MISURE ED OTTIMIZZAZIONE DELLE PROPRIETA …Laboratorio di Acustica dell’Università di Perugia,...

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&ROODQD�7HFQLFR�6FLHQWLILFD�GLUHWWD�GD�*LRUJLR�*DOOL� Quaderno n. 14 �

��FEDERICO ROSSI, GIORGIO BALDINELLI, STEFANO ORTICA

MISURE ED OTTIMIZZAZIONE DELLE PROPRIETA’ ACUSTICHE DI UNA

BARRIERA STRADALE

$SULOH��

�Centro Interuniversitario di Ricerca sull’Inquinamento da Agenti Fisici

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0�� 2 �� 3�� ¶ $ � �� !"�#�$�%�

%�� 6 � ��%&��

,1',&(��Autori............................................................................................pag. 2 Riassunto/Abstract ........................................................................pag. 3 1. Introduzione ..............................................................................pag. 5

2. Descrizione dell’apparato sperimentale ......................................pag. 8

3. Descrizione campione di prova..................................................pag. 14

4. Metodologia di misura...............................................................pag. 18

4.1 Fonoassorbimento......................................................pag. 18

4.2 Fonoisolamento .........................................................pag. 25

5. Risultati.....................................................................................pag. 32

6. Ottimizzazione delle proprietà di fonoassorbimento...................pag. 35

7. Conclusioni ...............................................................................pag. 39

Bibliografia ...................................................................................pag. 41

Lista dei simboli............................................................................pag. 45

�


2

$XWRUL

)HGHULFR�5RVVL�Nato a Città di Castello (Perugia) nel 1966, si è laureato in Ingegneria

Elettronica nel 1992, Ricercatore di Fisica Tecnica Ambientale dal 1997.

E’ autore di oltre 30 pubblicazioni nel campo delle proprietà termofisiche

dei materiali, dell’acustica e della trasmissione del calore. E' docente del

Corso di Fisica Tecnica presso il Corso di Laurea in Ingegneria dei

Materiali dell'Università degli Studi di Perugia, sede di Terni. Svolge la

propria attività di ricerca presso i Laboratori di Acustica e Termotecnica

del CIRIAF.

*LRUJLR�%DOGLQHOOL�Nato a Perugia nel 1971, si è laureato in Ingegneria Meccanica nel 1996

ed è titolare di un assegno di ricerca presso l’Università degli Studi di

Perugia dal 1999. E’ autore di 3 pubblicazioni nel campo della

termofisica e dell’acustica.

6WHIDQR�2UWLFD�Nato a Herrenberg (Germania) nel 1973, si è laureato in Ingegneria per

l'Ambiente e il Territorio nel 1999; frequenta il 3° anno del Dottorato di

Ricerca in Fisica Tecnica Ambientale presso la Facoltà di Ingegneria

dell’Università degli Studi di Perugia. E’ autore di 5 pubblicazioni nel

campo della trasmissione del calore e dell’acustica.


3

5LDVVXQWR�

Nel presente lavoro vengono illustrati i risultati delle misure eseguite su

prototipi di barriera stradale, effettuate presso il Laboratorio di Acustica

dell'Università di Perugia. Un prototipo è ottenuto dall'assemblaggio di

elementi modulari costituiti da una struttura scatolare metallica in

alluminio con all’ interno del materiale poroso. L'altro prevede l'innesto di

alcuni pannelli trasparenti di PMMA (Polimetilmetacrilato).

Le proprietà di isolamento acustico sono state misurate in due camere

riverberanti accoppiate, secondo quanto previsto dalle ISO 140-1, 140-3,

717-1 ed EN 1793-1, 1793-2; le misure sono state eseguite sui due

prototipi.

Le proprietà di assorbimento acustico dei pannelli metallici sono state

misurate in camera riverberante, in accordo alla norma ISO/DIS 354/200.

I risultati mostrano le proprietà di isolamento (classe B3 della ISO), e le

proprietà di fonoasssorbimento (categoria A3 della ISO).

Attraverso uno studio teorico, è stata proposta un'ottimizzazione delle

caratteristiche di assorbimento delle barriere in esame.


4

$EVWUDFW��

The latest Italian laws on noise pollution have prompt attention on the

acoustic performances of materials; noise barriers are one of the most

commonly used systems to reduce noise by roads and railways.

This paper illustrates the measurement results on new noise barrier

samples, carried out at the Acoustics Laboratory of the University of

Perugia. A prototype is made assembling modular elements made of

aluminium, filled with rockwool; the other contains a transparent panel,

made of PMMA (Polimetylmetacrylate).

Sound insulation properties have been measured in two coupled

reverberating rooms, according to ISO 140-1, 140-3, 717-1, EN 1793-1,

1793-2; measurement have been carried out for both prototypes.

Metal panels sound absorption properties have been measured in a

reverberating room, according to ISO/DIS 354/2000. The resulting sound

insulation properties agree with class B3 of ISO, the sound absorption

properties agree with category A3 of ISO.

An optimization of the sound absorption properties of the metal panels

has been proposed, taking into account all the different parameters which

influence the phenomenon.


5

�� ,QWURGX]LRQH��

Il costante incremento della mobilità ha prodotto un notevole

incremento dell'inquinamento ambientale. Fra le molteplici componenti

dell'inquinamento, un ruolo particolare è assunto dal rumore, che genera

effetti disturbanti sulla salute psicofisica della popolazione esposta.

Per ridurre l’ emissione rumorosa della sorgente si può agire direttamente

sui mezzi di trasporto imponendo alle case produttrici precisi standard

costruttivi, nei quali sia definito il massimo livello di rumore che ogni

veicolo può emettere in certe condizioni operative. Un altro tipo

d’ intervento può essere l’ impiego di particolari asfalti fonoassorbenti e,

non da ultimo, risulta utile anche il controllo della velocità e dei volumi di

traffico. Una volta che il rumore è stato prodotto, la sua propagazione può

essere ostacolata essenzialmente disponendo delle barriere acustiche a

protezione delle comunità soggette al rumore. Le barriere sono costituite

da schermi di varia natura che, inseriti nella linea di vista tra sorgente e

ricevitore, attenuano la propagazione del suono diretto. L’ attenuazione

prodotta in questo modo è l’ unica, tra le varie riscontrabili nella

propagazione del suono all’ aperto, che può essere tecnicamente

controllata e, per tale ragione, le barriere acustiche svolgono un ruolo di

vitale importanza.


6

In questa sede è stato affrontato il problema del contenimento della

rumorosità delle infrastrutture per mezzo di barriere acustiche, con

particolare riferimento alle prove che devono essere svolte per accertare le

loro prestazioni acustiche.

Nel Laboratorio di Acustica dell’ Università di Perugia sono state svolte

alcune serie di misurazioni su un campione di barriera stradale costituita

principalmente di due elementi: un modulo con struttura scatolare

metallica monoassorbente con lana di roccia al suo interno ed un modulo

trasparente in PMMA (polimetilmetacrilato).

Due sono state le fasi della sperimentazione per la determinazione del

comportamento acustico del campione: la prima ha riguardato le

caratteristiche di assorbimento; la seconda quelle di isolamento. Nella

prima serie di misurazioni è stato determinato il coefficiente di

fonoassorbimento in campo diffuso per bande di frequenza di un terzo

d’ ottava tra 100 Hz e 5000 Hz, per varie disposizioni dei moduli.

Le prove sono state condotte applicando la normativa ISO/DIS 354 del

2000, che costituisce una revisione tecnica della ISO 354/85, anche se a

tutt’ oggi, la sua versione è provvisoria ed in fase di sperimentazione. La

principale novità dell’ ISO/DIS 354 del 2000 consiste nell’ introdurre nella

valutazione dell’ area fonoassorbente equivalente un termine che tiene

conto dell’ assorbimento del suono in aria, in funzione della variazione


7

della temperatura e dell’ umidità relativa durante l’ esecuzione della prova.

Tale termine è calcolato secondo la normativa ISO 9613-1 (’ 93). Per

mezzo della normativa UNI EN 1793-1 (’ 99) è stata determinata la

prestazione acustica del campione nei riguardi dell’ assorbimento.

Nella seconda serie di misurazioni sono state eseguite due prove per

testare il comportamento fonoisolante del pannello stradale: nella prima

sono stati utilizzati solamente moduli metallici monoassorbenti; nella

seconda si sono inseriti anche i moduli in PMMA. Si è fatto riferimento

alla normativa UNI EN ISO 140-3 (’ 97) per determinare il potere

fonoisolante R per bande di frequenza di un terzo d’ ottava tra 100 Hz e

5000 Hz ed alla UNI EN 1793-2 (’ 99) per la prestazione acustica

intrinseca nei riguardi dell'isolamento.

Le prestazioni della barriera sono state confrontate con le specifiche

richieste da ANAS, Società Autostrade, Ente Ferrovie dello Stato,

AISCAT e Ministero dell’ Ambiente.

Nella parte finale del lavoro sono state fornite alcune indicazioni per

l’ ottimizzazione delle prestazioni di assorbimento acustico del campione

di prova.


8

�� 'HVFUL]LRQH�GHOODSSDUDWR�VSHULPHQWDOH�� Le misure eseguite presso le camere riverberanti accoppiate del

Laboratorio di Acustica dell’ Università di Perugia, costituite da due

strutture scatolari in cemento armato, strutturalmente isolate tra loro e

dall’ ambiente esterno.

Le due camere sono state realizzate in modo conforme a quanto indicato

nella norma UNI EN ISO 140-1 nella quale, sono forniti i requisiti per le

attrezzature di laboratorio per la misurazione dell’ isolamento acustico di

elementi di edificio.

L’ isolamento strutturale è stato ottenuto interponendo tra le camere uno

strato di polistirolo di 10 cm e poggiando le camere stesse direttamente

sulle travi rovesce di fondazione, con interposto un materiale elastico

(neoprene), per lo smorzamento d’ eventuali vibrazioni trasmesse dalla

struttura portante.

Le pareti laterali e la base hanno uno spessore di 40 cm e sono realizzate

in cemento armato. In questo modo si riesce a garantire un potere

fonoisolante superiore a 70 dB.

Le porte di accesso alle due camere sono realizzate con una struttura

metallica scatolare di 6 cm di spessore, riempita di sabbia con tripla

battuta. Le guarnizioni sono in gomma siliconica. In tal modo è garantito


9

un potere fonoisolante superiore a 50 dB.

Le pareti ed il soffitto sono intonacati con calce; il pavimento è realizzato

con piastrelle ceramiche.

Le caratteristiche geometriche delle due camere sono le seguenti:

- Camera emittente

• dimensioni interne: L x P x H = 4,6 m x 4,0 m x 2,9 m

• volume interno netto VE = 53,36 m3

La copertura è costituita da due diverse parti: la prima è realizzata

in calcestruzzo con spessore di 40 cm e resta fissa; la seconda è un solaio

normalizzato, sempre in calcestruzzo, ma asportabile e di 17 cm di

spessore. In questo modo è possibile effettuare la misura del potere

fonoisolante di solai sottoposti a rumore impattivo.

- Camera ricevente

• dimensioni interne: L x P x H = 4,6 m x 3,9 m x 3,5 m

• volume interno netto VR = 62,79 m3

La copertura è realizzata con un solaio in calcestruzzo armato di

spessore pari a 40 cm.

Le due camere riverberanti sono messe in comunicazione per mezzo di

un’ apertura con le seguenti dimensioni: l = 4,16 m, h = 2,47 m, Superficie

= 10,28 m2.


10

Durante lo svolgimento della prova di fonoassorbimento sul pannello

stradale in camera emittente, l’ apertura è stata chiusa con un muro in

mattoni dello spessore di 40 cm e privo d’ intonaco.

Per lo svolgimento di prove acustiche si è utilizzata la seguente

strumentazione fonometrica:

- Sistema di misura computerizzato: è costituito da un computer portatile

operante con la scheda di acquisizione OROS 2 per l’ elaborazione e

l’ analisi di misure acustiche (fino a 50 kHz) (fig. 2.1).

- Sorgente di rumore omnidirezionale: è costituita da un dodecaedro

regolare per garantire una emissione uniforme ed omnidirezionale. È

costituita da un involucro in legno composto da dodici facce pentagonali

con lato di 22 cm; su ciascuna faccia è installato un altoparlante circolare

di diametro 16,4 cm. La sorgente è montata su di un asta in maniera tale

che la sua distanza dal pavimento risulta essere di 1,5 m (fig. 2.2).

- Amplificatore bicanale: per l’ alimentazione della sorgente di rumore si

utilizza l’ amplificatore modello SU-A900 della Technics, di potenza

massima pari a 200 W.

- Generatore di rumore bianco: è costituito da un registratore digitale

DAT (Digital Audio Tape-corder) modello TCD-D7 di fabbricazione

Sony, con il quale viene riprodotto un nastro sul quale è inciso un rumore

bianco. Si tratta, in accordo con la ISO/DIS 354, di un rumore stazionario


11

a banda larga per il quale la differenza del livello di pressione sonora tra

le bande adiacenti risulta essere minore di 6 dB.

- Microfono a condensatore: modello WC53A di Rion, da ½ pollice di

tipo omnidirezionale. È un microfono di precisione specifico per misure

in ambiente riverberante e dotato di preamplificatore per il collegamento

al sistema d’ acquisizione dati.

- Pistonofono: modello Bruel & Kjaer 4228. È usato per la calibrazione

dei microfoni ed emette un tono puro di 250 Hz e LPS 124 dB.

Sono presenti un igrometro ed un termometro, rispettivamente per la

misura dell’ umidità relativa e della temperatura dell’ aria all’ interno della

camera riverberante. Inoltre si utilizza un barometro per la rilevazione

della pressione atmosferica.

La strumentazione descritta è collegata in successione come segue:

G A1A2 OR

ES

M

Camera riverberante


12

con il seguente significato dei simboli:

• G Generatore di rumore bianco;

• A1 Amplificatore;

• S Sorgente omnidirezionale;

• M Microfono;

• A2 Amplificatore del microfono;

• OR Scheda di acquisizione del segnale;

• E Elaboratore portatile.

La strumentazione di cui dispone il laboratorio consente l’ effettuazione di

diverse tipologie di misurazioni acustiche, nel rispetto dei vigenti

regolamenti tecnici. Per la determinazione del fonoassorbimento del

campione di prova, l’ elaboratore fornisce:

- Misura del tempo di riverberazione;

- Spettro in tempo reale per bande di frequenza di 1/3 di ottava.


13

Fig. 2.1: Computer con scheda di acquisizione per l’ elaborazione delle curve di decadimento.

Fig. 2.2: Sorgente omnidirezionale.


14

�� 'HVFUL]LRQH�FDPSLRQH�GL�SURYD��

La barriera stradale in esame può essere assemblata con due tipi di

elementi modulari dalle caratteristiche e dimensioni diverse. Il primo tipo

di pannello è costituito da una struttura scatolare metallica in alluminio

con all’ interno del materiale poroso e svolge un compito sia fonoisolante

sia fonoassorbente (fig. 3.1).

Fig. 3.1: Pannello metallico forato.

La struttura scatolare è in lamiera zincata di 2 mm di spessore e,

sulla parte esposta al lato strada, presenta una foratura di diametro φ = 8

mm, a 60° ed interasse 12 mm. Sul lato pieno è applicato un foglio di

appesantimento del tipo “TIBO” di densità 5 kg/m2. Per quanto riguarda


15

la foratura, le specifiche degli enti gestori delle strutture stradali e

ferroviarie richiedono che il singolo foro abbia un’ area inferiore a 78 mm2

e che le superfici forate possiedano un rapporto vuoto/pieno non inferiore

al 35%; il pannello in esame ha l’ area del foro circa pari a 50 mm2 e il

rapporto vuoto/pieno è del 60%. In fig. 3.2 è presentato un particolare

della foratura.

Fig. 3.2: Particolare della foratura

Il materiale poroso, inserito all’ interno della struttura metallica, è

lana di roccia minerale prodotta in pannelli rigidi dello spessore di 8 cm.

La densità dello strato poroso è di 100 kg/m3. Inoltre, per evitare che


16

l’ esposizione prolungata agli agenti atmosferici produca una riduzione

delle sue proprietà fonoassorbenti, la lana di roccia è rivestita con un velo

di vetro che la rende imputrescibile. Complessivamente questo tipo di

pannello presenta una massa per unità di superficie di 21,6 kg/m2.

Le dimensioni dell’ elemento modulare in alluminio sono le seguenti:

- 100x300x10 cm;

- 100x116x10 cm.

Il secondo tipo di pannello è costituito da una lastra trasparente di PMMA

(polimetilmetacrilato) dello spessore di 150 mm e svolge il solo compito

fonoisolante (fig. 3.3). La struttura di supporto è in lamiera e

complessivamente ha uno spessore di 10 cm.

Le dimensioni dell’ elemento modulare in PMMA sono le

seguenti:

- 43x300x10 cm;

- 43x116x10 cm.


17

Fig. 3.3: Pannello trasparente in PMMA.

I due elementi modulari possono essere assemblati in opera in diversi

modi secondo le necessità costruttive. Le superfici laterali sono sagomate

in modo tale da permettere l’ incastro con gli altri moduli ed,

adeguatamente sigillate, impedire ogni via di fuga per il suono.

Per i collegamenti sono utilizzati montanti in acciaio Fe 360 B, del

tipo HEA 160. �


18

�� 0HWRGRORJLD�GL�PLVXUD�� Una volta qualificate le camere riverberanti si è proceduto

all'esecuzione delle prove di fonoassorbimento e di isolamento acustico.��)RQRDVVRUELPHQWR�

La prima serie di misurazioni del tempo di riverberazione è stata eseguita

nella camera emittente (V = 53,36 m3), e successivamente si sono ripetute

le misure nella camera riverberante di volume V=120 m3 (ricavata

dall’ abbattimento del muro di mattoni che separava la camera emittente

da quella ricevente). Queste ulteriori prove sono state effettuate per

valutare il comportamento del campione in una camera riverberante il cui

volume si avvicina maggiormente a quello minimo stabilito dalla

normativa (150 m3).

La prima prova è stata condotta sul solo modulo metallico di dimensioni

100x300x10 cm; il campione è stato disposto direttamente a contatto con

il pavimento; la seconda prova è stata eseguita sul modulo metallico di

dimensioni 100x300x10 cm, insieme con quello trasparente 43x300x10

cm (nello spessore si considera la struttura di supporto).

La procedura da seguire per la determinazione delle caratteristiche

fonoassorbenti di un campione di prova prevede, come prima fase,

l’ effettuazione della misura del tempo di riverberazione a camera vuota.


19

È necessario effettuare la misurazione della temperatura e dell’ umidità

relativa all’ interno della camera. Il valore della temperatura deve essere

determinato con accuratezza perché da questo dipende direttamente la

velocità del suono in aria e quindi anche il coefficiente di assorbimento.

Per calcolare il coefficiente di attenuazione del suono in aria si deve

inoltre rilevare, mediante un barometro, la pressione atmosferica al

momento dell’ effettuazione della prova.

Una volta misurato il tempo di riverberazione, si passa al calcolo della

superficie fonoassorbente equivalente della camera vuota A1, cioè l’ area

di una superficie totalmente assorbente (con coefficiente di assorbimento

pari ad 1 per tutte le frequenze) che darebbe lo stesso tempo di

riverberazione di quello ottenuto sperimentalmente. Si utilizza la seguente

relazione:

A55.3V

cTVm1

11= − 4

dove: V è il volume della camera riverberante [m3];

c è la velocità di propagazione del suono in aria [m/s]; per

l’ intervallo di temperatura 15÷30 °C, la velocità può essere

calcolata con la relazione c=331+0,6t essendo “t” la

temperatura dell’ aria espressa in gradi Celsius;

T1 è il tempo di riverberazione della camera vuota [s];


20

m1 è il coefficiente di assorbimento dell’ aria, in [m-1],

calcolato in accordo con la ISO 9613-1, considerando le

condizioni climatiche presenti in camera vuota al momento

della misurazione.

Conclusa la serie di misurazioni a camera vuota, si dispone il campione di

prova all’ interno della camera riverberante. Si ripete la stessa procedura

appena descritta, disponendo la sorgente ed il microfono nelle posizioni

fissate precedentemente e calcolando il valore della superficie

fonoassorbente equivalente A2, utilizzando la relazione:

A55.3V

cTVm2

22= − 4

Dalla differenza tra la superficie fonoassorbente equivalente della camera

in presenza ed in assenza del campione di prova, si ottiene la superficie

fonoassorbente equivalente del campione As = A2-A1, che, divisa per

l’ area del campione, fornisce il coefficiente di fonoassorbimento s.

Nella determinazione delle superfici fonoassorbenti A1 ed A2, durante lo

svolgimento del presente lavoro, sono stati considerati alcuni fattori

correttivi per non introdurre errori nei risultati.

Il primo di questi fattori tiene conto del fatto che, in presenza del

campione di prova, il volume della camera riverberante risulta minore di

quello a camera vuota. Essendo già il volume della camera riverberante

inferiore al valore minimo dato in normativa, è stato scelto di valutare il


21

più accuratamente possibile questo termine indicando con V1 il volume

della camera vuota e con V2 quello in presenza del campione.

È stato anche diversificato il termine che considera la velocità del suono

in aria in funzione della temperatura, per tenere conto della variazione

delle condizioni climatiche che si verifica durante le prove a camera vuota

ed in presenza del campione.

Un altro termine correttivo è legato alla superficie del pavimento che in

presenza del campione viene ad essere coperta e quindi non costituisce

più una superficie assorbente. Il contributo del mancato assorbimento del

pavimento è stato valutato pesando la superficie che resta coperta dal

campione con la superficie totale della camera riverberante (S1 = 86,68

m2 per la camera di volume V1 = 53,36 m3; S1 = 166,8 m2 per la camera di

volume V1 = 120 m3):

A55.3V

c T

S

Spavimento1

1 1

coperta

1

= ⋅

In definitiva la superficie fonoassorbente equivalente del campione di

prova è stata ottenuta mediante la seguente relazione:

A A A AS 2 1 pavimento= − +

ed il coefficiente di fonoassorbimento αs, per le bande di frequenza di un

terzo d’ ottava tra 100 Hz e 5000 Hz, è stato determinato dividendo la

(5.8) per la superficie assorbente del campione:


22

α sS

campione

AS

=

La determinazione della ripetibilità è un test che nella ISO/DIS 354 del

2000 non è presente mentre, nella ISO 354 del 1985, ne è consigliato

l’ utilizzo per avere un indice sulla precisione con cui è stata condotta la

misurazione e sull’ affidabilità dei risultati.

La ripetibilità r, secondo quanto definito dalla norma ISO 354/1985, è il

valore al di sotto del quale la differenza assoluta tra due risultati di prove

può essere attesa con una specificata probabilità. I risultati devono essere

ottenuti usando lo stesso metodo, su identici campioni e sotto le stesse

condizioni (stesso operatore, stesso apparato, stesso laboratorio ed in un

breve intervallo di tempo). In assenza di altre indicazioni, la probabilità è

del 95%.

La determinazione della ripetibilità è un test oneroso perché comporta

l’ esecuzione di almeno cinque misure complete del coefficiente di

fonoassorbimento nelle stesse condizioni.

Nel presente lavoro la ripetibilità è stata calcolata solo per il modulo in

struttura scatolare metallica con all’ interno del materiale fonoassorbente

di dimensioni 100x300x10 cm.

La ripetibilità è stimata con la seguente relazione:

r = t 2n -1

( ii=1

n1 2α α−∑ )


23

dove: i è il risultato della i-esima misura;

è la media aritmetica ottenuta sulle n misure;

t è il fattore derivante dalla distribuzione di Student per un

livello di probabilità del 95% e un appropriato numero di gradi di libertà.

La normativa UNI EN 1793-1 specifica un metodo di prova per la

valutazione delle prestazioni di assorbimento acustico dei dispositivi

stradali per la riduzione del rumore. Si occupa più propriamente della

determinazione della prestazione intrinseca, non considerando invece

quella estrinseca (in situ), che dipende da fattori non relativi al prodotto

stesso.

Una volta determinati i coefficienti di assorbimento acustico αSi in

ciascuna banda di frequenza tra 100 Hz e 5000 Hz, questi devono essere

ponderati secondo lo spettro normalizzato del rumore da traffico definito

nella UNI EN ISO 1793-3. Questo spettro normalizzato è espresso in

livelli relativi di pressione sonora ponderata A, Li (dB), in bande di

frequenza di terzo d’ ottava tra 100 Hz a 5000 Hz. Si riportano i valori

nella tabella che segue:


24

Frequenza, Hz �� Li (dB) -20 -20 -18 -16 -15 -14 -13 -12 -11

Frequenza, Hz �� Li (dB) -9 -8 -9 -10 -11 -13 -15 -16 -18

Tab. 4.1: livelli relativi di pressione sonora ponderata A dello spettro normalizzato del rumore da traffico.

Per mezzo della relazione:

'/'

('

(

)

)α

α= − − =

=

∑

∑10 1

10

10

0 1

1

18

0 1

1

18log

,

,

Si

si calcola l’ indice di valutazione della prestazione di assorbimento

acustico DLα, in decibel.

Il valore ottenuto deve essere arrotondato all’ intero più vicino.

Per classificare la prestazione di assorbimento si utilizzano le categorie

elencate nel prospetto seguente:

Categoria DLα (dB)�

A0 Non determinato A1 < 4 A2 da 4 a 7 A3 da 8 a 11 A4 > 11

Tab. 4.2: categorie di fonoassorbimento al variare di DLα.

�


25

��)RQRLVRODPHQWR�

L’ attrezzatura di laboratorio consiste due camere riverberanti

adiacenti provviste di una apertura che le rende comunicanti e nella quale

viene inserito il campione sottoposto a prova. Le dimensioni delle pareti

di prova sono determinate dalle dimensioni dell’ apertura che mette in

comunicazione la camera emittente con la camera ricevente.

La determinazione della prestazione acustica è stata eseguita in due

diverse configurazioni del campione: nella prima (fig. 4.1), sono stati

utilizzati solo pannelli metallici forati; nella seconda (fig. 4.2), sono stati

inseriti anche gli elementi modulari trasparenti in PMMA.

Fig. 4.1: Pannelli metallici nell’ apertura di prova visti dalla camera ricevente.


26

Fig. 4.2: Seconda disposizione dei pannelli visti dal lato della camera ricevente.

Per determinare l’ isolamento acustico di un campione secondo quanto

stabilito nella UNI EN ISO 140-3, si deve valutare un fattore di

correzione che contiene l’ area equivalente di assorbimento nella camera

ricevente. Per fare ciò, è necessario misurare il tempo di riverberazione

nella camera ricevente. La norma UNI EN ISO 140-3, per la valutazione

di tale grandezza, fa riferimento alla ISO 354 del 1985.

Utilizzando poi la formula di Sabine, si ricava l’ area equivalente di

assorbimento acustico:

$ 97= ⋅0 16,

dove: A è l’ area equivalente di assorbimento acustico [m2];

V è il volume dell’ ambiente ricevente = 62,79 m3;


27

T è il tempo di riverberazione nell’ ambiente ricevente [sec].

Il numero minimo di misurazioni di decadimento richieste per ciascuna

banda di frequenza è sei. Devono essere impiegate almeno una posizione

di altoparlante e tre posizioni di microfono con due letture in ciascun

caso. Delle sei letture viene poi considerata la media aritmetica del tempo

di riverberazione, calcolata per bande di un terzo d’ ottava tra 100 Hz e

5000 Hz.

La prova consiste nel determinare il livello medio di pressione sonora

all’ interno della camera emittente e della camera ricevente.

La misurazione ha inizio con la generazione di un campo sonoro

nell’ ambiente emittente per mezzo di un suono stazionario con uno

spettro continuo nella gamma di frequenza considerata. Il suono è un

rumore bianco riprodotto in modo digitale, amplificato e trasmesso alla

sorgente. Lo spettro di questo rumore nell’ ambiente emittente non deve

presentare differenze di livello maggiore di 6 dB tra le bande adiacenti di

un terzo d’ ottava. Il segnale di eccitazione è mantenuto per 8 secondi con

una potenza sonora sufficientemente alta da ottenere, nell’ ambiente

ricevente, un livello di pressione maggiore di almeno 15 dB rispetto al

rumore di fondo in qualsiasi banda di frequenza.


28

Dopo aver misurato i livelli di pressione sonora nelle due camere, se ne

deve calcolare la media su base energetica facendo riferimento alla

seguente relazione:

/ Q*

+

, -=

=∑10

11010

1

log

dove: Li sono i livelli di pressione sonora da L1 a Ln in n posizioni diverse

della camera.

Il livello medio di pressione sonora nella camera emittente è indicato con

L1 ed il livello medio di pressione sonora nella camera ricevente è

indicato con L2.

Per definizione il potere fonoisolante è pari a dieci volte il logaritmo in

base dieci del rapporto tra la potenza sonora W1 incidente su una

partizione in prova e la potenza sonora W2 trasmessa attraverso il

provino.

5 ::= 10 1

2

log

Se si ammette l’ ipotesi che i campi sonori siano perfettamente diffusi e

che il suono irradiato nella camera ricevente sia trasmesso solamente

attraverso il provino, il calcolo del potere fonoisolante per ogni banda di

frequenza di un terzo d’ ottava può svolgersi, come indicato nella UNI EN

ISO 140-3, con la seguente relazione:

5 / / 6$= − +1 2 10log


29

dove:

L1 è il livello medio di pressione sonora nella camera emittente [dB];

L2 è il livello medio di pressione sonora nella camera ricevente [dB];

S è l’ area del provino pari all’ apertura di prova = 10,28 m2;

A è l’ area di assorbimento equivalente nella camera ricevente [m2].

Per definizione l’ indice di valutazione del potere fonoisolante RW è il

valore, in decibel, della curva di riferimento a 500 Hz dopo lo

spostamento di detta curva fino a quando la somma degli scarti

sfavorevoli è più grande possibile, ma non maggiore di 32 dB.

Il metodo è specificato nella UNI EN ISO 717-1. In tale norma vengono

introdotti alcuni termini, detti termini di adattamento allo spettro, che

servono per valutare l’ isolamento acustico per diverse sorgenti di rumore,

se è conosciuto il loro spettro ponderato A. Sono valori, in decibel, da

aggiungere all’ indice di valutazione del potere fonoisolante per tenere

conto delle caratteristiche degli spettri sonori tipici di alcune sorgenti di

rumore più diffuse.

Nel presente lavoro è stato calcolato sia il termine di adattamento allo

Spettro N°1 (termine C), determinato in funzione della differenza tra i

livelli sonori ponderati A nella camera di emissione e di ricezione per un

rumore rosa, sia il termine di adattamento allo Spettro N°2 (termine Ctr),


30

determinato in funzione della differenza tra i livelli sonori ponderati A

nella camera di emissione e di ricezione per un rumore di traffico stradale.

Entrambi gli spettri sono definiti nel campo di frequenze tra 100 Hz e

3150 Hz.

Come previsto dalla normativa, sono stati completati da ulteriori termini

di adattamento allo spettro che coprono un campo di frequenze più esteso

compreso tra 100 Hz e 5000 Hz.

I termini di adattamento allo spettro sono stati calcolati con una

precisione di 0,1 dB e poi sono stati arrotondati al numero intero più

prossimo, come prescritto in normativa.

Con la normativa UNI EN 1793-2 si valuta la prestazione intrinseca della

barriera sottoposta a prova per quanto riguarda l’ isolamento acustico per

via aerea. Una volta determinati i valori del potere fonoisolante Ri in

ciascuna banda di frequenza tra 100 Hz e 5000 Hz, questi sono stati

ponderati secondo lo spettro normalizzato del rumore da traffico definito

nella UNI EN ISO 1793-3.

Per mezzo della relazione seguente, si ottiene l’ indice di valutazione

dell’ isolamento acustico per via aerea DLR, in decibel:

'/ ./ .

0/

0

1 1

1= −

⋅ −

=

=

∑

∑10

10 10

10

0 1 0 1

1

18

0 1

1

18log

, ,

,


31

Nel calcolo di DLR, la normativa prescrive di arrotondare i valori del

potere fonoisolante Ri alla prima cifra decimale più vicina e di indicare

l’ indice di valutazione dell’ isolamento acustico per via aerea dopo averlo

arrotondato all’ intero più vicino.

Per classificare la prestazione d’ isolamento per via aerea si utilizzano le

categorie elencate nel prospetto seguente:

Categorie di isolamento acustico per via aerea

Categoria DLR (dB)�B0 Non determinato

B1 < 15

B2 da 15 a 24

B3 > 24

Tab. 4.3: categorie di fonoisolamento al variare di DLR.


32

��5LVXOWDWL�� Il coefficiente di fonoassorbimento per bande di frequenza di un

terzo d’ ottava è presentato in figura 5.1.

Fig. 5.1: Andamento del coefficiente di fonoassorbimento in funzione della frequenza.

L'LQGLFH�GL�YDOXWD]LRQH�GHOOD�SUHVWD]LRQH�GL�DVVRUELPHQWR�DFXVWLFR DLα e

la categoria di appartenenza del pannello stradale in esame, sono:

DLα = 8 dB Categoria: A3

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

frequenza (Hz)

coef

fici

ente

di f

onoa

ssor

bim

ento

αS

assorbimento 0,33 0,48 0,55 0,69 0,55 0,60 0,73 0,88 0,82 0,89 0,94 0,90 0,86 0,81 0,80 0,82 0,87 0,82

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000


33

I valori del coefficiente di assorbimento alle varie frequenze, pur

classificando la barriera nella seconda miglior categoria, risultano

passibili di miglioramento, in special modo alle basse frequenze.

Applicando il metodo specificato UNI EN ISO 717-1, è stato determinato

l’ LQGLFH� GL� YDOXWD]LRQH� GHO� SRWHUH� IRQRLVRODQWH� 5 2 � �� Per il campione

costituito da pannelli metallici forati, RW è risultato pari a 34 dB.

Fig. 5.2: Andamento del coefficiente di fonoisolamento in funzione della frquenza.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

frequenza (Hz)

pote

re fo

nois

olan

te R

i (d

B)

Ri 12,8 18,9 18,2 19,6 24,1 25,4 25,3 28,5 33,4 38,2 38,3 39,6 42,3 42,5 40,0 39,3

ISO 717-1 15 18 21 24 27 30 33 34 35 36 37 38 38 38 38 38

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150

34


34

I termini di adattamento allo spettro C e Ctr nel campo di frequenze da

100 Hz a 3150 Hz, risultano C = -2 dB; Ctr = -6 dB

L’ LQGLFH�GL� YDOXWD]LRQH�GHOOD�SUHVWD]LRQH�GL� LVRODPHQWR�DFXVWLFR�SHU�YLD�DHUHD�'/3 e la categoria di appartenenza del campione in esame, sono:

DLR = 28 dB; Categoria: B3

L'elevato valore del parametro DLR e la regolarità dell'andamento del

potere fonoisolante in funzione della frequenza, mostrano un

comportamento soddisfacente della barriera con la classificazione nella

categoria più alta di isolamento acustico per via aerea.


35

�� 2WWLPL]]D]LRQH�GHOOH�SURSULHWj�GL�IRQRDVVRUELPHQWR�

� Il comportamento fonoassorbente del campione di barriera in

struttura scatolare metallica di dimensioni 100×300×10 cm, testato in

camera riverberante di volume V=53,36 m3, rispetta l’ andamento tipico

dei pannelli forati risonanti.�Nel documento relativo alle caratteristiche delle barriere stradali redatto

dalla Commissione Interaziendale (ANAS, l’ Ente Ferrovie dello Stato, la

Società Autostrade, l’ AISCAT ed il Ministero dell’ Ambiente), sono

riportati i valori minimi del coefficiente di fonoassorbimento dei

componenti di tali barriere.

Nella tabella che segue sono messi a confronto questi valori con i risultati

ricavati dalla presente sperimentazione.


36

Indici di valutazione dell’ assorbimento Frequenza

(Hz) Prova 1

αS Prova 2

αS Prova 3

αS Prova 4

αS Prova 5

αS Commissione

αS�� 0,49 0,51 0,58 0,61 0,48 !�� 0,57 0,57 0,53 0,57 0,55 !�� 0,86 0,87 0,91 0,87 0,88 !�� 0,93 0,92 0,96 0,91 0,94 !�� 0,86 0,82 0,83 0,84 0,81 !�� 0,80 0,76 0,77 0,83 0,87 !��

Ad eccezione dei coefficienti di fonoassorbimento per la banda di

frequenza a 250 Hz, tutti gli altri valori del pannello in esame soddisfano

quanto previsto dalla Commissione.

La teoria dei risonatori acustici, applicata ai pannelli forati risonanti,

fornisce una relazione dalla quale si può ricavare con buona

approssimazione il valore della frequenza a cui si ottiene il massimo

assorbimento. La relazione è la seguente:

I S+ / 4max ,=

⋅5 4

dove: S�è la percentuale di foratura del pannello (area vuota/area totale) =

40%;


37

+� è lo spessore della lana di roccia = 0,08 m;

/ 5 � è la lunghezza equivalente del collo risonatore e si esprime:

/ G /6 = +0 8,

con: G diametro del foro = 8 mm;

/ è la lunghezza del foro pari allo spessore della lamiera = 2 mm.

Sostituendo i valori numerici, si ottiene:

I 7�8�9 = 1320 Hz

L’ andamento del coefficiente di fonoassorbimento ricavato per via

sperimentale individua il massimo fra 1000 Hz e 1250 Hz, di poco

inferiore al valore teorico. Dal momento che il valore non soddisfacente

del coefficiente di assorbimento si ha per la banda a 250 Hz, è

ragionevole supporre che, abbassando il valore della frequenza di

massimo assorbimento, si ottenga un miglioramento delle proprietà alle

frequenze più basse. Si ipotizza, ad esempio, di variare le caratteristiche

del pannello nel seguente modo:

- diametro dei fori da 8 mm a 6 mm;

- interasse dei fori invariato a 12 mm a 60°;

- spessore della lamiera forata = 2 mm;

- spessore della lana di roccia = 8 cm.


38

La frequenza a cui si ottiene il massimo assorbimento si è spostata verso

valori minori e risulta pari a:

I 7�8�9 = 1110 Hz

Calcolando tuttavia il rapporto vuoto/pieno per il pannello forato con le

precedenti caratteristiche si ottiene che risulta pari al 29%, valore al di

sotto di quello minimo consigliato. Si cerca quindi una seconda ipotesi in

modo tale che si riesca a soddisfare sia la necessità di abbassare il valore

della frequenza a cui corrisponde il massimo assorbimento, sia il rapporto

vuoto/pieno della superficie forata.

Un buon risultato si ottiene con i seguenti valori:

- diametro dei fori = 6 mm;

- interasse dei fori da 12 mm a 11 mm, sempre a 60°;

- spessore della lamiera forata = 2 mm;

- spessore della lana di roccia da 8 cm a 10 cm.

In questo modo il rapporto vuoto/pieno risulta pari al 37% e la frequenza

di massimo assorbimento si sposta da 1320 Hz a 1130 Hz, con probabili

miglioramenti alle frequenze più basse.


39

��&RQFOXVLRQL�� Nel presente lavoro è stato affrontato il problema

dell'ottimizzazione delle proprietà acustiche di barriere stradali.

Per quanto riguarda la misurazione del fonoisolamento del campione, si è

fatto riferimento alle normative UNI EN ISO 140-1, 140-3 e 717-1; per la

determinazione della prestazione acustica sono state utilizzate le UNI EN

1793-1, 1793-2.

La prima fase di sperimentazione ha riguardato la determinazione del

coefficiente di fonoassorbimento in campo diffuso per il campione con

struttura scatolare metallica monoassorbente. La prova, eseguita in

camera riverberante di volume 53,36 m3, ha fornito valori del coefficiente

di fonoassorbimento che rispettano i limiti minimi per tutte le bande di

frequenza, ad eccezione di quella a 250 Hz. Comunque globalmente il

campione presenta buone caratteristiche fonoassorbenti; ciò risulta

dall’ indice di valutazione della prestazione di assorbimento acustico DLα

pari a 8 dB e dalla categoria di appartenenza del pannello stradale di

classe A3 (classe migliore A4).

Nella seconda serie di misurazioni è stato determinato il potere

fonoisolante R e la prestazione intrinseca nei riguardi dell’ isolamento;

l’ indice di valutazione del potere fonoisolante RW è risultato maggiore di


40

30 dB.

Anche le caratteristiche fonoisolanti sono soddisfacenti in quanto le

barriere acustiche risultano appartenere alla categoria migliore B3.

Successivamente sono state studiate alcune soluzioni per l’ ottimizzazione

delle prestazioni del campione di prova, in termini di miglioramento delle

proprietà di assorbimento acustico.


41

%LEOLRJUDILD��[1] M. Felli: “Lezioni di fisica tecnica volume terzo: Acustica e

Illuminotecnica”, CIRIAF 1999;

[2] G. Moncada Lo Giuduce, S. Santoboni: “Acustica”, Masson 1997;

[3] I. Barducci: “Acustica Applicata”, ESA 1988;

[4] E. Cirillo: “Criteri per la progettazione degli interventi di bonifica

acustica”, Collana tecnico scientifica CIRIAF-Ministero dell’ Ambiente,

Volume n. 5, 2000;

[5] F. Rossi, R. Baruffa: “Criteri per la esecuzione degli interventi di

bonifica acustica”, Collana tecnico scientifica CIRIAF-Ministero

dell’ Ambiente, Volume n. 6, 2000;

[6] E. M. Latrofa, R. Latrofa: “Criteri per la valutazione degli interventi

di bonifica acustica”, Collana tecnico scientifica CIRIAF-Ministero

dell’ Ambiente, Volume n. 7, 2000;

[7] Commissione Interaziendale ANAS, Ente Ferrovie dello Stato, Soc.

Autostrade, AISCAT, Ministero dell’ Ambiente: “Istruzioni per

l’ inserimento ambientale delle infrastrutture stradali e ferroviarie con

riferimento al controllo dell’ inquinamento acustico”, 1992;

[8] Draft International Standard ISO/DIS 354: “Acoustisc -

Measurement af sound absorption in a reverberation room”, 2000;


42

[9] UNI ISO 354: “ Misura dell’ assorbimento acustico in camera

riverberante” , 1985;

[10] ISO 9613-1: “ Acoustisc – Attenuation of sound during propagation

outdoors” , 1993(E);

[11] UNI EN 1793-1: “ Dispositivi per la riduzione del rumore da traffico

stradale – Metodo di prova per la determinazione della prestazione

acustica. Caratteristiche intrinseche di assorbimento acustico” , 1999;



acustica. Spettro normalizzato del rumore da traffico” , 1999;

[13] UNI EN ISO 140-1: “ Acustica – Misurazione dell’ isolamento

acustico in edifici e di elementi di edificio. Requisiti per le attrezzature di

laboratorio con soppressione della trasmissione laterale” , 1999;

[14] UNI EN ISO 140-3: “ Acustica – Misurazione dell’ isolamento

acustico in edifici e di elementi di edificio. Misurazione in laboratorio

dell’ isolamento acustico per via aerea di elementi di edificio” , 1997;



acustica. Caratteristiche intrinseche di isolamento acustico per via aerea” ,

1999;



43


acustica. Spettro normalizzato del rumore da traffico” , 1999;

[17] UNI EN 717-1: “ Acustica – Valutazione dell’ isolamento acustico in

edifici e di elementi di edificio. Isolamento acustico per via aerea” , 1997;

[18] C. Baroncini, E. Mattei, P. Zazzini: “ Studio e ottimizzazione di una

camera riverberante con un modello 1:10 a geometria variabile” , Atti XX

Convegno Nazionale di Acustica, 1992;

[19] F. Cotana, M. Felli, F. Rossi: “ Progettazione realizzazione e

collaudo di camere riverberanti accoppiate” , Atti Convegno Nazionale di

Acustica, 1997;

[20] C. Buratti: “ Il laboratorio di acustica dell’ Università di Perugia” ,

Rapporti GSISR n.25, 1996;

[21] Linee guida ANPA: “ Linee guida per l’ elaborazione di piani

comunali di risanamento acustico” , 1998;

[22] G. Moncada Lo Giuduce, S. Santoboni: “ Acustica” , Masson 1997;

[23] Commissione Interaziendale ANAS, Ente Ferrovie dello Stato, Soc.

Autostrade, AISCAT, Ministero dell’ Ambiente: “ Istruzioni per

l’ inserimento ambientale delle infrastrutture stradali e ferroviarie con

riferimento al controllo dell’ inquinamento acustico” , 1992;

[24] P. Ricciardi, M: Bertucci, A. Di Bella, U. Magrini, R. Zecchin:

“ Proprietà acustiche di materiali inerti porosi a struttura rigida sferoidale.


44

Analisi teorica e prove sperimentali” , Atti del XXVII Convegno

Nazionale di Acustica, 1999;

[25] F. Asdrubali: “ Sound absorption properties of loose expanded clay

of various granulometries” , V Congresso Internazionale: Transort noise

and vibration, 2000.


45

/LVWD�GHL�VLPEROL��α: Coefficiente di assorbimento A: Superficie assorbente C: Termine di adattamento allo spettro c: Velocità del suono d: Diametro dei fori dB: Decibel DLα: Indice di valutazione della prestazione di assorbimento acustico DLR: Indice di valutazione dell’ isolamento acustico per via aerea fmax: frequenza di massimo assorbimento H Spessore della lana di roccia Hz: Hertz L: Livello di pressione sonora Le� � Lunghezza equivalente del collo risonatore m: Coefficiente di assorbimento dell'aria p Percentuale di foratura del pannello R: Potere fonoisolante r: ripetibilità T: Tempo di riverberazione V: Volume W: Potenza sonora

MISURE ED OTTIMIZZAZIONE DELLE PROPRIETA …Laboratorio di Acustica dell’Università di Perugia,...

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