Corso di Trasporti e Territorio. Prof. Ing. Agostino Nuzzolo

Trasporti e Territorio

Prof. Ing. Agostino Nuzzolo

Modelli per la simulazione Modelli per la simulazione

dell’inquinamento acustico da traffico

dell’inquinamento acustico da traffico

Introduzione

Il funzionamento di un sistema di trasporto “produce” rumore

Introduzione

p p

Æ

Il rumore al di sopra di certe soglie può provocare danni alla salute Il rumore al di sopra di certe soglie può provocare danni alla salute, oltre ad impedire o disturbare diverse attività umane

Æ Æ

esistono normative che limitano il livello di rumore in funzione del tipo di ambito p

Æ

Esigenza di modelli matematici in grado di simulare, e quindi 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

Rumore e livelli di pressione sonora (1/7)

La propagazione del suono nell’aria avviene per onde sferiche di compressione e rarefazione

Rumore e livelli di pressione sonora (1/7)

compressione e rarefazione

L’orecchio umano può percepire i suoni con pressione e frequenza contenute in un

2 2

certo rango di pressione sonora (min. 2x10-5 N/m²; max 100 N/m²) e di frequenza (min. 16 Hz; max 20.000 Hz).

Il livello di rumore viene valutato in base al livello di pressione sonora SPL (Sound Pressure Level), misurato in deciBell:

dove

2

SPL =10 log(P / P ) [dB]0

9 P₀ è la pressione sonora di riferimento (P₀ = 2×10-5 N/m², valore limite di percezione)

9 P la pressione sonora dell’ambiente in esame.

Rumore e livelli di pressione sonora (2/7) 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

frequenza valori di frequenza valori di

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

frequenza Hz

valori di ponderazione

scala dB(A)

frequenza Hz

valori di ponderazione scala a – dB(A)

50 - 30.0 800 -1.0

83 26 0 1000 0 0

83 - 26.0 1000 0.0

80 -22.5 1250 + 0.5

100 - 19.0 1600 + 1.0

125 16 0 2000 + 1 0

125 - 16.0 2000 + 1.0

160 -13.5 2500 + 1.3

200 - 11.0 3150 + 1.2

250 - 8 5 4000 + 1 0

i valori in scala ponderata sono ^{250 - 8.5 4000 + 1.0}

315 - 6.5 5000 + 0.5

400 - 5.0 6300 0.0

500 - 3.0 8000 - 1.0

i valori in scala ponderata sono ottenuti a partire dal valore di SPL in dB sottraendo una quantità che è

f i d ll f d i i ^{500 3.0 8000 .0}

funzione delle frequenze dei suoni

Rumore e livelli di pressione sonora (3/7)

Esempi di valori di Livello di Pressione sonora (SPL) e sensazioni uditive associate

Rumore e livelli di pressione sonora (3/7)

uditive associate

9 livello “minimo” di percezione Ä 20 dB(A) 9difficoltà di conversazione Ä 45 dB(A) 9

9 danni permanenti all’udito Ä 90 dB(A) ((lunghe esposizioni)) 9

9 danni permanenti all udito Ä 90 dB(A) ((lunghe esposizioni)) 9

9 soglia del dolore fisico Ä 120 dB(A)

Rumore e livelli di pressione sonora (4/7) Rumore e livelli di pressione sonora (4/7)

Le norme che fissano le soglie accettabili di rumore fanno

if i t i tili di SPL i di ti L i l i di

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

più usato è L₁₀.

Le norme possono far riferimento anche al livello di pressione sonora equivalente:

] dt P

/ ) t ( P )

t t

/(

1 log[

10

L_eq ⁼ ₂ ⁻ ₁

∫

dove

] )

( )

(

g[ _o

1 t 2

eq

∫

t₁ e t₂ sono gli estremi dell’intervallo temporale di riferimento

P₀ è la pressione sonora di riferimento (P₀ = 2×10-5 N/m², valore limite di percezione)

P la pressione sonora dell’ambiente in esame P la pressione sonora dell ambiente in esame.

Rumore e livelli di pressione sonora (5/7) Rumore e livelli di pressione sonora (5/7)

Il livello di pressione sonora varia continuamente nel tempo.

E i

Esempio:

• recettore acustico

- caso particolare riferito alle prove per la misurazione dei livelli dip p p rumorosità “alla fonte” dei veicoli

T i

Traccia sonora:

Rumore e livelli di pressione sonora (6/7)

Si definisce il “Livello continuo equivalente”:

Rumore e livelli di pressione sonora (6/7)

] dt P

/ ) t ( P )

t t

/(

1 log[

10

L ^t _o²

t 1 2 2

eq ²

∫

−

=

Livello continuo equivalente

40 50 60

L

Leq

10 20 30

Leq

0

0 T

t₁ t₂

Rumore e livelli di pressione sonora (7/7) 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

della zona e del periodo di riferimento

limiti massimi (L in dB(A)) limiti massimi (L_eq in dB(A))

periodo di riferimento

Classi di destinazione di uso del territorio Diurno Intermedio Notturno

I - Aree particolarmente protette 50 45 40

II - Aree prevalentemente residenziali 55 50 45

III - Aree di tipo mistop 60 55 50

IV - Aree di intensa attività umana 65 60 55

V - Aree prevalentemente industriali 70 65 60

l i i d i li

VI - Aree esclusivamente industriali 70 70 70

Emissioni sonore da traffico (1/5) Emissioni sonore da traffico (1/5)

Il rumore prodotto da un flusso veicolare risulta dalla

“composizione”, secondo le regole dell’acustica, dei rumori prodottico pos o e , seco do e ego e de cus c , de u o p odo dai singoli veicoli che lo compongono.

Cause principali:

9 rumore prodotto dal motore che dipende fondamentalmente dalla velocità e dalla accelerazione del motore;

(motore vero e proprio, ventilatore/radiatore, prese d’aria, trasmissione, sistema di scarico dei gas)

sistema di scarico dei gas),

9 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)

aerodinamica)

Emissioni sonore da traffico (2/5) Emissioni sonore da traffico (2/5)

Andamento del rumore prodotto da un veicolo isolato

95

80 85 90 95

km/h).

Autovettura

60 65 70 75

Velocità (k

Motore

u ove u a Autocarro

50 55 60

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

V Altro

Rumore Totale

i di i l i di d h d l i di i i

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

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

Emissioni sonore da traffico (3/5) Emissioni sonore da traffico (3/5)

Limiti europei di emissione di rumore dei veicoli a motore, valutati all’orecchio del conducente

all orecchio del conducente

tipo di veicolo limite max di

tipo di veicolo limite max di

rumorosità

Autovetture 75/76 dB(A)

A i i i f i 200 CV DIN 80 dB(A)

Automezzi pesanti con potenza inferiore a 200 CV DIN 80 dB(A) Automezzi pesanti con potenza superiore e 200 CV DIN 80 dB(A)

Autobus 80 dB(A)

Autobus 80 dB(A)

Moto con cilindrata pari o inferiore a 350 cc 80 dB(A)

Moto con cilindrata inferiore a 350 cc 80 dB(A)

Moto con cilindrata inferiore a 350 cc 80 dB(A)

Emissioni sonore da traffico (4/5) Emissioni sonore da traffico (4/5)

Per passare dal rumore prodotto da un veicolo isolato a quello di un flusso di traffico è necessario tener conto di due fattori:

SPL

9 andamento nel tempo del SPL prodotto da una sorgente in moto rispetto ad un ricettore fisso;

rispetto ad un ricettore fisso;

9 composizione dei contributi di più sorgenti (veicoli) che si t

9 composizione dei contributi di più sorgenti (veicoli) che si

susseguono nel tempo. ^SPL

Nota che il valore di SPL totale non corrisponde alla

Emissioni sonore da traffico (5/5)

SPL

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

t

Questo andamento deriva dalla particolare regola di composizione del SPL prodotto da due sorgenti sonore;

3

iù alto

Il processo può essere iterato nel caso vi siano più di due sorgenti di rumore.

1 2

mmare al livello pi

il valore del SPL totale si calcola aggiungendo al valore del SPL più elevato un incremento che dipende

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Differenza del livello sonoro Δ^SPL dB(A)

dB da som

elevato un incremento che dipende dalla differenza dei due valori (massimo e minimo)

Simulazione del livello di rumore (1/12) Simulazione del livello di rumore (1/12)

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:

9 volume e composizione del flusso 9 caratteristiche cinematiche del moto 9 caratteristiche cinematiche del moto 9 caratteristiche della strada

9 condizioni meteorologicheg

I modelli per la simulazione del livello di rumore del traffico possono essere ricondotti a due categorie

9 modelli disaggregati 9

9 modelli aggregati o sintetici

Simulazione del livello di rumore (2/12)

Insieme di più sotto-modelli integrati:

( )

Modelli disaggregati

9 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;

l accelerazione di ogni veicolo;

9 un modello di tipo regressivo che consente di ricavare il livello di rumore di ciascun veicolo in funzione della tipologia, della velocità, p g , , dell’accelerazione, del tipo di pavimentazione, ecc.;

9 una procedura per la combinazione dei rumori relativi ai singoli

i li l i l i d ll i i i i i f i

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., p , Per la quantità di dati necessari e la complessità di utilizzazione, questi modelli sono di solito impiegati per la valutazione di situazioni puntualip g p p

Simulazione del livello di rumore (3/12)

consentono di valutare direttamente i livelli di pressione L_x ed L_eq sulla

( )

Modelli aggregati o sintetici

q

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 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.

9 Vantaggi

8 facilità di applicazione

9 Svantaggi

8 sensibili alle situazioni sperimentali di calibrazione 8 minore precisione dei risultati

8 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.p

Simulazione del livello di rumore (4/12)

Modello “Sydney” (1977)

( )

Alcuni modelli

L₁₀ = 56 + 10.7 ln f - 18.5 ln d + 0.3 p [dB(A)]

L_eq = 55.5 + 10.2 ln f - 19.3 ln d + 0.3 p [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 è la percentuale di mezzi pesanti (situazione sperimentale 0≤p≤35%), con peso superiore a 3.5t;

p p ( p p ), p p ;

le condizioni di deflusso sperimentali erano di tipo ininterrotto.

d ll l b ( )

Modello “Reggio Calabria” (1991)

L_eq = 52.78 + 5.20 ln (f_eq/d) + 0.68 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.

è stato calibrato in ambito urbano con tessuto chiuso ad U.

Simulazione del livello di rumore (5/12)

Modello “Torino” (1977)

( )

Alcuni modelli

( )

L₁₀ = 61,0 + 8,4 ln f – 11,5 ln d + 0,15 p [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 è la percentuale di mezzi pesanti (situazione sperimentale 0≤p≤35%), con peso superiore a 3,5t;

p p ( p p ), p p , ;

le condizioni di deflusso sperimentali erano di tipo ininterrotto.

“Modello O.M.T.C.” (1976)

L_eq = 49,5 + 10,2 ln f_eq – 13,9 ln d + 0,21V L_eq 49,5 10,2 ln f_eq 13,9 ln d 0,21V

dove f_eq è il flusso equivalente (veic/h) con fattore di equivalenza dei mezzi pesanti pari a 6, d è la distanza (in metri) tra il bordo della carreggiata V è la velocità media in km/h

d è la distanza (in metri) tra il bordo della carreggiata, V è la velocità media in km/h.

Simulazione del livello di rumore (6/12) ( )

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

Tipo di pavimentazione (L_s) dB(A) Asfalto liscio

Asfalto ruvido

- 0.5 0.0

meno di un semaforo.

Asfalto ruvido Cemento

Pavè

0.0 + 1.5 + 2.4

Pendenza dB(A)( )

5%

6%

7%

0.0 0.6 + 1.2 8%

9%

10%

+ 1.8 + 2.4 + 3.0 Presenza di semaforo (LT) +1 dB(A)

Simulazione del livello di rumore (7/12) ( )

Esempi di rappresentazione dei risultati

9 i f i h ( i l i i d i l hi di

9 Curve isofoniche (rappresentazione su planimetrie dei luoghi di punti caratterizzati dallo stesso livello sonoro equivalente);

9 Mappe di rumore (carte tematiche)..

Simulazione del livello di rumore (8/12) Simulazione del livello di rumore (8/12)

Esempi di rappresentazione (curve isofoniche)

Esempio di curve

i f i h i

isofoniche conseguenti all’ottimizzazione

(min impatti per gli abitanti) delle rotte di decollo da un

aeroporto. Le curve p sono relative ai

seguenti valori di

L =55 60 65 70 dB L_eq 55, 60, 65, 70, dB

Simulazione del livello di rumore (9/12) Simulazione del livello di rumore (9/12)

Esempi di rappresentazione (mappe tematiche)

Simulazione del livello di rumore (10/12) Simulazione del livello di rumore (10/12)

Esempi di rappresentazione (mappe tematiche)

Simulazione del livello di rumore (11/12) Simulazione del livello di rumore (11/12)

Esempi di rappresentazione (mappe tematiche)

Simulazione del livello di rumore (12/12)

Riduzione della rumorosità

( )

Esempi di applicazione:

Riduzione della rumorosità per l’effetto di barriere