Prof.ing. Mauro Prof.ing. Mauro Coni Coni (( Rumore e ... · morfologia della sezione stradale,...

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1. L’interazione veicolo-strada

2. Origine e caratteristiche del rumore e delle vibrazioni

Rumore e vibrazioni

Università degli Studi di CagliariUniversità degli Studi di CagliariGESTIONEGESTIONE E E MANUTENZIONEMANUTENZIONE DELLEDELLE INFRASTRUTTUREINFRASTRUTTURE VIARIEVIARIEProf.ing. Mauro Prof.ing. Mauro ConiConi ((http://web.tiscali.it/mauroconi/)http://web.tiscali.it/mauroconi/)

3. Misure fonometriche a bordo carreggiata

4. Normativa di riferimento

5. Assorbimento acustico delle pavimentazioni

6. Impatto acustico e modelli previsionali

7. I possibili interventi di mitigazione

8. Esempi applicativi e risultati di recenti studi

9 Rumore e vibrazioni in campo ferroviario9. Rumore e vibrazioni in campo ferroviario

1. L’interazione veicolo-strada

La stabilità del veicolo, il livello di confort, leprestazioni strutturali del mezzo e dellasovrastruttura, le vibrazioni, l’aderenza, e molti altriaspetti ancora, non possono essere consideratifenomeni semplici ma piuttosto sono il risultatodell’interazione complessa tra le componenti del


de te a o e co p essa t a e co po e t desistema uomo-strada-veicolo. È evidente che tantopiù la superficie di rotolamento sarà piana eregolare tanto maggiore sarà la regolarità delleazioni trasmesse dal mezzo alla sovrastruttura eviceversa, mentre i livelli di rumore e di vibrazionirisulteranno attenuati.

Anche il fenomeno dell’aderenza,dell’aquaplanning della drenabilità del mantodell’aquaplanning, della drenabilità del mantostradale possono essere ricondotti allo studiodel micro e macroprofilo della superficie

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Il profilo reale della pavimentazione è dato dalla sovrapposizione di numerose lunghezze


numerose lunghezze d’onda. Lo spettro di rumore e di vibrazioni generato sarà composto dalle corrispondenti frequenze.


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Per facilitare il confronto tra profili differenti la ISO 8608 propone una classificazione generale deiprofili basata sulla loro PSD (Funzione di densità spettrale) calcolata in corrispondenza dellafrequenza spaziale n0 =0.1 cicli metro e numero d’onda 0= 1 rad/m. Assumendo per G(n0) i valoririportati in tabella sono state individuate 8 classi (da A ad H). Alla classe A appartengono le strade conil minor grado di asperità e che quindi, ai fini della produzione della rumorosità e delle vibrazioni,possono essere definite di migliore qualità. Nella norma non viene precisato come devono essere

it l i d l fil


eseguite le misure del profilo.

Con riguardo specifico alla pavimentazione stradale, sono ormai individuati gli intervalli dilunghezza d’onda della tessitura superficiale che risultano più nocivi nei confronti dellagenerazione del rumore di rotolamento e quali invece sono indifferenti o addiritturabenefici.

Esiste una correlazione positiva tra livello totale di pressione acustica generato dalrotolamento dei pneumatici ed le caratteristiche spettrali del profilo superficiale.


rotolamento dei pneumatici ed le caratteristiche spettrali del profilo superficiale.

Ciò suggerisce l’opportunità di caratterizzare tale legame al fine di poter orientare lescelte progettuali e costruttive in funzione di una destinazione d’uso fono-compatibiledell’infrastruttura viaria. Inoltre, nelle recenti ricerche è stato approfondito il rapporto traproprietà strutturali e proprietà funzionali dei manti stradali, indagando in quale misura leprestazioni acustiche di una pavimentazione possano “segnarne” la resistenza allesollecitazioni o, viceversa, l’ottimizzazione delle risorse resistenti possa condizionarne lacapacità fonoassorbente.

Le strategie per contrastareLe strategie per contrastareil rumore devono ia ridurre ilivelli di emissione, sialimitare la propagazione

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Il coefficiente d’assorbimentoacustico è il parametro più usato perla certificazione delle proprietàassorbenti dei materiali; è quindiconsiderato, nonostante presentialcuni inconvenienti, un riferimentodi primaria importanza per tentare un


di primaria importanza per tentare unconfronto con le miscele tradizionali,chiuse. Dai risultati sperimentaliottenuti mettono in evidenza chel’efficacia acustica dellepavimentazioni fonoassorbenti,almeno nelle bande di frequenzaosservate, sia da attribuire a duefenomeni:

•l’assorbimento locale di energiasonora;sonora;

•l’attenuazione sonora lungo lapropagazione.

Il coefficiente d’assorbimentoacustico a, determinato attraverso iltubo di Kundt, è definito dalrapporto tra l’energia assorbita equella incidente.

Notoriamente, sono molteplici i fattori che influiscono sul rumore prodotto dal traffico:composizione del parco veicolare, velocità di circolazione, geometria del tracciato,morfologia della sezione stradale, tipo e stato della pavimentazione, segnaletica, condizioniclimatiche e meteorologiche. Molti di questi fattori sono da tempo indagati per il lorocontributo all’inquinamento acustico; su taluni, specificatamente, si è accentrato l’interessedei progettisti, i quali hanno riconosciuto l’importanza che, in modo particolare, l’interazioneveicolo-strada (o meglio pneumatico-pavimentazione) ha agli effetti della rumorosità del


veicolo-strada (o meglio, pneumatico-pavimentazione) ha agli effetti della rumorosità deltraffico veicolare. Il fenomeno di generazione del rumore di rotolamento prodotto dal motodi un pneumatico su una superficie stradale è stato, negli ultimi anni, oggetto diapprofonditi studi, rivolti ad interpretare e quantificare il fenomeno fisico ed a promuovereinterventi per la riduzione dell’inquinamento acustico da traffico.

E' fondamentale che le proprietà acustichecorrelate non compromettano la funzionalitàstrutturale richiesta alla pavimentazionestessa o le prestazioni di aderenza,p ,drenabilità, regolarità e di stabilità delveicolo. Alcune di queste caratteristichepossono venir meno quando, ad esempio,per ridurre i rumori da vibrazioni si modificala tessitura, riducendo la macrorugosità.Occorre quindi trovare, in ogni caso, ilgiusto compromesso tra buonecaratteristiche acustiche e requisiti disicurezza e durabilità.

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Il rumore stradale è dovuto a causediverse, che assumono diversaimportanza secondo le differenticondizioni di marcia (velocità, flusso,portata, etc.). Le principali sono ilmotore e il rotolamento dei pneumatici


sulla pavimentazione. Diversa è il loroincidenza a seconda della velocità delmezzo: a bassi regimi del motoreprevale il rumore dovuto

al motore fino a velocità di circa 40-50 Km/h. Al di sopra di questi valori diventa piùimportante il rumore di rotolamento, fattore che comunque è funzione di numerose altrevariabili.

Sul veicolo, sulle condizioni alcontorno e ambientali il progettistacontorno e ambientali, il progettistastradale può intervenire solo in modomolto limitato e, pertanto, la suaattenzione è rivolta allo studio dellecaratteristiche del tracciato, dellasezione e dei materiali, sullecaratteristiche superficiali dellepavimentazioni e su una attentamanutenzione.

Il livello di pressione sonora è definito come il valore efficace della pressione acustica pp inscala logaritmica rispetto alla pressione di riferimento di 20 Pascal:

L’evento sonoro è un fenomeno variabile neltempo per cui si utilizza il livello equivalente cherappresenta quel livello che possiede lo stessocontenuto energetico del livello reale nel tempo

2

0

log10

p

pLp


di osservazione; tale valore, per tener contodella diversa sensibilità umana alle variefrequenze viene ponderato, generalmenteattraverso il filtro di ponderazione A:

• Laeq,t livello di pressione acustica equivalenteponderato A, tra gli istanti t1 e t2.

2

1

2

2

12,

1log10

t

t o

AtAeq dt

p

p

ttL

• pA pressione acustica efficace ponderata A

Nel caso si tratti di misure nello stesso sito,successive tra loro e rilevate per intervalli ditempo uguali tra loro, e si vuole ottenere illivello equivalente riferito al periodocomplessivo allora la relazione da utilizzare è

n

i

LTeqa

pAi

nL

1

1,0, 10

1lg10

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Sul rumore stradale influiscono: la velocità mediadella corrente veicolare, l’entità del flusso e la suacomposizione. A parità delle altre condizioni lavariazione del Leq in funzione della velocità mediavariazione del Leq in funzione della velocità mediaè rappresentato dal precedente diagramma validoin condizioni di flusso ininterrotto. Sotto i 200veic./ora la dipendenza dal flusso è piuttostocomplessa, mentre al di sopra di tale valore si hauna dipendenza di tipo logaritmico. Per quantoriguarda la composizione veicolare il livello dirumore aumenta al crescere della percentuale diveic. pesanti come mostrato nella figura a lato.

Anche il tipo di sezione stradale influenzail livello acustico. Il seguente diagrammamostra come le curve di isolivello siallargano in presenza di sezioni aperte,quali i viadotti, mentre si restringonoquando le sezioni sono di tipo chiuso(trincee, sottopassi, etc.).


( , p , )

La pavimentazione stradale influisce sul rumore prodottodal rotolamento dei pneumatici sulla strada. Lo strato piùsuperficiale della pavimentazione può contribuire inoltrealla riduzione della rumorosità da qualunque sorgenteprovenga, qualora abbia elevate proprietà fonoassorbenti(strati superficiali ad elevata porosità). Il rumore dirotolamento è anche influenzato dalle condizioniclimatiche, aumenta in caso di pioggia, su superficibagnate e si riduce su superfici asciutte.

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Per una descrizione più dettagliata si potrà disporre anche dei livelli percentili (L10, L50,L90, etc.). Essi rappresentano i livelli superati nel 10% , 50 %, 90% nel tempo di rilevamento.Il livello L10 rappresenterà dunque i livelli di picco, per contro l’ L90 è rappresentativo dellarumorosità di fondo.


A livello internazionale è consolidata la procedura descritta nella norma ISO 11819- 1:«Acoustics - Measurement of the influence of road surfaces on traffic noise. Part 1:StatisticalStatistical PassPass--ByBy MethodMethod» , la quale prevede l’effettuazione di rilevamenti in condizioniambientali predefinite e controllate. Vengono determinati due indici distinti: a) il VehicleVehicleSoundSound LevelLevel, che esprime in dB(A) la prestazione acustica (Lveh) della pavimentazione, altransito di un numero finito (almeno 30-100) di veicoli di un’assegnata categoria, correlando


( ) g gil livello sonoro prodotto alla velocità di marcia; b) lo StatisticalStatistical PassPass--byby IndexIndex, checombinando il Vehicle Sound Level di veicoli di categoria e velocità differente fornisce unamisura globale della rumorosità del manto stradale. Simile è l’impostazione del “ControlledControlledPassPass--byby MethodMethod” utilizzato in alcuni paesi (Francia, Germania, etc..) per misurare il livello dipressione sonora prodotta da un veicolo isolato a velocità costante in un campo-prove digeometria e caratteristiche standard.

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Pertanto, i taluni casi risulta rilevante caratterizzare il livellodi rumorosità prodotta da un’infrastruttura stradale nel suocomplesso in funzione delle caratteristiche del trafficoveicolare che le percorre. In altri casi si preferiscecaratterizzare la pavimentazione stradale a prescindere daquesto, misurandone il coefficiente di assorbimentoacustico in laboratorio con tubo di Kundt o direttamente in


situ mediante il free-field method o il guard-tube method.

Molto importante risulta anche lo studio delladirettività della sorgente. Infatti l’emissione acusticanon è distribuita spazialmente in modo omogeneoma dipende dalla frequenza. Per mettere in evidenzaquesto aspetto sono state condotte specificheindagini sperimentali che vengono riassunte indiagrammi che forniscono le attenuazioni o gliincrementi di Leq in funzione delle frequenza edell’elevazione rispetto all’orizzontale

La legislazione italiana per la riduzione dell’inquinamento acustico si è sviluppata nell’ultimo decennio esolo nell’ottobre 1995 è stata emanata la “Legge Quadro in Materia di Inquinamento Acustico” n.447.In questo periodo il Ministero dell’Ambiente ha inteso porre rimedio ad un vuoto normativo, dapprimaincludendo come obbligatoria, per le grandi opere, la valutazione del rumore nella procedura V.I.A..(DPCM del 27/12/1988), emanando poi il DPCM 1.03.1991 che fissa i limiti massimi di esposizione alrumore e definisce i metodi di misura. Nell’ambito della VIA il rumore viene riconosciuto quale fattoreambientale; il progetto di grandi infrastrutture di comunicazione deve contemplare anche la ricadutaambientale del fonoinquinamento prodotto (o previsto) e quindi valutare la necessità o meno di interventi


ambientale del fonoinquinamento prodotto (o previsto) e quindi valutare la necessità o meno di interventimitigatori tali da far rientrare i livelli al di sotto dei limiti normativi. Il DPCM del 27/12/1988 consente oltreal ricorso ad specifiche indagini strumentali la possibilità di utilizzare modelli di previsione del rumore.Sono confermati i limiti già prescritti con il DPCM 01/03/1991. Tale decreto fissa i limiti massimi accettabilisulle diverse aree territoriali. Sulla base della zonizzazione fatta dai Comuni i limiti definitivi sono:

La possibilità di prevedere e descrivere lecaratteristiche del rumore ambientaleconsente di verificare la compatibilità trasorgenti sonore, presenti o previste, e ladestinazione d’uso del territorio e quindiprocedere ad una corretta valutazionedell’impatto e dell’intervento. Conoscere lecaratteristiche del rumore prima dellarealizzazione di un opera, permette, quindi,la verifica a posteriori della validità delleprevisioni progettuali, nonché individuare iprovvedimenti atti a mitigare gli effetti sullacollettività.

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La superficie della pavimentazione puòessere assimilata ad uno strato poroso,schematizzato come una struttura rigida alcui interno si muove un fluido omogeneo

Buona parte dell'energia incidente, trasmessaall'aria contenuta all'interno dei pori e dei


all aria contenuta all interno dei pori e deicanalicoli, viene dissipata per effetto dellaviscosità e dell'adesione di questa alle paretidei pori. L'assorbimento è inoltre legato alleparticolarità strutturali del materiale, definitenon solo dalla percentuale di vuoti ma anchedalla forma, dimensione e orientamento,aspetti che concorrono a definire il cosiddetto"fattore di struttura".

Il parametro adottato per qualificareacusticamente una pavimentazione stradale èil coefficiente di assorbimento acustico a,definito dal rapporto tra l'energia acusticaassorbita Eassorbita e quella incidente Eincidente:

incidente

assorbita

E

E

Tanto maggiore è tanto migliore è ilcomportamento fonoassorbente dellapavimentazione. Vista la sua definizione, ilparametro può assumere valori compresitra 0 e 1. Si ha il valore 1 quando tuttal’energia incidente viene assorbita dallapavimentazione e 0 quando tutta l’energia 2jk

L’idea base è quella di considerare un paio di posizionimicrofoniche, non necessariamente consecutive. Perciascuna coppia è possibile ottenere le funzioni ditrasferimento e di coerenza tra la posizione i e j. Ilcoefficiente di assorbimento viene calcolato, perciascuna frequenza, come il valore medio di tutti gli

lidi l l i


pavimentazione e 0 quando tutta l energiaincidente viene completamente riflessa dallapavimentazione. Per la sua misura delcoefficiente di assorbimento acustico , si puòricorrere al tubo di Kundt, che permette dimisurare il valore di in incidenza normale,questa prova viene però eseguita inlaboratorio. Le tecniche per stimare utilizzando la stessa apparecchiatura sonodiverse. E' possibile calcolare se è noto il

1 12

12

2H e

e H

jks

jks

validi calcolati come

coefficiente di riflessione r (= 1-r²).Sviluppando la trattazione analitica nel casodi incidenza normale il valore di r può esserea sua volta valutato in funzionedell'impedenza acustica dell'aria 0C0 e quelladello strato poroso Z:

rZ C

Z C

0 0

0 0

Se lo strato poroso, di spessore s, poggia su unasuperficie perfettamente riflettente, l'impedenzaspecifica al passaggio dell’aria Z, misurata in rayl[kg/(m²s)], è funzione dell’impedenza acustica Zt delsupporto dello strato poroso, del suo spessore ee, e diuna funzione w .

Z wZ e w

Z w et

t

coth

coth

12

Se lo strato è perfettamente riflettente l’impedenza Z si calcola con la formula:

Z w s coth( )

w CK

iRs

1

La funzione w che lega assieme la resistenza specifica Rs al passaggio dell'aria, la porosità , il fattore di struttura K, la pulsazione e l'impedenza acustica dell'aria 0C0, é la seguente :


w C iKp

1

I valori di Rs, , K possonoessere determinati medianteprove di laboratorio. Ifattori dominanti risultanoessere comunque la porositàdello strato e il suodello strato e il suospessore e. La figuremostrano come si modificalo spettro di assorbimento infunzione dei suddetti fattori.


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Lo sviluppo socio-economico è stato fortementecaratterizzato da crescenti esigenze di mobilità che si sonoconcretizzate con l’aumento dei volumi di traffico, dellepercentuali di veicoli pesanti, delle velocità di percorrenza edegli standar progettuali delle infrastrutture stradali chedevono soddisfare le maggiori esigenze di confort esicurezza espresse dagli utenti


sicurezza espresse dagli utenti.All’aumentare del grado di antropizzazione gli insediamentisi sono stretti sempre più intorno alle rete delleinfrastrutture di trasporto; inoltre, le nuove arterie, specie inambito urbano, si sono inserite rigidamente sul territoriolambendo e attraversando i nuclei abitativi precostituiti.

Infine, l’accresciuta sensibilità dellepopolazioni residenti ha fattoassumere al fenomeno un ruolopreminente in tutte le fasi progettuali.


)(10)(10 0 AdBLLLLLLd

dLogNNLogL VBGSBFVWLeq

Il modello previsionale del CNR

•• Leq Leq è il livello energetico medio in dB(A) del rumore prodotto dal flusso di traffico ipotizzato come sorgente lineare concentrata nella mezzeria della strada. Tale livello è calcolato sul piano stradale e in corrispondenza della facciata degli edifici, tenuto conto delle riflessioni; in assenza di edifici il valore è calcolato alla distanza di riferimento di d0 = 25 m.

•• Nl Nl è il flusso di veicoli leggeri (numero di veicoli/h), comprendenti quelli privati, quelli commerciali di peso inferiore a 4.8 t, e i motoveicoli in genere

• Nw è il flusso di veicoli pesanti (numero di veicoli/h), comprendenti i veicoli commerciali di peso superiore a 4.8 t, quelli per il trasporto pubblico, e i motoveicoli la cui rumorosità è comparabile con quella dei veicoli pesanti

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• d distanza dal punto di stima dalla mezzeria stradale

• LV correzione che tiene conto della velocità media del flusso

• Ls correzione che tiene conto del tipo di manto stradale

• LF, LB correzione che tiene conto della presenza di superfici riflettenti (facciate degli edifici)


superfici riflettenti (facciate degli edifici),

• 2.5 dB(A) se queste sono presenti.

• LG correzione che tiene conto della pendenza media della strada

• LVB correzione che tiene conto di casi limite di traffico

I coefficienti dipendono dalle caratteristiche dei singoli veicoli e dalle abitudini di guida deiconducenti. In particolare è correlato al livello di rumore medio prodotto dal singolo veicolo isolato,mentre è un coefficiente di ponderazione che tiene conto del maggiore livello di rumore dei veicolipesanti. In Italia si può assumere = 35.1 dB(A) e = 8.

Via Dei Conversi,

8.00 – 9.00, 14 aprile 1998

RILEVATO: 80.9 dBA

)(1.795.05.227.12

2510)19082912(101.35 AdBLogLogLeq

ESEMPIO: Confronto tra la previsione (modello del CNR) e misuraESEMPIO: Confronto tra la previsione (modello del CNR) e misura

0.00.0

0.05.2

5.00.2

VBB

GF

SV

LL

LL

LL


dtT

SEL AL

ref

1.0101

log10Il secondo gruppo di modelli previsionali è caratterizzato dal fattoche il livello globale è calcolato come somma dei singoli eventi sonoriSingle Event Level) che si verificano in un intervallo di tempo Tref.Solitamente si dispone di tabelle in cui vengono riportati i valori mediati

Un terzo tipo di modelli per la previsione delrumore si basa sulla realizzazione di modellireali in scala, in cui si riproduce l'ambienteurbano. Il rumore da traffico viene simulato dagetti di aria compressa e rilevato da una catenadi microfoni mobili.

Solitamente si dispone di tabelle in cui vengono riportati i valori mediatidel SEL in funzione del tipo di veicolo e del tipo di configurazione alcontorno. Nota questa è possibile calcolare LAeq con l’espressione:

n

i

SELiAeq

inT

L1

1.0101

log10

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Nel caso di una strada che deve essere completamente realizzata si interviene sulle caratteristichedell’infrastruttura stradale che provocano il rumore. Pertanto la mitigazione dell’impatto acustico trovala sua migliore soluzione nell’inserimento plano-altimetrico in relazione alle presenza e distribuzionedei recettori sensibili. Da ciò nasce l’importanza dei modelli di previsione del rumore illustrati (il cuiutilizzo è previsto delle stesse norme VIA). Si potrà pertanto agire su:

• andamento planimetrico• tipo di sezione


po d se o e• tipo di pavimentazione• pendenza• condizioni al contornoNotevoli benefici possono anche essere ottenuti attraverso la riorganizzazione della rete stradale, specie in

ambito urbano (PUT). Oltre alle precedenti azioni è possibile intervenire infrastrutture viarie esistentisulle caratteristiche del traffico:

• entità del flusso• velocità media della corrente veicolare• percentuale di veicoli pesanti• condizioni flusso interrottoIn tutti i casi sia sulle strade esistenti che in progetto si può intervenire con: In tutti i casi sia sulle strade

esistenti che in progetto si può intervenire con:• conglomerati bituminosi fonoassorbenti• barriere artificiali fonoassorbenti• barriere vegetali• manutenzione della sovrastrutturaIl ricorso alle barriere fonoassorbenti dovrebbe rappresentare comunque l’ultima opzione a disposizione

del progettista per limitare il campo acustico.

La generazione del rumore e delle vibrazioni daparte delle pavimentazioni stradali è un fenomenocomplesso che non può essere studiatoseparatamente dalle altre proprietà funzionali estrutturali della superficie di rotolamento. Si hadunque la necessità di un processo di ottimizzazionedelle miscele bituminose. Le ricerche condotte in tal


senso hanno prodotto una nutrita serie di nuovimateriali.TessituraTessitura deldel profiloprofilo stradalestradale TT

Nel campo delle basse frequenze con lunghezza d’onda 0.01 < < 0.5 m (mega e macrotessitura) ilfenomeno coinvolge emissioni acustiche a frequenza medio-bassa. Il fenomeno acustico cresce alcrescere dell’ampiezze della tessitura. Per lunghezze d’onda inferiori, 0.005 < < 0.01 m l’emissioneavviene prevalentemente ad alta frequenza ed è correlato negativamente all’ampiezza della tessitura.PorositàPorosità dellodello stratostrato superficialesuperficialeLa porosità induce effetti differenti sulla E: al crescere di cresce l’assorbimento acustico e pertanto siricuce E; la porosità riduce i fenomeni di air punping evitando il fenomeno di laminazione dell’aria; p p p gattraverso gli interstizi e la conseguente riduzione di E in particolare alle frequenze più alte; latessitura superficiale T in genere cresce al crescere della porosità e ciò determina l’incremento delrumore di rotolamento nelle componenti a bassa frequenza.SpessoreSpessore dellodello stratostrato porosoporosoLo spessore influisce sulla frequenza del picco di assorbimento nella distribuzione spettrale di a. Talevalore di frequenza si sposta verso le basse frequenze all’aumentare dello spessore, viceversa spessoriridotti presentano picchi di assorbimento a frequenze più alte. Poiché risulta in genere più difficileridurre le frequenze medio-basse potrebbe essere preferibile aumentare lo spessore. Ciò anche inconsiderazione del fatto che l’orecchio umano è più sensibile alle frequenze tra 1000 e 2000 Hz.

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ImpedenzaImpedenza meccanicameccanica

Fondamentale è il mantenimento delle caratteristiche di bassa rumorosità nel tempo. Infatti, in generesi assiste ad una progressiva incremento dell’emissione sonora durante la vita utile dello strato poroso.Ciò è imputabile al decadimento della tessitura superficiale e alla riduzione della porosità in seguitoall’azione di post-costipamento operata dai veicoli transitanti. Anche l’impedenza meccanica risultaid l’ i i id d ll id i d ll i à di i i d ll’ i


ridotta per l’accresciuta rigidezza dello strato con una riduzione delle capacità dissipative dell’energiameccanica vibrazionale.

PezzaturaPezzatura deglidegli inertiinertiUn aumento dell’ampiezza della tessitura con lunghezze d’onda comprese tra 0.0005 m e 0.012 mcomporta una riduzione del rumore di rotolamento alle frequenze più alte. Una diminuzione delleampiezze della tessitura con 0.01> >0.05 consente un importanteriduzione del rumore a bassafrequenza. Questi due differentiq Qobiettivi, possono risultare di difficileraggiungimento. Infatti, accrescendouna data classe di risultanoincrementate anche le delle classiadiacenti; inoltre, si osserva una certaproporzionalità tra l e le ampiezze. Ilconflitto, secondo alcuni Autori, puòessere risolto limitando la dimensionemassima degli inerti a 10 mm.

NaturaNatura litologicalitologica deglidegli aggregatiaggregati:: l’impiego di aggregati di frantumazione, spigolosi e resistentiall’abrasione, accresce l’ampiezza della microtessitura, limita le tensioni di adesione molecolare trapneumatico e manto. Ulteriore beneficio consiste nell’incremento del drenaggio dell’aria riducendopertanto l’emissione ad alta frequenza e nell’incremento della resistenza specifica di flusso dell’aria. Inaltri termini la presenza di un microprofilo determina una maggiore dissipazione energetica dell’ondaincidente. Inerti con una spigolosità più accentuata sono caratterizzati ad un maggiore attrito interno estabilità. Ciò significa un decadimento delle prestazioni fonoassorbenti ridotto.


g p

FormaForma eded orientamentoorientamento deglidegli inertiinerti:: Lamegatessitura, caratterizzata dal lunghezze

GranulometriaGranulometria:: Valori elevati di porosità possono essereottenuti attraverso una miscela aperta con una granulometriasignificativamente discontinua, affinché sia possibileun’efficace drenaggio dell’aria e una riduzione dellecomponenti emissive ad alta frequenza per air punping. Talediscontinuità è ottenibile in genere sottraendo alla curvagranulometrica la frazione intermedia (sabbie grosse).

g , gd’onda maggiori di 5 cm, è responsabiledello spettro sonoro a bassa frequenza eparticolarmente quando l’ampiezza delleasperità cresce. Il campo di lunghezzed’onda critico appare essere quellocompreso tra 5 e 10 cm dove il fenomeno diesalta anche a causa di possibili fenomeni dirisonanza delle componenti meccaniche deiveicoli che transitano.

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Per un conglomerato bituminoso tradizionale è possibile fissare alcune regole generali di intervento:elevareelevare lele ordinateordinate nelnel campocampo 22--1010 mmmm;;••ridurreridurre lele ordinateordinate perper tuttetutte lele altrealtre lunghezzelunghezze d’ondad’onda;;

Pertanto è necessario: ridurre le disomogeneità della megatessitura; preferire una giacitura orizzontale(dimensioni maggiori parallele alla direzione di marcia) degli inerti di forma allungata o piatti perevitare di creare armoniche nel campo di l che caratterizza la megatessitura. Un costipamento piùspinto può modificare significativamente la giacitura degli inerti.


pp gg ;;••traslaretraslare ii valorivalori didi piccopicco versoverso lele bassebasse frequenzefrequenze

Per quanto riguarda i conglomerati bituminosi porosi, pur rimanendo validi tali criteri, occorre farequalche considerazione. Il coefficiente di assorbimento acustico a risulta decisamente incrementato soloquando la porosità supera il 10%; per valori superiori al 20% l’effetto è fortemente maggiore madiviene più difficile garantire le caratteristiche meccaniche della miscela. Per un determinato valore diporosità lo spettro di dovrebbe essere adeguato e mirato in funzione delle classi di veicoli cheinteressano l’infrastruttura. Il campo di frequenza ove è richiesto un elevato valore di risultanointorno ai 1000 Hz per strade con elevata velocità e circa 600 Hz per quelle a velocità ridotta.

Barriere artificiali fonoassorbenti


Il grafico in alto a sinistra non si applica se le incidenze sono obliquerispetto al bordo dello schermo. Questa limitazione è stata superata daMaekawa, che ha proposto un diagramma ottenuto sperimentalmente sumodelli di barriere acustiche. L’Autore ha proposto l’attenuazione sonorain dB in funzione del numero di Fresnel (d differenza di percorso trad u o e de u e o d es e (d d e e d pe co sol’onda diretta e quella diffratta, l = lunghezza d’onda del suono).Nonostante l’abaco proposto da Maekawa sia molto elementare, in quantofa dipendere l’attenuazione soltanto dal numero di Fresnel, è quello piùdiffuso forse proprio per la sua semplicità. Presenta però il vantaggio diessere ottenuto sperimentalmente e di essere stato messo a punto conschermi riflettenti di altezza limitata, ma tuttavia grandi rispetto allalunghezza d’onda (bisogna che uno schermo possieda un’altezza quantomeno uguale a 2 metri, in presenza di rumore stradale, perché un calcolooffra una precisione ed un’affidabilità sufficienti).

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L’abaco di Maekawa presenta anche precisi limiti. Esso è applicabile nelle seguenti condizioni:

• se le distanze tra S e R e lo schermo sono grandi rispetto alla lunghezza d’onda. Nel caso del livelloacustico equivalente generato dal percorso stradale, si può ammettere che la lunghezza d’onda mediadello spettro ponderato (A) sia di 50 cm. Ciò è vero se si è a meno di 100 m dal bordo strada

• se le posizioni dei punti S e R non sono troppo dissimmetriche rispetto allo schermo


se le posizioni dei punti S e R non sono troppo dissimmetriche rispetto allo schermo

• se ci si prende cura di effettuare il calcolo per tutte le immagini di S e R derivanti dalle riflessioni sul suolo o sulla superficie dello schermo e di cumulare (somma quadratica) le pressioni acustiche elementari ottenute per ciascuna sorgente: la sorgente reale e l’insieme delle sorgenti immagini

• se si prende in considerazione il reale tragitto del raggio diffratto nel caso in cui S e R non siano in un piano normale alla superficie dello schermo

Nelle ipotesi di sorgente puntiforme e schermo semi-infinito, Kurze e Anderson hanno proposto la seguenterelazione:relazione:

AN

NdB

5 202

2

1

2

1

2

logtanh

20

Qualora lo schermo sia costituito da un terrapieno o da unedificio occorre, tuttavia, valutare gli effetti prodotti dalladiffrazione sui due spigoli indicati con E’ ed E nella figura.Un metodo relativamente semplice consiste nel calcolarel’attenuazione di uno schermo sottile virtuale, posizionatoin corrispondenza dello spigolo indicato con E nella figura,

d i l’ tt i ll b


e ad essa aggiungere l’attenuazione allo spessore bdeterminata mediante la seguente relazione:

Ab = K·log (2b/) dBin cui K è un parametro ricavabile dal diagramma infigura in funzione di Q e q.

Nelle procedure descritte la barriera si è ipotizzatariflettente. Nella realtà, invece, è assai frequente l’uso dimateriali fonoassorbenti. Per valutare l’ulterioreattenuazione prodotta dall’assorbimento acustico dellasuperficie della barriera Fujiuara proposto un diagramma,ove l’attenuazione è in funzione dell’angolo di diffrazione edel coefficiente di riflessione sonora.

Attualmente si sta studiando la possibilità di inserire, o in alcuni casi sono già state realizzate barrierevegetali come schermo antirumore. Nel campo delle basse frequenze l’attenuazione non ha unandamento lineare con la distanza tra sorgente e ricevente, mentre per le alte frequenze l’attenuazioneaumenta con la frequenza stessa ed è funzione lineare della distanza. Si verifica che l’attenuazione alleb f di d l t t d l l t l t ff tt ll lt f di d


barriere vegetali

basse frequenze dipende prevalentemente dal suolo mentre lo stesso effetto alle alte frequenze dipendeprevalentemente dalla vegetazione. Se ne deduce che l’attenuazione complessiva è la somma dell’effettoassorbente del suolo e della vegetazione.EffettoEffetto suolosuoloTale effetto si esplica attraverso due azioni differenti:

- assorbimento di onde radenti al suolo; - riflessione dell’onda sul suolo con conseguente perdita di energia; tale perdita può essere

quantificata mediante la seguente formula: E = [(1-K)W] dove K è il coefficiente di assorbimentodel suolo, mentre W rappresenta l’energia incidente.

Al ricevente perviene pertanto la somma di 2 energie; se le onde non sono correlate c’è la somma diAl ricevente perviene pertanto la somma di 2 energie; se le onde non sono correlate c’è la somma dienergie provvenienti dall’onda diretta radente e da quella riflessa, se invece le onde sono correlate c’èla somma di pressioni e di interferenze tra le onde stesse. In pratica per quanto riguardal’assorbimento del terreno occorre distingure due casi:- l’onda diretta e l’onda riflessa non sono correlate: tale condizione è soddisfatta , anche a breve

distanza dalla sorgente, con frequenze superiori a 1000 Hz e per punti di ricezione a 5/6 m di altezza

- l’onda diretta e l’onda riflessa sono correlate: in questo caso si possono verificare fenomeni diinterferenza, con successione di frange il cui livello di pressione massimo può essere superiore di 6dB rispetto al livello dell’onda incidente.

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Questi fenomeni di interferenza si possono verificare sia per i toni puri che per rumori a banda largaed in punti di ricezioni situati in prossimità del terreno (1-2 m di altezza); in pratica di sono osservateonde fortemente correlate fino a 30-50 m dalla sorgente, il che significa per una frequenza di 100 Hzuna distanza di 100-150 m.L’attenuazione del rumore da parte della vegetazione avviene secondo modalità ben precise: medianteassorbimento e successiva trasformazione dell’energia sonora in energia termica per movimento;


mediante deviazione dell’energia sonora specialmente alle alte frequenze da parte del fogliame, la cuiefficacia risulta proporzionale alla densità, dimensione e spessore delle foglie stesse. È evidente lanecessità di uno schermo vegetale formato con piante ravvicinate le cui chiome non lascino spazi el’utilità di specie rivestite dal basso che si mantengano inalterate nel tempo (sempreverdi). L’efficaciaacustica della barriera è inoltre condizionata dalla profondità e dall’altezza della barriera stessa. Lafigura mostra le risultanze sperimentali sulla profondità ottimale di una fascia vegetale.

Il livello sonoro è di 68 dB(A) registrato a 76 m nelcaso della presenza di alberi. Lo stesso livello siverifica in assenza di alberi a circa 137 m. Anche altriAutori hanno affrontato il problema con i risultatimostrati in figura. la zona compresa tra le curve b) ec) indica i limite raggiungibili ottenibili per effettocombinato della distanza e di una barriera di alberi.


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All’aumentare del grado diantropizzazione gli insediamenti


Rumore ferroviario

residenziali si sono stretti sempre piùintorno alle rete delle infrastruttureferroviarie e metropolitane; i nuovitronchi, specie in ambito urbano, siinseriscono rigidamente sul territoriolambendo e attraversando i nucleiabitativi.

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Altri aspetti che concorrono:pendenza della linea presenza di curve tipo di sezione tipo di giunti tra le rotaie ti di t


tipo di armamento segnali acustici frenatura manovre di scambioetc.

L’aspetto significativo non è tanto il livello equivalente generato intornoall’infrastruttura metropolitana quanto il disturbo arrecato alla popolazioneresidente.


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Ipotesi per laIpotesi per lametropolitana leggerametropolitana leggera

di Cagliaridi Cagliari

Gestione e manutenzione delle infrastrutture viarieGestione e manutenzione delle infrastrutture viarieProf.ing. Mauro Coni Prof.ing. Mauro Coni A.A. 2006/2007A.A. 2006/2007

MonserratoMonserrato

Le indicazioni del Le indicazioni del Piano dei Trasporti di Piano dei Trasporti di MonserratoMonserrato


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MonserratoMonserrato: : Mappe di isolivelloMappe di isolivelloGestione e manutenzione delle infrastrutture viarieGestione e manutenzione delle infrastrutture viarieProf.ing. Mauro Coni Prof.ing. Mauro Coni A.A. 2006/2007A.A. 2006/2007

Il riutilizzo dell’attuale tracciato aggraverebbeulteriormente il disturbo per l’incremento dellafrequenza dei convogli di tipo metropolitano, moltomaggiore di quanto non sia oggi il trafficoferroviario (1015 treni/gg).

Il reale disturbo è messo meglio in evidenzadalle mappe di isodisturbo, piuttosto chedall’intensità sonora. Queste sono legate alladensità abitativa: un determinato Leq sarà tantopiù disturbante quanto maggiore è lapopolazione residente.

Monserrato:Monserrato: Mappe di isodisturboMappe di isodisturbo


tracciato rotaie vagoni frequenza velocità N°fermate

0 Attuale Tradizionali Rumorosi 30’ 50 21 Progetto FdS « Ordinari 12’ 50 42 « « Silenziosi 7.5’ 50 43 « « « 6’ 60 44 Prog. modificato « « 12’ 50 55 « Giunti alterni « 7.5’ 50 56 « saldate « 3’ 60 5

Le scelte non sono dettate esclusivamente daconsiderazioni sull’impatto acustico ma anche daconsiderazioni sull impatto acustico ma anche daaltri aspetti. Tra le metodologie tese a valutare ildiverso comportamento delle possibili scelteprogettuali, l’analisi multicriteria è quella checonsente di poter effettuare la scelta del progettoa rendimento migliore in riferimento a diversefunzioni obiettivo. Si é giunti infine ad unordinamento finale delle diverse ipotesiprogettuali.

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Monserrato: Monserrato: matrice degli impatti e ordinamento finalematrice degli impatti e ordinamento finale

0 1 2 3 4 5 6

Disturbo acustico globale dBA 69.030 65.990 61.620 62.800 56.330 53.310 53.140

Capacità di trasporto (pass./gg) 2100 9000 14400 18000 9000 14400 22000

Interferenza traffico veicolare (min.) 3525 11476 18362 22953 8083 12933 32333

Intrusione visiva 4 5 5 5 5 7 7

Attesa max alle fermate (minuti) 30’ 12’ 7 5’ 6’ 12’ 7 5’ 3’


Attesa max. alle fermate (minuti) 30’ 12’ 7.5’ 6’ 12’ 7.5’ 3’

Distanza media fermate (m) 1200 465 465 465 500 500 500

Costo realizzazione (milioni di lire) 4000 11.705 12.184 15.254 11.858 14.956 22.252

Vibrazioni 4 5 6 7 4 6 8

Ordine finale SP SPp IC CP CPp ID1° Alt. 4 Alt. 5 Alt. 4 Alt. 2 Alt. 2 Alt. 4

2° Alt. 5 Alt. 4 Alt. 2 Alt. 3 Alt. 4 Alt. 5

3° Alt 2 Alt 6 Alt 5 Alt 4 Alt 5 Alt 2

Ordine finale SP SPp IC CP CPp ID1° Alt. 5 Alt. 5 Alt. 4 Alt. 2 Alt. 4 Alt. 5


3° Alt.2 Alt.6 Alt.1 Alt.5 Alt.2 Alt.23° Alt. 2 Alt. 6 Alt. 5 Alt. 4 Alt. 5 Alt. 2





3 Alt. 2 Alt. 6 Alt. 1 Alt. 5 Alt. 2 Alt. 2





Ordinamento finale: funzione di utilitàponderata sulla popolazione Funzione di utilità ponderata sulla superficie

CagliariCagliari Gestione e manutenzione delle infrastrutture viarieGestione e manutenzione delle infrastrutture viarieProf.ing. Mauro Coni Prof.ing. Mauro Coni A.A. 2006/2007A.A. 2006/2007

Alternativa i Leqi Id Velocità Sovrastrutt. Frequenza Rotaie Carrozza

2-70 5764 365779 40 ballast 10’ saldate silenziosa


2 72 6231 395246 40 ballast 5’ saldate silenziosa 2-72 6231 395246 40 ballast 5 saldate silenziosa


1-94 6380 401282 40 calcestruzzo 10’ saldate silenziosa


1-66 6454 405998 40 ballast 10’ g.alterni silenziosa




2-28 7525 537687 50 calcestruzzo 5’ tradizionali ordinaria

1-28 7882 558339 50 calcestruzzo 5’ tradizionali ordinaria

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sezione in trinceasezione in trincea Gestione e manutenzione delle infrastrutture viarieGestione e manutenzione delle infrastrutture viarieProf.ing. Mauro Coni Prof.ing. Mauro Coni A.A. 2006/2007A.A. 2006/2007

sezione a rasosezione a raso

l’impatto acustico diminuisce passando dalla sezione a raso alla sezione in trincea, mentre l’impatto vibrazionale mostra un comportamento esattamente opposto, cioè gli effetti vibrazionali vengono amplificati passando dalla sezione a raso alla sezione in trincea


trincea.

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