Modelli per la simulazione Modelli per la simulazione
dell dell ’ ’ inquinamento acustico da traffico inquinamento acustico da traffico
PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI TRASPORTO
Prof. Ing. Agostino Nuzzolo Novembre 2007
Il funzionamento di un sistema di trasporto “produce” rumore
Æ
Il rumore al di sopra di certe soglie può provocare danni alla salute, oltre ad impedire o disturbare diverse attività umane
Æ
esistono normative che limitano il livello di rumore in funzione del tipo di ambito
Æ
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
Introduzione
Inquinamento acustico da traffico
La propagazione del suono nell’aria avviene per onde sferiche di compressione e rarefazione
L’orecchio umano può percepire i suoni con pressione e frequenza contenute in un 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
9 P0è 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 (1/7)
corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 3
2
SPL =10 log(P / P ) [dB]0
Rumore e livelli di pressione sonora (2/7)
Inquinamento acustico da traffico
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
80 -22.5 1250 + 0.5
100 - 19.0 1600 + 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
315 - 6.5 5000 + 0.5
400 - 5.0 6300 0.0
Il livelli di pressione sonora presenti nelle normative sono espressi in 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
i valori in scala ponderata sono ottenuti a partire dal valore di SPL in dB sottraendo una quantità che è
Esempi di valori di Livello di Pressione sonora (SPL) e sensazioni uditive associate
Rumore e livelli di pressione sonora (3/7)
corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 5
9 livello “minimo” di percezione Ä 20 dB(A) 9difficoltà di conversazione Ä 45 dB(A)
9 danni permanenti all’udito9 Ä 90 dB(A) (lunghe esposizioni( )) 9 soglia del dolore fisico 9 Ä 120 dB(A)
Rumore e livelli di pressione sonora (4/7)
Inquinamento acustico da traffico
Le norme che fissano le soglie accettabili di rumore fanno riferimento ai percentili di SPL, indicati con Lx, ovvero ai valori di pressione superati solo nell’x % del periodo di riferimento; il valore più usato è L10.
Le norme possono far riferimento anche al livello di pressione sonora equivalente:
dove
t1e t2sono gli estremi dell’intervallo temporale di riferimento
P0è la pressione sonora di riferimento (P0= 2×10-5 N/m2, valore limite di percezione)
P la pressione sonora dell’ambiente in esame.
] dt P / ) t ( P ) t t /(
1 log[
10
L t o2
t 1 2 2
eq 2
∫
1−
=
corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 7
Rumore e livelli di pressione sonora (5/7)
Il livello di pressione sonora varia continuamente nel tempo.
Esempio:
• recettore acustico
- caso particolare riferito alle prove per la misurazione dei livelli di rumorosità “alla fonte” dei veicoli
Traccia sonora:
Inquinamento acustico da traffico
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
∫
1−
=
Livello continuo equivalente
0 10 20 30 40 50 60
L
0 T
Leq
t1 t2
Rumore e livelli di pressione sonora (7/7)
corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 9
Limiti massimi di esposizione in funzione della destinazione d’uso della zona e del periodo di riferimento
limiti massimi (Leqin 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 misto 60 55 50
IV - Aree di intensa attività umana 65 60 55
V - Aree prevalentemente industriali 70 65 60
VI - Aree esclusivamente industriali 70 70 70
Emissioni sonore da traffico (1/5)
Inquinamento acustico da traffico
Il rumore prodotto da un flusso veicolare risulta dalla
“composizione”, secondo le regole dell’acustica, dei rumori prodotti 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),
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)
Emissioni sonore da traffico (2/5)
corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 11
Andamento del rumore prodotto da un veicolo isolato
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 l’incremento è di 3-4 dB(A).
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Livello di pressione sonora dB(A )
Velocità(km/h).
Motore Altro
Rumore Totale Autovettura Autocarro
Emissioni sonore da traffico (3/5)
Inquinamento acustico da traffico
Limiti europei di emissione di rumore dei veicoli a motore, valutati all’orecchio del conducente
tipo di veicolo limite max di
rumorosità
Autovetture 75/76 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)
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)
t SPL
Emissioni sonore da traffico (4/5)
corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 13
Per passare dal rumore prodotto da un veicolo isolato a quello di un flusso di traffico è necessario tener conto di due fattori:
9 andamento nel tempo del SPL prodotto da una sorgente in moto rispetto ad un ricettore fisso;
9 composizione dei contributi di più sorgenti (veicoli) che si susseguono nel tempo.
t SPL
Nota che il valore di SPL totale non corrisponde alla somma algebrica degli SPL relativi ai due veicoli isolati.
t SPL
Emissioni sonore da traffico (5/5)
Inquinamento acustico da traffico
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 composizione del SPL prodotto da due sorgenti sonore;
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Differenza del livello sonoro ΔSPL dB(A)
dB da sommare al livello più alto
Il processo può essere iterato nel caso vi siano più di due sorgenti di rumore.
il valore del SPL totale si calcola aggiungendo al valore del SPL più elevato un incremento che dipende dalla differenza dei due valori (massimo e minimo)
Simulazione del livello di rumore (1/12)
corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 15
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 della strada
9 condizioni meteorologiche
I modelli per la simulazione del livello di rumore del traffico possono essere ricondotti a due categorie
9 modelli disaggregati
9 modelli aggregati o sintetici
Inquinamento acustico da traffico
Insieme di più sotto-modelli integrati:
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;
9 un modello di tipo regressivo che consente di ricavare il livello di rumore di ciascun veicolo in funzione della tipologia, della velocità, dell’accelerazione, del tipo di pavimentazione, ecc.;
9 una procedura per la combinazione dei rumori relativi ai singoli
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.
Simulazione del livello di rumore (2/12)
Modelli disaggregati
Per la quantità di dati necessari e la complessità di utilizzazione, questi modelli sono di solito impiegati per la valutazione di situazioni puntuali
corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 17
consentono di valutare direttamente i livelli di pressione Lx ed Leq sulla base di equazioni ottenute interpolando diverse osservazioni sperimentali.
I valori Lx o Leq (variabile dipendente) vengono espressi in funzione di 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
Utili per la valutazione della prestazione generale di una rete stradale nella fase di confronto tra più soluzioni alternative di intervento.
Simulazione del livello di rumore (3/12)
Modelli aggregati o sintetici
Inquinamento acustico da traffico
Modello “Sydney” (1977)
L10 = 56 + 10.7 ln f - 18.5 ln d + 0.3 p [dB(A)]
Leq= 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;
le condizioni di deflusso sperimentali erano di tipo ininterrotto.
Modello “Reggio Calabria” (1991)
Leq = 52.78 + 5.20 ln (feq/d) + 0.68 V
dove feqè 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.
Simulazione del livello di rumore (4/12)
Alcuni modelli
corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 19
Modello “Torino” (1977)
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;
le condizioni di deflusso sperimentali erano di tipo ininterrotto.
“Modello O.M.T.C.” (1976)
Leq = 49,5 + 10,2 ln feq– 13,9 ln d + 0,21V
dove feqè 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.
Il modello è stato calibrato per tessuti stradali aperti ad L.
Simulazione del livello di rumore (5/12)
Alcuni modelli
Inquinamento acustico da traffico
Simulazione del livello di rumore (6/12)
Alcuni modelli
Tipo di pavimentazione (Ls) dB(A) Asfalto liscio
Asfalto ruvido Cemento Pavè
- 0.5 0.0 + 1.5 + 2.4
Pendenza dB(A)
5%
6%
7%
8%
9%
10%
0.0 0.6 + 1.2 + 1.8 + 2.4 + 3.0
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.
corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 21
Simulazione del livello di rumore (7/12)
Esempi di rappresentazione dei risultati
9 Curve isofoniche (rappresentazione su planimetrie dei luoghi di punti caratterizzati dallo stesso livello sonoro equivalente);
9 Mappe di rumore (carte tematiche)..
Inquinamento acustico da traffico
Esempio di curve isofoniche conseguenti all’ottimizzazione (min impatti per gli abitanti) delle rotte di decollo da un
aeroporto. Le curve sono relative ai seguenti valori di Leq=55, 60, 65, 70, dB
Simulazione del livello di rumore (8/12)
Esempi di rappresentazione (curve isofoniche)
corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 23
Simulazione del livello di rumore (9/12)
Esempi di rappresentazione (mappe tematiche)
Inquinamento acustico da traffico
Simulazione del livello di rumore (10/12)
Esempi di rappresentazione (mappe tematiche)
corso di Progettazione dei Sistemi di Trasporto 25
Simulazione del livello di rumore (11/12)
Esempi di rappresentazione (mappe tematiche)
Inquinamento acustico da traffico
d b a+ −
=
δ ( )
Riduzione della rumorosità per l’effetto di barriere
