UNIERSITA DEGLI STUDI DI FIRENZE Facoltà di Ingegneria C.d.L. Ingegneria per l Ambiente ed il Territorio Corso di Teoria dei Sistemi A.A. 1999/2000 Docente: Prof. Ing. Alessandro CASAOLA OGGETTO: Applicazione di un modello di propagazione acustica SSRN ad uno scenario di caso appartenente al COMUNE DI SIGNA per risolvere un vincolo di contiguità fra aree già classificate in zone e in quanto comprendenti rispettivamente insediamenti industriale-artigianale ed abitativo. In collaborazione con: Ing. Sergio LUZZI Allievi: Simone ARRIGUCCI Gisella LUCCHESE
INDICE 1. Descrizione dello scenario 2. Analisi della sorgente 3. Analisi dei cammini di propagazione 3.1. Descrizione delle ipotesi di lavoro secondo la ISO 9613-2 3.2. Implementazione di un modello matematico per l analisi in frequenza 3.3. Descrizione delle uscite del modello 4. Simulazione a partire dai dati relativi alle sorgenti 4.1. Individuazione dei punti di confine tra le zone, - I e I - 4.2. Definizione della zona cuscinetto 4.3. Simulazione a partire dai dati relativi alle sorgenti considerando l aumento di emissione, fino al limite massimo della zona, dovuto all introduzione di nuove attività produttive 5. Considerazioni conclusive
1. Descrizione dello scenario La necessità di approfondire lo studio della zona in oggetto deriva dalla classificazione acustica del Comune di Signa : si deve analizzare un vincolo di contiguità tra una sorgente significativa di classe (zona industriale) e due ricettori (civili abitazioni) di classe. Il caso in analisi si trova nella zona denominata I Renai, la sorgente è un complesso industriale di circa 22.356 m 2 che si affaccia su via dei Bassi, nel quale abbiamo effettuato misure in sei punti (P08,P09,P10,P11,P12,P13); i ricettori (P14, P15)sono due civili abitazioni situate una a destra (che si affaccia anch essa su via dei Bassi) e l altra alle spalle dell area industriale. Il sopralluogo effettuato ha messo in evidenza i seguenti aspetti: Sorgente: La sorgente è un insieme di 5 capannoni nei quali si svolgono diverse attività industriali (officina metalmeccanica, fonderia di articoli per pelletteria, carrozzeria, industria per la cromatura dei metalli, laboratorio di pelletteria) e l attività più rumorosa si localizza in P8. Ricettore 1: Il ricettore è una civile abitazione situata a circa 130 m dal limite dell area industriale, tra di essi non vi sono ostacoli né naturali né artificiali. Il tratto ricettoresorgente attraversa un terreno incolto a vegetazione prevalentemente erbacea e il collettore generale, che ha argini artificiali non cementati e sgombri. Ricettore 2: Anche questo ricettore è una civile abitazione situata a circa 300 m dalla sorgente, tra di essi non vi sono ostacoli né naturali né artificiali (tranne qualche albero sparso). Il tratto ricettore-sorgente attraversa un terreno coltivato, a vegetazione prevalentemente erbacea leggermente depresso rispetto alla sorgente. Il proprietario dell abitazione, che tra l altro è situata sul confine del Parco di laminazione dell Arno, ha dichiarato che attualmente il rumore del complesso industriale non è particolarmente fastidioso. Dal sopralluogo emerge che la propagazione più significativa si verso il primo ricettore; inoltre la zona era a tratti attraversata da un forte vento monodirezionale e essendo pianeggiante, sarebbe utile in sede di progettazione di eventuali barriere, indagare sulla ripetitività dell evento.
2. Analisi della sorgente Le aree industriali di vasta estensione multisorgente vengono trattate da una norma tecnica dedicata, ISO 8297:1994 ( Acoustics- Determination of sound power levels of multisource industrial plants for evaluation of sound pressure levels in the environment- Engeneering method) che si utilizza per modellizzare la sorgente estesa e ridurla a puntiforme. Il metodo enunciato nella norma è limitato a zone industriali estese con molte sorgenti di rumore, posizionate più o meno su un piano orizzontale e che irradiano rumore sostanzialmente in modo uniforme in tutte le direzioni orizzontali. Un altro vincolo posto dalla norma è dato dal numero e dalla posizione delle misurazioni che dovrebbero essere equispaziate lungo il perimetro; in questo caso non avevamo a disposizione questo tipo di misurazioni ma abbiamo voluto lo stesso provare a ridurre la sorgente a puntiforme pur con le dovute ipotesi. Il metodo permette di ottenere il livello di potenza sonora di banda d ottava L W dall equazione: L w = L pmedio + L S + L F + L M + L [db] Dove : L pmedio = Livello di pressione sonora medio L S = Termine di correzione riferito all area di misura L F = Termine di correzione dovuto alla vicinanza dell area industriale L M = Termine di correzione dovuto all angolazione del microfono rispetto agli edifici L = Termine di attenuazione Sonora dovuto all assorbimento atmosferico L S, L F e L M non si possono considerare perché non abbiamo un area di misura esterna all area industriale ma tutte le misure sono interne e non necessitano di queste correzioni; invece L, una volta calcolato, era di un ordine di grandezza trascurabile rispetto al livello di pressione sonora media. isto che dell equazione sopra scritta rimaneva solo il livello di pressione sonora medio ( media logaritmica bruta), abbiamo deciso di utilizzare il metodo della media pesata sia per la determinazione dell entità della sorgente sia per la determinazione della distanza ricettore-sorgente. Di seguito riportiamo in tabella per ciascun ricettore i punti di misura significativi, e per ciascun punto il peso attribuito in base alla distanza dal ricettore e alla dislocazione all interno del complesso industriale.
Dalla tabella si vede che sono state trascurati due punti di misurazione ritenuti non interessanti: Ricettore 1 P14 Ricettore 2 P15 Punti di misura Pesi attribuiti Distanza dal ricettore Misurazioni LAeq medio (db) Punti di misura Pesi attribuiti Distanza dal ricettore Misurazioni LAeq medio (db) (m) (m) P08 0,02 210 81,07 P08 0,5 315 81,07 P09 0,6 168 59,96 P09 0,05 384 59,96 P11 0,28 177 40,1 P12 0,05 411 71,32 P12 0,1 207 71,32 P13 0,4 324 67,81 I pesi, assegnati in base all importanza delle sorgenti sono stati testati a partire dai valori medi di emissione ed è stata ottenuta al ricettore una differenza valore misurato valore simulato inferiore a 0,5 db.
Ricettore 1 P14 P10 perché si trova ad una distanza maggiore rispetto agli altri ed è schermato dagli edifici vicini che sono più alti. P13 perché si trova dalla parte opposta rispetto al ricettore ad una distanza maggiore rispetto agli altri, in una zona leggermente depressa e schermata dagli edifici. Ricettore 2 P15 P11 e P10 perché si trovano dalla parte opposta rispetto al ricettore ad una distanza maggiore rispetto agli altri punti di misura e sono schermati dagli edifici. Per determinare l entità media della sorgente abbiamo considerato i valori medi in db ponderati A calcolati dallo strumento durante le misurazioni. Utilizzando il pacchetto Simulink (un toolbox di Matlab 5.3) abbiamo creato i modelli Dist_Med.mdl e Sorg_Med.mdl, che elaborano in ingresso i valori delle distanze e del LAeq medio di emissione e attraverso un processo di pesatura, per ogni punto di misura, restituiscono in uscita i valori medi riportati in tabella. Sorgente relativa al Ricettore 1 P14 Sorgente relativa al Ricettore 2 P15 LAeq medio della sorgente (db) Distanza media della sorgente LAeq medio della sorgente (db) Distanza media della sorgente 66,54 175 m 78,27 327 m Sorg_Med.mdl per il calcolo del valore medio pesato della emissione della zona industriale con particolare del blocco di pesatura.
Dist_Med.mdl per il calcolo della distanza media Sorgente-Ricettore. 3. Analisi dei cammini di propagazione 3.1. Descrizione delle ipotesi di lavoro secondo la ISO 9613-2 Nella norma ISO 9613-2 (Acoustics Attenuation during propagation outdoors General method of calculation) viene fornito un algoritmo per la valutazione dell attenuazione in ambiente esterno dovuta a: Divergenza geometrica Assorbimento atmosferico Effetto suolo Riflessione Interferenza Essendo un algoritmo di valutazione è applicabile ad una grande varietà di sorgenti di rumore e di scenari; nel nostro caso si applica ad una sorgente di rumore industriale sotto l ipotesi di propagazione in campo libero, visto che la zona è prevalentemente pianeggiante e sgombra da ostacoli.
Le condizioni ambientali considerate per l elaborazione sono: Temperatura 15 C Umidità relativa 20% Condizioni meteorologiche Soleggiato ento Assente Abbiamo considerato emissioni di tipo emisferico in quanto le sorgenti sono capannoni industriali dove le attività lavorative si svolgono a livello del suolo. 3.2. Implementazione di un modello matematico per l analisi in frequenza L algoritmo specificato dalla norma permette il calcolo del LAeq in banda d ottava al ricettore: L Aeq = L W + D C A [db] Dove: L W = Livello di potenza sonora in banda d ottava prodotto dalla sorgente puntiforme D C = Termine di correzione dovuto alla direttività della sorgente A = Attenuazione in banda d ottava nel tratto sorgente ricettore Il termine di correzione D c per una sorgente puntiforme omnidirezionale in campo libero vale D c =0. Il termine di attenuazione è dato dall equazione: A = A div + A atm + A gr + A bar + A misc [db] i. A div = Attenuazione per divergenza geometrica ii. A atm = Attenuazione per assorbimento atmosferico iii. A gr = Attenuazione per effetto suolo iv. A bar =Attenuazione dovuta a barriere (naturali o artificiali) v. A misc = Attenuazione dovuta ad altri effetti
Per ogni ingresso cliccando due volte sul blocco Attenuazione Pi si apre la pagina contenente i blocchi Attenuazione j; abbiamo scelto di mantenere separati i contributi dell attenuazione per permettere di volta in volta l aggiornamento dei dati in ingresso. ediamo l attenuazione in dettaglio: i. L attenuazione per divergenza (A div ) nel caso di sorgenti al suolo è: d A div = 20log10 + 8 [db] d0 dove: d = distanza sorgente-ricettore in metri d 0 = distanza sorgente-punto di misura relativo alla sorgente (convenzionalmente assunto 1 m) Blocco Divergenza Geometrica
Definita d cv come distanza campo vicino (pari a due volte la larghezza del fronte di emissione della sorgente estesa) il termine correttivo 8 db rappresenta l effetto suolo secondo le norme, a condizione che d>d cv.nel modello Trackmod.mdl questo contributo è stato inserito nel blocco effetto suolo e varia incrementandosi da 0 a 8 db in modo logaritmico dalla sorgente fino a d cv ; se d d cv l incremento si arresta al valore calcolato in d; se d>d cv l effetto suolo resta costante e pari a 8dB. Blocco Effetto Suolo; si fa notare il blocco Switch che permette di fermare l incremento logaritmico una volta raggiunta la condizione d=d cv. Sul blocco Scope si può vedere il tracciato dell incremento logaritmico fino alla condizione di switch, mentre su Scope1 si può vedere il grafico del termine di attenuazione. ii. L attenuazione atmosferica (A atm ) è proporzionale alla distanza secondo la relazione: αd A atm = [db] 1000 con α = coefficiente di attenuazione atmosferica [db/km] caratteristico per banda d ottava. Blocco Attenuazione atmosferica
iii. contributo di A div. L attenuazione per effetto suolo (A gr ) è stata omessa in quanto già compresa nel iv. L attenuazione dovuta a barriere (A bar ) è stata trascurata per l ipotesi di campo libero. v. L attenuazione dovuta ad altri effetti (A misc ) è stata trascurata non avendo ipotizzato presenza di vegetazione e costruzioni in genere. Detto L Aeq [i,j] il livello di pressione sonora per la sorgente i e per il terzo d ottava j, il livello di pressione sonora globale emesso dall area industriale si calcola dalla relazione: L Aeq n m 0.1[ LAeq ( i, j) ] 10 log 10 10 [db] = dove: n = 4, sorgenti significative per ogni ricettore; m = 33, terzi d ottava per ogni punto di misura. i= 1 j = 1 3.3. Descrizione delle uscite del modello Considerando come variabile la distanza sorgente-ricettore si ottiene la curva di decadimento del L Aeq in funzione dei metri percorsi. Il parametro che si incrementa ad ogni step di simulazione è il tempo, quindi è stato necessario sincronizzare l incremento della distanza e l incremento del tempo di simulazione. Assumendo che la velocità del suono (nelle condizioni climatiche e meteorologiche già specificate) è di 344 m/s abbiamo inserito nel modello un generatore di distanza per il quale ogni step dura 1 s, pari al tempo necessario per percorrere un metro. 344 Effettuata la simulazione si ottengono: sul display il valore del L Aeq al ricettore, e un grafico che rappresenta la curva di decadimento del rumore dalla sorgente al ricettore.
Parte superiore della schermata di Trackmod.mdl Grafico visualizzato cliccando su Decadimento di LAeq in funzione.
4. Simulazione a partire dai dati relativi alle sorgenti 4.1. Individuazione dei punti di confine tra le zone, - I e I - Dalla simulazione con i dati misurati si individuano i punti nei quali avviene il cambio di classe: Zonizzazione per valori Limite assoluti di Immissione (Ampiezza della zona in metri) Direzione sorgente-ricettore Ricettore 1 P14 Ricettore 2 P15 Zona 2 120* Zona I 22 105 Zona 62 102 Zona 89** - * I primi 46 metri hanno valori di immissione superiori a 70 db poiché la sorgente emette 78,27dB ** Il ricettore, appartenente alla Zona, dai valori misurati e dalla simulazione presenta livelli equivalenti di Immissione tipici della Zona Per la classificazione si sono utilizzati i valori limite assoluti di Immissione: Classi di destinazione d uso alori Limite assoluti di Immissione Tempi di riferimento del territorio Diurno(06.00-22.00) Notturno(22.00-06.00) Zona I 50 40 Zona 55 45 Zona 60 50 Zona I 65 55 Zona 70 60
Simulazione con i dati misurati utilizzando come riferimento per la zonizzazione i alori limite assoluti di Immissione I Ricettore 1 I Ricettore 2
4.2. Definizione della zona cuscinetto Per entrambi i ricettori si evidenzia che esiste la zona I cuscinetto e che è sufficientemente ampia, perciò non è richiesto allo stato attuale l inserimento di una barriera a protezione di questi ricettori. In particolare specifichiamo che per il ricettore 2, la distanza dalla sorgente permette il decadimento delle immissioni, attualmente al di sopra dei limiti previsti, fino a valori a norma di legge. Nel caso in cui fosse necessario edificare nuove costruzioni ad uso civile queste andrebbero previste oltre i 225 m dalla sorgente; altrimenti sarebbe necessario dimensionare un adeguata barriera tra l eventuale ricettore e l area industriale. 4.3. Simulazione a partire dai dati relativi alle sorgenti considerando un aumento di emissione La zona ha come limite massimo di Immissione 70 db, l autorità comunale competente potrebbe autorizzare l introduzione di nuove attività produttive che porterebbero l emissione ad un aumento, fino ai limiti consentiti dalla normativa vigente. Abbiamo inserito nella simulazione i valori massimi relativi alla zona per i valori limite di immissione, emissione e qualità per valutarne l eventuale impatto acustico. Riportiamo di seguito i grafici delle simulazioni ottenute attraverso una semplificazione del modello trackmod.mdl, riducendo i dati in ingresso all immissione di un solo valore medio.
alore limite di Emissione notturno (22.00-06.00) - LAeq = 55 db I Ricettore 1 I I Ricettore 2
alore di Qualità notturno (22.00-06.00) - LAeq = 57 db I Ricettore 1 I I Ricettore 2
alore limite assoluto di Immissione notturno (22.00-06.00) - LAeq = 60 db I Ricettore 1 I I Ricettore 2
alore limite di Emissione diurno (06.00-22.00) - LAeq = 65 db I Ricettore 1 I I Ricettore 2
alore di Qualità diurno (06.00-22.00) - LAeq = 67 db I Ricettore 1 I I Ricettore 2
alore limite assoluto di Immissione diurno (06.00-22.00) - LAeq = 70 db I Ricettore 1 I I Ricettore 2
Dai grafici emerge chiaramente che se verranno rispettati i limiti di zona da parte degli insediamenti presenti nell area sorgente il ricettore 2, risulterà non interessato da inquinamento acustico rispetto ai limiti previsti per la sua zona di appartenenza. Infatti le simulazioni eseguite per tutti i valori di Emissione, Qualità e Immissione gli attribuiscono una classe di appartenenza migliore di quella simulata con i valori misurati. Per quanto riguarda il ricettore 1, se aumentasse l Emissione acustica dell area industriale fino ai limiti di Emissione, Qualità e Immissione consentiti dalla legge, si avrebbe un peggioramento della situazione generale che non gli farebbe comunque cambiare classe di appartenenza. In tutti i grafici,infatti, il ricettore 1 pur rimanendo al di sotto dei limiti previsti per la Zona, è molto vicino a quelli della Zona perciò anche volendo considerare la situazione più sfavorevole sarebbe corretto il suo inserimento in Zona. 5. Considerazioni conclusive La verifica dei modelli è stata effettuata considerando L Aeq medio misurato ai due ricettori, abbiamo poi calcolato lo scarto tra i due valori: L Aeq (P14 misurato) = 50.43 db L Aeq (P14 simulato) = 50.18 db ε 14 = 0.25 db L Aeq (P15 misurato) = 50.84 db L Aeq (P15 simulato) = 50.40 db ε 15 = 0.44 db I valori simulati differiscono da quelli misurati di una quantità inferiore a 0.5 db, che è la precisione dalla norma ISO 9613-2. Pur mantenendo il riferimento alla norma ISO 9613-2 precisiamo che le simulazioni e i modelli sono stati implementati utilizzando misurazioni in terzi d ottava anziché in banda d ottava. Questo perché i dati utilizzati per le simulazioni provengono da una campagna di misurazioni effettuate secondo le procedure previste dalla legge e dalla normativa per la definizione del clima acustico di una determinata area da classificare. Inoltre la rappresentazione in terzi d ottava permette di caratterizzare in maniera dettagliata il contenuto energetico dei livelli di pressione sonora.