CASE STUDY AKOESTIEK: DE VLINDER
Sporthal boven klaslokalen stelt akoestische uitdaging
Hoe zorg je ervoor dat impact- en andere geluiden van een sporthal boven klaslokalen niet tot in die lokalen doordringt? Met die vraag werden architecten en aannemers geconfronteerd bij de bouw van een nieuwe school in Baarle-Hertog. Het antwoord was de installatie van een massa-veer-massasysteem waarbij de betonvloer van de sporthal op rubberen pads kwam te liggen. Architect Elco van de Kreke en isolatiespecialist Michael Vanstraelen lichten toe.CONCEPT
In Baarle-Hertog werd onder de naam De Vlinder een nieuw schoolgebouw opgetrokken. “We hebben de turnzaal opgetild om het schoolgebouw een meer open karakter op de begane grond te geven", aldus architect Elco van de Kreke van het Nederlandse architectenbureau Geurst & Schulze architecten bv uit Den Haag. “Het massieve opgetilde volume van de turnzaal markeert de hoofdingang voor de bezoekers en schoolgaande jeugd, die het gebouw vanaf het parkeerterrein bij het cultureel centrum benaderen. De clusters met klaslokalen zijn gesitueerd aan weerszijden van de centrale middengang. De begane grond van het schoolgebouw is extra hoog uitgevoerd, zodat er mezzanines in de klaslokalen kunnen worden geplaatst. Op de begane grond ontstond extra speelruimte voor de kleinste kinderen. Op de verdieping zijn vaste werkplekken ingericht waar de wat grotere kinderen kunnen werken. De gangen staan door grote vides met elkaar in verbinding. Daklichten zorgen ervoor dat daglicht tot op de begane grond in het gebouw valt. Het interieur is in de basis rustig en licht. De lichte wanden en plafonds, grote ramen ten behoeve van daglichttoetreding en zowel direct als indirect kunstlicht dragen hieraan bij. De toegepaste extra gevelisolatie met drievoudige beglazing en een zeer energiezuinige luchtgroep dragen bij aan een hoge energieprestatiescore, en zorgen in combinatie met de regenwaterputten op het terrein voor een zeer duurzaam schoolgebouw."SPORTHAL BOVEN KLASLOKALEN
Vooral in Nederland maar ook steeds meer in ons land, staat compactheid voorop bij de renovatie of bouw van een school. Veelal is die eis ingegeven door plaatsgebrek, maar tegelijk werkt de aanpak ook kostenbesparend wegens een kleiner dakoppervlak. Bijkomend voordeel is dat lokalen in een compacte bouwstructuur onderling makkelijker bereikbaar zijn omdat er minder afstand tussen de lokalen zit. Bij dit type compacte bouwstructuur wordt de sportzaal veelal boven de klaslokalen gebouwd. Dat was ook het geval bij basisschool De Vlinder in Baarle-Hertog.
Door de locatie van de turnzaal boven de klassen ontstond er evenwel een probleem. “Bij balsporten, zoals voetbal, handbal en basketbal wordt er veel gesprongen", aldus Elco van de Kreke. “Zowel de impact van die sprongen op de vloer als het stuiteren van de bal veroorzaakt geluidshinder in de klaslokalen eronder. Die geluidshinder is niet-continu brongeluid; dat is geluidshinder waaraan niet te wennen valt, in tegenstelling tot het zoemgeluid van een HVAC-installatie bijvoorbeeld. Dat brongeluid bestaat vooral uit laagfrequente componenten die makkelijk worden overgedragen door de gebouwstructuur, ook omdat ze onvoldoende worden opgevangen door de elastische afwerkingslaag van de sportvloer. Daarnaast zijn er spelers en toeschouwers die roepen. Dat alles vroeg om een doordachte luchtgeluidsisolatie van de vloer."Opbouw
In de praktijk werd in basisschool De Vlinder een verloren bekistingsplaat aangebracht met daaronder verende steunen. Tussenin zit een absorberende laag om klankkasteffecten te vermijden. Boven op de bekistingsplaat kwam een gewapende betonvloer van 10 centimeter, voorzien van een elastische toplaag voor het comfort van de gebruikers. Aan de zijkanten werd de zwevende vloer vervolgens volledig ontkoppeld van de structurele wanden met soepele stroken. “Dit type geluidsisolatie vroeg om een puntsgewijze afvering via rubberen pads om een geoptimaliseerd massa-veer-massa-systeem te creëren: de ideale filter tegen storende geluiden door impact of geroep, zowel laag- als hoogfrequent."
Zowel voor het ontwerp als voor de uitvoering werd een beroep gedaan op de firma CDM, gespecialiseerd in het ontwerpen en produceren van isolatiesystemen die geluid en trillingen opvangen, zowel voor gebouwen als industrie. “Wij werken altijd op maat van onze klant", vertelt ir. arch. Michael Vanstraelen. “De algemene principes zijn vrij standaard maar moeten toch altijd opnieuw worden gemodificeerd om optimaal te kunnen verhelpen aan een bepaald probleem."
Excitatie- en resonantiefrequentie
In De Vlinder werd gebruikgemaakt van een massa-veer-massasysteem, een trillingsfilter. Eigenlijk komt het concept neer op een betonnen vloer die op rubberpads staat. De vloer heeft een bepaalde resonantiefrequentie. Hoe lager die is, hoe beter de isolatie van het systeem. De excitatiefrequentie zit vaak tussen 50 en 100 Hertz. Wanneer het massa-veer-massasysteem daar een stuk onder kan blijven, dan werpt het duidelijk zijn vruchten af. Kom je met de resonantiefrequentie echter in de buurt van de excitatiefrequentie, dan treedt het fenomeen van amplificatie op, en krijg je als het ware een trampoline-effect waarbij alles in beweging wordt gezet. Dat is uiteraard te vermijden. Kom je met de excitatiefrequentie onder de resonantiefrequentie, dan is er geen isolatie en gebeurt er in feite niets. De energie wordt gewoon doorgegeven. Het komt er dus steevast op neer om per project de excitatiefrequenties in kaart te brengen.
Mensen die springen of ballen die stuiteren, vormen telkens een impact van een massa op een andere massa. Veelal gaat dat om frequenties rond 50 Hertz. De mens kan geluiden vanaf 30 Hertz waarnemen. Als je systeem met andere woorden een resonantiefrequentie heeft van 15 Hertz, zit je onder de gehoordrempel van 30 Hertz en ver onder de excitatiefrequentie van 50 Hertz, waaruit je zonder twijfel kan afleiden dat het geïnstalleerde systeem feilloos zal werken.
Belasting in kaart
“Een massa-veer-massasysteem moet rekening houden met diverse factoren, onder andere met de belasting ervan. Hoeveel gewicht bedraagt de betontegel die erop wordt geplaatst? Hoeveel dynamisch gewicht zal erbij komen? Wat zijn de resonantiefrequenties die bereikt worden? Allemaal vragen die een antwoord nodig hebben om van een geslaagd project te kunnen spreken. Het geven van die antwoorden is bij een sporthal gelukkig stukken eenvoudiger dan in een technische ruimte."
“Soms wordt ook de luchtspouw verhoogd om zo extra isolatie te krijgen. Niet alleen de rubbers zorgen immers voor de isolatie. De lucht rond die rubbers is samengedrukt en zorgt eigenlijk voor de stijfheid van een isolatiesysteem. In feite is de lucht stijver dan de rubberpads. Als je die luchtlaag kan beheersen, beheers je ook het massa-veer-massasysteem."
Gewapend beton
“Een massa-veer-massasysteem begint steevast met de basisvloer. Die is idealiter zo vlak mogelijk. Daarbovenop komen elke 60 centimeter rubberpads of veren met daarop een basisplaat. Die kan bestaan uit vezelcement of mdf. Onder de basisplaat wordt minerale wol gekleefd, om te vermijden dat er een klankkasteffect optreedt. Alle platen worden genummerd, en die nummers corresponderen met een legplan, zodat het voor de aannemer zonneklaar is welke plaat waar moet worden gelegd. Aan de zijkant van de ruimte wordt ook een rotswolplaat geplaatst. Bovenop het geheel wordt gewapend beton gestort, meestal 100 mm dik, maar het kan ook dikker. Gewapend beton is wel degelijk van belang. Mocht gewapende chape gebruikt worden, dan bestaat het risico op scheurvorming. Beton blijft per definitie een stuk sterker dan chape en is dan ook te verkiezen. Extra aandachtspunt bij een sporthal zijn eventuele potten die in de vloer moeten worden ingebouwd om palen voor netten in te plaatsen. Die elementen kunnen zwakke punten vormen en verdienen dus bijkomende focus. Het geheel valt ook uit te rusten met vloerverwarming. Dan moeten wel voldoende flexibele leidingen gebruikt worden die kunnen worden doorgestoken naar de collector in een aparte ruimte."
