Modelli per la simulazione dell inquinamento acustico da traffico

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1 Corso di PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI TRASPORTI a.a Modelli per la simulazione dell inquinamento acustico da traffico

2 Introduzione Il funzionamento di un sistema di trasporto produce rumore Il rumore al di sopra di certe soglie può provocare danni alla salute, oltre ad impedire o disturbare diverse attività umane. esistono normative che limitano il livello di rumore in funzione del tipo di ambito Esigenza di modelli matematici in grado di simulare, e quindi prevedere, il livello di rumore conseguente a certe caratteristiche delle infrastrutture e del traffico che su esse si svolge corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 2

3 Rumore e livelli di pressione sonora (1/7) La propagazione del suono nell aria avviene per onde sferiche di compressione e rarefazione; L orecchio umano può percepire i suoni con pressione e frequenza contenute in un certo rango di pressione sonora (min. 2x10-5 N/m2; max 100 N/m2) e di frequenza (min. 16 Hz; max Hz). Il livello di rumore viene valutato in base al livello di pressione sonora SPL (Sound Pressure Level), misurato in decibell: dove SPL = 10 log( P 2 / P Inquinamento acustico da traffico [db] P 0 è la pressione sonora di riferimento (P 0 = N/m2, valore limite di percezione) P la pressione sonora dell ambiente in esame. 2 0 ) corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 3

4 Rumore e livelli di pressione sonora (2/7) Il livelli di pressione sonora presenti nelle normative sono espressi in una scala modificata db(a) ovvero in decibell ponderato in scala A per tener conto che la sensibilità dell orecchio si riduce alle basse ed alle alte frequenze i valori in scala ponderata sono ottenuti a partire dal valore di SPL in db sottraendo una quantità che è funzione delle frequenze dei suoni frequenza Hz valori di ponderazione scala db(a) frequenza Hz corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto valori di ponderazione scala a db(a)

5 Rumore e livelli di pressione sonora (3/7) Esempi di valori di Livello di Pressione sonora (SPL) e sensazioni uditive associate livello minimo di percezione difficoltà di conversazione danni permanenti all udito soglia del dolore fisico 20 db(a) 45 db(a) 90 db(a) (lunghe esposizion 120 db(a) corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 5

6 Rumore e livelli di pressione sonora (4/7) Le norme che fissano le soglie accettabili di rumore fanno riferimento ai percentili di SPL, indicati con L x, ovvero ai valori di pressione superati solo nell x % del periodo di riferimento; il valore più usato è L 10. Le norme possono far riferimento anche al livello di pressione sonora equivalente: L eq = 10 log[ 1 /( t dt ] dove t 1 e t 2 sono gli estremi dell intervallo temporale di riferimento. 2 t 1 ) t t 1 2 P 2 ( t ) / P 2 o corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 6

7 Rumore e livelli di pressione sonora (5/7) Il livello di pressione sonora varia continuamente nel tempo. Esempio: recettore acustico - caso particolare riferito alle prove per la misurazione dei livelli di rumorosità alla fonte dei veicoli Traccia sonora: corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 7

8 Si definisce il Livello continuo equivalente : Inquinamento acustico da traffico Rumore e livelli di pressione sonora (6/7) L eq = 10 log[1 /( t 2 t 1 ) t t 1 2 P 2 ( t ) / P 2 o dt ] L Leq Livello continuo equivalente 0 T t 1 t 2 corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 8

9 Rumore e livelli di pressione sonora (7/7) Limiti massimi di esposizione in funzione della destinazione d uso della zona e del periodo di riferimento limiti massimi (L eq in db(a)) periodo di riferimento Classi di destinazione di uso del territorio Diurno Intermedio I - Aree particolarmente protette II - Aree prevalentemente residenziali III - Aree di tipo misto IV - Aree di intensa attività umana V - Aree prevalentemente industriali VI - Aree esclusivamente industriali Notturno corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 9

10 Emissioni sonore da traffico (1/5) Il rumore prodotto da un flusso veicolare risulta dalla composizione, secondo le regole dell acustica, dei rumori prodotti dai singoli veicoli che lo compongono. Cause principali: rumore prodotto dal motore che dipende fondamentalmente dalla velocità e dalla accelerazione del veicolo; (motore vero e proprio, ventilatore/radiatore, prese d aria, trasmissione, sistema di scarico dei gas), rumore dovuto al moto del veicolo in marcia che dipende dalla velocità e dal tipo di pavimentazione. (rollio, vibrazioni, attrito dei pneumatici con il fondo stradale, resistenza aerodinamica) corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 10

11 Emissioni sonore da traffico (2/5) Andamento del rumore prodotto da un veicolo isolato Velocità (km/h) Autocarro Autovettura Motore Altro Rumore Totale Livello di pressione sonora db(a ) La rumorosità di un veicolo in moto dipende anche dal tipo di pavimentazione e se la strada è bagnata o meno. Ad esempio la presenza di pavè comporta un incremento del SPL fino ad un massimo di 2-3 db(a), mentre per strada bagnata l incremento è di 3-4 db(a). corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 11

12 Emissioni sonore da traffico (3/5) Inquinamento acustico da traffico Limiti europei di emissione di rumore dei veicoli a motore, valutati all orecchio del conducente tipo di veicolo Autovetture Automezzi pesanti con potenza inferiore a 200 CV DIN Automezzi pesanti con potenza superiore e 200 CV DIN Autobus Moto con cilindrata pari o inferiore a 350 cc Moto con cilindrata inferiore a 350 cc Moto con cilindrata inferiore a 350 cc limite max di rumorosità 75/76 db(a) 80 db(a) 80 db(a) 80 db(a) 80 db(a) 80 db(a) 80 db(a) corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 12

13 Emissioni sonore da traffico (4/5) Inquinamento acustico da traffico Per passare dal rumore prodotto da un veicolo isolato a quello di un flusso di traffico è necessario tener conto di due fattori: andamento nel tempo del SPL prodotto da una sorgente in moto SPL rispetto ad un ricettore fisso; composizione dei contributi di più sorgenti (veicoli) che si susseguono nel tempo. SPL t Nota che il valore di SPL totale non corrisponde alla somma algebrica degli SPL relativi ai due veicoli isolati. t corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 13

14 Emissioni sonore da traffico (5/5) Il valore totale di SPL è di poco superiore al maggiore dei due quando la differenza dei valori di SPL è elevata mentre è abbastanza più elevato quando i due contributi sono simili. Questo andamento deriva dalla particolare regola di composizione del SPL prodotto da due sorgenti sonore; SPL Inquinamento acustico da traffico t Il processo può essere iterato nel caso vi siano più di due sorgenti di rumore. il valore del SPL totale si calcola aggiungendo al valore del SPL più elevato un incremento che dipende dalla differenza dei due valori (massimo e minimo) db da sommare al livello più alto Differenza del livello sonoro SPL db(a) corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 14

15 Simulazione del livello di rumore (1/11) Il livello di rumore che giunge ad un ricettore posto ad una certa distanza dalla linea di deflusso dipende dal livello sonoro prodotto alla linea stessa e dal modo in cui si propagano le onde sonore. Variabili che influenzano l SPL al ricettore, oltre la distanza, sono: volume e composizione del flusso caratteristiche cinematiche del moto caratteristiche della strada condizioni meteorologiche I modelli per la simulazione del livello di rumore del traffico possono essere ricondotti a due categorie. modelli disaggregati modelli aggregati o sintetici corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 15

16 Simulazione del livello di rumore (2/11) Modelli disaggregati Insieme di più sotto-modelli integrati: un modello di simulazione delle condizioni di circolazione sulla strada che consente di ricavare in ogni istante la posizione, la velocità e l accelerazione di ogni veicolo; un modello di tipo regressivo che consente di ricavare il livello di rumore di ciascun veicolo in funzione della tipologia, della velocità, dell accelerazione, del tipo di pavimentazione, ecc.; una procedura per la combinazione dei rumori relativi ai singoli veicoli e per la simulazione della propagazione ai ricettori in funzione del volume e della composizione del flusso, della distanza dal ricettore delle caratteristiche ambientali, della presenza o meno di barriere, ecc. Per la quantità di dati necessari e la complessità di utilizzazione, questi modelli sono di solito impiegati per la valutazione di situazioni puntuali della rete. corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 16

17 Simulazione del livello di rumore (3/11) Modelli aggregati o sintetici consentono di valutare direttamente i livelli di pressione L x ed L eq sulla base di equazioni ottenute interpolando diverse osservazioni sperimentali. I valori L x o L eq (variabile dipendente) vengono espressi in funzione di variabili esplicative, costituite in generale dall entità del flusso, dalla percentuale di mezzi pesanti, dalla velocità e dalla distanza del punto di ricezione dalla linea di deflusso. Vantaggi facilità di applicazione Svantaggi sensibili alle situazioni sperimentali di calibrazione minore precisione dei risultati Utili per la valutazione della prestazione generale di una rete stradale nella fase di confronto tra più soluzioni alternative di intervento. corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 17

18 Modello Sydney (1977) L 10 = ln f ln d p L eq = ln f ln d p Inquinamento acustico da traffico Simulazione del livello di rumore (4/11) Alcuni modelli [db(a)] [db(a)] dove f è il flusso orario (somma dei flussi di ciascun verso di marcia per strade a doppio senso), d è la distanza (in metri) tra il bordo della carreggiata e la linea di mezzeria e p èla percentuale di mezzi pesanti (situazione sperimentale 0 p 35%), con peso superiore a 3.5t; le condizioni di deflusso sperimentali erano di tipo ininterrotto. Modello Reggio Calabria (1991) L eq = ln (f eq /d) V dove f eq è il flusso equivalente (veic/h) con fattore di equivalenza dei mezzi pesanti pari a 6, V è la velocità media in km/h e d la distanza in metri dal bordo della carreggiata. Il modello è stato calibrato in ambito urbano con tessuto chiuso ad U. corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 18

19 Simulazione del livello di rumore (5/11) Alcuni modelli Nell uso dei modelli descritti il valore SPL ottenuto può essere modificato per tener conto di alcuni fattori relativi al tipo di pavimentazione, alla pendenza dell asse stradale e alla presenza o meno di un semaforo. 5% 6% 7% 8% 9% 10% Tipo di pavimentazione (L s ) Asfalto liscio Asfalto ruvido Cemento Pavè Pendenza Presenza di semaforo (LT) db(a) db(a) db(a) corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 19

20 Simulazione del livello di rumore (6/11) Esempi di rappresentazione dei risultati Curve isofoniche (rappresentazione su planimetrie dei luoghi di punti caratterizzati dallo stesso livello sonoro equivalente); Mappe di rumore (carte tematiche). corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 20

21 Simulazione del livello di rumore (7/11) Esempi di rappresentazione (curve isofoniche) Esempio di curve isofoniche conseguenti all ottimizzazione (min impatti per gli abitanti) delle rotte di decollo da un aeroporto. Le curve sono relative ai seguenti valori di L eq =55, 60, 65, 70, db corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 21

22 Simulazione del livello di rumore (8/11) Esempi di rappresentazione (mappe tematiche) corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 22

25 Simulazione del livello di rumore (11/11) Esempi di applicazione: Riduzione della rumorosità per l effetto di barriere δ = ( a + b ) d corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 25