Gestione e tecnologie di abbattimento del rumore ferroviario A. Tieri

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1 Gestione e tecnologie di abbattimento del A. Tieri Seminario Scientifico Innovazione tecnologica per la mobilità ferroviaria

2 Sommario Inquinamento acustico ferroviario Misure di riduzione del rumore da rotolamento alla sorgente Misure di riduzione della propagazione acustica Misure di riduzione del rumore in punti singolari Quantificazione degli impatti delle diverse misure Pagina 2

3 Inquinamento acustico ferroviario Misure di riduzione del rumore da rotolamento alla sorgente Misure di riduzione della propagazione acustica Misure di riduzione del rumore in punti singolari Quantificazione degli impatti delle diverse misure Pagina 3

4 Genesi del Fonte: IMAGINE Pagina 4

5 Inquinamento acustico sulla popolazione Il Progetto Noise coordinato dall EBD dell OMS ha realizzato delle linee guida per la stima del peso delle malattie generate da rumore ambientale, in particolare per misurare gli effetti del rumore in termini di DALYs (Disability-Adjusted Life Years). malattie cardiovascolari; disturbi del sonno; annoyance; acufene; disturbi cognitivi; perdita di udito. A ognuno di questi disturbi corrisponde una differente quantità di popolazione esposta. Fonte: OMS Pagina 5

6 fraction of population subjected to sleep disturbance [%] fraction of persons subjected to annoyance [%] Relazioni dose-effetto in ferrovia 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% HA A Sleep Disturbance Fonte: EC % 10% 5% 0% L den [db] L n [db] est. Fonte: EC Annoyance 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% HSD SD LSD 10% 5% 0% L night (outside,facade) [db] Pagina 6

7 Genesi dell inquinamento acustico ferroviario Misure di riduzione del rumore da rotolamento alla sorgente Misure di riduzione della propagazione acustica Misure di riduzione del rumore in punti singolari Quantificazione degli impatti delle diverse misure Pagina 7

8 Sistemi di frenatura del veicolo Fonte: UIC Retrofitting dei carri merci Pagina 8

9 Meccanismo d azione del retrofitting 1. Si sostituiscono i ceppi in ghisa con ceppi sintetici ed eventualmente si modifica l impianto frenante. 3. Si riduce il fruscio dovuta 2. Si riduce di alla rugosità conseguenza la combinata di rugosità delle ruota e rotaia. fasce di rotolamento delle ruote. Pagina 9

10 Assorbitori acustici per rotaie (Rail dampers) Assorbitori consistenti in dispositivi meccanici del tipo massa-molla attaccati lateralmente alle rotaie. Nell ambito del progetto europeo Silent Track tali assorbitori (meglio noti col nome anglosassone Tuned Rail Dampers) sono stati testati in vari Paesi dell'europa, riscontrando una riduzione del contributo dell infrastruttura compresa tra i 3 e 7 db(a). Nell ambito del progetto europeo SILENCE, è stata confermata la bontà dell intervento, seppure di natura locale, indicando la loro efficacia massima in circa 3 db(a) di riduzione dell intero rumore da rotolamento. E un tipo di intervento molto utile su linee che prevedono un traffico con velocità non troppo elevate. In Olanda e Francia il sistema è stato approvato ed è probabile una loro imminente introduzione anche in Germania e Svezia. Pagina 10

11 Assorbitori acustici per ruote e ruote silenziate (Wheel damping) In questo caso la riduzione di rumore è globale in quanto gli assorbitori agiscono direttamente sul veicolo. Nel progetto europeo Silent Freight si stima fino a 7 db(a) la riduzione di rumore nel contributo della ruota, mentre successive ricerche di SNCF, IPG e nell ambito del progetto SILENCE, confermando tali valori, stimano in circa 2 db(a) la riduzione complessiva di potenza sonora emessa. Fonte: SILENCE In Italia sono state brevettate delle ruote silenziate che hanno la peculiarità di abbattere le emissioni nelle più fastidiose alte ed altissime frequenze dello spettro. Un test condotto in collaborazione fra DB e Lucchini su un treno prova mostra un abbattimento rispetto ad un ETR 500 equipaggiato in maniera standard è di circa 4-5 db (A) in un range di velocità fra 195 e 295 km/h Pagina 11

12 Schermi al carrello e barriere basse La schermatura delle ruote direttamente sul carrello è una soluzione utilizzata spesso in combinazione con le cosiddette barriere basse, ovvero piccole barriere poste nei pressi della rotaia. Studi inglesi e tedeschi mostrano come, quando la parte più bassa dello schermo del carrello si sovrappone a quella più alta della barriera, si raggiungono fra 8 e 10 db(a) di riduzione di potenza sonora emessa. Anche utilizzate da sole tali barriere, che a rigore non sono un intervento alla fonte, risultano efficaci a condizione che siano poste in estrema vicinanza al binario di transito, condizione che però spesso è impedita dai limiti imposti dalla STI infrastruttura, motivo per cui hanno trovato una limitata diffusione in Italia. In Germania sono utilizzate barriere di altezze di 80 cm sul piano del ferro, considerandole marciapiede. Pagina 12

13 Assorbitori vibrazionali Beneficio indiretto sul rumore Un metodo molto utilizzato per la riduzione delle vibrazioni è quello di inserire piastre in materiale resiliente sotto la suola delle rotaie con la funzione di sospensione elastica della rotaia, recuperando energia tra un carico e l altro. Le piastre utilizzate hanno la capacità di conservare una bassa rigidezza sotto un carico dinamico e quindi riducono le forze dinamiche trasmesse alla struttura di base del binario. Inoltre spesso le piastre sono utilizzate insieme ad attacchi particolarmente elastici, i quali anch essi contribuiscono principalmente alla riduzione di vibrazione e secondariamente a quella del rumore emesso alla sorgente. Pagina 13

14 Fattore correttivo [db] Pianificazione dell esercizio Una misura non tecnica ma sicuramente efficace è quella di operare una pianificazione del traffico tale da limitare le emissioni inquinanti. Poiché questo tipo di interventi ha spesso ricadute sulla capacità del traffico, essi vengono utilizzati solo in situazioni particolarmente critiche. Almeno 5 modi: diminuendo la velocità di passaggio dei treni, diminuendo il numero di passaggi dei treni, diminuendo la lunghezza dei treni spostando temporalmente alcune tracce orarie, spostando le locomotive da una traccia ad un altra Numero treni orari [Treni/h] Velocità [km/h] Velocità (normalizzata a 100 km/h) Numero treni orari (normalizzato a 10 treni/h) Pagina 14

15 Fattore correttivo [db] Pianificazione del territorio La possibilità di pianificare un ricettore a 50 m invece che a 25 m implica di per sé, a parità di altezza e di fattori di assorbimento, una riduzione di pressione sonora al ricettore di oltre 4 db Distanza dalla linea ferroviaria [m] Pagina 15

16 Manutenzione Come mostrato in precedenza, il livello del rumore di rotolamento è strettamente connesso al livello di rugosità presente al contatto ruota-rotaia. Proprio per questa ragione qualsiasi Piano di azione non dovrebbe mai non considerare come misura necessaria un apposito piano di molatura acustica e relativa riprofilatura delle ruote. Infatti, sebbene la molatura acustica da sola arrivi a livelli di riduzione del rumore complessivo stimabili fra 1 e 3 db a seconda della situazione pre-molatura, questo intervento è di basso costo e estremamente efficace se accoppiato ad altre misure, come segnalato nel progetto STAIRRS. Pagina 16

17 Genesi dell inquinamento acustico ferroviario Misure di riduzione del rumore da rotolamento alla sorgente Misure di riduzione della propagazione acustica Misure di riduzione del rumore in punti singolari Quantificazione degli impatti delle diverse misure Pagina 17

18 Barriere anti-rumore in linea Le più impiegate in Italia, stante la loro efficacia e la relativa semplicità di adozione (alle quali non sempre corrisponde efficienza economica). L abbattimento acustico maggiore si ottiene con materiali fonoassorbenti (secondo dati UIC 2010 fino a 10 db(a) di riduzione di rumore da rotolamento per barriere alte 2 m, più di 15 db(a) per barriere di altezza maggiore), Risultano molto più deteriorabili del calcestruzzo che, anche se non estremamente efficace dal punto di vista acustico, è utilizzato in zone con condizioni atmosferiche sfavorevoli. I materiali trasparenti assicurano un inserimento ambientale migliore, però non assorbono completamente l onda incidente. Ci si avvia verso una standardizzazione Pagina 18

19 Treni in galleria In casi di impatto acustico eccezionale è anche possibile prevedere la copertura totale della linea ferroviaria. In questo caso, ovviamente molto oneroso, occorre comunque verificare che le vibrazioni indotte all interno della galleria dal passaggio dei treni non si propaghino attraverso le strutture fino agli edifici, in particolare per quelle a bassa frequenza (fino a 200 Hz), solitamente percepibili anche dalle persone. Proprio per le implicazioni economiche e tecniche, questa soluzione deve essere vista come assolutamente emergenziale e solo dopo aver scartato la possibilità di intervento con tutte le altre possibili misure. Pagina 19

20 Riduzione della trasmissione sonora L intervento diretto sui ricettori è di norma economicamente svantaggioso e per nulla interviene sul rumore esterno al ricettore. Non esistendo una legge che disciplina tali interventi, l inserimento di finestre fonoisolanti ad infissi chiusi potrebbe innescare richieste legittime da parte dei residenti di impianti di condizionamento dovute alle mutate condizioni climatiche e psicrometriche. Potrebbe però rivelarsi un intervento utile nel caso in cui, in ambito molto urbanizzato, ci si trovasse a dover intervenire anche su un ricettore sensibile (ad esempio un ospedale); in questo caso infatti il predisporre interventi passivi solo sul ricettore potrebbe permettere un risparmio sulle altezze delle eventuali barriere acustiche. Pagina 20

21 Genesi dell inquinamento acustico ferroviario Misure di riduzione del rumore da rotolamento alla sorgente Misure di riduzione della propagazione acustica Misure di riduzione del rumore in punti singolari Quantificazione degli impatti delle diverse misure Pagina 21

22 Eliminazione dello stridìo in curva e negli scambi Per le curve di piccolo raggio, comprese quelle degli scambi, dove lo strisciamento tra ruota e rotaia è più marcato, è possibile modificare direttamente il coefficiente di attrito ruota-rotaia con un trattamento localizzato con acqua e piccole percentuali di particolari tensioattivi. Da studi sulla metropolitana di Tokyo (acqua+hpf) l abbattimento di rumore in curve a piccolo raggio, peraltro alle fastidiose altissime frequenze, arriverebbe fino a -20 db. Altri studi dell UIC mostrano come tale decremento possa essere aumentato mediante l utilizzo di particolari trattamenti sulla ruota (ring dampers, assorbitori, ruote resilienti, ecc) e con assi sterzabili. Pagina 22

23 Rumore in strutture elevate Quando un treno passa su una struttura elevata diversa dal normale ballast ferroviario, le vibrazioni indotte alla struttura provocano un rumore ad alta frequenza più fastidioso per l orecchio umano di quello a bassa frequenza provocato su ballast. E questo per esempio il caso del passaggio dei treni sui ponti. Tale rumore è spesso in parte attutito dagli isolatori di vibrazione presenti fra rotaia e struttura del ponte e in generale l uso di rotaie inserite su piattaforma resiliente (rotaie affogate). Pagina 23

24 Genesi dell inquinamento acustico ferroviario Misure di riduzione del rumore da rotolamento alla sorgente Misure di riduzione della propagazione acustica Misure di riduzione del rumore in punti singolari Quantificazione degli impatti delle diverse misure Pagina 24

25 PROGETTO STAIRRS Pagina 25

26 Revisione UIC + SILENCE IPG Metodo di riduzione del rumore Retrofitting con ceppi K o LL Smorzatori alle ruote Smorzatori alle rotaie Molatura acustica Misure sull esercizio Barriere anti-rumore Finestre fono-isolanti Stima della riduzione di rumore complessivo 8-10 db (tutta la rete) 1-3 db (tutta la rete) 1-3 db (intervento locale) 1-3 db (intervento locale) Variabile (intervento locale) 5-15 db (intervento locale) db (intervento locale) Metodo di riduzione del rumore Costo unitario indicativo Retrofitting con ceppi K per carro merci Retrofitting con ceppi LL per carro merci Smorzatori alle ruote per ruota Smorzatori alle rotaie /m (2 binari) Barriere anti-rumore 2m /m Barriere anti-rumore 3m /m Barriere anti-rumore 4m /m Finestre fono-isolanti (4 finestre per casa) Pagina 26

27 RETROFITTING: Impact Assesment 2008 Pagina 27

28 Incertezze sui costi Fattori d influenza sui costi d investimento Ceppi tipo K : già omologati MA richiedono modifiche all impianto frenante Ceppi tipo LL : non richiedono modifiche all impianto frenante MA non sono omologati a livello internazionale Fattori d influenza sui costi d esercizio usura delle guarnizioni frenanti dei ceppi usura dei profili dei cerchioni con potenziali effetti sul comportamento dinamico dei carri Pagina 28

29 Incertezze sui benefici Difficoltà nel determinare l efficacia del programma Qual è l effettiva riduzione di rumore emessa dai treni merci retrofittati? Quanta popolazione è esposta al notturno? Quanto risparmia, in termini di riduzione di misure antirumore sull infrastruttura, un gestore infrastrutture? Difficoltà nel qualificare e monetizzare i benefici Quali sono gli effetti sulla salute imputabili esclusivamente a? Qual è un metodo condiviso per la quantificazione monetaria del disturbo arrecata dal? E possibile? E opportuna? Pagina 29

30 Noise reduction (K Scenario) Quantification of the impact (B-up) Tutte le politiche raggiungono lo stesso beneficio ma in tempi diversi Noise reduction (K+LL Scenario) Notevole vantaggio con i ceppi LL anche in termini di beneficio Pagina 30

31 [mln ] Analisi costi benefici: quale popolazione? 1, CBA Analysis for K and 1979 scenario SOV Benefit DG Env An'06 Benefit Infras T OT Extra Cost Mainten. Costs Adm Costs (SOV) Retrof Costs Pagina 31

32 Conclusioni (1) Il retrofitting è una soluzione efficace ma parziale: agisce solo sul rumore di rotolamento agisce solo sui carri merci esistenti agisce prevalentemente nel periodo notturno agisce in maniera diffusa (non prevalentemente negli hot spots ) Pagina 32

33 Conclusioni (2) Conviene allora adottare un programma di retrofitting? Condizioni necessarie per il programma: 1. non deve essere un costo per le ferrovie tale da provocare un aumento del costo del servizio di trasporto delle merci 2. deve essere intrapreso nel giro di pochi anni (2-3) e realizzato rapidamente (max 6 anni) 3. deve riguardare la quasi totalità di carri merci in Europa 4. dato il notevole costo (nei Paesi europei a scartamento normale abbiamo stimato circa 2000 MEuro per i ceppi K o circa la metà se vengono omologati gli LL), il peso che politicamente viene dato ai benefici deve essere elevato Pagina 33