbjegavanje toplinskih mostova preduvjet je<br />
energetski efikasne gradnje.
Styropor<br />
ekspandirani polistiren EPS – DEMIT fasada<br />
Styrodur<br />
ekstrudirani polistiren – temeljne izolacije, ravni<br />
krovovi, ventilirane fasade, kompozitne fasade<br />
Kombi ploče<br />
stiropor kaširan heraklitom<br />
(impregnirana drvena strugotina)<br />
- koristi se kao izgubljena oplata<br />
za izolaciju serklaža, nadvoja,<br />
sendvič zidova.
• DEMIT FASADA<br />
Styropor ploče (100 cm x 50 cm) se lijepe na zid građevinskim<br />
ljepilom i mehanički učvršćuju plastičnim tiplama s čeličnim<br />
vijkom, a najčešće se polažu na rubni početni profil.<br />
• Rubni se profil postavlja najmanje 30 cm od razine tla.<br />
• Ploče se polažu odozdo prema gore, a postavljaju se najprije<br />
na uglovima zgrade.
Mineralne vune<br />
kamena i staklena vuna u roli<br />
ili ploče za zidne i stropne<br />
konstrukcije<br />
Tvrde spužve<br />
od polistirola, poliuretana<br />
i fenolnih smola
Kamena vuna<br />
• Kamena vuna je izolacijski materijal mineralnog porijekla za<br />
toplinsku, zvučnu i protupožarnu izolaciju u graditeljstvu,<br />
industriji i brodogradnji. Kao sirovine za proizvodnju kamene<br />
vune upotrebljavaju se prirodni i umjetni silikatni materijali.<br />
Od prirodnih materijala upotrebljava se kamen diabaz i<br />
dolomit, a u manjoj mjeri i bazalt, dok se od umjetnih<br />
materijala koriste tzv. briketi koji se dobivaju preradom<br />
otpada iz tehnološkog procesa uz dodatak cementa. Glavni<br />
kemijski spojevi koji ulaze u sastav navedenih sirovina su<br />
oksidi silicija, aluminija, kalcija, magnezija i željeza.<br />
Navedene sirovine transportiraju se u kupolnu peć u kojoj se<br />
tale na temperaturi od 1500°C. Za proces taljenja sirovina<br />
kao energent se koristi koks. Može se reći da, iako je<br />
konstrukcija peći prilično jednostavna, procesi koji se u njoj<br />
odvijaju su vrlo složeni i raznoliki: sagorijevanje koksa,<br />
procesi izmjene topline, fizičko-kemijski prijelazi materijala iz<br />
jednog agregatnog stanja u drugo itd.<br />
Dugovječnost Vodootpornost Paropropusnost Otpornost na mikroorganizme
TEMPERATURNA DILATACIJA KONSTRUKCIJA<br />
• Uslijed temperaturnih razlika nastalih bilo klimatskim uvjetima, bilo promjenom godišnjih doba ili<br />
sunčevim zračenjem, nastaju i deformacije unutar konstruktivnih elemenata objekata. Povišenjem<br />
temperature materijal se rasteže, a snižavanjem temperature materijal se steže. Nedovoljna kontrola<br />
navedenih promjena može dovesti do oštećenja objekata, pa i do rušenja konstruktivnih sistema. Česta<br />
su oštećenja krovnih rubova, fasada, pucanja materijala na spojevima, itd.<br />
• Velika razlika između zimskih niskih temperatura i visokih temperatura uzrokovanih ljetnim sunčevim<br />
zračenjem donosi dodatna naprezanja u kontrukcijama.<br />
• Prema Cammereru, temperatura pojedinih dijelova konstrukcije kod temperature zraka<br />
• od 30 - 35ºC iznosi:<br />
─ na vertikalnim žbukama zidova do 65º<br />
─ na čeličnim konstrukcijama na južnoj fasadi do 75º<br />
─ na crnoj bitumenskoj ljepenki (na tankoj ploči) do 70º<br />
─ isto ali na debeloj ploči koja akumulira topl. do 80º<br />
─ isto ali na toplinskoj izolaciji do 90º<br />
─ na aluminijskoj sjajnoj foliji (samo na sjajnoj!) do 19º<br />
─ na bijeloj plohi do 24º<br />
• Iz gornjih je podataka vidljivo da zagrijavanje uslijed djelovanja sunčevih zraka ovisi o boji materijala (što<br />
je boja tamnija veće je upijanje sunčevih zraka i time veća temperatura materijala), vrsti materijala,<br />
slojevima konstrukcije (ukoliko konstrukcija ne može odavati toplinu prijenosom na drugi materijal, ili<br />
zračnim strujanjem, zagrijavanje je veće) te konačno o položaju prema djelovanju sunca - najtopliji je<br />
krov pa jugozapadna strana, a najhladnija je sjeverna strana.
TOPLINSKE DILATACIJE (dilatare (latinski) = širiti)<br />
Toplinske dilatacije (dilatacijske reške) imaju zadatak spriječiti oštećenja konstrukcija uslijed<br />
temperaturnih promjena u samim konstrukcijama.<br />
Dilatirati se mogu cijeli objekti ili dijelovi objekta pa dilatacije dijelimo na glavne i dopunske.<br />
Glavne dilatacije:<br />
Obično se izvode kod objekata visokogradnje na svakih 30 – 40 m. Reške se izvode tako da<br />
se objekt dilatira po cijeloj visini, tako da se podijeli u samostalne konstruktivne cjeline.<br />
Dilatacije se rade širine 3cm za zgrade do 5 m visine, a za svakih slijedećih 5 m po 2 cm više.<br />
Reške ne smijemo ispunjati žbukom nego ih moramo jasno naglasiti. Ako dilataciju ispunimo<br />
žbukom ona će se zbog rastezanja ili stezanja otvoriti i nastati će pukotina. Da bi se<br />
spriječio propuh ili vlaženje kroz dilataciju zatvaraju se reške trajno elastičnim kitovima,<br />
letvicama, trakama od plastične mase, aluminija i sl. Naročito pažljivo dilataciju treba<br />
zatvoriti na ravnim krovovima, temeljima, podrumskim zidovima i sl. Temperaturne razlike<br />
u neutralnoj osi kod ravnog krova ne bi smjele biti veće od 10 - 17 ºC.<br />
Svaki statički proračun sadrži i proračun dilatacija odnosno naprezanja koja nastaju u<br />
konstrukcijama uslijed temperaturnih promjena.<br />
Dopunske dilatacije<br />
Treba proračunati kod svih konstrukcija koje su podložne velikim promjenama temperature.<br />
Dilatiranje (širenje ili stezanje) ne smije biti veće od 1 mm.
AKUSTIKA I ZVUČNE IZOLACIJE<br />
• Zvuk nastaje titranjem čestica materije i može se širiti samo kroz<br />
materijalnu sredinu, a ne prolazi kroz vakum. Izvor zvuka može biti<br />
zategnuta žica, membrana i slično koje svojim titranjem vrše udare<br />
na čestice zraka i izazivaju pravilne promjene u zraku.<br />
• Ovakvi titraji mogu nastati u tekućinama i plinovima ali čovjek je<br />
okružen zrakom pa prima zvuk primarno iz zraka.<br />
• Zbog tih promjena nastaju u zraku zgušnjavanja i razrijeđenja koja<br />
se kroz materijal šire u obliku zvučnih valova.<br />
• Brzina rasprostiranja zvuka zavisi o vrsti materijala i njegovoj<br />
temperaturi, a različita je za razne vrste materijala, na pr. kod 20ºC<br />
brzina zvuka kroz : zrak je 342 m/sek, vodu 1460 m/sek, gumu 40-<br />
50 m/sek, pluto 500 m/sek, čelik 5000 m/sek.
Karakteristike zvuka :<br />
FREKVENCIJA<br />
je broj titraja u sekundi a mjeri se hercima. 1 Hz=1 titraj/sek.<br />
Različite frekvencije ljudsko uho osjeti kao različite visine tonova. Zvuk male<br />
frekvencije osjećamo kao duboke, a zvuk visoke frekvencije kao visoke<br />
tonove. Ljudsko uho može čuti frekvencije od 16 do 20000 Hz (odrastao<br />
čovjek do 16000 Hz) – to nazivamo čujno područje.<br />
INFRAZVUK - ispod 16 Hz čovjek osjeća kao potresanja<br />
ULTRAZVUK - iznad 20.000 Hz<br />
Građevinska <strong>fizika</strong> proučava načine zvučne zaštite za zvukove<br />
koji čovjeku smetaju, a to je između 100 i 3150 Hz. Osnovni<br />
standardni ton iznosi 1000 Hz.<br />
Za ispitivanje zvučnih izolacija konstrukcija upotrebljavaju se zvučni<br />
prijemnici koji registriraju sve frekvencije od 100 do 3150 Hz, ali se najčešće<br />
upotrebljavaju prijemnici s ugrađenim tercnim filterima koji registriraju<br />
zvukove samo na slijedećim frekvencijama: 100, 125, 200, 250, 315, 400,<br />
500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2500 i 3150.
INTENZITET ZVUKA<br />
je objektivno mjerilo jačine zvuka<br />
• to je prosječna zvučna snaga odnosno ukupna energija koju izvor zvuka<br />
• predaje okolini propuštena u nekoj točci u W/m 2 .<br />
• Čovjek kod zvuka uglavnom razlikuje visinu tona –frekvenciju i<br />
jačinu zvuka - glasnoću.<br />
• Ocjena jačine zvuka uhom je subjektivna pa su u fizici uvedene<br />
objektivne mjere.<br />
• Zbog titranja čestica elastične tvari nastaje u njoj zvučni tlak kojeg<br />
mjerimo mikro barima (1b = 0,1 Pa) ili paskalima.<br />
• Omjer zvučnih snaga upravno je proporcionalan omjeru kvadrata<br />
pripadajućih zvučnih tlakova.<br />
• Čujno područje zvučnog pritiska nalazi se između tzv. čujnog praga koji<br />
iznosi 2 x 10 -4 (0,2 Pa) i praga bola koji iznosi 2 x 10 2 (20 Pa).
Dakle omjer između čujnog praga i praga bola iznosi 1:10 6 , pa će omjer<br />
zvučnih snaga iznositi 1:10 12 (Skala čiji bi najveći broj imao 12 nula bila<br />
bi vrlo nepogodna pa se upotrebljava logaritamska skala s bazom 10, za<br />
logaritme brojeva od 1 do 10 12 ).<br />
Prema fizičaru Bellu skala je podijeljena na 12 dijelova, 12 B odnosno<br />
120 dB (deciBella) 1 dB = 1/10 B.<br />
• Decibel je jedinica bez dimenzije a služi za iskazivanje omjera dvije<br />
istorodne veličine (zvučni tlak, zvučna snaga, zvučni intenzitet).<br />
Budući da je decibelna skala logaritamska odnosi veličina su drugačiji nego<br />
kod drugih jedinica (cm, kg).<br />
• Primjer: zvuk od 20 dB nije 2 puta veći od zvuka od 10 dB već je:<br />
20 dB = 2B, a to je logaritam tj. eksponent baze 10<br />
10 2 /10 1 = 10<br />
• Dakle zvuk od 20 dB je 10 puta veći od zvuka od 10 dB.
GLASNOĆA ZVUKA<br />
je subjektivna jačina zvuka određene frekvencije izražena Phonima.<br />
Uho je prijemnik zvuka koji radi na istom principu kao i mikrofon: zvučnu<br />
energiju pretvara u električnu i te impulse predaje mozgu.<br />
Ali uho ne čuje sve tonove jednako. Zvukove niskih frekvencija uho vrlo<br />
slabo čuje, srednje registrira podjednako kao mjerni instrument, a<br />
zvukove visokih frekvencija čuje slabije.<br />
Isto tako za svaku čujnu frekvenciju postoji najniži zvučni tlak koji uho može<br />
čuti. Objektivna jačina zvuka izmjerena instrumentom i subjektivni dojam<br />
se razlikuju.<br />
Na temelju ispitivanja nastale su krivulje jednake glasnoće za čujno<br />
područje frekvencije (Fletcher – Munsonove krivulje).<br />
Slične krivulje daju mjerači buke koji na posebnim skalama očitavaju<br />
glasnoću i intenzitet zvuka.<br />
Prema krivuljama npr. zvuk frekvencije od 30 Hz čovjek ne čuje do<br />
intenziteta od 60 dB, to znači da je glasnoća 0 Phona.<br />
Kod standardnog tona od 1000 Hz glasnoća i intenzitet zvuka su isti.
PHONSKE KRIVULJE ISTE JAČINE GLASA ZA<br />
ČISTE TONOVE 1. GRANICA BOLA 2. PRAG BOLA
POJAVE PRILIKOM ŠIRENJA ZVUKA<br />
U mirnoj atmosteri kod iste temperature i vlage zvuk se pravolinijski rasprostire na sve<br />
strane. Kod točkastog izvora zvuka (govor jednog čovjeka) zvuk se širi u vidu<br />
koncentričnih lopti, kod linijskih izvora (željeznica) u vidu valjkastih ljuski.<br />
Interferencija zvučnih valova - je pojačavanje, oslabljenje ili poništenje zvučnih<br />
valova koje nastaje pri sudaranju valova raznih valnih dužina (primjer sumrak).<br />
Refleksija (odbijanje) - od jednog zvučnog udarca do drugog mora proći min 1/10 sek<br />
da bi uho osjetilo reflektirani zvuk. U zatvorenom manjem prostoru zvuk se odbija<br />
od stijena pa ga uho osjeća kao jedan pojačani zvuk (u protivnom čujemo odjek).<br />
Difrakcija (skretanje) - ako zvučni val naiđe na prepreku, ovisno o istoj, može doći do<br />
difrakcije, zvučne sjene ili, ako je mala prepreka, do refleksije.<br />
Refrakcija (prelamanje valova) - slično zrakama svjetla i zvučne zrake lome se pri<br />
prelazu iz jedne sredine u drugu. U atmosferi zrake se lome prema gore ako je<br />
dolje topliji zrak a prema dolje ako je dolje hladniji zrak (čamci na moru ljeti, iznad<br />
mora hladniji zrak - daleko se čuje).<br />
Apsorpcija (upijanje) - Prilikom nailaska zvučnih valova na prepreku jedan dio zvučne<br />
energije će se reflektirati a drugi će apsorbirati prepreka. Koliko će apsorbirati ovisi<br />
o vrsti materijala i frekvenciji. Omjer apsorbiranog i reflektiranog zvuka naziva se<br />
koeficijent apsorpcije (za mramor 0,01, za mineralnu vunu 0,78).<br />
Rezonancija - Tijelo koje titra nagoni zvučnim udarcima druga tijela u svojoj blizini da<br />
titraju ukoliko su podešeni na isti broj titraja u sek. (napnemo dvije žice gitare na<br />
isti ton, jednu trznemo i utišamo, druga će zazvučati).
OBLICI DVORANA<br />
GORE: S KORISNIM REFLEKSNIM STROPOM<br />
DOLJE: SA STROPOM KOJI STVARA PAZVUK<br />
Za direktno ozvučenje<br />
preporučuje se h= 8cm<br />
Refleksija zvučnih<br />
valova u prostoriji
BUKA<br />
Štetno djeluje na organizam od razdražujućeg djelovanja do oštećenja sluha i gluhoće;<br />
izaziva patološke promjene u organizmu, opekotine kod jakog zvuka (zvučna energija<br />
pretvara se u toplinsku), ometanje rada, smanjenje radne sposobnosti.<br />
Kod nas za sada ne postoje propisi o dozvoljenoj jačini buke pa se služimo preporukama<br />
lječničkih udruženja drugih zemalja prema kojima je dopušteno izlaganje buci slijedeće:<br />
buka jačine 90 dB dopušteno izlaganje 8 h/dan<br />
92 dB “ 6 h/dan<br />
95 dB “ 4 h/dan<br />
l00 dB “ 2 h/dan<br />
105 dB “ 1 h/dan<br />
110 dB “ 0,5 h/dan<br />
115 dB “ 0,25 h/dan<br />
Buka se se ne može uvijek izbjeći iako je dokazano njeno štetno djelovanje na organizam.<br />
U građevinarstvu ima također mnogo poslova i strojeva koji stvaraju veliku buku, pa se<br />
upotreba takvih strojeva ograničava vremenom trajanja, dobom dana, obaveznom<br />
primjenom zaštitnih mjera.<br />
Za svaki prostor u kojem boravi čovjek propisuju se norme dozvoljene buke, pa će u<br />
radionici one biti veće nego jednoj bolnici.<br />
Dobar urbanistički plan i projekt, odnosno pravilno zoniranje mirnih (stambenih) zona i zona<br />
rada (buke) preduvijet su dobre zaštite naselja od buke.
ZAŠTITA NASELJA OD BUKE<br />
• Za proračun režima buke u gradovima propisane su norme dozvoljene buke u<br />
pojedinim zonama različite namjene (stambenie, poslovne, industrijske…).<br />
• Sanitarnim normama razlikujemo nepromjenjivi, promjenjivi i isprekidani zvuk.<br />
• nepromjenjivi - jačina se ne mijenja više od 5 dB i traje dulje vrijeme.<br />
• Promjenjivi - jačina se mijenja za više od 5 dB.<br />
• Isprekidani - izmjena u trajanju od 1 ili više sekundi.<br />
Zvuk se u atmosferi drugačije širi nego uz površinu zemlje; u jednoličnoj atmosferi<br />
pada jačina zvuka s povećanom udaljenosti od izvora, a dopunsko sniženje zvuka<br />
može nastati apsorpcijom zvuka zbog vlažnosti, dima, magle, refrakcije zv. valova,<br />
kod vjetra različitih temp. zraka i sl.<br />
Kod širenja točkastog izvora zvuka u gradovima sniženje nivoa zvučnog pritiska je za<br />
6 dB manje kod svakog udvostručenja udaljenosti od izvora zvuka, a kod linijskog<br />
izvora 3 dB manje (Početna udaljenost obično se uzima 7 m).<br />
Ako nam je poznata jačina zvuka na udaljenosti od 7 m, možemo izračunati za koliko<br />
se smanji jačina zvuka npr. na 56 m.<br />
Točkasti izvor : 14 m - 6 dB manje, 28m - 12 dB, 56 m - 18 dB manje<br />
Linijski izvor : 14 m - 3 dB manje, 28m - 6 dB, 56 m - 9 dB manje
Uz zemljinu površinu dolazi do prigušenja zvuka zbog prelaza zvučne<br />
energije na tlo. Najveće prigušenje je iznad tla obraslog travom, grmljem i sl.<br />
Visoko raslinje također apsorbira buku. Veličina apsorpcije ovisiti će o vrsti<br />
zelenila i rasporedu istog. Npr. drvored ispod kojeg nije posađeno grmlje<br />
slabo prigušuje buku dok gusti i neprozirni nasadi dobro prigušuju buku.<br />
Raspored sadnje drveća ima velik utjecaj na prigušenje buke. Ako se drveće<br />
sadi u paralelnim pojasima svaki pojas mora biti 5 - 6 m širine s drvećem<br />
gustih krošnji u pomaknutom rasporedu tako da se zvuk rasipa u prostoru<br />
između redova drveća. Ispod drveća treba zasaditi gusto zelenilo.<br />
Prigušenje zvuka u gradu može se postići izvedbom različitih prepreka jer<br />
prilikom nailaska zvuka na prepreku iza nje nastaje zvučna sjena.<br />
Iza prepreke, zbog difrakcije zvučnih valova, zvuk neće biti potpuno<br />
prigušen, ali se može bitno smanjiti.<br />
Dakle, da bismo dobili zadovoljavajuće sniženje buke u gradovima<br />
primjenjuju se razne metode zaštite: izgradnja zgrada na određenim<br />
razmacima od izvora buke (pomoćni objekti, garaže, dućani), sadnja zelenih<br />
pojasa, izgradnja prepreka - ekrana ili kombiniranje ovih načina.
ZVUČNE IZOLACIJE U ZGRADAMA<br />
Klasifikacija buke u građevinarstvu:<br />
1. Zračna buka je zvuk koji se prenosi zrakom (govor, glazba).<br />
2. Udarna buka ili topot nastaje udaranjem po tvrdoj podlozi kroz<br />
koju se prenosi na zrak.<br />
3. Vibracije nastaju radom strojeva koji potresaju podlogu te se kroz<br />
nju kao i topot prenose na zrak.<br />
Za svaku vrstu buke morati ćemo predvidjeti poseban način zaštite<br />
odnosno izolacije.<br />
Prilikom nailaska zvučnih valova na prepreku događa se slijedeće:<br />
1. jedan dio zvučne energije reflektira se u prostoriju<br />
2. jedan dio (mali) pretvara se u toplinsku energiju<br />
3. jedan dio širi se konstrukcijom te ćemo zvuk dobiti u udaljenim<br />
prostorijama objekta (ovisno o vrsti materijala)<br />
4. jedan dio prolazi kroz prepreku u susjednu prostoriju
ZVUČNE IZOLACIJE KONSTRUKCIJA PROTIV ZRAČNE BUKE<br />
Ispitivanja su pokazala (Bergerovo pravilo) da apsorpcija zida raste upravno s<br />
njegovom težinom<br />
• zid težine u kg 10 50 100 300 500 1000<br />
• apsorpcija u dB 27 38 40 47 51 54<br />
Iz tabele vidimo da je težina zida od cca 350-400 kg optimalna za apsorpciju<br />
zvuka jer dvostruko i trostruko povećanje težine daje malo povećanje<br />
apsorpcije.<br />
Prema tome općenito smatramo da konstrukcija zadovoljava u pogledu zaštite<br />
od zračne buke ukoliko ima površinsku težinu veću od 350 kg/m 2 i ako se<br />
radi o masivnoj konstrukciji. Kod šuplje konstrukcije (polumontažni stropovi)<br />
težina iste mora biti veća od 400 kg/m 2 .<br />
Budući da sve više upotrebljavamo lake pregrade u građevinarstvu takve<br />
konstrukcije morat će se posebno ispitivati i dokazivati.<br />
U pravilu razlikujemo jednoslojne i višeslojne pregrade. Dok jednoslojna<br />
pregrada vibrira kao jedna cjelina, višeslojna će titrati svaki sloj sa različitim<br />
amplitudama, ovisno o materijalu slojeva. U pravilu dvostruke pregrade koje<br />
se sastoje od 2 kruta materijala iste težine (2x7 cm opeka) treba izbjegavati<br />
(ili ispuniti izolacijskim materijalom) jer među njima dolazi do pojave<br />
rezonancije te takav zid npr. može imati manju vrijednost zvučne zaštite<br />
nego da je izveden u jednom sloju.
• Pod određenim uvjetima može se dogoditi da pregrada uopće ne apsorbira<br />
dio zvuka, a to se događa ako dođe do podudarnosti zvučnih valova iz<br />
zraka i titranja same pregrade. Frekvencija kod koje dolazi do podudarnosti<br />
valnih dužina naziva se kritična frekvencija i može se izračunati.<br />
• Kod višeslojnih pregrada osim korištenja izolacijskih materijala (mineralna<br />
vuna, pepeo, guma) možemo postići dobru zvučnu izolaciju korištenjem<br />
pojave interferencije zvučnih valova (npr. višeslojna pregrada sa zračnom<br />
šupljinom u koju se ovjesi tkanina, ljepenka i sl.).<br />
• Kod konstrukcije višeslojnih pregrada važno je detaljiranje spojeva pojedinih<br />
slojeva kao i rješenje rubova. Ne smiju biti kruti već elastični materijali (filc<br />
od min. vune, lake građ. ploče i sl.)<br />
• Primjeri:<br />
• zid od opeke 25 cm (450 kg/m²) dobro će apsorbirati zvuk.<br />
• pregradni zid od staklenih blokova (luxfer opeka) kod 1000 Hz i intenziteta<br />
od 90 dB apsorbirati će 60 dB, dakle odličan izolacijski pregradni zid.<br />
• zid od bloketa 25 cm obostrano ožbukan zadovoljava iako ima šupljine, jer<br />
su stijenke dovoljno masivne pa ne djeluju kao membrane koje stvaraju<br />
rezonancu.<br />
• dvoslojni zid od 2x5 cm drvolita obostrano ožbukan ne zadovoljava, ali ako<br />
u 4 cm zračne šupljine ovjesimo ljepenku dobijemo zadovoljavajući zid.
ZVUČNE IZOLACIJE PROTIV TOPOTA<br />
• Stropne konstrukcije moraju imati zadovoljavajuću izolaciju od zračne i<br />
udarne buke, a zidovi samo od zračne.<br />
• Udarni zvuk nastaje i širi se direktno u materiji, zato njegov dijagram ima<br />
obrnute vrijednosti, strop mora primiti što manji intenzitet zvuka.<br />
• Za zaštitu od topota izvodimo tzv. plivajuće podove kod kojih podna<br />
površina leži na sloju izolacijskog materijala.<br />
• Pri tome treba paziti da se izolacijski materijal (mineralna i staklena<br />
vuna, stiropor, pluto, guma) provuče i bočno te oko cijevi i kanala koji<br />
vertikalno probijaju konstrukciju da se izbjegnu zvučni mostovi.<br />
PLIVAJUĆI PODOVI:<br />
s estrihom (podlogom):<br />
• cementni estrih - cem. mort ili beton MB 25 sa sitnim agregatom. Kod<br />
većih površina armira se križnom armaturom Ø 3/20 cm, min d = 3,5 cm.<br />
• Magnezitni estrih<br />
• gipsani estrih 3,5 - 4,5 cm<br />
• asfaltni mastiks (bitumen + mineralni sastojci) + fino kameno brašno<br />
bez estriha - za podove u vidu brodskog poda ili parketa
PLIVAJUĆI POD S ESTRIHOM NA<br />
MINERALNOJ VUNI DRVENE<br />
STROPNE KONSTRUKCIJE<br />
PLIVAJUĆI POD S ESTRIHOM ARMIRANO<br />
BETONSKE STROPNE KONSTRUKCIJE<br />
PLIVAJUĆI POD BEZ ESTRIHA DRVENE STROPNE<br />
KONSTRUKCIJE S IVERIT ILI OSB PLOČAMA NA<br />
MINERALNOJ VUNI
IZOLACIJE OD ODJEKA U PROSTORIJI<br />
Rješavaju se upotrebom apsorbera na unutarnjoj strani zida kao što su vuna<br />
(dlakavi tepisi i tapeta), pamuk, svila, min. vuna, mekani kanelirani lesonit<br />
(celoteks), gipsane ploče i sl.<br />
Do problema odjeka dolazi kod velikih prostora: hale tvornica s radom strojeva,<br />
radionice i sl. Izolacija se izvodi postavom raznih apsorbera i elektroničkom<br />
regulacijom.<br />
VIBRACIJE<br />
Zaštita od vibracija sastoji se u izoliranju izvora koji proizvodi vibracije, tako da<br />
se stroj postavi na elastičnu odnosno amortizacijsku podlogu kao pluto,<br />
azbest, pust ili podloge od elastičnih materijala kao što je guma ili metalne<br />
opruge.