Development of a simulation technique to predict the behavior of a floating floor on a flexible structural floor

Abstract

[EN] The installation of floating floors is a widely used practice to mitigate airborne and impact noise in buildings. Floating floors help mitigate impact noise and vibrations to any adjacent room, especially the room below, by isolating the impact source in the source room. Generally, during the design, both the floating floor (FF) and structural floor(SF) are considered rigid, which means that the floating floor is considered as a single mass supported by springs on a rigid support (structural floor). The system is treated as a single degree of freedom (SDOF) system and the transmissibility curve is used to predict the sound and vibration reduction performance of the installed floating floor; in such a system the mitigation starts at frequencies higher than √2 times the resonance frequency. However, in a lot of cases the floating floor and the structural floor could be flexible, with considerable bending modes influencing the performance of the floating floor especially at low frequencies, making the SDOF approach to overestimate the system performance considerably. This thesis investigates the low frequency performance of a flexible floating floor installed over a flexible structural floor by using FEM by means of COMSOL Multiphysics. The effect of the thickness of structural floor on floating floor is studied and the results show that it can affect the isolation performance of the floating floor due to the contributions of its bending modes. The stiffness of the bearings(springs) affects the performance of the floating floor as it does for the simplified SDOF system and is addressed in the thesis. Increasing the stiffness shifts the SDOF mode as well as some of the bending modes of the floating floor to higher frequencies and vice versa. Increasing the stiffness negatively affects the performance by decreasing the insertion loss and vice versa, at frequencies above the SDOF mode. The negative effects of the bending modes, especially of the floating floor on the performance of the floating floor system can be avoided by arranging the bearings in a specific combination. Three such combinations are studied. The coincidence of bending modes from floating floor and structural floor can result in prominent negative effects in the performance of the floating floor and hence should be avoided. A simplified 3-DOF system is also developed, to predict the behavior of the floating floor with results in close agreements to those from COMSOL. This simplified system can be used to predict the behavior of the system with three important resonance modes, using MATLAB instead of COMSOL, allowing to save computational time.

[ES] CDM Stravitec, bajo la supervisión de Patrick Carels y Reinhilde Lanoye, y Andreia Pereira (Univ. Coimbra)

La instalación de suelos flotantes es una práctica ampliamente utilizada para mitigar el ruido aéreo y de impacto en los edificios. Los suelos flotantes ayudan a mitigar el ruido de impacto y las vibraciones a cualquier habitación adyacente, especialmente la habitación de abajo, aislando la fuente de impacto en la habitación de origen. Generalmente, durante el diseño, tanto el suelo flotante (FF) como el suelo estructural (SF) se consideran rígidos, lo que significa que el suelo flotante se considera como una masa única soportada por muelles sobre un soporte rígido (suelo estructural). El sistema se trata como un sistema de un solo grado de libertad (SDOF) y la curva de transmisibilidad se utiliza para predecir el rendimiento de reducción del ruido y las vibraciones del suelo flotante instalado; en un sistema de este tipo, la mitigación comienza a frecuencias superiores a √2 veces la frecuencia de resonancia. Sin embargo, en muchos casos el suelo flotante y el suelo estructural podrían ser flexibles, con modos de flexión considerables que influyen en el rendimiento del suelo flotante, especialmente a bajas frecuencias, haciendo que el enfoque SDOF sobrestime considerablemente el rendimiento del sistema.Esta tesis investiga el comportamiento a bajas frecuencias de un suelo flotante flexible instalado sobre un suelo estructural flexible utilizando el MEF mediante COMSOL Multiphysics. Se estudia el efecto del espesor del suelo estructural sobre el suelo flotante y los resultados muestran que puede afectar al comportamiento del aislamiento del suelo flotante debido a las contribuciones de sus modos de flexión. La rigidez de los cojinetes (muelles) afecta al rendimiento del suelo flotante, al igual que en el caso del sistema SDOF simplificado, y se aborda en la tesis. El aumento de la rigidez desplaza el modo SDOF, así como algunos de los modos de flexión del piso flotante, a frecuencias más altas y viceversa. El aumento de la rigidez afecta negativamente al rendimiento al disminuir la pérdida de inserción y viceversa, a frecuencias superiores al modo SDOF. Los efectos negativos de los modos de flexión, especialmente del suelo flotante, sobre el rendimiento del sistema de suelo flotante pueden evitarse disponiendo los cojinetes en una combinación específica. Se estudian tres de estas combinaciones. La coincidencia de los modos de flexión del suelo flotante y del suelo estructural puede tener importantes efectos negativos en el rendimiento del suelo flotante, por lo que debe evitarse.También se ha desarrollado un sistema simplificado de 3DOF para predecir el comportamiento del suelo flotante, con resultados muy similares a los de COMSOL. Este sistema simplificado puede utilizarse para predecir el comportamiento del sistema con tres modos de resonancia importantes, utilizando MATLAB en lugar de COMSOL, lo que permite ahorrar tiempo de cálculo.