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"MODE DE CONSTRUCTION DES PLANCHERS, DES TROTTOIRS, DES CHAUSSEES, DES,MASSIFS DE FONDATION POUR MACHINES ETC.
ISOLES POUR LESSONS, LES BRUITS ET LES VIBRATIONS"
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La présente invention a pour objet un mode de construction des planchers, des trottoirs, des chaussées, des massifs de fondation pour machines etc. isolés pour les sons, les bruits et les'vibrations.
Suivant ce mode de construction, la couche supérieure qui constitue la surface du plancher, de la chaussée etc. est exécutée par coulage, par exemple en .béton armé, et supportée par une matière élastique isolante pour le son.. ' , ,
Afin d'élucider les suppositions étales con- ditions qui servent de base à cette invention, l'expo- sé suivant commence par une description détaillée des circonstances dont il faut tenir, compte dans.la cons- truction des planchers qui doivent.être isolés pour les différents types de sons et de bruits.
Définitions
Les sons transmis par l'air sont les sons qui se propagent principalement dans l'air entre la source sonore et-son ambiance. La paroles léchant et la mu- sique émise par les récepteurs de radio sont des exém- ples des sone transmis par l'air.
Quand on marche sur un plancher ou quand on 'monte.vu descend un escalier, on produit des bruits dans le même --local. A ces bruits on donne le nom de bruits de tambour. En outre, ces bruits se propagent à d'autres locaux dans le même bâtiment, où on les ap- pelle bruits des pas ou bruits de choc.
Tous les autres bruits, par exemple les bruits provenant des ventilateurs, des moteurs d'as- censeurs etc., qui se propagent dans un bâtiment par sa charpente ou ossature, sont nommés bruits transmis par l'ossature.
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L'intensité des sons et des bruits dans un local peut être exprimée directement en unités de puissance ordinaires, par exemple en watts par centi- mètre carré. Toutefois, elle est normalement'repré- sontée par l'une des grandeurs suivantes.
Soit la puissance sonore, dont l'unité est le décibel (db). La puissance sonore est égale à 10 fois le logarithme du rapport entre l'intensité du son en question et celle du son audible le plus fai- ble (dont l'intensité est de 10-16 watts par cm2).
Soit l'intensité sonore subjective, dont l'unité est le phone. La sensibilité de l'oreille aux sons varie suivant leur fréquence. L'intensité sonore subjective, exprimée en phones, est égale à la puis- sance sonore corrigée de manière à tenir compte de la sensibilité de l'oreille. On dit que l'intensité sub- jective d'un son est égale à n phones, si ce son, per- çu par une oreille normale, parait être aussi fort qu'un son dont la fréquence est de 1.000 périodes par seconde et dont la puissance sonore est de n décibels.
Par exemple, la puissance sonore d'un son de 100 p/s doit être environ 2,5 fois aussi élevée que celle d'un son de 1.000 p/s pour que ces deux fré- quences soient perçues comme également fortes par l'oreille (quand l'intensité sonore subjective est d'environ 20 phones).
Lorsque l'intensité sonore subjective est très élevée, la puissance sonore est à peu près égale à l'intensité sonore subjective dans toute la gamme de; fréquences.
Quand la puis;sance sonore atteint 120 à 130- . db, le son s'approche du seuil de douleur. Dans les habitations, la puissance sonore eu comprise entre
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20 et 90 db.
Conditions minima pour l'isolement phonique des bâti- ments.
Depuis 1946, la Direction Générale Suédoise des Edifices a spécifié les conditions auxquelles doit satisfaire l'isolement phonique des maisons d'habita- tion, des hôpitaux, des écoles, des magasins et des bureaux. Ces conditions ont été soumises à une revi- sion radicale au cours des années 1948 à 1950. Les conditions qui sont en force actuellement sont repro- duites dans ce qui suit conformément aux "Instruc- tions publiées par la Direction Générale Suédoise des Edifices au sujet de la loi du bâtiment du 3 fé- vrier 1950".
Dans les immeubles qui sont exposés aux dangers de bruits perturbateurs, l'isolement phonique entre les pièces habitées dans les appartements d'ha- bitation ou les pièces de travail dans les apparte- ments affectés aux bureaux ou magasins et les pièces ou locaux situés en dehors de ces appartements, entre les pièces dans les hôpitaux et entre les pièces dans les écoles, ainsi que l'isolement phonique entre ces pièces et d'autres:locaux doivent satisfaire aux con- ditions minima indiquées dans le tableau 1. (Nous ne reproduisons ici que les conditions relatives à l'iso- lement pour les bruits de choc des planchers à char- pente en béton).
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TABLEAU 1 Conditions minima auxquelles doit satisfaire l'isole- ment pour les bruits de choc des pièces séparées par des planchers à charpente en béton. Les chiffres sont en décibels.
EMI5.1
<tb>
Pièces <SEP> habitées <SEP> 55
<tb>
<tb> Pièces <SEP> de <SEP> travail <SEP> dans <SEP> les <SEP> apparte-
<tb>
<tb> ments <SEP> affectés <SEP> aux <SEP> bureaux <SEP> et <SEP> maga-
<tb>
<tb> sins <SEP> 50
<tb>
<tb> Pièces <SEP> dans <SEP> les <SEP> h8pitaux <SEP> 55
<tb>
<tb> Bièces <SEP> dans <SEP> les <SEP> écoles <SEP> 50
<tb>
L'isolement des pièces pour les bruits de choc (D') entre deux pièces ( S et M ) est exprimé en db' et défini par la formule
EMI5.2
Dl m 130 LtM 10 108 AM dbl où L'M désigne l'intensité sonore subjective moyenne dans la pièce M, qui doit être mesurée en phones par un phonomètre moyennant,une courbe de filtrage de 30 à 60 phones. Cette intensité doit être produite par un appareil marteleur du type prescrit par le Labora- toire d'Essais de l'Etat Suédois.
Cet appareil doit être posé sur la charpente du plancher dans la chambre S; AM désigne l'absorption, en mètres carrés, dans la pièce S, qui doit être calculée comme valeur moyenne pour la gamme des fréquences de 600 à 1.200 @/s.
En sus de ces conditions minima relatives à l'isolement des pièces pour les bruits de choc, on trouvera dans le tableau 2 les valeurs maxma admissi- bles des intensités sonores subjectives dans les piè- ces exposées aux bruits permanents qui proviennent des sources extérieures. La valeur maximum de cette intensité sonore subjective, mesurée au centre de la
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chambre dont l'ameublement sera normal et dont les por- tes et les fenêtres seront fermées, ne doit pas dépas- ser les chiffres indiqués dans le tableau 2.
TABLEAU 2 Valeurs maxima admissibles de ltintensité sonore sub- jective en phones.
EMI6.1
<tb>
Types <SEP> de <SEP> locaux <SEP> Dans <SEP> les <SEP> Dans <SEP> les <SEP> régions
<tb>
<tb> régions <SEP> par- <SEP> particulière-
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<tb> ticulièrement <SEP> ment <SEP> silencieue
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<tb> bruyantes <SEP> ses
<tb>
EMI6.2
-------------------------------------------------------
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<tb> Pièces <SEP> habitées <SEP> 40 <SEP> 30 <SEP>
<tb>
<tb> Pièces <SEP> de <SEP> travail <SEP> dans
<tb> les <SEP> appartements <SEP> affectés
<tb> aux <SEP> bureaux <SEP> et <SEP> magasins <SEP> 45 <SEP> 35
<tb>
<tb> Pièces <SEP> dans <SEP> les <SEP> h8pitaux <SEP> 25 <SEP> 25
<tb>
<tb> Pièces <SEP> dans <SEP> les <SEP> écoles <SEP> 40 <SEP> 30
<tb>
Quand il s'agit de l'isolement pour les bruits de choc des planchers à charpente en béton, cette condition est d'importance spéciale, par exem- ple,
lorsque les bruits perturbateurs sont produits par des machines installées sur la charpente du plan- cher.
Enfin, la loi suédoise relative aux bâti- ments stipule certaines conditions concernant l'isole- ment pour les sons et bruits transmis par l'air. Pour--- tant, ces conaitions ne seront pas reproduites ici, puisque les instructions susmentionnées de la Direc- tion Générale Suédoise des Edifices constatent que "les planchers à charpente en béton constituent en gé- néral un isolement satisfaisant pour les sons trans- mis par l'air".
La Direction Générale Suédoise des Edifices ne se contente pas des essais faits au laboratoire sur les nouveaux procédés d'isolement phonique ; elle ' exige des épreuves exécutées sur des bâtiments achevés.
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EMI7.1
En b'inlatide, un frit des 6pr,ouves de l'isole- ment pour les bruits de choc sur des bâtiments ache- vés. On exige que les bruits dans la pièce située au- dessous de la charpente du plancher soumise à l'action normalisée d'un appareil marteleur soient décomposés au moyen'd'un analyseur de fréquence et,que la puissan- ce sonore, en décibels, soit représentée par une cour- be en fonction de la fréquence. Dans l'intervalle de fréquence de 100 jusqu'à 3. 600 p/s, cette courbe tout entière doit se trouver au-dessous d'une courbe norma- lisée.
Dans la construction de la courbe normalisée, on a tenu compte du fait que la sensibilité de l'oreil. le varie en fonction de la fréquence.
Toutefois, les méthodes finlandaise et sué- doise ne sont pas différentes en principe. Elles dif- fèrent surtout en ce qui concerne la technique des mesures.
Au Danemark, on exécute les épreuves de l'isolement pour les bruits de choc sur des bâtiments achevés. On exige que la puissance sonore, en déci- bels, mesurée dans la pièce située au-dessous de la cha pente du joncher, qui est soumise à l'action nor- mallsée d'un appareil marteleur, soit réduite de 15 db en royenne -dans l'intervalle de fréquence de 125 jus- que 1.600 p/s - par rapport à la puissance sonore mesurée au-dessous d'une charpente correspondante non-isolée en béton, c'est-à-dire sous une dalle nue en béton.
Les spécifications danoises diffèrent en principe de celles. utilisées en Suède et en Finlande.
En effet, les règles danoises n'exigent qu'une valeur fixée de la réduction de la puissance sonore par des mesures prises pour améliorer l'isolement phonique.
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D'autre part, contrairement aux prescriptions suédoi- ses et finlandaises, les stipulations danoises ne spé- cifient aucune valeur déterminée du pouvoir d'isole- ment phonique total de l'ensemble des éléments de construction qui constituent le plancher. Néanmoins, les résultats obtenus à l'aide des méthodes employées dans ces trois pays sont à peu près les mêmes dans la pratique, puisque le pouvoir d'isolement phonique des dalles de plancher nues en béton n'est,que très peu influencé par la travée, par l'épaisseur et par le poids spécifique de la dalle (au moins quand ces gran- deurs varient dans les limites qui entrent en ligne de compte à l'heure actuelle). Par conséquent, on peut supposer que le pouvoir d'isolement phonique reste constant d'une dalle à l'autre.
L'intensité sonore subjective, en phones, dans une pièce au-dessous d'une dalle nue en béton soumise à l'action d'un appareil marteleur normalisé est probablement comprise entre 80 et 85 phones. Si on exige que cette intensité soit réduite de 15 débi- bels en moyenne, ce qui vaut à peu près 15 à 20 phones dans l'intervalle de fréquence de 125 à 1.600 p/s, il en résulte uh pouvoir d'isolement pour les bruits de choc d'environ 65 db' suivant la méthode suédoise.
Des spécifications semblables au sujet de l'isolement pour les bruits de choc existent dans la plupart des pays civilisés.
Isolement pour les bruits de choc.-
Afin de satisfaire aux conditions prescrites dans le tableau.1 au sujet de l'isolement pour les bruits de choc, la dalle nue en béton doit être munie' d'une superstructure d'un type convenable.
Les "Instructions publiées par la Direction
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Générale Suédoise des Edifices" contiennent les indi- cations suivantes relatives à cette question : "L'isolement pour les bruits de choc des charpentes des planchers peut être amélioré 1 par l'amortissement des chocs eux-mêmes au moyen d'un re- vêtement mou du plancher, 2 par la division de la construction en plusieurs parties élastiquement sépa- rées, par exemple à l'aide d'un plancher dit flottant, par le remplacement des travures en bois par des dalles eh béton. Ainsi, on peut augmenter l'isolement pour les bruits de choc de 5 db au plus par un tapis épais en linoléum ou de 10 db au plus par un tapis du type ordinaire en étoffe molle.
On peut augmenter l'isolement pour les bruits de choc d'environ 20 db si on recouvre une dalle de plancher massive en béton d'une dalle supérieure en béton, béton léger ou autre matière semblable, qui a une épaisseur d'environ 5 cm et qui est entièrement séparée de la construction sous jacente par un tapis isolant de 20 mm d'épaisseur au moins. Par contre, l'accroissement de l'épaisseur de la dalle massive en béton, par exemple de 16 jusqu'à 20 cm, n'exerce qu'une influence très faible sur l'iso lement pour les bruits de choc.
Dans les cas où un plancher composé comporte une dalle supérieure qui est séparée de la construc- %ion Sous-jacente par une couche intermédiaire élasti que, il est nécessaire qu'aucun point de la dalle su- périeure ne soit en contact avec la dalle inférieure ou les murs adjacents. Pour cette raison, la couche intermédiaire élastique doit couvrir la dalle infé- rieure tout entière. Cette prescription est à obser-' ver surtout dans l'exécution de tous les joints. En outre, la couche isolante doit être surélevée le long
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des bords de la dalle inférieure.
Voici encore un extrait, qui a été tiré d'un article rédactionnel publié aans Svensk Byggkata- log (Catalogue du Bâtiment) de 1952: " Les planchers en bois soutenus par des solives assu- rent un isolement phonique satisfaisant, mais ils ont un défaut fâcheux puisqu'ils ont pour résultat des bruits de tambour relativement forts. Les différents types de matières de remplissage n'ont aucune influen- ce sur l'isolement acoustique des planchers à dalle portante en béton.
Un autre type ordinaire de plancher composé comporte un plancher en bois ou une dalle supérieure en matière coulée, qui sont séparés de la dalle por- tante par une couche de matière de remplissage, par- fois une couche de sable. Ce type de plancher assure un isolement phonique satisfaisant de même que le type mentionné ci-dessus, mais occasionne des bruits de tambour moins forts que ce dernier. Cependant, les matières de remplissage utilisées à présent sont à con- sidérer comme inélastiques. Par-conséquent, l'isole- ment phonique effectué au moyen de ces matières est beaucoup moins, efficace que celui qu'on peut réaliser si on remplace!la couche intermédiaire par un tapis mou, une plaqu poreuse ou une autre matière semblable qui convient au planchers flottants".
Les "Instructions publiées par la Direction Générale Suédoise des Edifices" contiennent un tableau relatif à l'isolement des pièces pour la protection contre les bruits de choc. Ce tableau et l'introduc- tion qui le précède sont reproduits dans ce qui suit..
"Les variations des valeurs mesurées qui se rapportant au marne type de construction dans le tableau
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résultent des mesures faites dans des bâtiments ache- vés. Pour quelques types de planchers, ces variations sont dues principalement à l'exécution des travaux de construction des bâtiments. C'est vrai surtout pour toutes les constructions doubles, dans lesquelles l'exil tence des jonctions conductrices des bruits peut causer une réduction considérable de l'isolement acoustique.
Lea intervalles indiqués pour les différents types de planchers donnent l'idée des variations de l'isolement phonique qui se rencontrent dans la pratique. La va- leur limite supérieure peut être atteinte à condition que l'élément de construction en question soit exécuté avec soin".
TABLEAU 3 Isolement phonique des pièces adjacentes séparées par des planchers à charpente en béton.
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N <SEP> Composition <SEP> des <SEP> planchers <SEP> qui <SEP> Isolement <SEP> des
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<tb> séparent <SEP> les <SEP> pièces <SEP> pièces <SEP> pour
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<tb> bruits <SEP> de <SEP> choc
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<tb> naire <SEP> ou <SEP> béton <SEP> léger <SEP> ( <SEP> [gamma]= <SEP> 1,3);
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<tb> tapis <SEP> isolant;
<SEP> dalle <SEP> portante <SEP> mas-
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<tb> sive <SEP> de <SEP> 16 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> cm <SEP> d'épaisseur <SEP> en
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<tb> béton <SEP> armé <SEP> 54 <SEP> - <SEP> 751
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<tb> 2 <SEP> Dalle <SEP> portante <SEP> massive <SEP> avec <SEP> plancher
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<tb> en <SEP> bois: <SEP> planches <SEP> de <SEP> 1 <SEP> 1/4 <SEP> pouces
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<tb> anglais <SEP> d'épaisseur <SEP> sur <SEP> solives <SEP> avec
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<tb> armé <SEP> 60-63
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EMI12.1
<tb> 3 <SEP> Dalle <SEP> portante <SEP> massive <SEP> avec <SEP> plancher
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EMI12.2
<tb> en <SEP> bois <SEP> : <SEP> sur <SEP> solives <SEP> soute-
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<tb> nues <SEP> dans <SEP> une <SEP> couche <SEP> de <SEP> sable <SEP> d'en-
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<tb> seur <SEP> en <SEP> béton <SEP> armé <SEP> 58 <SEP> - <SEP> 62 <SEP>
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<tb> périeuré <SEP> en <SEP> béton <SEP> sur <SEP> remplissage
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<tb> lourd: <SEP> linoléum; <SEP> dalle <SEP> supérieure <SEP> de
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<tb> 5 <SEP> cm <SEP> d'épaisseur <SEP> en'béton <SEP> ordinaire
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<tb> ou <SEP> béton <SEP> léger <SEP> ([gamma] <SEP> = <SEP> 1,3); <SEP> remplis-
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<tb> sage <SEP> lourd <SEP> de <SEP> 5 <SEP> cm <SEP> d'épaisseur;
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<tb> portante <SEP> massive <SEP> de <SEP> 16 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> cm <SEP> d'é-
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<tb> paisseur <SEP> en <SEP> béton <SEP> armé <SEP> 56 <SEP> - <SEP> 59 <SEP>
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<tb> seur; <SEP> dalle <SEP> portante <SEP> massive <SEP> de
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<tb> 16 <SEP> - <SEP> 24 <SEP> cm <SEP> d'épaisseur <SEP> en <SEP> béton <SEP> armé <SEP> 52 <SEP> - <SEP> 54
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<tb> 6 <SEP> Dalle <SEP> portante <SEP> à <SEP> poutres <SEP> en <SEP> fer: <SEP> dalle
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<tb> supérieure <SEP> de <SEP> 5 <SEP> cm <SEP> d'épaisseur <SEP> en <SEP> bé-
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<tb> ton <SEP> ;
<SEP> remplissage <SEP> lourd <SEP> d'environ <SEP> 20
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<tb> 8 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> cm <SEP> d'épaisseur, <SEP> en <SEP> béton <SEP> armé <SEP> 52 <SEP> - <SEP> 58
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1
Pour un plancher "flottant", dans lequel il n'y a aucun point de contact entre la dalle supérieu- re et la dalle portante ou les murs, on peut or- dinairement supposer que l'isolement phonique est de 70 - 75 db t .
" Si on utilise les planchers des types Nos 1, 2, 3 et 4, de même que, en règle générale, ceux du type N 6, on peut s'attendre que l'isolement des pièces pour
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les bruits de choc entre les appartements d'habitation soit satisfaisant".
Théorie de l'isolement pour les bruits de choc des plan- chers à charpente en béton au moyen des "planchers flot- tants".
Ainsi qu'il ressort de ce qui précède, le meilleur isolement pour les bruits de choc peut être assuré par l'utilisation des "planchers flottants" ou des "constructions doubles". Un plancher composé construit selon ce procédé comporte les éléments sui- vants, énumérés de haut en bas :
lerevêtement du plan- cher (parquet ou linoléum), supporté par une dalle su- périeure -par exemple une dalle en béton ou en "tre- tong" (le terme suédois "tretong" désigne un type de béton, dans lequel le sable est remplacé, en totalité ou en partie par des sciures de bois traitées suivant un procédé spécial) de 5 cm d'épaisseur:7, qui est sé- parée par une couche intermédiaire élastique de la dalle portante en béton (par exemple une dalle de 20 cm d'é- paisseur en béton armé). On dit que toute la partie su- périeure du plancher "flotte" sur la couche intermédiai- re élastique.
Le pouvoir d'isolement acoustique d'un plan- cher de ce type est déterminé 1 par la masse totale de la dalle supérieure et du revêtement du plancher et 2 par l'élasticité de la couche intermédiaire élastique.
L'isciement phonique est d'autant plus élevé que la couche intermédiaire élastique est plus molle. Pourtant,, il est à -observer que cette mollesse doit être élasti- que, c'est-à-dire que la couche intermédiaire élastique doit reprendre sa forme, quand on la décomprime par l'enlèvement de la dalle supérieure.
La théorie du fonctionnement des planchers
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flottants est exposée dans ce qui suit.
Quand on marche sur un plancher ( ou quand un plancher est soumis à l'action des coups, des chocs ou des vibrations produits d'une autre manière ), le plancher exécute des vibrations, qui se composent d'un très grand nombre de fréquences diverses. Ces vibra- tions tendent à se propager aux éléments adjacents du bâtiment.
Chaque élément d'un bâtiment - de même que tout objet rigide en général - a sa fréquence naturel- le, c'est-à-dire une fréquence déterminée à laquelle il est apte à vibrer, quand il reçoit un coup. Par exemple, si on donne un coup à une tige d'acier, elle commence à vibrer à une fréquence plus ou moins déte- minée - la fréquence naturelle àe la tige, qui est propre au son caractéristique émis par la tige. Si, au lieu de frapper la tige, on la soumet à l'action d'un son continu, par exemple si on la pose devant un haut-parleur, les vibrations de la tige seront très fortes, quand la fréquence du son sera égale à la fré- quence naturelle de la tige. Ce phénomène s'appelle résonance.
Si la fréquence du son imposé à la tige est plus élevée que la fréquence naturelle de la tige, la quantité d'énergie transportée par la tige ne sera qu'une fraction de l'énergie totale du ton imposé. La quantité d'énergie de vibration qui peut être transport tée par la tige diminue à mesure que la fréquence du son imposé augmente par rapport à la fréquence naturel- le de la tige.
Ces raisonnements sont appliqués à l'isole- ment pour les bruits de choc ci-dessous.
La dalle supérieure, qui est soutenue par la couche intermédiaire élastique, correspond à la ti-
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ge d'acier dans l'exemple précite. Si on -frappe la dalle supérieure d'un coup vertical, elle se mot à exécuter des mouvements verticaux - elle bascule sur la couche intermédiaire élastique à sa fréquence natu- relle.' Si on adapte les poids de la couche intermé- diaire élastique et de la dalle supérieure de manière à réduire la fréquence naturelle de la couche inter- médiaire à'une faible valeur (par exemple 50 p/s), les fréquences plus élevées (par exemple dans la bande audible de 100 à 3.600 p/s, qui est spécifiée en Fin- lande) ne seront transmises que dans une forme forte- ment amortie.
A mesure que la fréquence devient plus élevée, l'amortissement devient plus fort.
La figure 1 sur le dessin ci-joint représen- te une courbe de pouvoir d'isolement acoustique.(Cette courbe est.purement théorique. Par exemple, elle ne tient pas compte de l'amortissement intérieur dans la couche intermédiaire élastique. Néanmoins, cette courbe donne une idée générale de la nature du pouvoir d'isolement acoustique).
L'abscisse exprime le rapport entre la fré- quence imposée (n) et la fréquence naturelle (f) du plancher flottant. Les nombres qui longent la courbe représentent le pourcentage de l'énergie sonore qui se propage au travers de la couche intermédiaire élasti- que jusqutà la dalle portante. Par exemple, si la fréquence naturelle du plancher flottant est de 50 p/s et si la fréquence de la vibration imposée est de 1.000 p/s, on trouve que le rapport susmentionné 0 a la valeur
EMI15.1
n = 1.000 . 2o. T 50 " En d'autres termes, l'é- nergie transmise à la dalle portante en béton n'atteirt que 2% de l'énergie des vibrations imposées.
La fréquence naturelle d'un plancher flot-
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tant, dont la coucha interméd@ire élastique est construite de telle manière qu'elle ne permet principa- lement que des mouvements verticaux, peut être calcu- lée au moyen de la formule simple
EMI16.1
-5 5 À dans laquelle f désigne la fréquence, en périodes par seconde, et s désigne la compression élastique, en centimètres, de la couche intermédiaire élastique sous l'action des poids de la dalle supérieure et du revêtement du plancher.
Il s'ensuit que la fréquence diminue (et, par consé- quent, le pouvoir d'isolement phonique devient plus élevé, suivant la figure 1) à mesure que la compres- sion augmente. Il en résulte que la superstructure , du plancher doit être aussi lourde que possible et que la couche intermédiaire élastique doit être aussi molle (son module'd'élasticité doit être aussi peu relevé) que possible.
L'augmentation du poids de la dalle supé- rieure est limtée par le désire bien légitime de ré- duire la charg sur la construction portante autant que possible. On utilise normalement une dalle supé- rieure en béton de 5 cm d'épaisseur. Dans ce cas, on -peut supposer que le poids total de la superstructure, y compris le revêtement du plancher, est,d'environ
150 kg/m2. Si la dalle supérieure est exécutée en bé- ton de sciures de bois ("tretong"),on'peut réduire ce poids jusqu'à environ 100 kg/m2. Il est évident que la charge due aux meubles dans la pièce augmente le poids de la "superstructure du plancher", et partant
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accroît la compression s, diminue la fréquence f, et contribue, pour cette raison, à l'amélioration de l'i- solement phonique.
Cependant, on ne doit pas inclure cette charge dans les calculs au début. Il suffit de constater que la charge due aux meubles produit un ef- fet favorable.
La compression élastique de la couche inter- médiaire est déterminée non seulement par le poids de la dalle supérieure, mais aussi par des facteurs sui- vants : 1. Le module d'élasticité de la couche intermédiaire.
A mesure que le module d'élasticité diminue, c'est- à-dire à proportion que la compression par unité de longueur sous l'action d'une charge donnée aug- mente, la compression totale devient plus forte.
2. L'épaisseur de la couche intermédiaire. Pour une charge donnée, la compression totale varie dans la même proportion que l'épaisseur. Par conséquent, quand le module d'élasticité du matériau est donné, la compression totale est d'autant plus forte que la couche intermédiaire est plus épaisse.
3. La surface chargée de la couche intermédiaire. La compression varie dans la même proportion que la charge par unité de superficie de la couche inter- médiaire.
Si on varie ces trois facteurs, on peut ob- tenir la valeur requise de la compression. Toutefois, on ne peut varier ces facteurs que dans de certaines limites.
Ainsi, on doit limiter l'épaisseur de la cou- che intermédiaire autant que possible, 1 afin d'écond- miser la matière isolante, 2 afin de ne pas augmenter inutilement l'épaisseur totale du plancher, et partant
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la htutur du bcîtiiiiotit, et j ,#.l,Ll d',,vlt(;;;1' 1Iolfpl{Ji uex àlénieiits intermédiaires élastiques excessive:.t&nt., hauts, puisqu'ils tendent à être trpp pliants. Une hauteur de 2 à 3 cm peut être considérée comme conve- nable.
La surface chargée de la couche intermédiai- re élastique doit être aussi petite que possible, afin d'assurer une compression maximum. Cette exigence est correcte au point de vue économique aussi, puis- qu'elle réduit au minimum la quantité de matière iso- lante nécessaire. On augmente la compression par l'ac- croissement de la charge par unité de superficie. Ce- pendant, pour chaque matière isolante élastique, il existe une valeur déterminée de la charge maximum ad- missible.
Par exemple, pour le liège dilaté ordinai- re, cette valeur est d'environ 0,5 g/cm2. Si le poids de la dalle supérieure est de 150 kg/m2 et si la charge utile due aux meubles et aux personnes est de 200 kg/m2, la charge de 0,5 kg/cm2 sur le liège cor- respond à une superficie minimum du liège qui est éga- le à 7,0 % de la superficie du plancher.
Jusqu'à présent, dans les constructions tra- ditionnelles des "plachers flottants", on a habituel- lement recouvert la charpente portante du plancher d'une couche intermédiaire élastique en forme d'un lit continu d'une matière étendue, par exemple de sable, de cendres de coke, de tapis en laine de verre ou en laine de laitier etc. On a coulé la dalle supérieure soit directement sur'cette couche intermédiaire élas- tique, soit, quelquefois, sur des feuilles de carton bitumé, dont on a recouvert la couche intermédiaire pour la protéger contre les dégâts pendant le coulage.
Dans ce qui précède, nous avons effleuré
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spécialement les circonstances dont on doit tenir compte dans l'isolement acoustique des planchers. L'i- solement phonique des trottoirs, des chaussées, des massifs de fondation pour machines etc. peut aussi avoir pour objet la protèction contre les bruits de choc, mais son but principal est la prévention de la propagation des vibrations. Par exemple, la circula- tion des automobiles, surtout des autocamions lourds, peut souvent causer des vibrations violentes dans le terrain de fondation.
Ces vibrations se propagent aux bâtiments voisins, dans lesquels elles causent des vi- brations qui sont nuisibles tant aux bâtiments eux-mê- mes, au point de vue,de la résistance des matériaux, qu'à leurs habitants, au point de vue physiologique.
La présente invention, qui se base sur les suppositions et les résultats exposés ci-dessus, a pour objet un mode de construction des planchers, des trottoirs, des chaussées, des massifs de fondation pour machines etc. isolés pour les sons, les bruits et les vibrations, mode qui offre plusieurs avantages fonda- mentaux par rapport aux procédés qui ont été utilisés jusqu'à présent.
Le mode de construction qui est l'objet de cette invention'est caractérisé par le fait que, au lieu d'une couche continue d'une matière étendue qui empêche la propagation des sons, des bruits et des vi- brations, on pose sur la construction portante du plan- cher, sur la couche de base ou sur le terrain de fonda- tion des éléments intermédiaires élastiques, qui sont espacés et qui soutiennent des plaques qui forment une couche continue,par le fait qu'on coule la couche su- périeure sur ces plaques, par-le fait que les éléments intermédiaires élastiques et les plaques portent la
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couche !3upe;rit.u.É,u- pendant le coul i= et dU!',:
J11." la pé- riode de durcissement, et pur le fait que ces éléments et plaques constituent le support élastique et l'isole- ment phonique de la couche supérieure après son dur- cissement, quand elle est devenue capable de porter tant son poids mort que la charge extérieure.
Parmi les matières qui conviennent à la construction des éléments intermédiaires élastiques, on peut citer le liège, les matières plastiques, par exemple le caoutchouc et la cellulose plastique, les panneaux poreux en fibre de bois, et les ressorts d'a- cier. Les matériaux qui conviennent à la construction des plaques soutenues par les éléments intermédiaires élastiques sont les panneaux durs en fibre de bois et le contre-plaqué. Les éléments intermédiaires élas- tiques peuvent être mis en place de plusieurs façons.
Par exemple, on peut les poser sans les attacher cu o@ peut les fixer avec de la colle sur la construction portante du plancher ou sur la couche de base. On peut ussi les coller ou les clouer aux panneaux en fibre de bois. Il est avantageux de disposer les élé.. ments Intermédiaires élastiques en treillis, qui ne recouvre qu'une petite partie, par exemple 10 ou 15 %, . de la dalle portante ou de la couche de base.
Ce.qui constitue l'essentiel du mode de construction qui est l'objet de la présente invention, c'est en premier lieu l'utilisation des panneaux durs en fibre de bois, qui servent de coffrage pour la cou-- che supérieure pendant son coulage. Puisque ces pan- neaux tiennent lieu des coffrages et supportent la couche supérieure avant son durcissement définitif, il est possible de remplacer la couche de base ou la couche intermédiaire élastique par des éléments inter-
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médiaires élastiques espacés, ainsi qu'il a été indi- qué plus haut. Ce mode de construction présente des avantages importants en ce qui concerne l'amélioration de l'isolement phonique.
Au point de vue technique et économique, il est très avantageux qu'on peut réduire la surface de la couche intermédiaire élastique de sorte qu'elle ne recouvre qu'une faible fraction de la surface du plan- cher, par exemple.10 %, voir ci-dessus. Cette réduc- tion est avantageuse parce qu'elle permet d'utiliser des matières élastiques de qualité supérieure des types susmentionnés, qui sont relativement coûteuses, par exemple de liège et de caoutchouc. L'emploi de ces ma- tières contribue à l'amélioration de l'isolement pho- nique, sans augmenter le cotit total de la construction du plancher.'
La figure 2 représente une section verticale d'un plancher construit en conformité de cette inven-
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tion.
Dans cette figure, 21 est un plancher à char- pente en béton,^22 sont des éléments intermédiaires élastiques en liège (dont les dimensions sont par exem- ple 5 cm x 5 cm x 2 cm), 23 sont des panneaux en fibre de bois qui forment une couche continue, sur laquelle pn coule la dalle supérieure 25 en béton, 26 est le revêtement superficiel en linoléum, et 24 est une bande d'espacement, qui doit s'étendre le long des murs in- térieurs pendant le coulage du béton. Après le coula- ge du béton, on enlève cette bande d'espacement, qui peut également être coupée d'un panneau en fibre de bois. Toutefois, on peut aussi utiliser des bandes d'espacement 24 en carton ondulé ou en quelque autre matière semblable.
On peut alors laisser ces bandes
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à leurs places après rognage à condition qu'elles soient suffisamment molles pour ne pas amortir la cou- che "flottante" du plancher et pourvu qu'elles permet- tent la ventilation de l'espace au-dessous de cette couche.
Dans le cas que montre la figure 2, les pan- neaux en fibre de bois sont disposés de telle manière qu'ils forment des joints de recouvrement. Ce mode de disposition est important, parce qu'il prévient la formation des jonctions conductrices des sons et des bruits, jonctions qui peuvent être causées par le bé- ton pénétrant les joints, surtout lorsque les joints sont situés entre les éléments intermédiaires élasti- ques portants. Cependant, on peut aussi joindre les bords des panneaux bout à bout, mais en ce cas-là il convient d'arranger les panneaux de sorte que les joints soient situés au-dessus des éléments intermé- diaires élastiques. Alors ces éléments doivent être exécutés en forme de lattes, qui s'étendent sous les joints'sur toute leur longueur.
L'exécution de la couche de base ou de la couche intermédiaire élastique en forme d'éléments bien définis, qui sont construits en matière de qual té supérieure, 'présente un avantage fondamental très important : ces;éléments ne transmettent principaleme. que des mouvements verticaux, ce 'qui permet un calcul théorique presque exact de l'isolement acoustique.
L'exemple suivant sert à illustrer le calcu de l'isolement phonique dans le cas d'un plancher.
Si on choisit 35 p/s pour la valeur de la fréquence naturelle f de la superstructure du plan- cher, ce qui assure un isolement phonique très élevé, ainsi qu'il ressort de la figure 1, la formule pour le
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calcul (il.) la fréquence, donne 0,02 cm pour la voleur de la compression s.
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j)u l1>.3,d.r; de cliarjjé ::Jl';Jtlql1 ont montre que lu compression rÓvoruÍ ble du li(:t;e dj 1,.1 l;é d'un poids spécifique d'environ 0,1t'}0 S/cm3 atteLnt envi- 1""on tz. ," sous une chiirde unit;>ire de 0,5 kg/crn2.
Si on choisit 2 cm pour l'épaisseur du liège et si on admet 150 kg/m2 pour le poids unitaire de la dalle supérieu- re ou de la couche supérieure, on obtient la superfi- cie du liège en pourcent de la superficies du plancher.
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g = 150 . 2,,& " 4 . - 12 % 10.000 . 0,02 . 0,5
La charge totale agissant sur le liège, c'est-à-dire la somme du poids de la superstructure du plancher et de la charge utile est égale à 350 kg/ m2, ce qui correspond à environ 0,3 kg/cm2. On pour- rait donc réduire la superficie du liège par rapport à la valeur susmentionnée, ce qui. améliorerait l'ibo- lement phonique, sans dépasser la convrainte admissi- ble du liège, qui est de 0,5 kg/cm2.
Pourtant, il faut tenir compte du fait que les éléments élastiques en liège et le panneau en fibre de bois doivent être à même de porter la charge additionnelle qui est causée par la mise en place du béton pour la couche supérieu- re. Pour cette raison, la superficie du liège ne doit pas être inférieure à 10 %.
Si on réduit la superficie du liège à 10% dans l'exemple précité, on obtient un.:, fréquence ns- turelle f' d'environ 29 p/s et une charge unitaire d'en- viron 0,35 kg/cm'? sur le liège.
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Comparé aux méthodas .at.:il..s;es jusq.ià pré- sent, le mode de construction qui est l'objet de cette invention permet do réaliser les avantages qui sont
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énumérés dans le résumé suivant.
1. On obtient le meilleur isolement possible pour les bruits de choc.
2. On peut utiliser des matières isolantes de qualité supérieure pour les éléments intermédiaires élas- tiques. Par conséquent, on évite que la couche intermédiaire élastique ne soit aplatie et qurelle ne perde son élasticité, ce qui abîmerait l'isole- ment phonique. En outre, on prévient généralement les déformations permanentes nuisibles..
3. Pendant le coulage, la couche supérieure déforme le panneau en fibre de bois de telle manière que tous les éléments intermédiaires élastiques sont fortement pressés contre la dalle portante en bé- ton, ce qui assure un support uniforme et une ac- tion statique favorable de la dalle supérieure en béton après son durcissement.
4. La mise en place de l'isolement est facile, même si elle doit être éxécutée par des ouvriers non- qualifiés, et le contre-maître peut aisément con- trôler la qualité du montage.
5. Ce mode de construction n'entraîne aucun des effets désagréables qui sont.produits par d'autres matiè- res isolantes (par exemple les tapis de laine de verre ou de laine de laitier) durant la mise en place. De plus, le plancher achevé ne produit pas de poussière.
6. La base solide (le panneau en fibre de bois) faci- lite tant la mise en place des àrmatures pour la couche supérieure que le coulage du béton. On peut brouetter le béton directement sur les pan- neaux en fibre de bois, sans qu'on ait besoin de traversines.
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7. La couche intermédiaire élastique eut, protégée par le panneau on fibre de bois, qui la met à l'abri des dommages pendant l'exécution des travaux.
8. Si on exécute les joints entre les panneaux en fibre de bois ainsi que le montre la figure 2 (joints par recouvrement), on prévient la formation dds jonctions conductrices des sons et des bruits, alors que les tapis de laine de verre ou de laine de laitier tendent à former ces jonctions, quand le béton pénètre les joints et les trous dans les tapis.
9. La base solide (le panneau en fibre de bois) de la couche supérieure permet le compactage du béton par vibration, sans que la vibration puisse endom- mager l'isolement phonique. Par conséquent, on peut utiliser des bétons d'une consistance plus sèche (dont le rapport eau/ciment est moins élevé), ce qui réduit le risque de fissuration.
10. L'espace entre la dalle portante en béton et la couche supérieure est ventilé. Il s'ensuit, en- tre autres choses, que le séchage de la couche supérieure après le coulage sera uniforme sur ses deux surfaces ;supérieure et inférieure. En outre, 'la durée du séchage sera plus courte. Grâce à l'espace ventilé, onepeut effectuer la mise en place de l'isolement et le coulage de la couche supérieure à peu près immédiatement après le cou- lage de la dalle portante.
Il en résulte qu'il n'est pas nécessaire de soumettre la maison à l'humidification additionnelle plus tard, à un instant qui n'est pas convenable, tandis qu'on a souvent cité cette humidification comme un désa- vantage des planchers flottants à couche supérieu-
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re coulée.
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Dt:ns ce qui précède, nou.J aVurl.i (l(;crit le:. applications spéciales de la présente invention à l'i- solement phonique dus planchers ainsi qu'à la construc- tion des trottoir$, ues chaussées, des massifs de fon- dation pour machines etc. isolés pour les sons, les .bruits et les vibrations. Cependant, les applications de cette invention ne sont pas limitées à ces usages.
Par exemple, dans certains cas, il peut être avantageux dtappliquer cett invention à l'isolement des murs pour les bruits de choc et les vibrations, de même qu'à l'isolement des ponts, particulièrement afin de réduire les contraintes dynamiques qui sont causées par la circulation et qui agissent sur les constructions portantes des ponts.
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"METHOD OF CONSTRUCTION OF FLOORS, SIDEWALKS, PAVEMENTS, FOUNDATION MOUNTS FOR MACHINES ETC.
INSULATION FOR LESSONS, NOISE AND VIBRATION "
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The present invention relates to a method of constructing floors, sidewalks, pavements, foundations for machines, etc. isolated for sounds, noises and vibrations.
According to this method of construction, the top layer which constitutes the surface of the floor, the roadway etc. is produced by casting, for example in reinforced concrete, and supported by an elastic sound-insulating material .. ',,
In order to elucidate the general assumptions which form the basis of this invention, the following discussion begins with a detailed description of the circumstances which must be taken into account in the construction of the floors which are to be insulated. for different types of sounds and noises.
Definitions
The sounds transmitted by the air are the sounds which propagate mainly in the air between the sound source and its environment. Licking speech and music played by radio receivers are examples of airborne sones.
When walking on a floor or when walking up a staircase, noises are produced in the same - local. To these noises we give the name of drum noises. In addition, these noises spread to other rooms in the same building, where they are called footsteps or shock noises.
All other noises, for example noises from fans, lift motors etc., which propagate in a building through its frame or frame, are called framing noise.
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The intensity of sounds and noises in a room can be expressed directly in ordinary power units, for example in watts per square centimeter. However, it is normally represented by one of the following quantities.
Or the sound power, whose unit is the decibel (db). Sound power is 10 times the logarithm of the ratio between the intensity of the sound in question and that of the weakest audible sound (the intensity of which is 10-16 watts per cm2).
Or the subjective sound intensity, the unit of which is the phone. The ear's sensitivity to sounds varies according to their frequency. The subjective sound intensity, expressed in phones, is equal to the sound power corrected so as to take into account the sensitivity of the ear. We say that the subjective intensity of a sound is equal to n phones, if this sound, perceived by a normal ear, appears to be as loud as a sound whose frequency is 1000 periods per second and whose the sound power is n decibels.
For example, the sound power of a 100 p / s sound must be about 2.5 times as high as that of a 1000 p / s sound for these two frequencies to be perceived as equally strong by the sound. ear (when the subjective loudness is about 20 phones).
When the subjective loudness is very high, the loud power is roughly equal to the subjective loudness over the whole range of; frequencies.
When the sound power reaches 120 to 130-. db, the sound is approaching the pain threshold. In homes, the sound power was between
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20 and 90 db.
Minimum conditions for the sound insulation of buildings.
Since 1946, the Swedish General Directorate for Buildings has specified the conditions which must be met by sound insulation in dwellings, hospitals, schools, shops and offices. These conditions were subjected to a radical revision during the years 1948 to 1950. The conditions which are currently in force are reproduced in the following according to the "Instructions published by the Swedish General Board of Buildings on the subject of the building law of 3 February 1950 ".
In buildings that are exposed to the dangers of disruptive noise, the sound insulation between living rooms in residential apartments or working rooms in apartments assigned to offices or stores and rooms or premises located in outside these apartments, between rooms in hospitals and between rooms in schools, as well as the sound insulation between these rooms and others: rooms must meet the minimum conditions indicated in table 1. (We do not reproduce here only the conditions relating to the insulation for the impact noises of concrete slab floors).
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TABLE 1 Minimum conditions to be met by insulation for impact sound in rooms separated by concrete frame floors. Figures are in decibels.
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<tb>
Inhabited <SEP> rooms <SEP> 55
<tb>
<tb> Parts <SEP> of <SEP> work <SEP> in <SEP> the <SEP> belongs
<tb>
<tb> <SEP> elements assigned <SEP> to <SEP> desks <SEP> and <SEP> maga-
<tb>
<tb> sins <SEP> 50
<tb>
<tb> Parts <SEP> in <SEP> the <SEP> hospitals <SEP> 55
<tb>
<tb> Bièces <SEP> in <SEP> the <SEP> schools <SEP> 50
<tb>
The insulation of rooms for impact noises (D ') between two rooms (S and M) is expressed in db' and defined by the formula
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Dl m 130 LtM 10 108 AM dbl where L'M denotes the average subjective sound intensity in room M, which must be measured in phones by a phonometer by means of a filtering curve of 30 to 60 phones. This intensity must be produced by a hammering device of the type prescribed by the Swedish State Testing Laboratory.
This appliance must be placed on the frame of the floor in room S; AM is the absorption, in square meters, in room S, which is to be calculated as the average value for the frequency range 600 to 1,200 @ / s.
In addition to these minimum conditions relating to the insulation of rooms for impact noise, table 2 shows the maximum admissible values of the subjective sound intensities in the rooms exposed to permanent noise from external sources. The maximum value of this subjective sound intensity, measured at the center of the
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room with normal furnishings and with doors and windows closed, must not exceed the figures shown in table 2.
TABLE 2 Maximum admissible values of the subjective sound intensity in phones.
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<tb>
Local <SEP> <SEP> types <SEP> In <SEP> the <SEP> In <SEP> the <SEP> regions
<tb>
<tb> regions <SEP> by- <SEP> particular-
<tb>
<tb> especially <SEP> ment <SEP> silent
<tb>
<tb> noisy <SEP> its
<tb>
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-------------------------------------------------- -----
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<tb> Inhabited <SEP> rooms <SEP> 40 <SEP> 30 <SEP>
<tb>
<tb> <SEP> parts of <SEP> work <SEP> in
<tb> the <SEP> apartments <SEP> affected
<tb> at <SEP> offices <SEP> and <SEP> stores <SEP> 45 <SEP> 35
<tb>
<tb> Parts <SEP> in <SEP> the <SEP> hospitals <SEP> 25 <SEP> 25
<tb>
<tb> Parts <SEP> in <SEP> the <SEP> schools <SEP> 40 <SEP> 30
<tb>
When it comes to the impact sound insulation of concrete frame floors, this condition is of special importance, for example,
when disturbing noises are produced by machines installed on the frame of the floor.
Finally, the Swedish Building Act stipulates certain conditions concerning insulation for sounds and noises transmitted by air. However, these conaitions will not be reproduced here, since the aforementioned instructions from the Swedish General Board of Buildings state that "concrete frame floors generally provide satisfactory insulation for transmitted sounds. by air ".
The Swedish General Directorate for Buildings is not satisfied with the tests carried out in the laboratory on the new sound insulation processes; it 'requires tests carried out on completed buildings.
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In b'inlatide, a fry of 6pr, or insulation for the impact noises on completed buildings. It is required that the noises in the room below the frame of the floor subjected to the standardized action of a hammering device be decomposed by means of a frequency analyzer and, that the sound power, in decibels , or represented by a curve as a function of the frequency. In the frequency range of 100 to 3600 p / s, this entire curve must lie below a standard curve.
In constructing the normalized curve, account was taken of the fact that the sensitivity of the ear. the varies according to the frequency.
However, the Finnish and Swedish methods are not different in principle. They differ above all with regard to the measurement technique.
In Denmark, insulation tests are carried out for impact sounds on completed buildings. It is required that the sound power, in decibels, measured in the room below the slope of the stump, which is subjected to the normal action of a hammering device, be reduced by 15 db in royenne - in the frequency interval of 125 up to 1,600 p / s - in relation to the sound power measured below a corresponding non-insulated concrete frame, i.e. under a bare slab in concrete.
Danish specifications differ in principle from those. used in Sweden and Finland.
Indeed, the Danish rules only require a fixed value of the reduction in sound power by measures taken to improve sound insulation.
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On the other hand, contrary to the Swedish and Finnish regulations, the Danish stipulations do not specify any specific value of the total sound insulation capacity of all the building elements which constitute the floor. Nevertheless, the results obtained using the methods employed in these three countries are roughly the same in practice, since the sound insulation capacity of bare concrete floor slabs is only slightly influenced by the span, by the thickness and by the specific weight of the slab (at least when these sizes vary within the limits which are taken into account at present). Consequently, it can be assumed that the sound insulation power remains constant from one slab to another.
The subjective sound intensity, in phones, in a room below a bare concrete slab subjected to the action of a standardized hammering device is probably between 80 and 85 phones. If this intensity is required to be reduced by an average of 15 debibels, which amounts to about 15 to 20 phones in the frequency range of 125 to 1,600 p / s, this results in a high insulating capacity for the cells. impact sounds of about 65 db 'according to the Swedish method.
Similar specifications for shock noise isolation exist in most civilized countries.
Isolation for impact noise.
In order to satisfy the conditions prescribed in Table 1 concerning the insulation for impact sound, the bare concrete slab must be provided with a superstructure of a suitable type.
The "Instructions published by the Management
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Générale Suédoise des Edifices "contain the following information relating to this question:" The insulation for impact noises of floor frames can be improved 1 by damping the impacts themselves by means of a coating slack in the floor, 2 by dividing the construction into several elastically separated parts, for example using a so-called floating floor, by replacing the wooden beams with concrete slabs. Thus, the insulation for impact sounds can be increased by 5 db at most by a thick linoleum mat or by 10 db at most by a mat of the ordinary type of soft fabric.
The insulation for impact sounds can be increased by about 20 db if a solid concrete floor slab is covered with an upper slab of concrete, lightweight concrete or other similar material, which is about 5 cm thick. and which is completely separated from the underlying construction by an insulating mat at least 20 mm thick. On the other hand, the increase in the thickness of the solid concrete slab, for example from 16 to 20 cm, exerts only a very small influence on the insulation for impact noise.
In cases where a composite floor has an upper slab which is separated from the underlying construction by an elastic intermediate layer, it is necessary that no point of the upper slab is in contact with the slab. lower or adjacent walls. For this reason, the elastic intermediate layer must cover the entire lower slab. This requirement is to be observed especially in the execution of all joints. In addition, the insulating layer must be raised along
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edges of the lower slab.
Here is another excerpt, which was taken from an editorial article published in Svensk Byggkatalog (Building Catalog) of 1952: "Wooden floors supported by joists provide satisfactory sound insulation, but they have a defect. This is unfortunate since they result in relatively loud drum noises.The different types of fillers have no influence on the sound insulation of concrete load-bearing floors.
Another common type of composite floor has a wooden floor or a top slab of cast material, which is separated from the load-bearing slab by a layer of filler material, sometimes a layer of sand. This type of floor provides satisfactory sound insulation as the type mentioned above, but causes less loud drum noises than the latter. However, the fillers now used are to be regarded as inelastic. Therefore, the sound insulation effected by means of these materials is much less effective than that which can be achieved by replacing the intermediate layer with a soft mat, porous sheet or the like which is suitable. with floating floors ".
The "Instructions published by the Swedish General Directorate for Buildings" contain a table relating to the insulation of rooms for protection against impact noise. This table and the introduction which precedes it are reproduced in the following.
"The variations of the measured values which relate to the type of construction marl in the table
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result from measurements made in completed buildings. For some types of floors, these variations are mainly due to the execution of building construction work. This is especially true for all double constructions, in which the exile of noise-conducting junctions can cause a considerable reduction in sound insulation.
The intervals given for the different types of floors give an idea of the variations in sound insulation which are encountered in practice. The upper limit value can be reached provided that the component in question is executed with care ".
TABLE 3 Sound insulation of adjacent rooms separated by concrete framed floors.
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<tb>
N <SEP> Composition <SEP> of <SEP> floors <SEP> which <SEP> Isolation <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb> separate <SEP> the <SEP> parts <SEP> parts <SEP> for
<tb>
<tb>
<tb> noises <SEP> of <SEP> shock
<tb>
<tb> db '
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<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> Slab <SEP> load-bearing <SEP> massive <SEP> with <SEP> slab
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> upper <SEP> in <SEP> concrete <SEP> on <SEP> mat <SEP> iso-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> lant: <SEP> linoleum <SEP>; <SEP> upper <SEP> slab
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> of <SEP> 5 <SEP> cm <SEP> of thickness <SEP> in <SEP> concrete <SEP> computer
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> naire <SEP> or <SEP> concrete <SEP> light <SEP> (<SEP> [gamma] = <SEP> 1,3);
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> insulating <SEP> mat;
<SEP> load-bearing <SEP> slab <SEP> mas-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> sive <SEP> from <SEP> 16 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> cm <SEP> of thickness <SEP> in
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For a "floating" floor, in which there is no point of contact between the upper slab and the load-bearing slab or the walls, one can ordinarily assume that the sound insulation is 70 - 75 db t. .
"If one uses floors of types Nos. 1, 2, 3 and 4, as well as, as a general rule, those of type N 6, it can be expected that the insulation of the rooms to
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impact noises between residential apartments is satisfactory ".
Insulation theory for impact sound of concrete frame floors using "floating floors".
As emerges from the above, the best insulation for impact sound can be provided by the use of "floating floors" or "double constructions". A composite floor constructed using this process has the following components, listed from top to bottom:
the covering of the floor (parquet or linoleum), supported by an upper slab - for example a concrete slab or "tre- tong" (the Swedish term "tretong" denotes a type of concrete, in which the sand is replaced, in whole or in part by sawdust treated according to a special process) 5 cm thick: 7, which is separated by an elastic intermediate layer of the supporting concrete slab (for example a slab of 20 cm thick in reinforced concrete). The entire top of the floor is said to "float" on the elastic interlayer.
The sound insulation capacity of a floor of this type is determined 1 by the total mass of the upper slab and the floor covering and 2 by the elasticity of the elastic intermediate layer.
The greater the soundness of the elastic intermediate layer. However, it should be observed that this softness must be elastic, that is to say that the elastic intermediate layer must resume its shape, when it is decompressed by removing the upper slab.
The theory of how floors work
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floats is discussed in the following.
When walking on a floor (or when a floor is subjected to the action of knocks, shocks or vibrations produced in some other way), the floor executes vibrations, which are made up of a very large number of frequencies various. These vibrations tend to propagate to adjacent elements of the building.
Each element of a building - as well as any rigid object in general - has its natural frequency, that is to say a determined frequency at which it is able to vibrate, when it receives a blow. For example, if you strike a steel rod, it begins to vibrate at a more or less fixed frequency - the natural frequency of the rod, which is unique to the characteristic sound emitted by the rod. If, instead of striking the rod, it is subjected to the action of a continuous sound, for example if it is placed in front of a loudspeaker, the vibrations of the rod will be very strong, when the frequency of the sound is equal at the natural frequency of the stem. This phenomenon is called resonance.
If the frequency of the sound imposed on the rod is higher than the natural frequency of the rod, the amount of energy carried by the rod will be only a fraction of the total energy of the imposed tone. The amount of vibrational energy that can be carried by the rod decreases as the frequency of the imposed sound increases relative to the natural frequency of the rod.
These reasonings are applied to the insulation for impact noise below.
The upper slab, which is supported by the elastic intermediate layer, corresponds to the ti-
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steel ge in the above example. If you strike the top slab with a vertical blow, it starts to perform vertical movements - it rocks on the elastic intermediate layer at its natural frequency. ' If the weights of the elastic intermediate layer and the upper slab are adjusted so as to reduce the natural frequency of the intermediate layer to a low value (eg 50 p / s), the higher frequencies (eg. example in the audible band 100 to 3,600 p / s, which is specified in Finland) will only be transmitted in a strongly damped form.
As the frequency becomes higher, the damping becomes stronger.
Figure 1 in the accompanying drawing shows an acoustic insulation power curve. (This curve is purely theoretical. For example, it does not take into account the internal damping in the elastic intermediate layer. However, this curve gives a general idea of the nature of the sound insulation power).
The abscissa expresses the relationship between the imposed frequency (n) and the natural frequency (f) of the floating floor. The numbers along the curve represent the percentage of sound energy that propagates through the elastic interlayer to the load-bearing slab. For example, if the natural frequency of the floating floor is 50 p / s and if the frequency of the imposed vibration is 1,000 p / s, we find that the aforementioned ratio 0 has the value
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n = 1,000. 2o. T 50 "In other words, the energy transmitted to the concrete load-bearing slab only reaches 2% of the energy of the imposed vibrations.
The natural frequency of a floating floor
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So much, whose elastic intermediate layer is constructed in such a way that it mainly allows only vertical movements, can be calculated by means of the simple formula
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-5 5 À where f denotes the frequency, in periods per second, and s denotes the elastic compression, in centimeters, of the elastic intermediate layer under the action of the weights of the upper slab and the floor covering.
As a result, the frequency decreases (and therefore the sound insulation power becomes higher, according to figure 1) as the compression increases. As a result, the superstructure of the floor must be as heavy as possible and the elastic intermediate layer must be as soft (its modulus of elasticity must be as little raised) as possible.
The increase in the weight of the top slab is limited by the legitimate desire to reduce the load on the supporting structure as much as possible. Normally, a top 5 cm thick concrete slab is used. In this case, it can be assumed that the total weight of the superstructure, including the floor covering, is approximately
150 kg / m2. If the upper slab is made of sawdust concrete ("tretong"), this weight can be reduced to about 100 kg / m2. Obviously, the load from the furniture in the room increases the weight of the "floor superstructure", and hence
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increases the compression s, decreases the frequency f, and for this reason contributes to the improvement of the sound isolation.
However, this load should not be included in the calculations at the start. It suffices to note that the load due to the furniture produces a favorable effect.
The elastic compression of the middle layer is determined not only by the weight of the top slab, but also by the following factors: 1. The modulus of elasticity of the middle layer.
As the modulus of elasticity decreases, that is, as the compression per unit length under the action of a given load increases, the total compression becomes greater.
2. The thickness of the intermediate layer. For a given load, the total compression varies in the same proportion as the thickness. Therefore, when the modulus of elasticity of the material is given, the total compression is all the stronger the thicker the intermediate layer.
3. The loaded surface of the intermediate layer. The compression varies in the same proportion as the load per unit area of the middle layer.
If these three factors are varied, the required value of compression can be obtained. However, these factors can only be varied within certain limits.
Thus, one must limit the thickness of the intermediate layer as much as possible, 1 in order to spar the insulating material, 2 in order not to unnecessarily increase the total thickness of the floor, and hence
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the height of the bcîtiiiiotit, and j, #. l, Ll d ',, vlt (;;; 1Iolfpl {Ji uex to the excessive elastic intermediates: .t & nt., high, since they tend to be very bendable. A height 2 to 3 cm may be considered suitable.
The loaded area of the elastic interlayer should be as small as possible to ensure maximum compression. This requirement is also economically correct, since it minimizes the amount of insulating material required. Compression is increased by increasing the load per unit area. However, for each elastic insulating material there is a fixed value of the maximum allowable load.
For example, for ordinary expanded cork, this value is about 0.5 g / cm2. If the weight of the top slab is 150 kg / m2 and the payload due to furniture and people is 200 kg / m2, the load of 0.5 kg / cm2 on the cork corresponds to a minimum area cork which is equal to 7.0% of the floor area.
Heretofore, in the traditional constructions of "floating floors", the load-bearing frame of the floor has usually been covered with an elastic intermediate layer in the form of a continuous bed of an extended material, for example. sand, coke ash, glass wool or slag wool rugs etc. The top slab was cast either directly over this elastic intermediate layer or, sometimes, over sheets of roofing felt, the intermediate layer of which was covered to protect it from damage during pouring.
In the above, we have touched
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especially the circumstances which must be taken into account in the sound insulation of floors. The sound insulation of sidewalks, roadways, foundations for machines etc. can also have for object the protection against the noise of shock, but its main aim is the prevention of the propagation of the vibrations. For example, the traffic of automobiles, especially heavy trucks, can often cause violent vibrations in the subgrade.
These vibrations are propagated to neighboring buildings, in which they cause vibrations which are harmful both to the buildings themselves, from the point of view of the resistance of the materials, and to their inhabitants, from a physiological point of view. .
The present invention, which is based on the assumptions and results set out above, relates to a method of constructing floors, sidewalks, pavements, foundations for machines, etc. isolated for sound, noise and vibration, a mode which offers several fundamental advantages over the processes which have been used heretofore.
The mode of construction which is the object of this invention is characterized by the fact that, instead of a continuous layer of an extended material which prevents the propagation of sounds, noises and vibrations, it is laid on the load-bearing construction of the floor, on the base layer or on the foundation ground elastic intermediate elements, which are spaced apart and which support plates which form a continuous layer, by the fact that the layer is poured on - higher on these plates, by the fact that the elastic intermediate elements and the plates carry the
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layer! 3upe; rit.u.É, u- during color i = and dU! ',:
J11. "The curing period, and for the fact that these elements and plates constitute the elastic support and the sound insulation of the top layer after it has cured, when it has become able to bear so much of its weight. dead than the external load.
Among the materials which are suitable for the construction of the elastic intermediate members are cork, plastics, for example rubber and plastic cellulose, porous wood fiber boards, and steel springs. Suitable materials for the construction of the plates supported by the elastic intermediate members are hard wood fiber boards and plywood. Elastic intermediate elements can be fitted in several ways.
For example, they can be laid without tying them or you can fix them with glue on the supporting structure of the floor or on the base layer. They can also be glued or nailed to the wood fiber panels. It is advantageous to arrange the elastic Intermediate elements in a mesh, which covers only a small part, for example 10 or 15%. of the load-bearing slab or the base layer.
What constitutes the essence of the mode of construction which is the object of the present invention is in the first place the use of hard wood fiber boards, which serve as formwork for the upper layer during its casting. Since these panels take the place of the shuttering and support the upper layer before its final hardening, it is possible to replace the base layer or the elastic intermediate layer by inter-
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Elastic medials spaced apart, as indicated above. This method of construction has significant advantages in terms of improving sound insulation.
From a technical and economic point of view, it is very advantageous that the area of the elastic intermediate layer can be reduced so that it covers only a small fraction of the area of the floor, for example 10%, see above. This reduction is advantageous because it allows the use of higher quality elastic materials of the above-mentioned types, which are relatively expensive, for example cork and rubber. The use of these materials contributes to the improvement of sound insulation, without increasing the total cost of the construction of the floor.
Figure 2 shows a vertical section of a floor constructed in accordance with this invention.
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tion.
In this figure, 21 is a concrete frame floor, ^ 22 are elastic cork intermediate elements (the dimensions of which are for example 5 cm x 5 cm x 2 cm), 23 are fiber boards. timber which form a continuous layer, over which pn runs the upper concrete slab 25, 26 is the linoleum surface covering, and 24 is a spacer strip, which must extend along the interior walls during pouring concrete. After the concrete has been poured, this spacer strip is removed, which can also be cut from a wood fiber board. However, spacers 24 of corrugated cardboard or some other similar material can also be used.
We can then leave these bands
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in their places after trimming, provided that they are soft enough not to dampen the "floating" layer of the floor and provided that they allow ventilation of the space below this layer.
In the case shown in figure 2, the wood fiber panels are arranged in such a way that they form overlapping joints. This method of arrangement is important, because it prevents the formation of sound and noise conducting junctions, junctions which can be caused by concrete penetrating the joints, especially when the joints are located between the elastic intermediate elements. racks. However, it is also possible to join the edges of the panels end to end, but in this case the panels should be arranged so that the joints are located above the elastic intermediate elements. Then these elements must be executed in the form of slats, which extend under the joints along their entire length.
The execution of the base layer or the elastic intermediate layer in the form of well-defined elements, which are constructed of superior quality, has a very important fundamental advantage: these elements do not mainly transmit. only vertical movements, which allows an almost exact theoretical calculation of the sound insulation.
The following example is used to illustrate the calculation of sound insulation in the case of a floor.
If 35 p / s is chosen for the value of the natural frequency f of the floor superstructure, which ensures a very high sound insulation, as shown in Figure 1, the formula for the
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calculating (il.) frequency, gives 0.02 cm for the compression thief s.
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j) u l1> .3, d.r; of cliarjjé :: Jl '; Jtlql1 have shown that the revolving compression of the li (: t; e dj 1.11 l; é with a specific weight of about 0.1t'} 0 S / cm3 reaches approx. 1 "" on tz., "Under a unit charge;> ire of 0.5 kg / crn2.
If we choose 2 cm for the thickness of the cork and if we allow 150 kg / m2 for the unit weight of the top slab or the top layer, we obtain the area of the cork as a percentage of the area of the floor. .
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g = 150. 2 ,, & "4. - 12% 10,000. 0.02. 0.5
The total load acting on the cork, i.e. the sum of the weight of the floor superstructure and the payload is 350 kg / m2, which corresponds to approximately 0.3 kg / cm2. It would therefore be possible to reduce the surface area of the cork compared to the above-mentioned value, which. would improve the sound insulation, without exceeding the acceptable strength of cork, which is 0.5 kg / cm2.
However, it must be taken into account that the elastic cork elements and the wood fiber panel must be able to carry the additional load which is caused by the placement of the concrete for the top layer. For this reason, the area of the cork should not be less than 10%.
If we reduce the surface area of the cork to 10% in the above example, we obtain a.:, Natural frequency f 'of about 29 p / s and a unit load of about 0.35 kg / cm '? on cork.
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Compared to the methods .at.: Il..s; es until now, the mode of construction which is the object of this invention allows to realize the advantages which are
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listed in the following summary.
1. The best possible insulation is obtained for impact noise.
2. High quality insulating materials can be used for the elastic intermediate elements. Consequently, it is avoided that the elastic intermediate layer is flattened and that it does not lose its elasticity, which would damage the sound insulation. In addition, harmful permanent deformations are generally prevented.
3. During pouring, the top layer deforms the wood fiber board in such a way that all the elastic intermediate elements are strongly pressed against the concrete load-bearing slab, which ensures uniform support and favorable static action. of the upper concrete slab after it has hardened.
4. The installation of the isolation is easy, even if it must be carried out by unskilled workers, and the foreman can easily check the quality of the assembly.
5. This method of construction does not cause any of the unpleasant effects which are produced by other insulating materials (eg glass wool or slag wool mats) during installation. In addition, the finished floor does not produce dust.
6. The solid base (the wood fiber board) facilitates both the placement of the reinforcements for the top layer and the pouring of the concrete. Concrete can be slurried directly onto the wood fiber panels, without the need for bolsters.
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7. The elastic intermediate layer had, protected by the wood fiber panel, which protects it from damage during the execution of the works.
8. If we execute the joints between the wood fiber panels as shown in figure 2 (overlapping joints), we prevent the formation of sound and noises conductive joints, while the mats of glass wool or Slag wool tend to form these junctions, when concrete penetrates joints and holes in carpets.
9. The solid base (the wood fiber board) of the top layer allows the concrete to be compacted by vibration, without the vibration damaging the sound insulation. Therefore, concrete with a drier consistency (with a lower water / cement ratio) can be used, which reduces the risk of cracking.
10. The space between the concrete load-bearing slab and the top layer is ventilated. It follows, among other things, that the drying of the upper layer after casting will be uniform on both its surfaces, upper and lower. In addition, the drying time will be shorter. Thanks to the ventilated space, the installation of the insulation and the casting of the top layer can be carried out approximately immediately after the casting of the supporting slab.
As a result, there is no need to subject the house to additional humidification later, at an unsuitable time, whereas this humidification has often been cited as a disadvantage of floating floors. top layer
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re casting.
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Dt: ns the above, nou.J aVurl.i (l (; wrote on :. special applications of the present invention to the sound insulation of floors as well as to the construction of sidewalks $, roadways , sound, noise and vibration insulated machine foundations etc. However, the applications of this invention are not limited to these uses.
For example, in some cases it may be advantageous to apply this invention to the insulation of walls for impact sound and vibration, as well as to the insulation of bridges, particularly in order to reduce the dynamic stresses that are caused. by traffic and which act on the supporting structures of bridges.
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