Väitös: Simulointi ennustaa puuvälipohjan askelääneneristävyyden

Tilojen väliset lattiarakenteet eli puuvälipohjat muodostavat merkittävän osan puurakennuksen kustannuksista ja ovat siten keskeisiä teollisen puurakentamisen kilpailukyvylle. Lisäksi puuvälipohjien vaikutus rakennuksen aiheuttamiin hiilidioksidipäästöihin on huomattava johtuen välipohjien monikerroksisuudesta ja niissä käytetyistä materiaaleista.

Askelääneneristävyys on yksi puuvälipohjan rakenteellisia kerroksia mitoittavista teknisistä ominaisuuksista. Puuvälipohjien tutkimuksessa ja tuotekehityksessä askelääneneristävyyden arviointi onkin merkittävässä roolissa.

Välipohjien askelääneneristävyyttä arvioidaan epäsuoralla mittausmenettelyllä käyttäen äänilähteenä standardoitua askeläänilähdettä, askeläänikojetta. Laite pudottaa vuorotellen viittä 0,5 kilogramman painoista vasaraansa 40 millimetrin korkeudelta lattiaan yhteensä kymmenen kertaa sekunnissa aiheuttaen rakenteeseen iskuvoimaherätteen. Laboratorio- tai kenttämittauksissa askelääneneristävyyttä määritetään mittaamalla askeläänikojeen toiseen tilaan aiheuttamia äänenpainetasoja.

– Askeläänikoje tuottaa välipohjaan toistettavissa olevan, rakenteesta riippuvan herätteen. Puuvälipohjien näkökulmasta askeläänikojeen keskeinen ominaisuus on, että sen aiheuttama iskuvoimaheräte on erilainen kuin esimerkiksi betonivälipohjilla, Jesse Lietzén taustoittaa.

Laskennalliset ennusteet hyödyksi puuvälipohjien tuotekehityksessä

Askelääneneristävyyttä voitaisiin mittausten sijaan arvioida myös laskennallisesti.  Viime vuosikymmeninä tutkijat ovatkin kehittäneet useita laskentastrategioita puuvälipohjien askelääneneristävyyden ennustamiseksi. Yksi näistä on askelääneneristävyyden ennustaminen numeeristen simulointimenetelmien kuten FEMin avulla.

Väitöstutkimuksessaan Lietzén selvitti FEMiin perustuvan simulointimenettelyn soveltuvuutta puuvälipohjan askelääneneristävyyden arviointiin. Tutkimuksen kokeellisessa osuudessa hän määritti askeläänikojeen aiheuttamaa iskuvoimaherätettä erilaisilla päällystetyillä ja päällystämättömillä puuvälipohjilla. Tutkimus antoi tietoa askeläänikojeen käyttäytymisestä ja lattianpäällysteiden toiminnasta puuvälipohjilla.

Kokeellisessa tutkimuksessa tekemiään havaintoja Lietzén hyödynsi tutkimuksen laskennallisessa osuudessa, jossa hän loi askeläänikojeen iskuvoimaherätteen ja kokonaisen välipohjan askelääneneristävyyden ennustemallit elementtimenetelmää soveltaen.

– Tutkimuksessani osoitin kokeellisesti, että askeläänikojeen aiheuttama iskuvoimaheräte riippuu puuvälipohjan tyypistä eikä heräte ole vakio myöskään puuvälipohjien kesken. Tämä osaltaan selittää myös sitä, miksi lattianpäällysteet vaikuttavat askelääneneristävyyteen eri lailla puu- ja betonivälipohjilla, Lietzén kertoo.

Luomallaan laskennallisella menettelyllä Lietzén onnistui ennustamaan askeläänikojeen aiheuttamaa herätettä tarkasti

– Sovelsin herätemallia myös kokonaisen puuvälipohjan askelääneneristävyyden ennustamisessa. Työssä luodun simulointimallin ennustustarkkuus oli lupaava laajalla taajuusalueella, ja menettelyä voidaan pitää tutkimus- ja tuotekehityskäyttöön soveltuvana, hän iloitsee.

Jesse Lietzén on asunut Tampereella puolet iästään. Väitöstutkimustaan hän on tehnyt Tampereen yliopiston rakennetun ympäristön tiedekunnan Teollisen puurakentamisen tutkijakoulussa. Hän työskentelee aluejohtajana A-Insinöörit Suunnittelu Oy:n akustiikkasuunnittelussa sekä osa-aikaisesti tutkimus- ja opetustehtävissä Tampereen yliopiston rakennetun ympäristön tiedekunnassa.

Väitöstilaisuus perjantaina 22. maaliskuuta

Diplomi-insinööri Jesse Lietzénin rakennusakustiikan alaan kuuluva väitöskirja Computational Prediction of Impact Sound Insulation of a Timber Floor Based on Simulated Impact Force Excitation of the Standard Tapping Machine tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston rakennetun ympäristön tiedekunnassa perjantaina 22.3.2024 klo 12 Hervannan kampuksen Rakennustalon auditoriossa RG202 (Korkeakoulunkatu 5, Tampere).

Vastaväittäjänä toimii professori Edwin Reynders KU Leuven -yliopistosta Belgiasta. Kustoksena toimii professori Sami Pajunen Tampereen yliopiston rakennetun ympäristön tiedekunnasta.