Prof. Ing. Francesco Canestrari

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1 Dipartimento ICEA Sezione Infrastrutture Università Politecnica delle Marche

2 PRINCIPALI EVIDENZE SPERIMENTALI 1. Tessiture superficiali con dimensioni caratteristiche maggiori di 20 mm tendono ad aumentare il rumore 2. Tessiture superficiali con dimensioni caratteristiche minori di 10 mm tendono a ridurre il rumore 3. Conglomerati porosi riducono il rumore alle frequenze più alte di emissione del rumore di rotolamento 4. Una pavimentazione superficiale elastica riduce l impatto e l entità di altri meccanismi di generazione del suono 5. Tessiture negative (sotto la superficie) si sono dimostrate più efficaci rispetto a tessiture positive (sporgenti dalla superficie stessa) ALTRI ASPETTI FONDAMENTALI DA CONSIDERARE NEL PROGETTO DI PAVIMENTAZIONI A BASSO IMPATTO ACUSTICO a. Attrito superficiale b. Effetto splash and spray c. Variazione del livello di emissione del suono nel tempo d. Durabilità e sicurezza e. Fattibilità economica f..

3 PRINCIPI DI RIDUZIONE DEL RUMORE DI ROTOLAMENTO Una superficie stradale a basso impatto acustico può essere costruita agendo su 3 caratteristiche fondamentali: a. TESSITURA SUPERFICIALE b. POROSITÀ c. RIGIDEZZA a. TESSITURA SUPERFICIALE La TESSITURA è una caratteristica necessaria allo sviluppo dell aderenza all interfaccia pneumatico/pavimentazione Molto spesso sono i materiali utilizzati per la pavimentazione a determinarne automaticamente la tessitura Tipo di inerti Forma Dimensione Distribuzione granulometrica TESSITURA In alcuni casi particolari ( PCCP) la Tessitura è una proprietà che viene applicata in fase costruttiva: potrà dunque essere progettata e controllata

4 a. TESSITURA SUPERFICIALE LINEE GUIDA PER UNA PAVIMENTAZIONE SILENZIOSA MICROTESSITURA La microtessitura ha un influenza limitata sul rumore di rotolamento (stick-slip e stick-snap) MACROTESSITURA È possibile individuare la lunghezza d onda di 10 mm come il limite fra la zona di correlazione positiva e la zona di correlazione negativa fra tessitura e rumore Limitare la tessitura per >10 mm ed amplificarla per <8 mm Amplitude Pavement Texture Wavelength La dimensione massima degli aggregati deve essere la minore possibile (D max < 10 mm) 60 Distance Limitare il contenuto di sabbia (Stone Mastic Asphalt) level (db rel. 1 m m rms) Texture Texture wavelength (mm)

5 a. TESSITURA SUPERFICIALE LINEE GUIDA PER UNA PAVIMENTAZIONE SILENZIOSA MEGATESSITURA La megatessitura deve essere minimizzata Utilizzare aggregati di dimensioni uniformi (preferibilmente poliedrici) e ben costipati Curare la fase di compattazione (N.B. buon sottofondo) Dimensione (cubica) ed orientamento uniforme Dimensione ed orientamento non uniforme Dimensione (rettangolare) ed orientamento uniforme TESSITURA DI MISCELE POROSE: Minimizzare le ampiezze di macrotessitura e megatessitura ad ogni lunghezza d onda Aggregati incassati e mancanti Problemi di porosità e intasamento da polvere e detriti

6 a. TESSITURA DI PAVIMENTAZIONI RIGIDE (PCCP Portland Cement Concrete Pavement) E bene che la tessitura sia applicata in condizioni uniformi di maturità del cemento, in modo da non generare variazioni locali nelle proprietà della tessitura stessa, né fluttuazioni del rumore emesso Le tecniche utilizzate per le pavimentazioni rigide realizzano esclusivamente tessiture negative

7 a. TESSITURA DI PAVIMENTAZIONI RIGIDE (PCCP Portland Cement Concrete Pavement) La tessitura longitudinale (nella direzione di marcia) riduce l entità delle cause meccaniche di generazione del suono La tessitura deve avere una profondità di almeno 1.5 mm e una spaziatura al massimo uguale all ampiezza delle scanalature del battistrada Longitudinal dragging Longitudinal tining

8 a. TESSITURA DI PAVIMENTAZIONI RIGIDE (PCCP Portland Cement Concrete Pavement) La tessitura trasversale (perpendicolari p alla direzione di marcia), con spaziatura casuale, può eliminare la generazione di suoni ripetitivi, capaci di produrre una sensazione di fastidio superiore al limite previsto dal livello di pressione sonora misurato Striature trasversali non abbattono comunque il livello complessivo di pressione sonora Transversal tining Transversal grooving

9 b. POROSITÀ LINEE GUIDA PER UNA PAVIMENTAZIONE SILENZIOSA Un elevato contenuto di vuoti (> 15%) garantisce un alto potere fonoassorbente oltre che la riduzione dei alcuni fenomeni di generazione e propagazione del rumore di rotolamento (air pumping ed effetto corno) La porosità dovrebbe essere la maggiore possibile compatibilmente con la durabilità richiesta (25 30%) Le proprietà acustiche di conglomerati porosi dipendono anche dallo spessore dello strato, nonché dalla forma, interconnessione e dimensione dei vuoti. Tali proprietà sono direttamente collegate alla dimensione massima degli aggregati utilizzata e condizionano lo spettro di fonoassorbimento del materiale Per un ottimizzazione dello spettro di fonoassorbimento sarebbe opportuno utilizzare aggregati di dimensione massima 11 mm ed uno spessore dello strato pari almeno a 40 mm Da recenti studi scientifici internazionali: L = riduzione del rumore stradale (db) 0. e v e = spessore dello strato (mm) L 005 v = tenore dei vuoti (%)

10 c. RIGIDEZZA LINEE GUIDA PER UNA PAVIMENTAZIONE SILENZIOSA Un conglomerato bituminoso per strati d usura con rigidezza ridotta è potenzialmente capace di attenuare i meccanismi di generazione del rumore di rotolamento dovuti all impatto fra pneumatico e pavimentazione EVITARE MATERIALI (aggregati e bitume) CHE RENDANO LA SUPERFICIE STRADALE TROPPO RIGIDA ALTRI FATTORI CHE INFLUNEZANO LA RIGIDEZZA SUPERFICIALE DELLA PAVIMENTAZIONE ETÀ TEMPERATURA UTILIZZO DI GOMMA PROVENIENTE DA PNEUMATICI RICICLATI Utilizzo di leganti con proprietà antiossidanti Utilizzo di miscele dal colore più scuro possibile

11 1- PAVIMENTAZIONI POROSE (CDF) (Conglomerati Drenanti Fonoassorbenti Porous Asphalt) Le pavimentazioni porose sono realizzate riducendo la quantità di aggregato fino e, di conseguenza, il grado di compattazione EFFETTI DELLA POROSITA SUL RUMORE ALTRI EFFETTI 1. Riduzione RUMORE DI ROTOLAMENTO Riduzione meccanismi di pompaggio e risonanza dell aria Riduzione effetto corno, e meccanismi di risonanza (di Helmholtz e canne d organo) 2. Aumento Influenza sulle riflessioni multiple, e ASSORBIMENTO sulla propagazione del rumore ACUSTICO Effetto più evidente nel caso di mezzi pesanti, il cui passaggio genera angoli d incidenza sonora maggiori 1. Rapido smaltimento delle acque superficiali 2. Riduzione del fenomeno dell aquaplaning 3. Contenimento effetto splash and spray 4. L acqua viene drenata, a vantaggio dell aderenza superficiale

12 1- PAVIMENTAZIONI POROSE (CDF): LE PRESCRIZIONI (Conglomerati Drenanti Fonoassorbenti Porous Asphalt) p% 100 La società Autostrade suggerisce, per i conglomerati drenanti-fonoassorbenti, 3 FUSI GRANULOMETRICI: ognuno con diversa: FONOASSORBENZA DRENABILITA DURABILITA SOTTO TRAFFICO ognuno realizzato con diversi bitumi hard prevalentemente MONOGRANULARI che prevedono l utilizzo di leganti modificati con polimeri (elastomerici o plastomerici) che migliorano le caratteristiche di sensibilità alle variazioni i i di temperaturat A p% B p% C d d d

13 1- PAVIMENTAZIONI POROSE (CDF): LE PRESCRIZIONI (Conglomerati Drenanti Fonoassorbenti Porous Asphalt) REQUISITI DEI CONGLOMERATI BITUMINOSI DRENANTI/FONOASSORBENTI e delle relative pavimentazioni definiti nelle NORME TECNICHE D APPALTO DEL CAPITOLATO DEI LAVORI DI MANUTENZIONE DELLE PAVIMENTAZIONI delle Autostrade Spa CARATTERISTICHE MECCANICHE PRINCIPALI PARAMETRI LEGANTE STABILITA' MODULO DI RIGIDEZZA VUOTI RESIDUI MARSHALL (%) (dan) (dan/mm 2 ) (%) FUSO A FUSO B FUSO C PRINCIPALI PARAMETRI DI TRAZIONE INDIRETTA TEMPERATURA RESISTENZA TRAZIONE INDIRETTA COEFFICIENTE TRAZIONE INDIRETTA (C ) (N/mm 2 ) (N/mm 2 ) > > > 12

14 1- PAVIMENTAZIONI POROSE (CDF): CARATTERISTICHE RICHIESTE IN OPERA (Conglomerati Drenanti Fonoassorbenti Porous Asphalt) CAPACITA DRENANTE (dm 3 /min) FUSO A FUSO B FUSO C ADERENZA (C.A.T.) MACRORUGOSITA (HS in mm) FONOASSORBENZA In sito carota In sito carota In sito carota Frequenza (Hz) Coeff. di fonoassorbenza α >0.25 >0.15 >0. 5 >0.3 >0.25 >0.15 RICHIAMO DI ACUSTICA: L intensità sonora di un onda in un mezzo assorbente obbedisce alla legge di BOUGUER-LAMBERT: I 0 = intensità iniziale dell onda z I I 0e I = Intensità dopo che l onda ha percorso un tratto z nel mezzo assorbente α = COEFF. DI ASSORBIMENTO = f ( materiale; frequenza)

15 1- PAVIMENTAZIONI POROSE (CDF): LE PROBLEMATICHE ASSOCIATE (Conglomerati Drenanti Fonoassorbenti Porous Asphalt) a. Nella fase di esercizio, i sabbia e Perdita, a lungo termine, del polveri possono occludere i benefico effetto di riduzione pori della pavimentazione del suono SOLUZIONI La CONSERVAZIONE della POROSITA NEL TEMPO dipende da: CARATTERISTICHE GRANULOMETRICHE delle miscele DISPOSITIVI COSTRUTTIVI (drenaggi laterali) MANUTENZIONI (pulizia mediante lavaggi e stasamenti) a. Organizzazione di CICLI DI GESTIONE DEI C.D.F. b. Realizzazione di pavimentazioni a DOPPIO STRATO DRENANTE Gli strati porosi superficiali sono efficaci se BEN PROGETTATI e MANTENUTI b. Tendenza allo sgranamento, elevati costi di costruzione, limitazioni tecniche,

16 2- PAVIMENTAZIONI POROSE (CDF): SOLUZIONE A DOPPIO STRATO (Twin Layer Porous Asphalts) Pavimentazioni realizzate con doppio strato di materiale poroso a diversa pezzatura Tale sistema comporta operazioni di pulizia maggiormente efficaci rispetto al sistema a singolo strato Lo strato superiore funziona da setaccio e protegge quello inferiore dall occlusione con polveri di grandi dimensioni Lo strato inferiore, molto più poroso, si ripulisce facilmente, per effetto dell azione di pompaggio dovuta al flusso veicolare Benefici ulteriori: spessore superiore e tessitura ottimizzata rispetto ad un conglomerato poroso monostrato STRADE AD ALTI REGIMI DI VELOCITA Consistente azione di pompaggio che facilita l auto-lavaggio dei pori SOLUZIONE MONO-STRATO STRADE A BASSI REGIMI DI VELOCITA SOLUZIONE DOPPIO STRATO

17 3- MICROTAPPETI A CALDO A GRANULOMETRIA DISCONTINUA (Gap-graded Thin Overlays) Le problematiche associate all utilizzo di pavimentazioni porose possono essere aggirate realizzando conglomerati più chiusi, e adottando inerti molto piccoli (dmax= 6-10 mm) e di alta qualità L utilizzo di inerti a granulometria discontinua (gap-graded) garantisce la porosità necessaria a veicolare appropriatamente acqua e polveri Lo spessore degli strati, variabile comunque in un range di mm, è funzione della dimensione degli aggregati usati La ridotta dimensione degli aggregati realizza una superficie liscia e uniforme, riducendo le componenti meccaniche di generazione del rumore di rotolamento La porosità, sebbene relativamente bassa, è efficace alle alte frequenze, e realizza una riduzione del rumore di circa 3 db rispetto ai normali conglomerati chiusi

18 4- CONGLOMERATI BITUMINOSI A CALDO CONTENENTI GOMMA DA PNEUMATICI FUORI USO (Rubberized Asphalt Concrete) GOMMA INTRODOTTA SECONDO 2 DISTINTE METODOLOGIE METODO DRY La gomma viene introdotta nella miscela in sostituzione di parte degli aggregati lapidei prima della miscelazione con il bitume METODO WET La gomma viene introdotta nella miscela come agente modificante del legante bituminoso ASPHALT RUBBER Dal punto di vista acustico la presenza della gomma garantisce una minore rigidezza della miscela contribuendo alla riduzione delle componenti meccaniche di generazione del rumore Open Graded Asphalt Rubber permette di coniugare i benefici derivanti dalla gomma e dalla porosità

19 5- PAVIMENTAZIONI POROSE ELASTICHE (Poro-Elastic Road Surfaces PERS) Materiale costituito principalmente da granulato di gomma (40 95% in peso), miscelato con legante bituminoso o sintetico e con granulometria tale da assicurare 25 40% di vuoti residui MECCANICAMENTE ELASTICO Che riduce le cause meccaniche di generazione del suono + ACUSTICAMENTE POROSO Che riduce le cause aerodinamiche di generazione del suono, le riflessioni, e i meccanismi di amplificazione acustica Si sono evidenziati problemi connessi a aderenza, infiammabilità e adesione al substrato E stata t tuttavia tt evidenziata i una notevole efficacia i in termini i di abbattimento t del rumore

20 6- MISCELE BITUMINOSE CONTENENTI ARGILLA ESPANSA L argilla espansa è un aggregato leggero artificiale ottenuto dalla cottura ed espansione di argille in forni rotanti a circa 1100 C. Tale aggregato si presenta sotto forma di granuli rugosi di forma circolare avente una struttura di tipo cellulare. L argilla espansa viene introdotta nella miscela bituminosa in sostituzione di parte dell aggregato lapideo naturale con dosaggi solitamente non superiori al 15% in peso. BENEFICI ACUSTICI Migliore assorbimento acustico indotto dai pori dei grani di argilla e- spansa esposti in superficie Riduzione dei meccanismi generatori vibratori grazie al ridotto livello di tessitura risultante ALTRI BENEFICI Miglioramento della skid resistance grazie alla spiccata microrugosità Ridotto sfruttamento delle risorse naturali di aggregati lapidei

21 7- PAVIMENTAZIONE EUFONICA (eufonico= buon rumore ) E costituita da uno strato in C.D.F. (s=40 60 mm) sovrapposto ad uno strato in CLS ad ARMATURA CONTINUA con CAVITA (risonatori di Helmoltz) distribuite su tutta la superficie stradale: CB DRENA NANTE LASTRA IN CLS CON RIS ISUONATORI DI HELMHOLTZ CORSIA SORPASSO CORSIA MARCIA VELOCE CORSIA MARCIA LENTA EMERGENZA Distribuzione dei risuonatori nella lastra in cls (pianta della carreggiata) TALE SOLUZIONE FORNISCE UN ASSORBIMENTO ACUSTICO MOLTO ELEVATO PER UN AMPIO SPETTRO DI FREQUENZE

22 8- ROLLPAVE Lezioni del corso di Gestione e Manutenzione delle Pavimentazioni Stradali Rollpave è una superficie sottile (30 mm) porosa monostrato arrotolabile Tale superficie è costruita in fabbrica, arrotolata in un cilindro e trasportata in sito dove viene stesa sopra un supporto adesivo I benefici acustici derivano direttamente dalla natura prefabbricata del materiale che permette di realizzare la superficie sotto condizioni controllate

23 METODI DI VALUTAZIONE DELLE PROPRIETÀ ACUSTICHE DEI MATERIALI STRADALI 1 MISURA DEL LIVELLO SONORO TRAMITE MICROFONI PIAZZATI AI LATI DELLA STRADA (Statistical Pass-By e Controlled Pass-By) 2 3 MISURA DEL RUMORE DI ROTOLAMENTO TRAMITE MICROFONI POSIZIONATI NELLE VICINANZE DELLA ZONA DI CONTATTO PNEUMATICO/PAVIMENTAZIONE (Close-Proximity Method) MISURA DELLE PROPRIETÀ FONOASSORBENTI DEI MATERIALI TRAMITE PROTOTCOLLI DI PROVA IN SITO ED IN LABORATORIO (Metodo della superficie estesa e Tubo di Kundt )

24 STATISTICAL PASS-BY (SPB) [EN ISO ] 1] e CONTROLLED PASS BY (CPB) [NF S ] Registrazione di tipo e velocità del veicolo selezionato dal traffico reale e del massimo livello di pressione sonora A corrispondente Determinazione di un indice sintetico di rumorosità mediante metodi statistici Condizioni di prova restrittive 7.5 m > 20 m > 20 m m m test lane area covered with material having similar sound absorption Area with not tall arbitrary covering (grass or plants) microphone position 10 m 10 m 10 m test lane 7.5 m no screening guard, rail or safety barriers allowed no reflecting solid safety barrier allowed m 10 microphone position STATISTICAL PASS BY CONTROLLED PASS BY traffico reale veicoli selezionati guidati a velocità controllata

25 CLOSE PROXIMITY METHOD (CPX) [ISO/CD ] Registrazione del rumore di rotolamento con Registrazione del rumore di rotolamento con microfoni montati su una ruota installata in appositi microfoni montati direttamente sulla ruota carrelli e protetta da vento e dal rumore circostante posteriore destra del veicolo di prova (maggiori restrizioni delle condizioni di prova) optional microphone mandatory microphone 200 mm 200 mm 100 mm 100 mm 650 mm 650 mm 200 mm 200 mm 200 mm

26 MISURA DEL COEFFICIENTE DI FONOASSORBIMENTO TUBO DI KUNDT [EN ISO /2] 1/2] METODO DELLA SUPERFICIE ESTESA [ISO ] 1] (misurazione in laboratorio) Metodo di misura universalmente utilizzato per la valutazione delle proprietà fonoassorbenti di materiali stradali Provino posizionato ad una estremità e altoparlante che genera un onda sonora piana all estremità opposta (misurazione in sito) Sorgente sonora posizionata 1.25 m sopra la pavimentazione e microfono posto fra la sorgente sonora e la pavimentazione Attraverso la misurazione del campo sonoro risultante dall onda incidente e da quella riflessa si stabilisce il potere fonoassorbente del materiale Misurando il livello sonoro generato all interno del tubo è possibile stabilire il potere fonoassorbente del materiale microphone amplifier amplifier loudspeaker signal analysis microphone