CONFRONTO TRA STANDARD EUROPEI DI PREVISIONE DEL RUMORE DA TRAFFICO FERROVIARIO: APPLICAZIONE ALLA REALTÀ ITALIANA

Transcript

1 Associazione Italiana di Acustica 34 Convegno Nazionale Firenze, giugno 2007 CONFRONTO TRA STANDARD EUROPEI DI PREVISIONE DEL RUMORE DA TRAFFICO FERROVIARIO: APPLICAZIONE ALLA REALTÀ ITALIANA Patrizio Fausti (1), Giuliano Quiqueto (1), Miguel Ausejo (2), Manuel Recuero (2) 1) Gruppo di Ricerca in Acustica del Dipartimento di Ingegneria, Ferrara. 2) Grupo de Investigación en Instrumentación y Acústica Aplicada (I2A2), Madrid. 1. Introduzione Considerando l elevato numero di modelli di previsione del rumore ferroviario, disponibili in Europa, sorge il problema di quale modello risulta più appropriato nei paesi che non hanno sviluppato il proprio, come ad esempio l Italia. Ciascuno standard considera in maniera diversa l effetto delle caratteristiche principali dei treni [1], come ad esempio la lunghezza, la velocità, il tipo di treno, la percentuale di freni a disco, il tipo di motore, il numero di assi, etc. Di conseguenza, la scelta di uno standard [2] comporta l effettuazione di adattamenti e aggiustamenti per tenere conto delle differenze riscontrabili in un caso reale diverso dal contesto in cui il modello è stato sviluppato [3]. Per questo motivo è stato fatto uno studio su un caso reale, confrontando i risultati di misure sperimentali con simulazioni effettuate utilizzando diversi standard europei. 2. Misure Per la caratterizzazione dei treni sono state realizzate delle misurazioni acustiche in un sito lontano da ostacoli e schermature (edifici a circa 1 metri) così da poter escludere gli effetti delle riflessioni ad eccezione dell effetto suolo. Tale scelta è servita a semplificare la problematica oggetto dello studio e a ridurre le possibili differenze dovute ai diversi algoritmi utilizzati nei modelli per il calcolo della propagazione sonora. Le misure sono state eseguite seguendo le indicazioni della ISO 3095 Railway applications - Acoustics - Measurement of noise emitted by railbound vehicles [4]. La strumentazione utilizzata è di classe I (B&K 2260) e le condizioni climatiche sono state verificate in modo da ottenere dei risultati validi dal punto di vista legislativo. Data la velocità costante dei treni nella tratta scelta per le misurazioni, le postazioni microfoniche consigliate [4] sono state disposte come indicato nella figura 1.

2 3,5 m. 3,5 m. 7,5 m. 1,2 m. 25 m. Figura 1 - Posizioni microfoniche consigliate per treni con velocità costante. La linea ferroviaria a doppio binario è la Bologna - Padova e il tratto scelto si trova a nord di Ferrara. Sono stati registrati e caratterizzati i passaggi di oltre treni, diversi per categoria, lunghezza, velocità e senso di marcia. La velocità e la lunghezza di ciascun treno sono state rilevate attraverso l utilizzo di un tachimetro (figura 2). Le misurazioni sono state eseguite dal lato del binario con i treni diretti da Padova verso Ferrara. Figura 2 Uno dei due sensori del tachimetro utilizzato. Per l acquisizione della storia temporale LAF e dei valori dello spettro ad ogni secondo degli eventi desiderati è stato utilizzato un trigger fissato a, valore superiore al rumore di fondo. Nella fase di analisi dei dati, tutti gli eventi non corrispondenti ai passaggi di treni sono stati esclusi.

3 3. Risultati delle misurazioni Tutti i dati acquisiti sono stati analizzati e i seguenti parametri sono stati calcolati per ciascun passaggio di treno: LAeq, SEL e TEL. E stato rilevato anche il numero di carrozze di ciascun treno dato che ogni passaggio è stato registrato in video. Le tipologie di treni rilevati sono: - eurostar ETR0; - interregionale; - intercity; - regionale 1 ; - regionale 2 ; - regionale 3 ; - vari treni merci; - alcune carrozze motrici. I treni regionali sono stati classificati in tre tipologie diverse, data la loro composizione, sebbene di lunghezza e velocità simili. Tale scelta è stata motivata dalla diversa rumorosità delle tre tipologie di carrozze. Nella tabella 1 sono stati elencati i risultati ottenuti per la postazione microfonica situata a 7.5 m di distanza e a 3.5 m di altezza del binario più vicino. Tabella 1 - Valori massimi e minimi dei parametri ottenuti per la postazione microfonica situata a circa 7.5 metri di distanza e 3.5 metri di altezza del binario più vicino. SEL LAeq Velocità [km/h] Lunghezza [m] Treni Max. Min. Max. Min. Max. Min. Max. Min. Eurostar ETR Interregionale Intercity Regionale Merci Motrice

4 L eq Train 10 Train 20 Train 27 Train 33 Train 44 Train 16 Train 30 Train 43 L eq Train 8 Train 19 Train 26 Train 32 Train 34 Train 40 Train 12 Train 28 Train 35 Train 45 12, , f [Hz] , , f [Hz] Figura 3. - Spettri in terzi d ottava ottenuti per la postazione microfonica situata a 25 metri di distanza e 3.5 metri di altezza dal binario più vicino per i passaggi dei seguenti treni (da sinistra a destra e dall alto verso il basso): interregionali da Padova verso Ferrara; interregionali da Ferrara verso Padova; Eurostar ETR0 da Padova verso Ferrara; Eurostar ETR0 da Ferrara verso Padova. Come si può vedere nella figura 4, la presenza di giunti nei binari influenza l emissione sonora dovuta al rotolamento, in particolare per i treni che passano ad elevata velocità (superiore a 100 km/h). Wagon Figura 4. - Presenza di giunti nei binari e passaggio di un treno Eurostar con velocità superiore a 100 km/h (14 carrozze).

5 Figura 5 - Treno merci a velocità inferiore a km/h (28 carrozze). Effetto dell altezza e della distribuzione del peso. L influenza dei giunti è meno pronunciata nei treni che viaggiano a velocità inferiore a km/h, solitamente treni merci. In questa tipologia di treni si verifica, invece, un influenza dovuta alla distribuzione del peso del carico tra le diverse carrozze e l altezza delle stesse, come è possibile osservare nella figura 5. Simulazioni preliminari Una prima simulazione è stata effettuata utilizzando il software Lima Come dati di input per il modello sono stati presi in considerazione i dati di velocità, categoria, numero di carrozze e numero di treni rilevati durante le misurazioni. Per quello che riguarda i binari, sono stati inseriti i seguenti dati: limite di velocità, tipologia del binario, tipo di massicciata, traverse, presenza di giunti, etc. Per ottenere risultati simili tra misurazioni e simulazioni è stato necessario considerare in maniera specifica le diverse caratteristiche dei convogli e dei binari. Selezionare nel database presente nei modelli europei le tipologie di convogli presenti nella realtà italiana è stata una delle operazioni più difficili [5, 6]. È stata importante anche la scelta della tipologia dei binari, la presenza di giunti e il tipo di costruzione [1, 6]. Come suggerito dai produttori del software stesso [7], sono stati considerati tutti i giunti dei binari; questo ha contribuito a ridurre la differenza tra i risultati della simulazione e delle misure. Per le simulazioni sono stati utilizzati quattro diversi standard europei, di cui uno in due versioni, oltre al metodo Harmonoise. Il modello è stato utilizzato in modo semplificato data la mancanza di dati d ingresso come la scabrezza delle ruote (wheel roughness), la scabrezza dei binari (rail roughness) e alcuni dati di correlazione tra convogli e binari [6]. Alcuni dati d ingresso, per esempio quelli relativi alla curvatura dei binari e all accelerazione o alla decelerazione dei treni, non sono stati necessari visto che la tratta considerata era rettilinea e la maggioranza dei treni viaggiava a velocità costante. Risultati delle simulazioni Per caratterizzare in modo più realistico le simulazioni, è stato scelto un periodo eterogeneo con passaggi di treni di vario tipo. In particolare è stato studiato un periodo di un ora con 10 passaggi di treni per i quali era a disposizione la caratterizzazione completa. Nella tabella 2 sono stati riportati i dati ritenuti più significativi per i treni utilizzati nella simulazione. I parametri riportati corrispondono alla postazione

6 microfonica sita a 7.5 metri di distanza e a 1.2 metri di altezza dal binario più vicino, e per questo motivo sono diversi da quelli della tabella 1. Tabella 2 - Risultati delle misurazioni nella postazione microfonica sita a 7.5 metri di distanza e a 1.2 metri di altezza dal binario più vicino, effettuate nel periodo scelto per la simulazione. Ora Tipo Velocità [km/h] Lungh. [m] Tempo pass-by [s] Tempo misura [s] Carrozze LAeq SEL TEL 14:04:51 Regionale :10:05 Merci :13:03 Eurostar ETR :23:37 Merci :25:29 Regionale Inter- 14:28:30 regionale :35:40 Interregionale :40:41 Intercity :43:21 Merci :53:59 Merci Merci Merci Interreg. Merci Merci Interreg. Reg. 1 ETR 0 Reg. 3 InterCity Figura 6 - Profilo temporale del livello equivalente misurato nella postazione microfonica sita a 7.5 metri di distanza e a 1.2 metri di altezza dal binario più vicino nel periodo scelto per la simulazione. Considerando i dati d ingresso a disposizione e la modalità d implementazione degli standard all interno dei software di simulazione, la minore deviazione tra i risultati delle misure e della simulazione è stata ottenuta con lo standard olandese RLM2 e la propagazione attraverso l ISO 9613.

7 COMPARISON BETWEEN STANDARDS AND MEASUREMENTS (LIMA) LAeq (1h) UNIFE 1 (D=25m, H=3,5m) UNIFE 2 (D=7,5m, H=3,5m) UNIFE 3 (D=7,5m, H=1,2m) RLM2 RLM2ISO SRM2/END HARMONOISE HUNGARIAN MSZ 136 OEAL 30 (AUSTRIA) Misurato Figura 7 Analisi comparativa eseguita con il software LimA Tabella 3 - Risultati ottenuti attraverso le simulazioni effettuate con il software LimA L Aeq, del periodo preso in considerazione (dba) UNIFE 1 (D=25m, H=3,5m) UNIFE 2 (D=7,5m, H=3,5m) UNIFE 3 (D=7,5m, H=1,2m) HUNGARIAN MISURE RLM2 RLM2ISO SRM2/END HARMONOISE MSZ 136 OEAL 30 (AUSTRIA) Considerazioni conclusive Dalle misure eseguite si può osservare chiaramente l influenza dei giunti nei binari sul rumore di rotolamento, in particolare per i treni che viaggiano a velocità elevata, rendendo possibile l individuazione del numero di carrozze che li compongono. Per i treni che viaggiano a velocità ridotte, in particolare per i treni merci, ha maggiore influenza l altezza e il peso delle carrozze. In questo studio preliminare si è osservato come il modello olandese RLM2 si presta meglio alla realtà misurata. Sono state comunque necessarie specifiche valutazioni per i dati d ingresso, viste le differenze tra la realtà italiana e quella olandese. Le maggiori differenze tra misure e simulazioni con il modello RML2, ma anche con gli altri modelli, si sono verificate con i treni merci, data la variabilità della velocità,

8 della lunghezza, del carico e del livello di emissione sonora. Tale tipologia di treni manca di una base di dati specifica, che sarebbe importante visto il loro contributo alla rumorosità complessiva. Questa analisi comparativa tra i diversi standard europei per il rumore ferroviario è ancora in corso. E previsto di continuare lo studio anche con l utilizzo di altri software di simulazione oltre al LimA, come ad esempio SoundPLAN e Cadna. Ringraziamenti Questo studio è stato eseguito in parte grazie ai finanziamenti della Fondazione Marie Curie, all interno del programma EDSVS (European Doctorate in Sound and Vibration Studies). Bibliografia [1] EUROPEAN COMMISSION, DG Environment. Adaptation and revision of the interim noise computation methods for the purpose of strategic noise mapping (2003). [2] European Directive 2002/49/CE. [3] Aspuru I., Tellado N., Eguiguren J. L. Implementation in Spain of EU Directive and interim method for railway noise. International Workshop Railway noise in urban areas. Pisa (Italy), November (2006). [4] ISO 3095 Railway applications Acoustics - Measurement of noise emitted by railbound vehicles (2005). [5] Progetto HARMONOISE. Rail Sources. Categorisation of vehicles and tracks (2003). [6] Progetto IMAGINE. Rail noise sources. Rail noise database and manual for implementation (2007). [7] Manuale d istruzione LimA. Stapelfeldt Ingenieurgesellschaft mbh (2004). [8] Manvell D., Hartog van Banda E. Implementation of the Dutch railway noise model for use in Noise Mapping. Proc. Institute of acoustics. 2001, Vol. 23; Part. 7, pp