CORSO DI. A.A Sezione 01f. Prof. Ing. Sergio Montelpare Dipartimento INGEO Università G. d Annunzio Chieti-Pescara

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1 CORSO DI FISICA TECNICA II A.A Sezione 01f Prof. Ing. Sergio Montelpare Dipartimento INGEO Università G. d Annunzio Chieti-Pescara 1

2 Il rumore Il rumore rientra nella categoria dei suoni udibili. La distinzione tra suono e rumore può essere fatta sulla base delle caratteristiche dello spettro o sulla base del disturbo. Nel primo caso il suono viene identificato come quel fenomeno sonoro che ha uno spettro di frequenza a righe contraddistinto da con rapporti armonici; il rumore, invece, viene caratterizzato da uno spettro continuo o con componenti tonali non armoniche. Se invece la distinzione viene fatta sulla base del disturbo, il rumore è un fenomeno sonoro non gradito. Le sorgenti di rumore, come tutte le altre sorgenti sonore, sono caratterizzate: dalla potenza emessa; dallo spettro di emissione; dalla distribuzione della potenza emessa nelle varie direzioni. Quanto più il rumore è ad elevata intensità, tanto più sarà disturbante. A parità di intensità, il disturbo dipende anche dallo spettro del rumore (ad esempio presenza di componenti tonali). Rumori intermittenti, improvvisi o impulsivi sono, generalmente, più fastidiosi di rumori continui. Le sorgenti di rumore possono essere: interne all ambiente disturbato (macchinari di un officina, elettrodomestici, macchine da ufficio); esterne all ambiente ma interne all edificio in cui si trova l ambiente disturbato (rumori provenienti da locali attigui); esterne all edificio (rumori stradali, rumori industriali). 2

3 La legge 447 del 1995 L acustica si occupa delle problematiche di propagazione del rumore in ambienti aperti e negli ambienti abitativi ed è regolata in Italia a partire dalla Legge 26/10/95 n. 447 Legge quadro sull inquinamento acustico. La legge stabilisce i principi fondamentali in materia di tutela dell'ambiente esterno e dell'ambiente abitativo dall'inquinamento acustico. Con inquinamento acustico si intende l'introduzione di rumore nell'ambiente abitativo o nell'ambiente esterno tale da provocare fastidio o disturbo al riposo ed alle attività umane, pericolo per la salute umana, deterioramento dell'ambiente abitativo o dell'ambiente esterno In ambito ambientale, la legge 447 prevede: 1. La classificazione acustica dei territori comunali in 6 classi acustiche 2. L individuazione dei limiti massimi ammissibili per ogni classe acustica D.P.C.M. 14/11/97 (Determinazione dei valori limiti delle sorgenti sonore) D.Min.Amb. 16/3/1998 (Tecniche di rilevamento e di misurazione dell inquinamento acustico) 3. L individuazione delle aree in cui si ha un superamento dei valori limite di ATTENZIONE o di QUALITA e delle sorgenti che provocano tale superamento 4. Il piano di risanamento acustico con: Interventi sulle sorgenti Interventi lungo la via di propagazione del rumore Interventi sugli edifici 3

4 Il DPCM 14/11/1997 Il DPCM 14/11/97, in attuazione dell'art. 3, comma 1, lettera a) della legge 26 ottobre 1995, n. 447, determina i valori limite di emissione, i valori limite di immissione, i valori di attenzione ed i valori di qualità, di cui all'art. 2, comma 1, lettere e), f), g) ed h); comma 2; comma 3, lettere a) e b), della stessa legge. Il decreto fissa, per ciascuna classe acustica, i limiti massimi di esposizione al rumore per ciascuna zona territoriale, utilizzando come indicatore il Livello continuo equivalente di pressione ponderato A, espresso in [db(a)]. La tabella A del decreto si riferisce alla classificazione del territorio comunale (art.1) ed individua 6 differenti classi. La tabella B riporta i valori limite di emissione - Leq in db(a) (art. 2), suddivisi su due intervalli (notturno e diurno), per le differenti classi. La tabella C riporta i valori limite assoluti di immissione - Leq in db (A) (art.3), suddivisi su due intervalli (notturno e diurno), per le differenti classi. La tabella D riporta i valori di qualità - Leq in db (A) (art.7), suddivisi su due intervalli (notturno e diurno), per le differenti classi. Sono i valori di rumore da conseguire nel breve, medio e lungo periodo con le tecnologie e le metodiche di risanamento disponibili, per realizzare le finalità previste dalla Legge quadro. Il DPCM riporta anche la definizione dei limiti di attenzione, che altro non sono che i valori della tabella C aumentati di 10 db e che indicano il valore di rumore che segnala la presenza di un potenziale rischio per la salute umana o per l ambiente. Il superamento di tali limiti comporta l adozione obbligatoria del piano di risanamento acustico. 4

5 Il DPCM 14/11/1997 FISICA TECNICA II 5 CLASSE I - aree particolarmente protette: rientrano in questa classe le aree nelle quali la quiete rappresenta un elemento di base per la loro utilizzazione: aree ospedaliere, scolastiche, aree destinate al riposo ed allo svago, aree residenziali rurali, aree di particolare interesse urbanistico, parchi pubblici, ecc. CLASSE II - aree destinate ad uso prevalentemente residenziale: rientrano in questa classe le aree urbane interessate prevalentemente da traffico veicolare locale, con bassa densità di popolazione, con limitata presenza di attività commerciali ed assenza di attività industriali e artigianali CLASSE III- aree di tipo misto: rientrano in questa classe le aree urbane interessate da traffico veicolare locale o di attraversamento, con media densità di popolazione, con presenza di attività commerciali, uffici con limitata presenza di attività artigianali e con assenza di attività industriali; aree rurali interessate da attività che impiegano macchine operatrici CLASSE IV - aree di intensa attività umana: rientrano in questa classe le aree urbane interessate da intenso traffico veicolare, con alta densità di popolazione, con elevata presenza di attività commerciali e uffici, con presenza di attività artigianali; le aree in prossimità di strade di grande comunicazione e di linee ferroviarie; le aree portuali, le aree con limitata presenza di piccole industrie. CLASSE V - aree prevalentemente industriali: rientrano in questa classe le aree interessate da insediamenti industriali e con scarsità di abitazioni. CLASSE VI - aree esclusivamente industriali: rientrano in questa classe le aree esclusivamente interessate da attività industriali e prive di insediamenti abitativi

6 Il DPCM 14/11/1997 Tabella B: valori limite di emissione - Leq in db(a) (art. 2) tempi di riferimento Classi di destinazione d'uso del Diurno Notturno territorio ( ) ( ) 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 I valori limite di emissione sono riferiti alle sorgenti fisse ed alle sorgenti mobili. Si riferiscono al valore massimo di rumore che può essere emesso da una sorgente sonora e vengono misurati in prossimità della sorgente stessa. 6

7 7 Il DPCM 14/11/1997 Tabella C: valori limite assoluti di immissione - Leq in db (A) (art.3) tempi di riferimento Classi di destinazione d'uso del Diurno Notturno territorio ( ) ( ) 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 I valori limite assoluti di immissione sono riferiti al rumore immesso nell'ambiente esterno dall'insieme di tutte le sorgenti. Per le infrastrutture stradali, ferroviarie, marittime, aeroportuali e le altre sorgenti sonore di cui all'art. 11, comma 1, legge 26 ottobre 1995, n. 447, i limiti non si applicano all'interno delle rispettive fasce di pertinenza, individuate dai relativi decreti attuativi. All'esterno di tali fasce, dette sorgenti concorrono al raggiungimento dei limiti assoluti di immissione. I valori limite differenziali di immissione, definiti all'art. 2, comma 3, lettera b), della legge 26 ottobre 1995, n. 447, sono: 5 db per il periodo diurno e 3 db per il periodo notturno, all'interno degli ambienti abitativi. Tali valori non si applicano nelle aree classificate nella classe VI. Tali valori differenziali non si applicano quanto ogni effetto del rumore è da ritenersi trascurabile. Il differenziale si calcola come differenza fra i livelli del rumore ambientale e del rumore residuo.

8 FISICA TECNICA II Esempio di Leq diurno e notturno 8

9 Esempio di Leq diurno e notturno FISICA TECNICA II 9

10 10 Propagazione del suono in ambiente esterno Le sorgenti sonore riscontrabili nell acustica ambientale sono già state analizzate nella sezione 01f e resta in questa sezione da capire come avviene l attenuazione del suono nel suo percorso di propagazione. Le leggi di propagazione sono quelle del campo libero già analizzate in funzione del tipo di sorgente. Le forme di attenuazione sono analizzate e normate nella UNI ISO 9613 del 2006 (parti 1 e 2). La norma specifica un metodo per il calcolo della attenuazione del suono durante la propagazione in ambiente esterno al fine di predire i livelli di rumore ambientale a distanza nota da una sorgente sonora. Il metodo calcola il livello sonoro equivalente continuo in curva di ponderazione A Leq(A). L ft L W D C A ( DW ) = L W + D C A dove è il livello di potenza sonora per bande di ottava della sorgente puntiforme è l'indice di correzione di direttività in decibel è l'attenuazione per bande di ottava durante la propagazione A = A div + A atm + A gr + A bar + A misc dove ( ) A div è l'attenuazione dovuto alla divergenza geometrica vedere punto 7.1 A atm è l'attenuazione dovuto all'assorbimento atmosferico ( vedere punto 7.2); A gr è l'attenuazione dovuta all'effetto suolo ( vedere punto 7.3); A bar è l'attenuazione dovuta a ostacoli ( vedere punto 7.4); è l'attenuazione dovuta ad altri effetti eterogenei ( vedere appendice A). A misc

11 Campo libero: effetto del gradiente del vento Guardando la relazione presente nella slide precedente si può notare il termine DW all interno dell espressione del livello continuo equivalente; ciò è dovuto al fatto che la norma considera, in forma cautelativa, la propagazione sottovento, ovvero nella condizione di vento che spira dalla sorgente verso il ricevitore. Come è possibile vedere nelle due figure sotto riportate, la presenza del vento genera una composizione di vettori tale da deflettere il campo sonoro; le aree a monte del recettore (ovvero fra la sorgente ed il recettore) evidenzieranno la presenza di una zona d ombra che diminuisce i livelli di pressione sonora in tali zone. 11

12 L attenuazione per assorbimento atmosferico dipenderà dalla distanza sorgente ricevitore e dal coefficiente di assorbimento acustico dell'aria in [db/km]; nella norma ISO vengono riportati i suoi valori per alcune combinazioni di temperatura e umidità relativa dell'aria. A atm = α d 1000 T( C) Campo libero: assorbimento dell aria U,R, (%) Frequenze centrali di banda di ottava [Hz]

13 Campo libero: assorbimento del terreno L'attenuazione da effetto suolo, A gr, è soprattutto il risultato dell'interferenza del suono riflesso dalla superficie del terreno con il suono che si propaga direttamente dalla sorgente al ricettore; quindi in sostanza dal coefficiente di fonoassorbimento del terreno. Il percorso di propagazione incurvato verso il basso (nel senso del vento) fa sì che questa attenuazione sia prodotta essenzialmente dalle superfici del suolo in vicinanza della sorgente e in vicinanza del ricettore. 1. Zona della sorgente 2. Zona intermedia 3. Zona del ricettore L'attenuazione da effetto suolo viene calcolata e sommata per tre distinte zone: 1. La zona della sorgente, che si estende fino alla distanza 30 h s ; 2. La zona del ricettore, che si estende fino alla distanza 30 h r ; 3. La zona intermedia, che si estende tra la zona della sorgente e quella del ricettore. Se d p < (30 h s + 30 h r ), le zone della sorgente e del ricettore si sovrappongono e non esiste la zona intermedia. A gr = A sorgente + A ricettore + A intermedia 13 Per il calcolo dei singoli contributi si rimanda alla norma 9613 parte 2

14 Campo libero: le barriere acustiche Un oggetto deve essere considerato ostacolo schermante (spesso chiamato barriera), se soddisfa ai seguenti requisiti: massa superficiale uguale ad almeno 10 kg/m2; oggetto costituito da una superficie chiusa senza grosse interruzioni o vuoti (di conseguenza, gli impianti di processo di stabilimenti chimici sono, per esempio, ignorati); dimensione orizzontale dell'oggetto, in senso perpendicolare alla linea sorgentericettore, maggiore della lunghezza d'onda acustica λ alla frequenza centrale per banda di ottava interessata; in altre parole (l l + l r ) > λ (vedi figura in basso). Ciascun oggetto che soddisfa a questi requisiti viene rappresentato come uno schermo con bordi verticali. Lo spigolo superiore dell'ostacolo sarà una linea retta che può essere inclinata. 14

15 Campo libero: le barriere acustiche Il fenomeno della diffrazione Diffrazione singola FISICA TECNICA II Diffrazione su più bordi Diffrazione doppia 15

16 Campo libero: le barriere acustiche In generale l energia sonora emessa dalla sorgente e che raggiunge il ricevitore è dovuta: alla trasmissione attraverso la barriera; alla riflessione da parte di eventuali superfici presenti in prossimità della barriera; alla diffrazione dal bordo della barriera. Focalizzando l attenzione sul problema della diffrazione e supponendo che la dimensione della barriera sia molto grande in direzione orizzontale, si può considerare di avere diffrazione solo dal bordo superiore. L efficacia di una barriera si misura dall abbattimento del livello di pressione fra la situazione con e senza barriera. ΔL bar = L P,R,no barriera L P,R,si barriera Secondo la teoria di Fresnel, l isolamento acustico della barriera può essere calcolato mediante la relazione: 16 ΔL sup = 10 Log( N sup ) dove N sup = 2δ sup e δ sup = a + b ( ) c è la differenza di cammino λ è il numero di Fresnel

17 Campo libero: le barriere acustiche FISICA TECNICA II È bene fare alcune riflessioni sull efficacia di una barriera acustica: 1. Tanto più la massa superficiale della barriera è superiore a 10 [kg/mq], tanto più la quota parte di energia che passa per trasmissione è trascurabile e diventa predominante il contributo della diffrazione. 2. L isolamento acustico di una barriera dipende dalla lunghezza dell onda del fenomeno sonoro: quanto più è grande la lunghezza d onda (ovvero è piccola la frequenza) tanto minore è l isolamento acustico della barriera. 3. Alla luce del punto 2, per poter prevedere l attenuazione acustica ottenibile da una barriera è necessario conoscere, oltre che le caratteristiche geometriche della barriera e la sua disposizione rispetto alla direttrice sorgente ricevitore, anche lo spettro sonoro emesso dalla sorgente. 4. Nei calcoli pratici si assume che l isolamento acustico ad una certa frequenza non possa essere superiore al limite teorico di 20 [db]; quindi ogni risultato che fornisca un valore maggiore di 20 dovrà essere ridotto a tale limite. 17

18 Campo libero: le barriere acustiche Se la dimensione laterale della barriera non è trascurabile, vanno presi in considerazione anche gli effetti dei bordi laterali che si andranno ad aggiungere con un sostanziale peggioramento delle capacità della barriera.. La procedura di calcolo rimane invariata, ma dovranno essere considerate le differenze di percorso non solo per il bordo superiore, ma anche per il bordo destro e per quello sinistro: ( ) c δ sup = a sup + b sup δ sx = a sx + b sx δ dx = a dx + b dx ( ) c ( ) c ΔL sup = 10 Log N sup da cui ( ) dove N sup = 2δ sup Bordo Sinistro λ asx Bordo Superiore b sx a sup b sup b dx Bordo Destro ΔL sx = 10 Log( N sx ) dove N sx = 2δ sx λ 18 ΔL dx = 10 Log( N dx ) dove N dx = 2δ dx λ Una volta noti gli abbattimenti per ogni lato si potranno calcolare i livelli di pressione sul ricettore dovuti ad ogni contributo e poi sommarli per avere il livello complessivo.

19 Grafico relazione di Maekawa Accanto alle formule analitiche riportate in precedenza si può utilizzare il grafico di Maekawa definito per sorgenti puntiformi e lineari; per queste ultime gli effetti di riduzione delle barriere sono inferiori. FISICA TECNICA II 19

20 Campo libero: le barriere acustiche - Esempio Una torre evaporativa posta sulla copertura piana di un edificio provoca, in assenza di schermo acustico ed in corrispondenza di un punto di osservazione O di un edificio posto di fronte, la distribuzione spettrale in bande di ottava del livello di pressione sonora riportata in tabella. Calcolare l attenuazione in termini di livello sonoro globale, conseguibile con l installazione dello schermo con le caratteristiche geometriche riportate in figura Hz k 2k 4k 8k Lp [db] d BR 46m d SB 4 m d SR 50m H,R 5 m w SX 2 m H,edificio,S 9 m H,cond 1 m H,S 10 m H,schermo 3 m H,B 12 m w DX 4 m 20

21 Campo libero: le barriere acustiche - Esempio FISICA TECNICA II SB sup = B sup R = SR = 2 d SR d 2 SB + ( h B h S ) 2 = ( 12 10) = 4.47[ m] 2 d BR δ sup = SB sup + B sup R + ( h R h B ) 2 = ( 5 12) = 46.53[ m] + ( h R h S ) 2 = ( 5 10) = 50.25[ m] ( ) SR = = 0.75 m [ ] f [Hz] k 2k 4k 8k λ N sup =2δ sup /λ ΔL sup SB SX = B SX R = SR = d 2 2 SB + w SX 2 d BR 2 + w SX = = 4.47[ m] = = 46.04[ m] 2 d SR + ( h R h S ) 2 = ( 5 10) = 50.25[ m] ( ) SR = = 0.27[ m] δ SX = SB SX + B SX R

22 Campo libero: le barriere acustiche - Esempio FISICA TECNICA II f [Hz] k 2k 4k 8k λ N sup =2δ SX /λ ΔL SX SB DX = B SX R = SR = d 2 2 SB + w DX 2 d BR 2 + w DX = = 5.66[ m] = = 46.17[ m] 2 d SR + ( h R h S ) 2 = ( 5 10) = 50.25[ m] ( ) SR = = 1.58[ m] δ DX = SB DX + B DX R f [Hz] k 2k 4k 8k λ N sup =2δ DX /λ ΔL DX

23 Campo libero: le barriere acustiche - Esempio FISICA TECNICA II Hz k 2k 4k 8k Lp [db] DL sup L P,sup DL SX L P,SX DL DX L P,DX L P,compl ΔL barriera = L P,senza L P,con = 10 Log 10 ΔL barriera = 6[ db] i L P,i Log 10 i LP,compl,i 10 =