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Quaderno sulla manutenzione stradale La rumorosità indotta delle

infrastrutture viarie

Mauro Coni

Dipartimento di Ingegneria del Territorio

Facoltà di Ingegneria - Università degli Studi di Cagliari

Premessa 1. Caratteristiche del fenomeno 2 Normativa di riferimento 3 Criteri e metodologie per le indagini fonometriche 4 Modelli previsionali 5 I possibili interventi 5.1 Barriere artificiali fonoassorbenti 5.2 Barriere vegetali 5.3 Interventi sulle pavimentazioni 5.3.1 Meccanismi di generazione del rumore di rotolamento 5.3.2 La caratterizzazione acustica delle pavimentazioni stradali 5.3.3 La caratterizzazione della rugosità delle pavimentazioni stradali 5.3.4 Le pavimentazioni fonoassorbenti 6. Bibliografia 7 Schede allegate

Quaderno sulla Manutenzione Stradale. La rumorosità indotta dalle infrastrutture viarie

1

Premessa Già dal 1986 all’interno delle Istruzioni sulla Pianificazione della

Manutenzione Stradale redatte dal Consiglio Nazionale delle Ricerche,

viene individuato l’obbiettivo principale da perseguire in un corretto

processo di manutenzione delle pavimentazioni e cioè che ad essa venga

attribuita già in fase di progettazione e realizzazione una funzionalità

ottimale, chè deve essere garantita e mantenuta nella fase di esercizio.

La funzionalità ottimale viene definita attraverso i parametri da cui

dipende. Tra questi quelli individuati sono:

Le istruzioni forniscono un’ampia rassegna delle possibili degradazioni

superficiali e strutturali e degli interventi manutentori possibili atti al loro

ripristino. Tuttavia poche e poco precise sono le considerazioni che vengono

svolte per quanto concerne la rumorosità. Nel seguito si cercherà di

precisare meglio il fenomeno e di dare indicazioni di carattere progettuale

per la sua minimizzazione, alla luce anche della recente “Legge Quadro in

Materia di Inquinamento Acustico”n. 447, del 26 ottobre 1995. Tale Norma, da

tempo attesa, sancisce in modo definitivo i principi fondamentali in materia

di tutela dell’ambiente esterno e dell’ambiente abitativo dall’inquinamento

funzionalità ottimale

portanza rugosità regolarità rumorosità


2

acustico. Fermi restando i limiti assunti già dal 1991, con il DMCP del

1.03.1991, chiarisce in modo puntuale le competenze delle Regioni,

Provincie e Comuni. In particolare viene previsto che il compito operativo

della zonizzazione, dello studio acustico e della messa a punto degli

interventi mitigatori sia affidato alle Amministrazioni Comunali. E’ evidente

che tale studio sia strettamente collegato agli altri strumenti urbanistici, in

particolare con il Piano Urbano del Traffico, ma anche con il P.U.C., P.I.P.,

etc. Diversi sono gli interventi che possono essere posti in atto: limitando la

propagazione delle onde sonore (barriere artificiali, muri a verde) o

riducendo l’intensità della sorgente con inteventi sulle infrastrutture, sui

materiali impiegati o sulla rete, modificando la distribuzione e le

caratteristiche del traffico. Molto può essere fatto con un’attenta

manutenzione delle pavimentazioni stradali. In primo luogo per limitare i

livelli acustici si dovrebbero evitare pavimentazioni eccessivamente

macrorugose e rigide. Un esempio contrario a tale indicazione viene dagli

interventi per il ripristino di piazze e strade dei centri storici. Sempre più

spesso si utilizzano superfici di ciottoli legati con malta di cemento. Tali

pavimentazioni, pur apprezzabili dal punto di vista estetico, sono quanto mai

rumorose, all’interno e all’esterno del veicolo. E' certamente possibile


3

utilizzare altri tipi di materiali lapidei, caratterizzati da elementi in piani e

posti in opera a giunti stretti. In alcune ricerche si è inoltre messo in

evidenza che il bitume appena steso risulta quello di minor rumorosità, e

che con il trascorrere del tempo tale caratteristica decade sino a raggiungere

valori paragonabili a quelli rilevati in strade in materiali lapidei. Ciò è

dovuto agli interventi di ripristino dei manti superficiali troppo dilazionati

nel tempo, e allo stratificarsi dei numerosi “rattoppi” causati delle attività

manutentorie sulle reti tecnologiche. Anche la scelta dei materiali da

impiegarsi nelle nuove infrastrutture viarie può essere fatta in funzione del

rumore prodotto, distinguendo tra le strade extraurbane e quelle urbane.

REGOLARITA’ RUGOSITA’ RUMOROSITA’ PORTANZA

rispetto delle quote dei piani di progetto

attitudine a fornire adeguata aderenza al contatto pneumatico-pavimentazione in ogni condizione atmosferica e di guida

rumore di rotolamento prodotto dal passaggio del veicolo

attitudine a sopportare i carichi stadali e la loro ripartizione nel tempo. Essa è collegata a: - deformabilità visco-plasto-elastica - sequenza delle rigidezze e spessori dei diversi strati - modi di accoppiamento tra strato e strato

ondulazioni longitudinali ondulazioni trasversali deformazioni trasversali - ormaie depressioni localizzate - buche alterazione delle pendenze trasversali - lame d’acqua, ristagni fessurazioni e buche

modifica delle asperità (micro e macroasperità che contribuiscono al fenomeno dell’aderenza

variazione dello spettro del rumore e del livello sonoro dovuti a: fessurazioni buche macrorugosità

Strati non legati: perdita di elementi lapidei e o di compatezza plasticizzazione formazione di fino sotto traffico Strati legati accumulo di deformazioni non elastiche fessurazioni a diversi stadi risalita di materiali fini e o di legante alterazione della rigidezza dei singoli strati e delle forze di accoppiamento dei singoli strati con conseguente rottura per faticaed alterazione delle caratteristiche superficiali

c a r a t t e r i s t i c h e s u p e r f i c i a l i

c a r a t t e r i s t i c h e s t r u t t u r a l

Istruzioni C.N.R. Pianificazione della Manutenzione Stradale Tab.2


4

1. Caratteristiche del fenomeno

L'analisi del rumore stradale ha messo in evidenza come esso sia dovuto a

cause diverse, che assumono diversa importanza secondo le differenti

condizioni di marcia (velocità, flusso, portata, etc.). Nella figura sono

riportate le principali sorgenti di rumore:

impianto di ventilazione aerodinamico eventuale carico per veicoli merci

organi di trasmissione pneumatici-pavimentazione marmitta il motore di scarico

Fig. n° 1 - Sorgenti di rumore

Tra quelle mostrate le principali sono il motore e il rotolamento dei

pneumatici sulla pavimentazione. Diversa è la loro incidenza a seconda della

velocità del mezzo; a bassi regimi del motore, prevale il rumore dovuto al

motore fino a velocità di circa 40-50 Km/h. Al di sopra di questi valori

diventa più importante il rumore di rotolamento, fattore che comunque è


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funzione di numerose altre variabili. I parametri che influenzano il

fenomeno sono numerosi e dipendono dalla strada, il traffico, il veicolo,

le condizioni al contorno ed ambientali. Sul veicolo, sulle condizioni al

contorno e ambientali, il progettista stradale puó intervenire solo in modo

molto limitato. Per quanto riguarda il fattore traffico e come le sue caratteri-

stiche influiscono sul rumore, occorre sottolineare da subito che il

fenomeno puó essere modificato sulla base dei modelli previsionali dei

livelli sonori, attraverso la pianificazione e la riorganizzazione delle reti.

Molto può essere fatto sulle infrastrutture stradali per limitare sia la

generazione del rumore che la sua propagazione nell’ambiente circostante,

intervenendo sulle caratteristiche plano-altrimetriche, sulla sezione, sui

materiali impiegati e su una corretta manutenzione. L’impiego delle barriere

dovrebbe rappresentare l’ultima opzione a disposizione del progettista, a cui

ricorrere solo nelle condizioni più critiche, che non è possibile risolvere con

altri interventi.

Vengono riportate di seguito alcune indicazione sul legame tra il rumore

stradale e le caratteristiche della corrente veicolare e della strada, precisando

che numerosissime sono le indagini sperimentali condotte per esplicitare tali

legami, ma che permangono ancora differenze tra i risultati raggiunti e

pertanto i diagrammi riportati sono solo indicativi delle modalità del

fenomeno. Tra i vari parametri del traffico che influiscono sul rumore in

maggior misura si hanno: la velocità media della corrente veicolare, l’entità

del flusso e la sua composizione. A parità delle altre condizioni la variazione

del Leq in funzione della velocità media è rappresentato dal diagramma

seguente valido in condizioni di flusso ininterrotto:


6

Variazione del Leq in funzione della velocità

0

2

4

6

8

10

12

20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

120

velocità media della corrente veicolare km/h

varia

zion

e dB

(A)

10% veic.pesanti

20% veic.pesanti

30% veic.pesanti

Sotto i 200 veic./ora la dipendenza dal flusso è piuttosto complessa, mentre al di

sopra di tale valore si presentano i valori seguenti in funzione dell’entità del

flusso:

Livello equivalente in funzione dell'entità del flusso

60

65

70

75

80

85

90

200

600

1000

1400

1800

2200

2600

3000

3400

3800

4200

4600

5000

5400

5800

flusso (veic./ora)

Leq

dB(A

)

Fig. n°2 - Leq in funzione della velocità della corrente veicolare

Fig. n°3 - Leq in funzione dell’entità del flusso


7

Il precedente diagramma è stimato a 4 m dal bordo del marciapiede con

20% di veic.pesanti e velocità di 80 Km/h.

Per quanto riguarda la composizione veicolare il livello di rumore aumenta

al crescere della percentuale di veic. pesanti come mostrato in figura:

Variazione del livello equivalente in funzione della percentuale di veicoli pesanti

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

10 20 30 40 50

% veicoli pesanti

Incr

emen

ti di

Leq

dB

(A)

Anche il tipo di sezione stradale influenza il livello acustico. Il seguente

diagramma mostra come le curve di isolivello si allargano in presenza di

sezioni aperte, quali i viadotti, mentre si restringono quando le sezioni sono

di tipo chiuso (trincee, sotttopassi, etc.).

Fig. n°4 - Leq in funzione della percentuale di veicoli pesanti


8

La pavimentazione stradale influisce sul rumore prodotto dal rotolamento

dei pneumatici sulla strada. Lo strato più superficiale della pavimentazione

può contribuire inoltre alla riduzione della rumorosità da qualunque

sorgente provenga, qualora abbia elevate proprietà fonoassorbenti (strati

superficiali ad elevata porosità). Il rumore di rotolamento è anche

influenzato dalle condizioni climatiche, aumenta in caso di pioggia, su

superfici bagnate e si riduce su superfici asciutte.

Il diagramma seguente mostra l’andamento qualitativo del fenomeno.

Fig. n°5 - Leq in funzione del tipo di sezione stradale


9

68

70

72

74

76

78

80

82

84cls striato

c.b. chiuso

c.b. drenante22% vuoti

ASCIUTTO BAGNATO

Livello del rumore di rotolamento db(A) (veicolo a 80 Km/h)

Fig. n°6 - Leq in funzione del tipo di pavimentazione stradale


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2. Normativa di riferimento

La legislazione italiana per la riduzione dell’inquinamento acustico si è

sviluppata di recente e solo il 26 ottobre 1995 è stata emanata la “Legge

Quadro in Materia di Inquinamento Acustico” n.447. Negl ulimi anni il

Ministero dell’Ambiente ha inteso porre rimedio ad un vuoto normativo,

dapprima includendo come obbligatoria, per le grandi opere, la valutazione

del rumore nella procedura V.I.A.. (DPCM del 27/12/1988), emanando poi il

DPCM 1.03.1991 che fissa i limiti massimi di esposizione al rumore e

definisce i metodi di misura. Nell’ambito della VIA il rumore viene

riconosciuto quale fattore ambientale; il progetto di grandi infrastrutture di

comunicazione deve contemplare anche la ricaduta ambientale del

fonoinquinamento prodotto (o prevvisto) e quindi valutare la necessità o

meno di interventi mitigatori tali da far rientrare i livelli al di sotto dei limiti

normativi. Il DPCM del 27/12/1988 all’allegato II precisa che “le analisi

laddove lo stato dei rilevamenti non consenta una rigorosa conoscenza dei

dati per la caratterizzazione dello stato di qualità dell’ambiente, sarano

svolte attraverso apposite rilevazioni e/o l’uso di appositi modelli

previsionali”. Per quanto concerne gli standard di riferimento, con cui

confrontare i livelli sonori attuali (per infrastrutture esistenti) o previsti (per

infrastrutture in progetto) sono confermati quelli decretati con il DPCM

01/03/1991. Tale decreto fissa i limiti massimi accettabili sulle diverse aree

territoriali.


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Sulla base della zonizzazione fatta dai Comuni i limiti definitivi sono:

Limiti assoluti Leq dBA Classe Area notturni intermedi diurni 1 particolarmente protetta 40 45 50 2 prevalentemente residenziale 45 50 55 3 di tipo misto 50 55 60 4 di intensa attività umana 55 60 65 5 prevalentemente industriale 60 65 70 6 esclusivamente industriale 70 70 70

La zonizzazione acustica, con l’individuazione dei limiti massimi di

rumorosità sul territorio diventa un nuovo indispensabile strumento di

pianificazione urbanistica. Essa deve essere redatta ad opera dei Comuni e

costituisce la base per la predisposizione di piani di risanamento acustici.

La zonizzazione consiste nel suddividere il territorio comunale in zone

omogenee dal punto di vista acustico. La legge Quadro sull’Inquinamento

Acustico n°447, sancisce in modo definitivo i principi fondamentali in

materia di tutela dell’ambiente esterno e dell’ambiente abitativo

dall’inquinamento acustico. Ferme restando le definizioni e limiti assunti nel

DPCM del 1 marzo 1991, vengono chiarite in modo puntuale le competenze

dello Stato, delle Regioni, delle Provincie e dei Comuni. Vengono inoltre

precisati quali siano gli operatori abilitati, le attività di controllo e in

particolare la definizione di Piani di Risanamento Acustico che devono


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essere adottati dai Comuni. Lo studio acustico del territorio potrà avvenire

in fasi successive, di seguito riassunte:

Fase conoscitiva - preliminare ricognizione e valutazione delle emergenze con indagini sulla popolazione; - monitoraggio del territorio attraverso indagini fonometriche su tutto il territorio urbano, con particolare attenzione alle

situazioni rilevate nella fase preliminare; - individuazione della tipologia e dell’entità dei rumori presenti; - elaborazione statistica dei risultati delle indagini. Fase pianificatoria - classificazione del territorio comunale sulla base dell’articolo 4, comma 1, lettera a) della “Legge Quadro

sull’Inquinamento Acustico n°447” del 26.10.1995; - costruzione di un modello di simulazione del rumore stradale del centro urbano, e sua calibrazione con i dati del

monitoraggio; - coordinamento degli strumenti urbanistici (PUT) con il risultato della classificazione acustica del territorio; - stesura di un piano di risanamento. Fase operativa - individuazione delle zone da risanare; - indicazione dei possibili soggetti a cui compete l’intervento; - indicazione delle priorità, delle modalità e dei tempi di intervento; - stima degli oneri finanziari necessari; - misure cautelari a carattere di urgenza. Risultati prodotti - banca dati sulle misure effettuate durante il monitoraggio; - risultati delle elaborazioni statistiche sui dati rilevati; - classificazione del territorio; - lista di indicazioni per l’armonizzazione della zonizzazione con il Piano Urbano del Traffico; - valutazione della necessità di adozione di un piano di risanamento; - individuazione delle zone da risanare, dei possibili soggetti a cui compete l’intervento e stima degli oneri finanziari necessari; - indicazione delle priorità, delle modalità e dei tempi di intervento; Elaborati finali - Relazione sulle indagini preliminari e modalità operative del monitoraggio; - Relazione sul risultato del monitoraggio, tipologia, ubicazione ed entità del rumore; - Banca dati informatica sul monitoraggio; - Mappe di Isolivello; - Mappe di classificazione del territorio comunale; - Modello numerico di simulazione del rumore stradale, sulla cartografia digitale; - Relazione sui criteri e linee guida per l’armonizzazione del piano urbano del traffico con i risultati della classificazione; - Piano di risanamento contenente: - mappe delle zone da risanare; - relazione sui soggetti a cui compete l’intervento; - relazione sulle priorità, sulle modalità e sui tempi di intervento; - relazione di stima sugli oneri finanziari necessari; - relazione sulle misure cautelari a carattere di urgenza. - Relazione sui possibili interventi ingegneristici per la mitigazione dell’inquinamento acustico sulle infrastrutture di trasporto. - Relazione finale sullo stato acustico del Comune


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3. Criteri e metodologie per le indagini fonometriche

La possibilità di descrivere il rumore ambientale consente di verificare la

compatibilità tra sorgenti sonore, presenti o previste, e destinazione d’uso

del territorio e quindi procedere ad una corretta pianificazione urbanistica;

inoltre conoscere le caratteristiche del rumore prima della realizzazione di

un opera, permette la verifica a posteriori della validità delle previsioni

progettuali, nonchè individuare i provvedimenti atti a mitigare gli effetti

sulla colletività.

Le normative e linee-guida che descrivono i metodi e i criteri di indagine

che si possono considerare sono: DPCM 01/03/1991, DPCM 27/12/1988,

ISO R 1996/1/2, “Legge Quadro in Materia di Inquinamento Acustico”

n.447, del 26.10.1995.

In particolare vengono stabiliti i parametri atti a descrivere il rumore, le

caratteristiche della strumentazione per la sua misura, le modalità di rilievo

nonchè i criteri per l’elaborazione dei dati raccolti.

Nelle pagine successive vengono sinteticamente riportate alcune delle

definizioni e prescrizioni stabilite dalle suddette norme.


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Descrittori acustici Il livello di pressione sonora è definito come il valore efficace della pressione acustica p in scala logaritmica rispetto alla pressione di riferimento po = 20 µPascal:

L pp

dBp =

10

0

2

log

L’evento sonoro è un fenomeno variabile nel tempo per cui si utilizza il livello equivalente che rappresenta quel livello che possiede lo stesso contenuto energetico del livello reale nel tempo di osservazione; tale valore, per tener conto della diversa sensibilità umana alle varie frequenze viene ponderato, generalmente attraverso il filtro di ponderazione A:

Lt t

pp

dt dBAAeq tA

ot

t

, log=−

∫10 1

2 1

2

21

2

dove: Laeq,t è il livello di pressione acustica equivalente ponderato A, in decibel, determinato per un intervallo di tempo T tra gli istanti t1 e t2. Ogni misura verrà qundi coorredata dall’indicazione di tale periodo. pA è la pressione acustica efficace del segnale, ponderata secondo il filtro A po pressione acustica di riferimento pari a 20 µPascal Per una desrizione più dettagliata si potrà disporre anche dei livelli percentili (L10, L50, L90, etc.). Essi rappresentano i livelli superati nel 10% , 50 %, 90% tel tempo di rilevamento. L’ L10 rappresenterà dunque i livelli di picco, per contro l’ L90 è rappresentativo della rumorosità di fondo. Strumentazione di misura Il DPCM 10/03/1991 all’allegato B stabilisce che devono essere utilizzati strumenti di misura almeno di classe 1, come definiti negli standars I.E.C. n. 651 del 1979 e n. 804 del 1985. Le misure devono essere eseguite con un misuratore di livello sonoro integratore (fonometro) o strumentazione equivalente. I registratori megnetici devono avere un campo dinamico tale da comprendere quello del fonometro a cui viene connesso. Il microfono generalmente da utilizzarsi è a condensatore con risposta a campo libero da ½ pollice. L’insieme di microfono e preamplificatore deve avere un range di linearità di rispsta nelle frequenze tra 20 Hz e 16 Khz al massimo di 2 dB e un campo dinamico dal rumore di fondo ponderato A fino al 3% di distorsione che comprenda almeno l’intervallo 25 -130 dB. La calibrazione doveessere eseguita prima e dopo ciascuna serie di misure. Queste sono da ritenersi valide se la differenza tra le due calibrazioni non differisce al massimo di 0.5 dB. Per quanto riguarda le infrastrutture di trasporto la scelta dei punti di misura può essere eseguita suddividendo la strada o la ferrovia in “tronchi omogenei”, ovvero dei tratti lungo i quali la potenza sonora globale emessa dal traffico si può ragionevolmente considerare costante. In particolare in un “tratto omogeneo” dovrebbero essere soddisfatte le seguenti condizioni: - non si devono avere sensibili variazioni di traffico, velocità media dei veicoli e percentuale di veicoli pesanti; - la pendenza deve mantenersi costante; - la pavimentazione stradale non deve variare;

Elaborazione dati Il risultato di misure singole, cioè ottenute direttamente dal fonometro mediante integrazione in un definito intervallo di tempo (es. 1 ora), vanno riportate nella relazione con il valore dato dallo strumento più o meno la tolleranza specificata dalla casa costruttrice dello stesso. Il risultato medio di più misure è dato da:

X xn

i

i

n

==∑

1


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dove: xi = valore della misura iesima; n = numero di misure; X = valore medio. Questo valore va espresso con una precisione di 0.1 dB, se n è abbastanza grande. E’ovvio che la media aritmetica va eseguita su valori che si riferiscono a intervalli temporali omogenei e a dati che si riferiscono allo stesso strato. Nel caso si tratti di misure nello stesso sito, successive tra loro e rilevate per intervalli di tempo uguali tra loro, e si vuole ottenere il livello equivalente riferito al periodo complessivo allora la relazione da utilizzare è:

Ln

dB Aeqa TL

i

npAi

,,lg ( )= ⋅

⋅

=∑10 1 100 1

1

dove: n = numero degli intervalli considerati; LpAi = il valore di pressione sonora filtrato A misurato nell’intervallo iesimo. In quest’ultimo caso va riportato il valore ottenuto dal calcolo con la tolleranza strumentale (usualmente una precisione di 0.5 dB è adeguata). Per quanto riguarda la varianza di una serie di valori si riprende la seguente formula:

Sx X

n

ii

n

2

2

1

1=

−

−=∑( )

La deviazione standard, invece, è data da:

( )( )D sx X

ns

ii

n

= =−

−=∑

1

2

1

spesso la deviazione standard è anche indicata con σσσσ. Per attuare la regressione lineare, avendo una serie di n coppie di valori (xi,yi), i coefficienti di regressione sono dati dalle seguenti espressioni, nelle quali il simbolo ΣΣΣΣ rappresenta la sommatoria da 1 ad n rispetto all’indice i:

( )

bx y

x yn

xxn

i ii i

ii

=−

⋅

−

∑∑∑∑∑ 2

2 ay

nb

xn

i i= −

∑ ∑

il coefficiente di correlazione si ricava da:

( ) ( )b

x yx y

n

x ix

ny

y

n

i ii i

ii

i

=−

⋅

−

⋅ −

∑∑∑

∑∑ ∑∑2

2

2

212

In questo modo possono ottenersi i coefficienti dell’equazione della retta di regressione y=a+bx ed il coefficiente di correlazione lineare.


16

4. Modelli previsionali Nell'ambito della pianificazione territoriale è utile anche poter disporre di

tecniche che consentano di prevedere i livelli di rumore generati dal traffico

stradale a partire da parametri quali velocità, flusso della corrente veicolare,

pendenza della strada, caratteristiche superficiali della pavimetazione, etc., che

possono essere previsti o assunti in sede progettuale. Diversi studi sul rumore

esterno hanno portato a formulare fondamentalmente di 3 tipi modelli:

-modelli che correlano il Leq con parametri geometrici e di traffico;

- modelli che valutano il Leq come somma di singoli eventi;

- modelli sperimentali.

I modelli che si basano sulla correlazione tra i parametri del traffico e della

geometria con il Leq misurato in indagini sperimentali, hanno generalmente

come input il flusso, la composizione e la velocità media della corrente

veicolare, la pendenza, il rapporto tra l'altezza e la distanza dei fabbricati e

talvolta le condizioni del fondo stradale. Numerosi indici sono stati definiti per

descrivere il grado di disturbo dovuto al traffico veicolare; tra questi i più

significativi sono: L1, L10, L50, L90, Leq. Essi rappresentano il livello di

pressione acustica superato nel 1%, 10%, 50% e 90% del tempo di rilevamento.


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Tra tutti i modelli messi punto solo qualcuno tiene conto di un fattore correttivo

associato al tipo di pavimentazione, nonostante si sia evidenziato come diverse

pavimentazioni possono determinare differenze anche di 8 dBA sulla

rumorosità prodotta. Tale differenza è imputabile a due aspetti distinti che sono

da una parte l'assorbimento del suono da parte della pavimentazione, e dall'altra

la maggiore o minore produzione di rumore all'interfaccia pneumatico-

pavimentazione. E` da rilevare che generalmente tutti i modelli proposti

derivano da un'analisi statistica dei dati rilevati, e in generale dalla migliore

approssimazione delle risultanze sperimentali, data l'estrema difficoltà, o

addirittura impossibilità a costruire modelli che si sviluppano a partire da

considerazioni analitiche sulle caratteristiche del fenomeno. In figura sono

riportati alcuni dei modelli proposti per la stima del livello equivalente

LAeq =28.8 + 0.65 L50 CSTB LAeq = L50 + 0.021 (L1 - L50)² Lauber LAeq = L50 + 0.0167 (L1 - L90)² Baranek LAeq = L10 - 1.3 σ + 0.11 σ² Alexandre LAeq = L50 + 0.079 (L10 - L90)² Griffits, Langdon LAeq =10 log F +20 log V +C Lenure,Auzou LAeq =38 + 15 log F - 10 log L Josse LAeq =52 + 10 log F/d Alexandre LAeq =51 + 10 log F + 6.5 log L CSTB LAeq =55.5 +10.2 log F +0.3 p -19.3 log d Burgess LAeq =49.5 + 0.21 V +12.2 log (Fl +6 Fp) -13.9 log d OMTC LAeq =55.7 -0.05 V + 12.2 log F + 0.4 p -12.7 log L Garcia, Bernal LAeq = 20+20 log V+10 log (Fl +6 Fp) -12 log (d + 0.33 L)+10 log0.00555θ CETUR LAeq = -17.5 - 10 log F + 30 log V -11.5 log d Lamure LAeq = 53.2 + 6 log V+11.7 log (L+ 6M+10 H) -4.50log w -0.017 J -5.23 log (d-1) Jaiwr LAeq =35.1+10log(Nl +8Np)+10log(25/d)+δLv +δLf +δLb +δLs +δLg +δLvb Cannelli,Gluck, Santoboni

Fig. n°7 - Alcuni dei modelli di previsione del Leq


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Uno dei modelli maggiormente applicati in ambito urbano è quello fornito dal CNR (Istituto di Acustica O.M. Corbino). Sulla basedi oltre 400 dati sperimentali è stato elaborato un modello matematico che rappresenta un perfezioamento di una metodologia analoga già sperimentata in Germania e adattata alla situazione italiana.Il modello prende in considerazione come indice di rumore il livelo energetico medio Leq. Per esso si ipotizza la relazione:

L Log N N Logdd

L L L L L L dB Aeq L W V F B S G VB= + + + + + + + + +α β10 10 0( ) ( )∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆

dove Leq è il livello energetico medio in dB(A) del rumore prodotto dal flusso di traffico ipotizzato come

sorgente lineare concentrata nella mezzeria della strada. Tale livello è calcolato sul piano stradale e in corrispondenza della facciata degli edifici, tenuto conto delle riflessioni; in assenza di edifici il valore è calcolato alla distanza di riferimento di do = 25 m.

Nl è il flusso di veicoli leggeri (numero di veicoli/h), comprendenti quelli privati, quelli commerciali di

peso inferiore a 4.8 t, e i motoveicoli in genere Nw è il flusso di veicoli pesanti (numero di veicoli/h), comprendenti i veicoli commerciali di peso

superiore a 4.8 t, quelli per il trasporto pubblico, e i motoveicoli la cui rumorosità è comparabile con quella dei veicoli pesanti

d distanza dal punto di stima dalla mezzeria stradale ∆∆∆∆LV correzione che tiene conto della velocità media del flusso

Velocità media del flusso

Km/h ∆∆∆∆LV dB(A)

30 - 50 0 50 - 60 +1.0 60 - 70 +2.0 70 - 80 +3.0 80 - 100 +4.0

∆∆∆∆LF, ∆∆∆∆LB correzione che tiene conto della presenza di superfici riflettenti (facciate degli edifici), 2.5 dB(A) se queste sono presenti. ∆∆∆∆Ls correzione che tiene conto del tipo di manto stradale

Tipo di manto stradale ∆∆∆∆LS dB(A) Asfalto liscio -0.5

Asfalto ruvido 0.1 Cemento +1.5

Manto lastricato scabro +4.0


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∆∆∆∆LG correzione che tiene conto della pendenza media della strada

Pendenza media della strada %

∆∆∆∆LG dB(A)

5 0.0 6 +0.6 7 +1.2 8 +1.8 9 +2.4 10 +3.0

∆∆∆∆LVB correzione che tiene conto di casi limite di traffico

Situazioni di traffico ∆∆∆∆LVB dB(A)

In prossimità di semafori +1.5 velocità del flusso < 30 Km/h -1.5

I coefficienti α β dipendono dalle caratteristiche dei singoli veicoli e dalle abitudini di guida delle paersone. In particolare α è correlato al livello di rumore medio prodotto dal singolo veicolo isolato, mentre β è un coefficiente di ponderazione che tiene conto del maggiore livello di rumore dei veicoli pesanti. In Italia si può assumere: α = 35.1 dB(A) β = 8

Il secondo gruppo di modelli previsionali è caratterizzato dal fatto che il

livello globale è calcolato come somma dei singoli eventi sonori che si

verificano in un intervallo di tempo T. Essi quindi si basano sul calcolo del

SEL (Single Event Level).

SELT

dt dBAref

L A=−∞

+∞

∫10 1 100 1log .


20

Solitamente si dispone di tabelle in cui vengono riportati i valori mediati del

SEL in funzione del tipo di veicolo e del tipo di configurazione al contorno.

Tipo di strada Autoveic. Veicoli industriali leggeri

Veicoli industriali pesanti

Motocicli Ciclomot.

Strade chiuse 76.5 80.0 86.0 84.5 78.5 Strade aperte 76.0 79.5 84.5 82.0 77.5

Nota questa è possibile calcolare LAeq con la formula:

LT

n d B AA eq iS E L

i

ni=

=∑1 0 1 1 0 0 1

1

lo g .

dove ni è il numero di veicoli della -iesima categoria che passano davanti al

punto di osservazione nel tempo T e che contribuiscono con il valore SELi.

Un terzo tipo di modelli per la previsione del rumore si basa sulla

realizzazione di modelli reali in scala, in cui si riproduce l'ambiente urbano.

Il rumore da traffico viene simulato da getti di aria compressa e rilevato da

una catena di microfoni mobili comandati da un operatore.


21

5. I possibili interventi

Occorre distinguere innanzitutto i provvedimenti per strade da realizzare ex-

novo da quelli che riguardano l’ampliamento e l’adeguamento di strade

esistenti e gli inerventi di mitigazione in genere. Nel caso di un strada che

deve essere completamente realizzata si interviene sulle caratteristiche del

tracciato che provocano il rumore:

- andamento planimetrico

- tipo di sezione

- tipo di pavimentazione

- pendenza

- condizioni al contorno

Quando si tratta invece di infrastruture viarie esistenti è possibile intervenire

sulle caratteristiche del traffico:

- entità del flusso

- velocità media della corrente veicolare

- percentuale di veicoli pesanti

- condizioni flusso interrotto


22

Comunque sia sulle strade esistenti che in progetto si può intervenire con:

- barriere artificiali fonoassorbenti

- barriere vegetali

- conglomerati bituminosi fonoassorbenti

- manutenzione della sovrastruttura

Esistono inoltre altri tipi di intervento sugli ambienti disturbati o sui veicoli

che però sono oggetto di altri campi di studio. Nelle schede riportate in

allegato sono brevemente indicate, per le varie caratteristiche del traffico e

della strada, l’entità e le modalità del fenomeno e come intervenire.

Vengono di seguito illustrati i 4 interventi mitigatitori suddetti.

5.1 Barriere artificiali fonoassorbenti

Negli ultimi anni si è diffuso in campo stradale e ferroviario l’impiego di

barriere acustiche artificiali. L’intervento ha come obiettivo quello di

ostacolare la propagazione del rumore dalle infrastrutture di trasporto al

ricevitore. All’estero questo tipo l’intervento è abbastanza diffuso mentre in

Italia il loro impiego si sta estendendo solo ora.


23

Una barriera acustica è rappresentata da un qualsiasi ostacolo, naturale o

artificiale, sufficientemente opaco al suono e con un’altezza tale da

intercettare la retta congiungente la posizione della sorgente sonora con

quella del ricevitore. In tali condizioni è impedito il percorso diretto del

rumore, che raggiunge comunque il ricevitore per effetto della diffrazione

delle onde sonore sul bordo superiore della barriera.

Quando un’onda sonora incontra un ostacolo solido, una parte dell’energia è

riflessa dall’ostacolo, un’altra penetra nell’ostacolo stesso dove si trasforma

in vibrazioni meccaniche che possono eventualmente irradiare nuove onde

acustiche. Infine, il resto dell’energia sottoforma di onda diffratta è con

riferimento a questo effetto che vengono studiati gli schermi acustici. Infatti

la quaota di energia sonora che riesce ad trasmettersi attraverso l’ostacolo è

una minima parte di quella che riesce a oltrepassare lo stesso per diffrazione

sul bordo. Affinchè uno schermo acustico sia efficace, è necessario che la

zona dove la pressione acustica è ridotta (zona d’ombra) sia la più estesa

possibile e che le onde riflesse, o irradiate direttamente dallo schermo, non

vengano a perturbare questa zona.

Lo studio della diffrazione delle onde sonore sui bordi della barriera è stato

condotto sfruttando l’analogia tra i fenomeni acustici e quelli ottici. La


24

teoria della diffrazione ha origine nel principio di Hujgens-Fresnel. e nella

soluzione esatta dell’equazione d’onda formulata da Sommerfeld per

un’onda piana incidente su di uno schermo semi-infinito.

Numerose procedure sono state sviluppate per il calcolo dell’attenuazione

sonora prodotta da uno schermo. Se si considera la configurazione più

semplice (sorgente sonora puntiforme e di schermo sottile e semi-infinito) il

grafico riportato in figura rappresenta l’attenuazione per la lunghezza

d’onda predominante per rumore da traffico stradale (pari a circa 600 Hz) in

funzione dell’angolo di diffrazione e dell’altezza effettiva H dello schermo.

0

5

10

15

20

25

30

0,2

0,4

0,5

0,8 1 2 3 4 5 6 8 10 15 20

ALTEZZA EFFETTIVA IN m

ATT

ENU

AZI

ON

E IN

dB

(A)

Attenuazione di uno schermo acustico in funzione della sua altezza e dell'angolo di diffrazione Θ

Θ = 90°Θ = 30°

Θ = 10°Θ = 5°

Θ = 1°

Θ = 0°

Fig. n°8 - Attenuazione di una barriera acustica in funzione dell’altezza e dell’angolo di diffrazione


25

La seguente figura riporta il significato di H, R, D e θ nelle tre tipi di sezioni

:

θ R

D

H

R

D

H θ

Strada in trincea

R D

θ H

Effetto di schermo di un edificio

Strada in rilevato

Fig.9 Significato di H, R, D e θ


26

Il grafico di fig.8 non si applica se le incidenze sono oblique rispetto al

bordo dello schermo. Questa limitazione è stata superata da Maekawa, che

ha proposto un diagramma ottenuto sperimentalmente su modelli di barriere

acustiche. L’Autore ha proposto l’attenuazione sonora in dB in funzione del

numero di Fresnel N = 2 δλ

(δ = differenza di percorso tra l’onda diretta e

quella diffratta, λ = lunghezza d’onda del suono).

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0,00 1,00 10,00 100,00

numero di Fresnel

atte

nuaz

ione

in d

b

teoria classica

Curva di Makewa

Attenuazione in dB di una barriera in funzione del numero di Fresnel

ab

d

N = 2(a+b-d)/λ

Fig.10 Attenuazione proposta da Makewa per schermi acustici

27

Nonostante l’abaco proposto da Maekawa sia molto elementare, in quanto fa

dipendere l’attenuazione soltanto dal numero di Fresnel, è quello più diffuso

forse proprio per la sua semplicità. Presenta però il vantaggio di essere

ottenuto sperimentalmente e di essere stato messo a punto con schermi

riflettenti di altezza limitata, ma tuttavia grandi rispetto alla lunghezza

d’onda (bisogna che uno schermo possieda un’altezza quanto meno uguale a

2 metri, in presenza di rumore stradale, perché un calcolo offra una

precisione ed un’affidabilità sufficienti). L’abaco di Maekawa presenta

possiede anche precisi limiti applicativi, ad esso si può ricorre se si

verificano le condizioni si seguito riportate:

se le distanze tra i punti S e R e lo schermo sono grandi rispetto alla lunghezza d’onda. Nel caso del calcolo del livello acustico equivalente generato dal percorso stradale, si può ammettere che la lunghezza d’onda media dello spettro ponderato (A) è di 50 cm. Ciò è vero se si è a meno di 100 metri dal bordo della strada se le posizioni dei punti S e R non sono troppo dissimmetriche rispetto allo schermo se ci si prende cura di effettuare il calcolo per tutte le immagini di S e R derivanti dalle riflessioni sul suolo o sulla superficie dello schermo e di cumulare (somma quadratica) le pressioni acustiche elementari ottenute per ciascuna sorgente: la sorgente reale e l’insieme delle sorgenti immagini se si prende in considerazione il reale tragitto del raggio diffratto nel caso in cui S e R non siano in un piano normale alla superficie dello schermo

Fig.11 Condizioni di applicabilità dell’abaco di Makewa

28

Nelle ipotesi sinora fatte, di sorgente puntiforme e schermo semi-infinito,

alcuni Autori (Kurze, Anderson) hanno proposto per l’attenuazione sonora (A)

la seguente relazione:

( )( )

AN

NdB= +

5 202

2

12

12

logtanh

π

π se N > 0:

I risultati conseguibili con questa relazione si discostano al massimo di 1 dB

da quelli sperimentali ottenuti da Maekawa. La valutazione dell’attenuazione

diviene ancora più complessa in presenza di una sorgente non puntiforme,

come ad esempio il traffico autostradale che rappresenta una sorgente sonora

estesa. Solitamente tale traffico viene schematizzato in una sorgente sonora

lineare incoerente disposta lungo l’asse di scorrimento del flusso veicolare. Per

questo tipo di sorgente sono state proposte numerose procedure per il calcolo

dell’attenuazione sonora di un schermo semi-infinito (fig 12).

Altri metodi forniscono l’attenuazione sonora in dB(A) della barriera in

funzione della differenza tra il percorso dell’onda diffratta e quello dell’onda

diretta (δ = a+b -d). Il metodo proposto dal CNR-SCHL è sintetizzabile nella

seguente relazione di calcolo dell’attenuazione A della barriera:

A = 7.7 log δ + 13.7 dB(A)

riportata in forma grafica nella figura 13.

29

Fig.12 Alcuni modelli di previsione dell’attenuazione in funzione del numero di Fresnel

Fig.13 Attenuazione in funzione della differenza di percorso tra onda diretta e diffratta

30

La relazione precedente è applicabile per differenze di percorso tra onda diffratta

e diretta superiori a 15 m e assume un’attenuazione massima di 20 dB(A);

inoltre, tiene conto dell’eventuale assorbimento acustico del suolo. Quest’ultimo

fattore limita considerevolmente l’effettiva efficacia delle barriere, che solo in

situazioni particolarmente favorevoli consentono di realizzare attenuazioni

sonore di 10-15 dB(A). Le procedure di calcolo fino ad ora esposte considerano

lo schermo semi-infinito mentre nella realtà la barriera ha una lunghezza finita:

ciò comporta di tener conto anche degli effetti prodotti dalla diffrazione che si

verifica in corrispondenza dei bordi laterali dello schermo. Nel caso più semplice

di schermo semi-infinito limitato lateralmente ad una estremità, lo spazio può

essere suddiviso in due zone A e B, ciascuna caratterizzata dall’attenuazione

relativa al corrispondente percorso di propagazione:

Fig.14 Possibili percorsi sonori in corrispondenza del bordo laterale della barriera

31

Questa procedura di calcolo è, tuttavia, piuttosto laboriosa per cui sono stati

proposti da vari autori diagrammi e schemi di calcolo che consentono di

determinare più rapidamente la lunghezza minima dello schermo che

consente di conseguire l’attenuazione sonora richiesta. L’ipotesi di schermo

sottile può essere ritenuta valida solo quando lo spessore è inferiore alla

lunghezza d’onda del suono. Tale ipotesi è verificata nella maggior parte

delle situazioni riguardanti il traffico stradale, caratterizzato da una

lunghezza d’onda predominante di circa 0,5 m. Qualora lo schermo sia

costituito da un terrapieno o da un edificio occorre, tuttavia, valutare gli

effetti prodotti dalla diffrazione sui due spigoli indicati con E’ ed E nella

figura 15.

Fig.15 Diffrazione in una barriera non sottile

32

Un metodo relativamente semplice consiste nel calcolare l’attenuazione di uno

schermo sottile virtuale, posizionato in corrispondenza dello spigolo indicato con E

nella figura, e ad essa aggiungere l’attenuazione allo spessore b determinata

mediante la seguente relazione: Ab = K·log (2ππππb/γγγγ) dB

in cui K è un parametro ricavabile dal diagramma in figura in funzione degli angoli Θ e θ.

Nelle procedure finora descritte la barriera è stata ipotizzata perfettamente

riflettente. Nella realtà, invece, è assai frequente l’uso di materiali

Fig.16 Valori assunti dal parametro K

33

fonoassorbenti al fine di ridurre ulteriormente il rumore del traffico, specie

nel caso di barriere installate su entrambi i lati della strada.

Per valutare l’ulteriore attenuazione prodotta dall’assorbimento acustico

della superficie della barriera un autore (Fujiuara) proposto il diagramma

sotto riportato, ove l’attenuazione è espressa in funzione dell’angolo di

diffrazione e del coefficiente di riflessione sonora.

Nel calcolo dell’attenuazione prodotta da una barriera è indispensabile

anche valutare l’effetto sulla propagazione sonora dovuto alla presenza del

suolo. Supponendo le superfici dello schermo perfettamente riflettenti, il

Fig.17 Attenuazione per l’assorbimento acustico della barriera

34

campo sonoro nella posizione P del ricevente è ottenuto dal contributo di

otto campi sonori prodotti dalla sorgente sonora S e dalle sue posizioni

immaginarie (S’, T e T’), come illustrato nella figura.

In prima approssimazione le sorgenti immaginaria S’, T e T’ possono essere

trascurate assumendo il livello sonoro L rilevato sul bordo superiore O dello

schermo come riferimento per il livello nella zona d’ombra acustica. In

questo modo è possibile non considerare la direttività della sorgente e la

riflessione da parte del suolo nella zona compresa fra sorgente e barriera.

Supponendo una perfetta riflessione del suolo nella zona del ricevitore si

individua la posizione P’ immagine di P e per entrambe queste posizioni si

calcolano, con i metodi sopra descritti, le corrispondenti attenuazioni Ap1 e

Ap prodotte dalle barriere. Il livello sonoro nella posizione P nel caso di

sorgente lineare è calcolabile mediante la seguente relazione:

Lp Lo da

A dB= −

−10 log

Fig.18 Vari contributi al campo sonoro in S in presenza del suolo

35

in cui A è l’attenuazione globale ottenuta sommando i valori di Ap1 e Ap. Il

coefficiente di riflessione del suolo Q per un’onda sonora sferica è

esprimibile secondo la relazione:

Q = R + (1 - R) F

in cui R è il coefficiente di riflessione dell’onda piana che si propaga sul suolo e

F una funzione matematica dipendente dalla distanza sorgente-ricevitore,

dall’angolo di incidenza dell’onda e dall’impedenza acustica del suolo.

Fig.19 Attenuazione del suolo infunzione della distanza e della frequenza

36

L’attenuazione del suolo dovuta alla sua propagazione radente sul suolo è

un fattore che richiede una adeguata valutazione in quanto può condizionare

sensibilmente l’efficacia della barriera stessa. Basti considerare che in

numerosi casi l’attenuazione prodotta da uno schermo è risultata inferiore

non solo a quella teorica ma anche a quella dovuta alla propagazione del

suolo. Oltre alle procedure di calcolo sopra descritte sono stati elaborati dei

diagrammi, abachi o modelli in cui è possibile determinare direttamente

l’attenuazione della barriera in funzione della configurazione della strada

(raso, rilevato e trincea), dell’altezza della barriera e della posizione del

ricevitore e di altri fattori.

5.2 Barriere vegetali

Attualmente si sta studiando la possibilità di inserire, o in alcuni casi sono

già state realizzate barriere vegetali come schermo antirumore; tale

applicazione oltre ad avere una discreta efficacia nei confronti dell’

inquinamento acustico, rappresenta un elemento di riequilibrio

dell’ambiente degradato. Diversi autori hanno effettuato misure sulla

37

trasmissione di rumore all’interno e dietro le fasce vegetali in condizioni

metereologiche stabili. La mancanza di tale condizione rappresenta un

elemento di disturbo per la ripetibilità e confrontabilità delle misure

sperimentali. Dai dati disponibili in bibliografia si può osservare che

l’attenuazione nel campo delle basse frequenze non ha un andamento lineare

con la distanza tra sorgente e ricevente, mentre per le alte frequenze

l’attenuazione aumenta con la frequenza stessa ed è funzione lineare della

distanza. Si verifica che l’attenuazione alle basse frequenze dipende

prevalentemente dal suolo mentre lo stesso effetto alle alte frequenze

dipende prevalentemente dalla vegetazione. Se ne deduce che l’attenuazione

complessiva è la somma dell’effetto assorbente del suolo e della vegetazione

e lo studio dell’attenuazione del rumore da traffico dovuta alla parte della

vegetazione viene ricondotto a questi due effetti:

- effetto di assorbimento dovuto al terreno;

- effetto schermo dovuto alla vegetazione propriamente detta.

38

EFFETTO SUOLO

Tale effetto si esplica attraverso due azioni differenti: - assorbimento di onde radenti al suolo; - riflessione dell’onda sul suolo con conseguente perdita di energia; tale

perdita può essere quantificata mediante la seguente formula: E = [(1-K)W] dove K è il coefficiente di assorbimento del suolo, mentre W rappresenta l’energia incidente.

Al ricevente perviene pertanto la somma di 2 energie; se le onde non sono correlate c’è la somma di energie provvenienti dall’onda diretta radente e da quella riflessa, se invece le onde sono correlate c’è la somma di pressioni e di interferenze tra le onde stesse. In pratica per quanto riguarda l’assorbimento del terreno occorre distingure due casi: l’onda diretta e l’onda riflessa non sono correlate: tale condizione in

genere è soddisfatta , anche a breve distanza dalla sorgente, con frequenze superiori a 1000 Hz e per punti di ricezione situati a 5/6 m di altezza

l’onda diretta e l’onda riflessa sono correlate: in questo caso si possono

verificare fenomeni di interferenza, con successione di frange il cui livello di pressione massimo può essere superiore di 6 dB rispetto al livello dell’onda incidente.

Questi fenomeni di interferenza si possono verificare sia per i toni puri che per rumori a banda larga ed in punti di ricezioni situati in prossimità del terreno (1-2 m di altezza); in pratica di sono osseravte onde fortemente correlate fino a 30-50 m dalla sorgente, il che significa per una frequenza di 100 Hz una distanza di 100-150 m. E’ evidente che in queste condizioni gli effetti dell’assorbimento del terreno possono divenire molto sensibili. Si possono esserci differenze di 10 dB nelle funzioni di trasferimento proprie di terreni riflettenti come il giaccio, e di suoli assorbenti come ad esempio l’erba. Da una serie di risultanze sperimentali è risultato che i suoli sobbiosi nudi sono le superfici acusticamnte più riflettenti, mentre i suoli con vegetazione (foresta) quelli meno.

39

EFFETTO VEGETAZIONE L’attenuazione del rumore da parte della vegetazione avviene secondo modalità ben precise: mediante assorbimento e successiva trasformazione dell’energia sonora in energia termica per movimento; meiante deviazione dell’energia sonora specialmente alle alte frequenze da parte del fogliame, la cui efficacia risulta proporzionale alla densità, dimensione e spessore delle foglie stesse. A questo proposito è evidente la necessità di uno schermo vegetale formato con piante ravvicinate le cui chiome non lascino spazi e l’utilità di specie rivestite dal basso che si mantengano inalòterate nel tempo (sempreverdi). L’efficacia acustica della barriera è inoltre condizionata dalla profondità e dall’altezza della barriera stessa. La figura mostra le risultanze sperimentali di uno studio in cui si è cercato di stabilire la profondità ottimale di una fascia vegetale.

Si osserva un livello sonoro di 68 dB(A) registrato a 76 m nel caso della presenza di alberi. Lo stesso livello si si verifica in assenza di alberi a circa 137 m; Anche altri Autori hanno affontato il problema con i risultati mostrati in figura 21;

la zona compresa tra le curve b) e c) indica i limiti di attenuazione ottenibili per effetto combinato della distanza e di una barriera di alberi.

Fig.20 Attenuazione di una barriera vegetale in funzione della sua profondiità

Fig.21 Attenuazione di una barriera di alberi

40

5.3 Interventi sulle pavimentazioni

5.3.1 Meccanismi di generazione del rumore di rotolamento

Una preliminare considerazione è che il meccanismo di produzione del

rumore è molto complesso e non attribuibile ad un'unico fenomen. Lo

spettro emesso a basse frequenze è imputabile all'impatto degli aggregati sul

battistrada del pneumatico e viceversa, mentre le alte frequenze sono la

conseguenza di diversi fenomeni:

- pompaggio dell'aria (air pumping) generato dalla formazione di tasche

d'aria, in pressione o in depressione, all'interfaccia pneumatico-

pavimentazione. A questo fattore si imputa di essere la maggior causa di

rumore rotolamento alle alte frequenze. Il pneumatico comprime l'aria tra

le scolpiture e il terreno, costringendola a laminarsi e ad attraversare

piccoli interstizi, l'aria cosi viene espulsa violentemente; quando il

battistrada si stacca l'aria è risucchiata rapidamente dalla depressione dei

vuoti. Il rumore viene cosi prodotto dalla continua alternanza di questi

due fenomeni;

- effetto Helmotz di risonanza dell'aria tra la scolpitura del pneumatico e

l'effetto padiglione di risonanza sulla superficie di rotolamento. Questi

due fenomeni sono diretta conseguenza del pompaggio dell'aria;

- effetto di "stik and slip" dovuto alle continue e numerose microadesioni

tra la gomma del pneumatico e la superficie stradale.

Il legame tra la frequenza e la lunghezza d'onda della tessitura stradale è

stato visto essere positivo alle basse frequenze e negativo ad alte frequenze.

In sintesi il rumore di rotolamento è generato da:

41

impatto delle scolpiture del pneumatico Meccanismo sulla pavimentazione di vibrazione radiale impatto delle asperità della superficie stradale sul pneumatico risonanza in un condotto Risonanza dell'aria effetto Helmotz air-pumping Meccanismo di adesione stick and slip rilascio della gomma che aderisce alla pavimentazione Oltre ai meccanismi descritti esistono fattori che possono modificare

l'importanza di questi effetti. Anche le caratteristiche del pneumatico

influenzano il livello di rumorosità, in particolare un pneumatico sarà più

silenzioso se il suo spessore sarà minore e il suo diametro più grande; certi

rumori ad alta frequenza, particolarmente sgradevoli possono essere

diminuiti da una migliore scelta della caratteristiche della gomma; un

livello di rumore elevato è favorito dalla presenza di solchi trasversali.

Generalmente il problema della rumorosità in campo stradale viene

affrontato da due punti di vista distinti: valutare il rumore e le sue

caratteristiche esternamente al veicolo, oppure studiare il campo sonoro

42

all`interno del mezzo. Le metodologie seguite in un caso e nell'altro sono

evidentemente diverse, sia perchè diverse sono la modalità di propagazione

delle onde sonore (campo libero e no), sia perchè l`attenzione è rivolta a

valutare le caratteristiche disturbanti del rumore che possono essere diverse

nei due casi. Ci limiteremo ad affrontare il problema della rumorosità

esterna al veicolo, precisando che una corretta manutenzione porta

comunque notevoli benefici sul comfort interno alla vettura.

5.3.2 La caratterizzazione acustica delle pavimentazioni stradali

Il parametro adottato generalmente per qualificare acusticamente una

pavimentazione è il coefficiente di assorbimento acustico, definito dal

rapporto tra l'energia assorbita e l'energia incidente

α =EE

assorbita

incidente

Tanto maggiore sarà α tanto migliore sarà il comportamento fonoassorbente

della pavimentazione. Per la sua misura si può ricorrere a varie metodologie:

tramite il tubo di Kundt, in laboratorio, oppure in funzione degli spettri del

segnale incidente e di quello riflesso dalla superficie oggetto di misura, o

ancora misurando i parametri da cui dipende. Lo strato poroso può essere

schematizzato come una struttura rigida al cui interno si muove un fluido

43

omogeneo. Buona parte dell'energia incidente, trasmessa all'aria contenuta

all'interno dei pori e dei canalicoli, viene dissipata per effetto della viscosità

e dall'adesione di questa alle pareti dei pori. L'assorbimento è inoltre legato

alle particolarità strutturali del materiale, caratterizzate non solo dalla

percentuale di vuoti ma anche dalla loro forma, dimensione e orientamento,

aspetti che concorrono a definire il cosiddetto "fattore di struttura", da cui

dipende il coefficiente di assorbimento. E' possibile calcolare questo se è

noto il coefficiente di riflessione r (α= 1-r) che può essere valutato in

funzione dell'impedenza acustica dell'aria e quella dello strato poroso Z:

rZ CZ C

=−+

δδ

0 0

0 0

Se lo strato poroso, di spessore s, poggia su una superficie perfettamente

riflettente, l'impedenza Z è data da:

Z wZ e wZ w et

t

=+ ++coth

cothχ

χ

se lo strato è perfettamente riflettente Zt → ∞ Z w s= coth( )χ

con w C K i RK

s

p

= −δϖΩ

Ω1 χ ϖω

= −iC

K i RK

s

p

1 Ω

Z impedenza specifica al passaggio dell’aria e spessore dello strato poroso Zt impedenza acustica del supporto su cui poggia lo strato poroso

44

r coefficiente di riflessione α coefficiente di assorbimento δ0C0 impedenza acustica dell’aria Rs resistenza specifica al passaggio dell'aria; Ω porosità; K fattore di struttura legato al tipo di porosità; ω pulsazione.

I valori di Rs, Ω, K possono essere determinati mediante prove di

laboratorio. Le formule riportate sono relative al caso di onde sonore con

incidenza normale; queste diventano più complesse nel caso di incidenza

qualsiasi. Il coefficiente di assorbimento è comunque funzione di Rs, Ω, K,

ω ed s.

Sono in corso studi per verificare la possibilità di ottimizzare α

modificando le caratteristiche del conglomerato poroso in funzione dei

valori di Rs, Ω, K tali da rendere massimo il suo valore, garantendo

Fig.22 Strutura di un conglomerato poroso

45

comunque le altre proprietà meccaniche. Nelle indagini finora condotte è

stato evidenziato come α sia estremamente selettivo nei confronti della

frequenza: risulta molto elevato (≈ 1) per ben determinate frequenze, e

piuttosto basso (< 0.5) per la maggior parte dello spettro.

Fig.23 Tipico andamento del coeff. di assorbimento acustico

46

5.3.3 La caratterizzazione della rugosità delle pavimentazioni stradali

Diverse sono le caratteristiche influenzate in funzione della lunghezza

d’onda delle asperità e irregolarità della superficie stradale (fig.24).

DEFINIZIONE LUNGHEZZA D’ONDA CARATTERISTICHE SUPERFICIALI CARATTERISTICHE INFLUENZATE

Microtessitura λ< 0.5 mm - tessitura superficiale dei singoli - aderenza, asciutto o mediamente inerti bagnato - asperità (punte) dell’aggregato - usura del pneumatico - rumore esterno Macrotessitura 0.5 mm > λ > 50 mm - dimensione, forma e distribuz. - aderenza, in particolare nei degli inerti confronti dell’acquaplaning - drenaggio superficiale - usura del pneumatico - asperità (punte) dell’aggregato - resistenza di rotolamento - sottigliezza dei giunti - rumore esterno dovuto al contatto - numero delle fessure pneumatico-pavimentazione - striature - riflesione della luce Megatessitura 50 mm > λ > 5 m - buche - aderenza - ondulazione della superficie - resistenza di rotolamento - singoli fori sulla pavimentazione - controllo del veicolo ammalorata - danneggiamento del pneumatico - larghezza dei giunti (cls) - dann. e deterioramento del veicolo - dimensioni conci pav. in pietra - confort di guida (vibr. 10-350 Hz) - rumore esterno intermittente - rumore interno dovuto al contatto pneumatico-pavimentazione Irregolarità 5 m > λ > 40 m - buche - aderenza

- ondulazione della superficie - resistenza di rotolamento - singoli fori sulla pavimentazione - controllo del veicolo

ammalorata - danneggiamento del pneumatico - larghezza dei giunti (cls) -dann. e deterioramento del veicolo

- dimensioni conci pav. in pietra - confort di guida (vibr. 10-350 Hz) - irregolarità per la posa in opera - rumore esterno intermittente - danni da gelo - rumore interno dovuto al contatto pneumatico-pavimentazione - vibrazioni 0.1-350 Hz - danni agli edifici dovuti alle vibrazioni

Fig.24 Effetti delle asperità e delle irregolarità della superficie stradale

47

Dalla letteratura disponibile emerge la possibilità di descrivere in modo

completo una superficie stradale, attraverso la sola densità spettrale di

potenza, che può essere approssimata, in modo accurato, da una semplice

forma analitica. In un analisi dello spettro stradale presentato da MIRA,

risulta che tal funzione è del tipo:

℘ =℘

≤

℘

≥

−

−( )( ,

( ) ,

)

nn n

nn n

n nn

n n

w

w

00

0

00

0

1

2

dove n cicli metro01

2=

π/ è il coefficiente di rugosità (ossia il valore

assunto dalla funzione alla frequenza no).

La misura dei coefficienti proposti nell’ espressione precedente, consente una

classificazione delle superfici stradali in diversi gruppi. In figura è riportata

la tabella proposta da MIRA.

classe della strada ℘ (n0) campo

w1 media

w1 deviazione

w2 media

w2 deviazione

primarie molto buone 2-8 1.95 0.46 1.36 0.22 buone 8-32 1.95 0.46 1.36 0.22 medie molto buone 2-8 2.05 0.48 1.44 0.26 buone 8-32 2.05 0.48 1.44 0.26 medie 32-128 2.05 0.48 1.44 0.26 insufficienti 128-512 2.05 0.48 1.44 0.26 secondarie medie 32-128 2.28 0.53 1.42 0.26 insufficienti 128-512 2.28 0.53 1.42 0.26 scarse 512-2048 2.28 0.53 1.42 0.26

48

L’ espressione proposta da MIRA è' costituita da due rami continui

connessi in un punto, che corrisponde circa alla lunghezza d'onda di 6.3

m, Ciò implica per no un valore di circa ½ cicli/metro, e può essere

quindi assunto come un dato noto. Si è utilizzata l’unità di misura

cicli/metro per rendere indidendente la frequenza dalla velocità con cui il

mezzo sta viaggiando. La classificazione in base ai valori assunti da w1,

w2 e da ℘ (n0) è stata confermata da altri Autori e potrà costituire una

base su cui impostare future classificazioni delle pavimentazioni stradali.

Il ℘ (n0) rappresenta un coefficiente di rugosità di base e poichè esso è

espresso in termini di densità spettrale il rapporto dell'ampiezza della

rugosità tra due diverse pavimentazioni è proporzionale alla radice

quadrata dei loro rispettivi valori di ℘ (n0). Gli esponenti w1, w2 hanno

un significato completamente diverso. Per un dato valore di ℘ (n0) un alto

valore di w1 indica una strada con incrementi proporzionali di rugosità

alle lunghezze d'onda maggiori. Viceversa una strada con alti valori

dell'esponente w2 implica decrementi proporzionali alle corte lunghezze

d’onda.

49

5.3.4 Le pavimentazioni fonoassorbenti

Negli ultimi anni una possibile soluzione alla rumorosità deriva dalla

sperimentazione e dall'impiego di nuovi materiali nella realizzazione della

sovrastruttura stradale. Cio' ha portato allo sviluppo dei cosiddetti

"conglomerati drenanti-fonoassorbenti", caratterizzati dall'elevata

percentuale di vuoti residui (>20%) che le rende notevolmente efficaci nel

drenaggio e smaltimento delle acque superficiali. Questa peculiarità

rappresentava, fino a poco tempo fa, anche il loro limite, per le loro

ridotte caratteristiche meccaniche e in particolare per la minore resistenza

a fenomeni di fatica, stress tipico a cui sono soggette le pavimentazioni

stradali. Il loro uso era dunque limitato alle piste aeroportuali in cui è

necessario un rapido drenaggio, per le elevate velocità che rendono alto il

rischio di acquaplaning e dove non si temono fenomeni di fatica per il

ridotto numero dei cicli di carico.

L'impulso al loro sviluppo e applicazione anche in campo stradale è stato

l'avvento di una nuova classe di leganti ad alta resistenza, i cosiddetti

"bitumi modificati". Questi derivano dai bitumi tradizionali per

additivazione, secondo diversi processi, di polimeri che ne modificano la

50

struttura interna migliorandone notevolmente il comportamento reologico.

Le caratteristiche drenanti dei conglomerati aperti derivano dall'elevata

porosità efficace, ottenuta attraverso una discontinuità granulometrica,

ricca delle pezzature maggiori e priva di quelle intermedie. Ad esempio

una delle miscele impiegate è costituita da aggregati di pezzatura

compresa tra 0 e 14 mm, con discontinuità tra 2 e 7 mm e percentuali di

bitume variabili tra il 4% e il 5%. In genere però valori maggiori della

massima dimensione degli inerti determina, oltre che una maggiore

porosità, anche maggiori scorrimenti e una minore resistenza alle azioni

tangenziali, che nei conglomerati drenanti viene compensata dall'impiego

dei bitumi modificati, ad alta resistenza.

Le pavimentazioni drenanti, oltre ad assicurare il drenaggio dell'acqua,

ridurre il fenomeni di spray e acquaplaning, si sono rilevate

successivamente anche fonoassorbenti, caratteristica attribuita alla loro

elevata porosità, che influisce sia sul coefficiente di assorbimento, sia sul

meccanismo di produzione del suono ad alta frequenza. E' difficile

separare evalutare l'importanza relativa di questi due effetti, anche se

certamente la riduzione del rumore di rotolamento è dovuta

prevalentemente alle proprietà di assorbimento di tali pavimentazioni.

51

Una migliore conoscenza del fenomeno di generazione del rumore di

rotolamento consentirebbe di caratterizzare meglio queste pavimentazioni

e quindi aumentare il loro potere fonoassorbente.

Presso il Dip.Ing.Territorio dell’Università di Cagliari, è stata condotta

una ricerca per valutare il comportamento acustico di un mezzo pubblico

su alcuni diversi tipi di pavimentazioni stradali. Dalla figura è evidente

come le più rumorose, per il rumore all’interno del mezzo pubblico, sono

quelle con asperità più marcate, con livelli intorno a 79-80 dBA (selciato)

per arrivare a 69-70 dBA in quelle meno rugose (bitume recente).

Fig.25 Rumore all’interno di un mezzo pubblico su diversi tipi di pavimentazioni stradali

52

Il minor livello registrato si determina, sia perchè la pavimentazione ha asperità

inferiori, ma anche per la minor impedenza meccanica del conglomerato

bituminoso appena steso, rispetto ad uno vecchio o a quello di superfici lastricate

con pietra naturale.

Tali risultati sono stati confermati da simulazioni numeriche condotte con metodi

agli elementi finiti. Il mezzo impiegato durante la fase sperimentale è stato

oggetto di analisi strutturali finalizzate alla costruzione di un modello FEM

(Finite Element Method), sia della sua struttura sia della sua cavità acustica. Su

questo sono state compiute una serie di analisi armoniche e modali. L’input al

modello è rappresentato dalle asperità della strada (descritte fisicamente dal loro

power spectral density). I risultati sono in accordo con le successive analisi

sperimentali. Si dispone dunque di uno strumento di previsione del rumore

all’interno del mezzo pubblico, qualora sia sollecitato dalle sole asperità della

strada. Esistono però altre sorgenti, quali il motore, che possono diventare

importanti nei confronti del rumore interno solo se le volocità sono elevate,

situazione che non si verifica generalmente in ambito urbano.

Ciò che emerge, inoltre dall’analisi degli spettri, è che il rumore all’interno dei

veicoli è spostato verso le basse frequenze. Tale fatto si presta ad alcune

considerazioni. In primo luogo per limitare i livelli acustici si dovrebbero evitare

53

pavimentazioni stradali eccessivamente macrorugose e rigide. Un esempio

contrario a tale indicazione viene dagli interventi per il ripristino di piazze e

strade dei centri storici. Sempre più spesso si utilizzano superfici di ciottoli legati

con malta di cemento. Tali pavimentazioni, pur apprezzabili dal punto di vista

estetico, sono quanto mai rumorose, all’interno e all’esterno del veicolo. E'

certamente possibile utilizzare altri tipi di materiali lapidei, caratterizzati da

elementi in piani e posti in opera a giunti stretti.

Si è inoltre messo in evidenza, dalle misure compiute, che il bitume

appena steso risulta quello di minor rumorosità, e che con il trascorrere

del tempo tale caratteristica decade sino a raggiungere valori paragonabili

a quelli rilevati in strade in materiali lapidei. Ciò è dovuto agli interventi

di ripristino dei manti superficiali troppo dilazionati nel tempo, e allo

stratificarsi dei numerosi “rattoppi” causati delle attività manutentorie

sulle reti tecnologiche.

Nell’indagine si è stabilito anche quale e quanto stretto è il legame, tra il

rumore all’interno e le caratteristiche della pavimentazione. Per la

pavimentazione stradale e il rumore si ricorre generalmente ad una

rappresentazione mediante spettri: per la prima essa fornisce la

distribuzione dell’ampiezza delle asperità alle diverse lunghezze d’onda,

54

per la seconda descrive il livello alle diverse frequenze. Fissata la velocità

del veicolo è possibile passare dalle lunghezze d’onda delle asperità alla

frequenza con cui il mezzo sente tali sollecitazioni. La superficie mostrata

in figura descrive il legame trovato tra i due spettri: molto forte alle basse

frequenze (30÷300 Hz), sempre più debole al crescere della frequenza; in

altre parole la presenza di un'asperità, che sollecita il veicolo con una

determinata pulsazione, fa si che la stessa è presente anche negli spettri di

rumore. Al crescere della frequenza tale legame diventa incerto, e le cause

di rumore all’interno vanno ricercate in altri meccanismi.

Fig.26 Superficie di correlazione

55

Un’ulteriore considerazione riguarda al pavimentazioni drenanti-

fonoassorbenti (CDF). Queste hanno un’elevata porosità che consente un

rapido smaltimento delle acque meteoriche e conferisce contemporaneamente

un elevato coefficiente di assorbimento acustico. Purtroppo il conseguimento

di tali caratteristiche determina una maggiore rugosità superficiale,

soprattutto alle lunghezze d’onda minori, che come rilevato sono quelle che

generano la maggiore rumorosità all’interno; ciò è tanto più vero quanto

maggiore è la velocità. Il loro impiego nei centri urbani non è dunque

conveniente, in quanto il rumore deriva soprattutto dal motore e dagli organi

meccanici. Solo negli assi di scorrimento si possono raggiungere velocità tali

da renderle efficienti per l’abbattimento del rumore di rotolamento

all'esterno. Esiste qualche perplessità anche sul loro impiego in ambito

extraurbano, dove l’attenzione si rivolge all’interno al veicolo, e dove il

livello acustico generato è maggiore rispetto alle pavimentazioni tradizionali

meno rugose. Il loro impiego, per il controllo del rumore, si giustifica quindi

solo per quegli assi di scorrimento in area urbana, dove si raggiungono

velocità superiori a 60÷70 Km/h.

Si riportano in allegato alcune schede sugli interventi possibili sulla

strada e sulle caratteristiche del traffico.

56

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[41] Coni M., Il rumore all’interno dei mezzi pubblici. Influenza delle caratteristiche della strada” Atti del ConvegnoInternazionale Enviromental and Climate, Roma 4-7 marzo 1996.

Possibili interventi per la riduzione del rumore stradale

SCHEDA I RIDUZIONE DEL FLUSSO VEICOLARE

65 dB(A)

62 dB(A)

Dimezzare il flusso significa ridurre il livello equivalente di circa 3 dB(A) L’obbiettivo può essere perseguito attraverso interventi di pianificazione territoriale. La riduzione dell’inquinamento acustico viene individuta nei Piani Urbani del Traffico previsti dal Nuovo Codice della Strada, tra gli obbiettivi di importanza rilevante.


SCHEDA II INCREMENTO DELLA DISTANZA DALLA SORGENTE

65 dB(A)

62 dB(A) Raddoppiare la distanza tra il punto di ricezione e la sorgente significa ridurre il livello equivalente di circa 3 dB(A) L’obbiettivo può essere perseguito attraverso interventi di pianificazione territoriale. Nelle nuove progettazioni e negli adeguamenti di tracciato, se possibile allontanare la sede stradale dalle zona residenziale. La riduzione dell’inquinamento acustico viene individuta tra i obbiettivi da perseguire nel processo di Valutazione di Impatto Ambientale.


SCHEDA III RIDUZIONE DELLA VELOCITA’ MEDIA DELLA CORRENTE VECOLARE

V = 80 Km/h 65 dB(A)

V = 50 Km/h 62 dB(A) Ridurre la velocità d media del flusso di 10 Km/h significa ridurre il livello di 0.6-1.0 dB(A) (se veic. pesanti < 5-10%) L’obbiettivo può essere perseguito attraverso interventi di limatazione della velocità, o di pianificazione territoriale degli assi di scorrimento in area urbana. Se la percentuale di veicoli pesanti è maggiore del > 10%, si determinano livelli maggiori, ma questi rimangono invariati al cresere della velocità sino a 50-60 Km/h. Al di sopra di 60 Km/h il livello cresce in ragione di circa 1.0 dB(A) per ogni aumento di 10 Km/h della velocità.


SCHEDA IV RIDUZIONE DELLA PERCENTUALE DI VEICOLI PESANTI

50 % veic. pesanti 65 dB(A)

0 % veic. pesanti 60 dB(A) Ridurre la percentuale dei veicoli pesanti del 10% significa ridurre il livello di 1.0 dB(A) L’obbiettivo può essere perseguito attraverso lo studio e l’intervento sui percorsi camionabili o attraverso di pianificazione territoriale degli assi di scorrimento in area urbana.


SCHEDA V ELIMINAZIONE DELLE CAUSE CHE DETERMINANO CONDIZIONI DI FLUSSO INTERROTTO

65 dB(A)

63 dB(A) L’eliminazione delle cause che determinano condizioni flusso interrotto (semafori, intersezioni, immissioni, etc) riduce il livello acustico di 2.0 dB(A) L’obbiettivo può essere perseguito attraverso l’interventi per il decongestionamnto del traffico, eliminazione di tutti i punti di discontinuità che possono causare interruzioni al flusso.


SCHEDA VI TIPO DI SEZIONE 80 75 70

viadotto

80 75 70

a raso

80 75 70

in trincea

Il tipo di sezione influisce sul livello di rumore fino a 8 - 10 dB(A). L’obbiettivo può essere raggiunto nelle nuove progettazioni, e negli adeguamenti dell’esistente, preferendo sezioni in trincea rispetto a quelle a raso e in viadotto.


SCHEDA VII TIPO DI PAVIMENTAZIONE STRADALE a s c i u t t o b a g n a t o CALCESTRUZZO IRRUVIDITO

81 dB(A) 82 dB(A) CONGLOMERATO BITUMINOSO CHIUSO

77 dB(A) 80 dB(A) CONGLOMERATO BITUMINOSO DRENANTE

73 dB(A) 74 dB(A) Certi di pavimentazioni producono una maggiore rumorosità di rotolamento, che può essere ridotta, con l’impiego di particolari manti fonoassorbenti, mediamene di 3.0- 4.0 dB(A). Tali riduzioni diventano di 6-8 dB(A) rispetto a pavimentazioni che presentano forti asperità (lapidee o in genere sconnesse). L’obbiettivo può essere perseguito attraverso l’impiego di manti con un elevato coefficiente di assorbimento acustico, evitanto in genere gli aggregati di pezzatura maggiore. Particolare attenzione deve essere posta alla manutenzione, programmandone gli interventi nel tempo, in quanto si è visto come buoni risultati si ottengano con bitumi nuovi che presentano un ridotto coefficiente di riflessione e un maggiore impedenza meccanica..


SCHEDA XVIII RIDUZIONE DELLA PENDENZA LONGITUDINALE

i = 8%

65 dB(A)

i = 2%

63 dB(A) Ridurre la pendenza longitudinale della strada del 1% significa ridurre il livello di 0.3-0.4 dB(A) L’obbiettivo può essere perseguito attraverso interventi sulla configurazione altimetrica della strada ed evitando forti pendenze nelle zone che protette. Tale parametro dipende in modo molto sensibile dalla percentuale di veicoli pesanti

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