CORSO DI FISICA TECNICA 2 AA 2013/14 ACUSTICA Lezione n 5: Barriere antirumore o acustiche Ing. Oreste Boccia 1
Barrire antirumore Una barriera antirumore o acustica è una struttura, naturale od artificiale, interposta fra la sorgente di rumore e il punto di ricezione, che intercetta la linea di visione diretta fra questi due punti. Ad esempio un muro, una costruzione, una duna in terra, una collina possono servire come barriere. La UNI 11160 definisce barriera per il rumore: il dispositivo per la riduzione del rumore che si interpone sul percorso di propagazione diretta per via aerea del suono dalla sorgente sonora al ricevitore. Una barriera è efficace se la potenza sonora trasmessa direttamente attraverso di essa risulta trascurabile rispetto a quella trasmessa per via aerea. L efficacia di una barriera viene espressa attraverso l attenuazione A b in db, definita come la differenza tra il livello di pressione sonora in corrispondenza della posizione del ricevitore in campo libero ad una certa distanza dalla sorgente ed il livello che si verifica nella stessa posizione con la presenza della barriera. 2
Barriere antirumore Il meccanismo fisico su cui si basa il funzionamento delle barriere antirumore è il seguente: quando un'onda sonora incontra un ostacolo, parte della sua energia viene assorbita, parte riflessa, e parte si propaga oltre il bordo che delimita l'ostacolo per effetto della diffrazione, cosicché il suono raggiunge l ascoltatore oltre la barriera. se la barriera è solida, senza vie di fuga per il suono, quali fori o discontinuità, e di massa sufficientemente elevata, il rumore trasmesso attraverso di essa è di solito trascurabile rispetto a quello diffratto. Il progetto acustico di una barriera consiste essenzialmente: nella valutazione dell energia sonora diffratta, attraverso il calcolo della attenuazione A b ; nel calcolo del potere fonoisolante della barriera tale da rendere trascurabile l apporto dell energia trasmessa attraverso la barriera rispetto a quella diffratta dal bordo della stessa. 3
Barriere antirumore Si possono individuare tre zone nello spazio oltre la barriera: Una zona di chiaro, in cui la presenza della barriera non ha effetti significativi poiché la linea diretta del suono non è interrotta; Una zona di transizione, la cui estensione dipende dalla distribuzione in frequenza del rumore emesso; Una zona di ombra nella quale le prestazioni della barriera dipendono dall angolo di diffrazione. 4
Barriere antirumore Calcolo dell attenuazione A b di una barriera: N = Numero di Fresnel N 2 2 f c Per il grado di copertura δ si utilizzano le seguenti relazioni: a) se (b < h eff ) e (a < h eff ) : δ = A + B d b) se (b >> h eff ) e (a > h eff ) allora il grado di copertura è dato da: 2 h eff 2a Relazione di Kurze: per sorgenti puntiformi: C 1 =1, C 2 =1 per sorgenti lineari: C 1 =0,75, C 2 =1 5
Barriere antirumore L attenuazione aumenta all aumentare di N, cioè aumenta: all aumentare dell altezza efficace h e della barriera; al diminuire delle distanze a e b quindi quanto più la barriera è situata in prossimità della sorgente S e del ricevitore R; all aumentare della frequenza f. 6
Barriere antirumore Nei complessi condominiali situati in prossimità di strade molto rumorose, la facciata dell edificio deve essere disegnata in modo che il rumore viene riflesso verso l alto dal parapetto del balcone mentre l energia sonora incidente sul soffitto del balcone è assorbita dal materiale fonoassorbente. Con tali soluzioni sono da aspettarsi attenuazioni tra 2 e 10 db nella banda di 500 Hz all interno delle stanze affacciate sulla strada ed anche all interno dei balconi. 7
Le Barriere Antirumore: Prestazioni Come specificato dalla norma UNI 11022, le caratteristiche acustiche di una barriera antirumore possono essere classificate in due categorie: estrinseche: efficienza della barriera antirumore nel ridurre i livelli di pressione sonora in una serie di punti sul territorio, chiamati ricettori; intrinseche: caratteristiche proprie del prodotto barriera antirumore, indipendentemente dall ambiente in cui è o sarà installato e dall effetto finale di riduzione del rumore sui ricettori (assorbimento/riflessione, trasmissione, diffrazione del suono). Esistono numerose tipologie di barriere acustiche e di materiali componenti. La scelta di un prodotto dipende, oltre che dalle prestazioni acustiche richieste, anche da fattori, quali: statica, sicurezza, estetica, durata, manutenzione, costi. Le barriere antirumore possono essere suddivise nelle seguenti tipologie: 1) barriere artificiali Fonoisolanti Fonoassorbenti Fonoisolanti e fonoassorbenti 2) barriere naturali Barriere vegetali (siepi, fasce boscate, alberate, ecc.) Barriere miste (terre armate, biomuri, muri verdi, barriere vegetative, ecc.) 8
Le barriere antirumore artificiali: Tipologie Barriere antirumore metalliche Rivestimento in alluminio o acciaio Sono le più utilizzate, sia per l economicità che per la leggerezza (possibile utilizzo sui viadotti) unite a buone caratteristiche di fonoisolamento e fonoassorbimento. Svantaggio: un forte impatto visivo e paesaggistico 9
Barriere metalliche Le barriere metalliche sono realizzate con pannelli scatolari in lamiera di acciaio o di alluminio, di lunghezza variabile, inseriti tra montanti metallici. La faccia dei pannelli rivolta al traffico è forata mentre l interno dei pannelli ospita un materiale fibroso fonoassorbente: si possono quindi combinare attenuazione, isolamento ed assorbimento in una struttura modulare ed economica. 10
Barriere in calcestruzzo Esistono due principali tipologie di pannelli in calcestruzzo. 1) I pannelli fonoassorbenti a struttura portante in calcestruzzo armato, in cui il pannello fonoassorbente, posto frontalmente alla sorgente, è realizzato in materiale alleggerito o poroso (argilla espansa, pomice, cemento legno). I costi sono medi, il potere fonoisolante elevato (dipende anche dallo spessore). 2) I pannelli in calcestruzzo alleggerito con argilla espansa, in cui i pannelli vengono assemblati utilizzando un impasto di leganti ed additivi (ossidi), che consentono la realizzazione della forma necessaria a migliorare le proprietà fonoassorbenti, già intrinseche all argilla espansa. I costi risultano medi, il potere fonoisolante elevato (dipende anche dallo spessore). 11
Barriere in legno I pannelli in legno sono caratterizzati da un ottimale impatto ambientale. Qualche problema si ha per la durata degli elementi, il rumore riflesso e i costi medio-alti. Il pannello è generalmente realizzato in legno di elevata qualità, il cui spessore minimo è indicativamente di 12 cm. Il materiale fonoassorbente interno al pannello di legno è costituito da uno o due strati di fibre minerali o di vetro ad alta densità verso il lato della sorgente del rumore. Esistono inoltre pannelli misti alluminio-legno che costituiscono una soluzione intermedia tra quella metallica e quella in legno. Il lato rivolto ai ricettori è costituito dai pannelli in legno, mentre la parte rivolta verso la sorgente è sostituita da una lamiera forata in alluminio. In questo modo si riesce a garantire una maggiore durata, un miglioramento delle prestazioni acustiche e un contenimento dei costi rispetto ai pannelli in legno, mantenendo lo stessa impressione estetica. 12
Barriere in materiale plastico I materiali utilizzati (polietilene, polipropilene, polivinilcloruro, poliestere) garantiscono resistenza alla fessurazione (creep) e ai raggi ultravioletti. Esistono inoltre barriere in plastica riciclata, con notevoli vantaggi ambientali e buone prestazioni non solo di fonoisolamento, ma anche di fonoassorbimento, se forate dal lato sorgente. Barriere in laterizio La barriera è realizzata con l accostamento di acciaio o cls e cotto. La struttura portante è generalmente in acciaio, la parte fonoassorbente è costituita da pannelli metallici scatolari realizzati in lamiera. 13
Barriere trasparenti Lastre trasparenti in polimetilmetacrilato o vetro. Il vantaggio principale è la trasparenza, che comporta un basso impatto ambientale e un miglioramento della sicurezza lungo il percorso dovuto alla maggiore visibilità di eventuali ostacoli. Il maggiore svantaggio è dovuto alle scarse proprietà fonoassorbenti (non possono essere impiegate nel caso di barriere parallele per problemi legati alle riflessioni multiple), in parte compensate da quelle fonoisolanti e di resistenza agli UVA. 14
Le barriere antirumore naturali Il suono attraversando una fascia di vegetazione ( alberi, cespugli, erba alta ) è costretto a un cammino tortuoso che tende a degradarlo, per attrito, in calore. L attenuazione prodotta dalle barriere naturali dipende essenzialmente da: profondità ed altezza della barriera; ampiezza e robustezza della foglia; densità della chioma e durata della fogliazione. Le barriere naturali vengono distinte in tre tipologie: Barriere vegetali; Rilevati; Barriere miste. Le barriere vegetali sono essenzialmente composte da piantagioni semplici od associazioni complesse di specie arboree, arbustive ed erbacee, preferibilmente caratterizzate da: disposizione delle foglie ortogonale alla direzione di propagazione del rumore; rapida crescita fino al raggiungimento della altezza ottimale prato alberature di prima grandezza alberature di seconda e terza grandezza arbusti 15
Le barriere antirumore naturali Prestazioni delle barriere naturali: Anche per barriere naturali valgono le stesse procedure di calcolo valide per le barriere artificiali: Esempio di barriera naturale dovuta alla conformazione del terreno. Abbattimenti di circa 1 db per ogni metro in profondità di barriera: per ex. per avere abbattimenti di circa 10 db sono necessarie barriere vegetali di altezza 4m e profondità 8m, configurazione quasi mai accettabile in rapporto alle superfici disponibili negli interspazi infrastruttura-ricettore. Elevato costo di installazione, di manutenzione (potature ed irrigazione), oltre ai lunghi tempi per il raggiungimento degli effetti a regime (5 anni). 16
Le barriere antirumore naturali: barriere miste Derivano dalla combinazione di manufatti artificiali (che possono anche fungere solo da sostegno) e piante. Possono individuarsi 5 categorie di barriere miste: 1) Terre armate 2) Biomuri 3) Muri verdi 4) Barriere vegetative 5) Barriere costituite da geosacchi 17
Le barriere antirumore: riduttori antidiffrattivi Le ricerche condotte hanno portato ad identificare molte forme di barriera che sono più efficienti della solita barriera sottile e piana. In particolare i dati confermano la reale efficacia dei riduttori antidiffrattivi la cui installazione in sommità delle barriere produce risultati acustici equivalenti a quelli ottenibili con schermi più alti. Per barriere di 2 m di altezza i miglioramenti ottenuti vanno da 1,5 a 3,5 db. Si possono distinguere due diverse tipologie: barriere a bordo di diffrazione singolo con forme diverse; barriere con bordi di diffrazione multipli. Le barriere a bordo di diffrazione singolo includono: barriere a forma di cuneo, barriere a forma di T o Y, barriere con profilo a forma di freccia. 18
Le barriere antirumore: Buffles Strutture di copertura a nido d ape fonoassorbenti: utili sia per infrastrutture dei trasporti che all interno di stabilimenti industriali 19
Le barriere antirumore: barriere a tunnel o circolari Galleria chiusa Barriera semicircolare aperta 20
Le barriere antirumore: esempio di integrazione con pannelli fotovoltaici 1 2 3 1) Moduli fotovoltaici in silicio monocristallino 2) Strisce di led, varia colorazione e potenza. Da inserire per aumentare la visibilità delle curve ed aumentare la sicurezza e migliorare la segnaletica. 3) Pannelli fonoisolanti e fonoassorbenti 4) Strutture di sostegno in acciaio zincato 4 21
Norme UNI Sono qui citati solo i temi delle principali norme UNI che permettono una corretta progettazione delle schermature antirumore, partendo dalla caratterizzazione del territorio, fino a determinare i parametri di misura per verificare la correttezza dell intervento. UNI 9884 Caratterizzazione acustica del territorio mediante la descrizione del rumore ambientale UNI EN 1793-1-2-3 Dispositivi per la riduzione del rumore da traffico stradale - Metodo di prova per la determinazione della prestazione acustica Caratteristiche intrinseche di assorbimento acustico - di isolamento acustico per via aerea -Spettro normalizzato del rumore da traffico UNI EN 12354-3 Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti. Isolamento acustico contro il rumore proveniente dall'esterno per via aerea UNI 11022 Misurazione dell'efficacia acustica dei sistemi antirumore (insertion loss), per infrastrutture di trasporto, installati in ambiente esterno UNI CEN/TS 1793-4-5 Dispositivi per la riduzione del rumore da traffico stradale. Metodo di prova per la determinazione della prestazione acustica. Parte 4: Caratteristiche intrinseche - Valori in situ della diffrazione sonora. Parte 5: Caratteristiche intrinseche - Valori in situ della riflessione sonora e dell isolamento acustico aereo. 22
Norme UNI UNI EN 1794-1-2 Dispositivi per la riduzione del rumore da traffico stradale - Prestazioni non acustiche Parte 1: Prestazioni meccaniche e requisiti di stabilità. Parte 2: Requisiti generali di sicurezza e ambientali UNI EN 14389-2 Dispositivi per la riduzione del rumore da traffico stradale Procedure di valutazione delle prestazioni a lungo termine Parte 2: Requisiti non acustici UNI 11143-1-3-5 Metodo per la stima dell'impatto e del clima acustico per tipologia di sorgenti. Parte 1: Generalità. Parte 3: Rumore ferroviario. Parte 5: Rumore da insediamenti produttivi (industriali e artigianali) UNI 11160 Linee guida per la progettazione, l esecuzione e il collaudo di sistemi antirumore per infrastrutture di trasporto via terra 23