Modello di calcolo

I modelli previsionali permettono l'effettuazione di una serie di operazioni che possono essere così riassunte:

- ottenere, con buona approssimazione, una mappatura acustica attuale delle aree interessate dalla presenza dall’infrastruttura di trasporto (con un notevole risparmio di risorse umane che si dovrebbero impegnare nei monitoraggi acustici in campo);

- ottenere mappature acustiche su scenari futuri, come nel caso dell’aumento dei transiti giornalieri dei convogli ferroviari;

- valutare l’efficacia degli interventi di mitigazione del rumore;

- ottimizzare le caratteristiche geometriche e acustiche delle barriere antirumore;

- ottenere delle rappresentazioni grafiche per un facile raffronto tra la situazione ante e post-opera.

Nella definizione del progetto è stato impiegato un modello di calcolo, in grado di tenere conto degli effetti legati al processo di generazione e propagazione del rumore prodotto dal traffico ferroviario. Il modello utilizzato, operante in ambiente Windows, è denominato MITHRA v. 3.1 ed è stato sviluppato dal CSTB di Grenoble.

Nel presente progetto, tuttavia, come precedentemente anticipato, per poter caratterizzare l’emissione della sorgente sonora della linea ferroviaria, nonché per tarare il modello di simulazione impiegato, è stato necessario procedere preventivamente ad una serie di rilevamenti fonometrici lungo la linea ferroviaria. Tali rilevamenti si distinguono in:

- rilevamenti fonometrici nei punti di riferimento (PR);

- rilevamenti fonometrici nei punti significativi (PS).

Rilevamenti fonometrici nei punti di riferimento (PR)

Il microfono, nei punti di riferimento (PR), è stato collocato ad una distanza di 7,5 metri dal binario più esterno e ad un’altezza di 1,5 metri dal piano del ferro. Tali punti si sono trovati, per quanto possibile, in situazione di campo sonoro libero ovvero ad una distanza di almeno 3 metri da qualsiasi superficie riflettente.

Per un tratto di linea di almeno 150 metri, a monte e a valle del punto di misura, è stata determinata la condizione del punto di misura: stato del binario, presenza di eventuali giunti di rotaia o di scambi ed incroci, tipo di traversine, proprietà acustiche del terreno circostante (fonoassorbente o fonoriflettente).

Nei punti di riferimento è stato necessario procedere al rilevamento contemporaneamente delle velocità di transito dei singoli convogli ferroviari. In particolare, sono stati rilevati i seguenti parametri relativi all’evento sonoro determinato dal transito del treno:

- ora di transito (hh : mm : ss);

- velocità di transito;

- lunghezza;

- direzione di transito;

- durata del transito in secondi;

- tipologia del convoglio;

- spettro in ottave del Leq (livello continuo equivalente) in dB(Lin) riferito alla durata del transito;

- SEL (Single Event Level) in dB(A).

Attraverso il prospetto dei transiti è stato possibile associare ad ogni convoglio la corrispondente tipologia: viaggiatori (Espressi, EuroCity, InterCity, EuroStar, Interregionali, Regionali) e merci.
 

Rilevamenti fonometrici nei punti significativi (PS)

Nei punti significativi (PS) le unità microfoniche sono state poste in corrispondenza di edifici ad altezza di 23 metri dal suolo o, dove possibile, sui balconi delle abitazioni.

Per ogni punto di riferimento PR sono stati previsti 3 punti significativi PS; la distribuzione spaziale di questi ultimi ha tenuto conto dell’orografia della zona, della presenza di altre sorgenti di rumore e del fatto che i livelli sonori indotti dal traffico ferroviario dovevano comunque essere chiaramente identificabili.

La durata delle misure nei vari punti PS ha consentito di rilevare un numero sufficiente di transiti di convogli per ciascuna tipologia.

Per ogni evento sonoro generato dal transito dei treni sono stati misurati:

- ora di transito (hh : mm : ss);

- durata del transito in secondi;

- LAeq,Te (livello continuo equivalente) in dB(A) riferito alla durata del transito;

- SEL(A) (Single Event Level) in dB(A).
 

Elaborazione dei dati nei punti di riferimento

I valori delle grandezze acustiche misurati nei punti PR sono stati oggetto di analisi statistica, finalizzata a caratterizzare sia l’emissione sonora delle singole sorgenti sia l’immissione negli stessi punti PR. In particolare, attraverso un opportuno programma di elaborazione dei dati fonometrici è stata eseguita l’analisi della time-history che, con gli orari forniti dal sistema di rilevamento della velocità, ha permesso di individuare i profili sonori dei singoli eventi e di determinare lo spettro del livello continuo equivalente sonoro per le bande d’ottava comprese tra 31,5 Hz e 16 KHz, nonché il valore complessivo del LAeq ed il SEL(A).

La durata dell’evento Te (tempo di esposizione) è stata determinata secondo i criteri della definizione convenzionale, ovvero a 10 dB(A) al di sotto del Lmax, in modo da determinare il Leq sul tempo di esposizione (Leq,Te).

L’individuazione dei singoli eventi è stata eseguita manualmente (anziché automaticamente con le funzioni previste nel programma di elaborazione) per avere una diretta osservazione dei fenomeni acustici, escludendo quei profili sonori caratterizzati da eventi accidentali quali frenate, incrocio di due treni, fischi, ecc.

Per ciascun punto di misura PR sono stati calcolati i valori di immissione, espressi in LAeq,d e LAeq,n, come sommatoria dei contributi energetici [SEL(A)] dei singoli transiti avvenuti nei due periodi di riferimento, normalizzata alla durata in secondi degli stessi periodi. Tuttavia, nei casi in cui, per problemi tecnici, il monitoraggio non è stato completato sulle 24 ore, è stata eseguita la media aritmetica dei SEL(A) per ciascuna tipologia di convoglio, normalizzandola al numero totale di transiti diurni e notturni.

I valori di immissione così determinati sono stati impiegati per eseguire la “taratura primaria” del modello.

Elaborazione dei dati nei punti significativi

Dall’evoluzione temporale dei livelli di rumorosità rilevati nei punti PS e con gli orari forniti dal sistema di rilevamento della velocità sono stati individuati i profili sonori dei singoli eventi, determinandone i relativi SEL(A).

Per l’individuazione dei singoli transiti si è adottato il criterio precedentemente descritto per la caratterizzazione dell’evento nel tempo di esposizione (Te), ovvero a 10 dB(A) al di sotto del Lmax.

I valori di SEL(A) ottenuti nei punti PS sono stati sottratti ai relativi valori di SEL(A) rilevati nei punti PR, ricavando l’attenuazione sonora media.

Nei punti PS i valori di LAeq,d e LAeq,n sono stati ottenuti sottraendo l’attenuazione sonora media (dovuta alla propagazione) ai corrispondenti livelli diurni e notturni rilevati in PR.

Commento e sintesi dei risultati

Dai risultati delle indagini fonometriche eseguite nei punti PR si evince che i LAeq notturni rilevati risultano sempre superiori a quelli diurni, a causa della diversa composizione del traffico notturno ovvero per la prevalenza di treni merci (circa 84% sui transiti complessivi), che sono più rumorosi rispetto alle altre tipologie.

Inoltre, si osserva che mentre il Leq mostra una dipendenza dalla velocità del convoglio, la composizione spettrale del rumore ne è poco influenzata.

Generalmente si può affermare che al crescere della velocità si ha un contenuto spostamento delle frequenze emesse verso valori più elevati, senza peraltro avere una modificazione significativa della forma dello spettro.

Analizzando la composizione spettrale delle varie tipologie di convogli si osserva una predominanza delle frequenze medio-alte (da 500 a 2000 Hz). In altre parole il LAeq non si discosta in modo significativo dal Leq (lineare).

Nelle tabelle di seguito riportate sono indicati a titolo esemplificativo i risultati ottenuti con le misurazioni in campo presso uno dei quattro siti di rilevamento. Le tabelle riportano per ciascun sito di misura i valori di LAeq, relativi al periodo diurno e notturno, prodotti dal solo traffico ferroviario nel punto PR e nei punti PS, i valori medi di attenuazione del SEL(A) - dovuti agli effetti di propagazione sonora tra i punti PR e i punti PS -, le velocità medie di transito, per le diverse tipologie di treni nelle due direzioni di transito (EC=EuroCity; EX=Espressi; ES=EuroStar; IR=Interregionale; M=Merci; R=Regionale), e i SEL(A) medi per tipologia di treno.

Monitoraggio in località Roncafort di Trento

Costruzione del database dei treni

Per creare il database della potenza sonora, distinto per tipologia di convoglio, sono stati considerati i dati rilevati nei quattro punti PR per i soli transiti relativi al binario vicino (7,5 metri di distanza dal microfono), seguendo le indicazioni fornite dal manuale tecnico del programma previsionale.

Applicando la formula di seguito riportata si sono ottenuti gli spettri di Leq,h (livello equivalente orario).

dove: Te è il tempo di esposizione in secondi, Leq,Te è il livello equivalente sul tempo di esposizione.

La scelta di utilizzare il Leq,Te (sul tempo di esposizione Te) è supportata dal fatto che esso appare come l’indicatore più idoneo a fornire dei valori di emissione sonora più realistici. Infatti, la procedura descritta nel manuale tecnico del programma utilizza Lmax per bande d’ottava (al posto del Leq,Te), e tende quindi a polarizzare l’emissione sonora verso valori più alti, in quanto al transito del convoglio viene associato un livello medio che è pari al valore di Lmax.

Per ogni tipologia di convoglio sono state inoltre determinate le velocità medie di transito e le lunghezze medie.

Utilizzando il modulo Mithra Identification sono stati determinati, a partire dagli spettri di Leq,h, gli spettri di potenza acustica lineare (Lw/m); sono stati infine calcolati gli spettri di potenza acustica (LW) con la seguente formula:

dove: Lw/m è la potenza acustica lineare per ogni singola frequenza, nb il numero di carelli e v la velocità di transito del convoglio espressa in Km/h.

La potenza acustica, così determinata, è riferita ad ogni singola sorgente sonora (carrello) del convoglio, per ottenere, se necessario, l’evoluzione temporale dei singoli transiti.

Per le finalità del presente progetto si è deciso di caratterizzare l’emissione sonora complessiva dei convogli, anziché quella specifica di ciascuna carrozza o locomotore. Questa semplificazione ha consentito di facilitare le operazioni di rilevamento e di determinazione della potenza sonora dei convogli; per contro, il database così costruito è dedicato all’esclusiva valutazione della tratta ferroviaria trentina, e non permette all’utilizzatore di “costruire” la composizione di specifici convogli.

Nella tabella di seguito riportata sono indicati i valori di potenza sonora, suddivisi per tipologia di convoglio, utilizzati per il popolamento del database.

Dati di traffico ferroviario

La valutazione di impatto acustico è stata eseguita considerando la situazione di traffico attuale (scenario 1999) e quella derivante dal futuro potenziamento della linea ferroviaria (scenario 2010).

In particolare, nelle tabelle sotto riportate è indicato il numero di convogli con la ripartizione per i periodi diurno e notturno e la distinzione per tipologia e direzione, relativo agli scenari attuale e futuro.

Le velocità medie di percorrenza per tipologia di convoglio, ove non rilevate, sono ricavate dal confronto fra le velocità massime consentite e quelle rilevate nei relativi punti di monitoraggio. Si è osservato, infatti, che i treni merci hanno una velocità media di percorrenza pari al 80% rispetto a quella massima consentita; per i treni passeggeri tale percentuale sale al 90%, mentre per i pendolini è pari al 100%.

I tratti di linea aventi una differenza di velocità superiore a 30 Km/h sono stati raccordati inserendo un tratto di 500 metri con velocità intermedia.

 

Taratura del modello

La capacità del modello previsionale di fornire valori calcolati coerenti con quelli reali è strettamente legata alla qualità dei dati inseriti, specie per quanto riguarda il numero di convogli ferroviari.

La fase di taratura consiste nel confrontare i livelli di rumorosità diurni e notturni, rilevati nei punti di misura PR e PS, con quelli calcolati dal programma previsionale nei medesimi punti.

Le operazioni di taratura si distinguono in primaria e secondaria. La taratura primaria è stata effettuata confrontando i valori di LAeq diurni e notturni nei punti PR e, laddove necessario, correggendo i dati di potenza sonora del database affinché i valori calcolati si avvicinassero ai valori misurati. La taratura secondaria, ottenuta dal confronto dei valori di LAeq diurni e notturni con i rispettivi valori calcolati, ha invece permesso di considerare gli effetti dovuti alla propagazione sonora.

In particolare, nei punti PR il modello previsionale ha fornito dei valori di rumorosità diurni e notturni comparabili con quelli rilevati. Pertanto non si è reso necessario eseguire alcuna modifica ai valori di potenza sonora utilizzati.

Relativamente ai punti PS, le differenze fra valori calcolati e valori misurati sono di norma risultate sovrastimate da 1 a 3 dB(A). Anche in questo caso non si è ritenuto necessario procedere ad una correzione dei parametri impiegati dal modello di calcolo.

Individuazione degli interventi di riduzione del rumore ferroviario

Al termine dell’elaborazione dei dati, attraverso la valutazione dei livelli di rumorosità calcolati e alla luce delle considerazioni di seguito riportate, è stato possibile individuare le aree che necessitano di interventi per la riduzione del rumore.

Tenuto conto che nel periodo notturno i limiti di immissione stabiliti dal legislatore risultano inferiori di 10 dB(A) rispetto a quelli diurni, e i livelli rilevati nel periodo notturno sono superiori a quelli diurni di circa 3 dB(A) a causa della forte presenza di traffico merci, il problema della riduzione del fonoinquinamento è stata risolto analizzando esclusivamente la situazione notturna dello scenario previsto per l’anno 2010.

Nella tabella successiva sono indicate le località presso le quali è stata prevista la realizzazione di barriere antirumore. Per ogni barriera è indicato l'indice di priorità, il tipo di barriera (A=assorbenti, T=trasparenti), l’altezza, la località e la lunghezza complessiva e il costo. La distanza dalla mezzeria del binario, pari a 4,5 metri, è stata considerata costante per tutti gli interventi programmati.

Individuazione delle priorità

Al fine di ottimizzare la programmazione degli interventi è consigliabile che la realizzazione delle barriere antirumore sia effettuata definendo le priorità, in modo da privilegiare le opere di protezione previste nelle aree caratterizzate da elevati superamenti dei limiti e da un’elevata concentrazione di popolazione residente.

Nel caso specifico queste informazioni sono state ottenute seguendo le indicazioni generali fornite nella bozza di decreto per la determinazione di criteri omogenei, ai fini della realizzazione dell’attività di risanamento dall’inquinamento acustico prodotto dall’esercizio delle infrastrutture per i trasporti. Più specificatamente, l’algoritmo descritto nella citata bozza di decreto è stato adattato alla fattispecie in studio mediante l’applicazione della seguente.

dove: 60 rappresenta il valore limite di immissione sonora notturno in dB(A), relativo alla fascia “A” definita dal D.P.R. 18 novembre 1998, n. 459; LMi rappresenta la media dei tre LAeq notturni, aventi valore più elevato, presenti nella sezione i-esima di censimento in esame; Ri è la popolazione residente nella i-esima sezione di censimento; n è il numero di sezioni di censimento interessate dalla barriera.

Le informazioni relative al numero di residenti lungo la linea ferroviaria sono state ricavate dal Sistema Informativo Territoriale, utilizzando i dati associati alle sezioni di censimento relativi all’anno 1991.

La sezione di censimento, in molti casi, ha una superficie più estesa della fascia “A” della ferrovia. In questi casi la popolazione residente nella fascia è stata calcolata come valore percentuale, rispetto al valore complessivo della popolazione residente nella sezione di censimento.

Conclusioni

Le considerazioni finali che si possono trarre circa l'utilizzo di un modello previsionale, in modo particolare nell'ambito di un applicazione su grande scala, sono sicuramente positive in relazione alla necessità di ottimizzare interventi che impegnano i gestori delle infrastrutture per il trasporto con cifre nell'ordine di diversi miliardi.

Pertanto, l'impegno profuso nella realizzazione di un progetto preliminare, volto a orientare la successiva progettazione esecutiva, è indispensabile per poter effettuare investimenti con un'ottimale rapporto costo/benefici, che non significa, comunque, il dover esasperare le valutazioni di tipo previsionale ai livelli di precisione proposti dal W.G. n° 3 "Computation and Measurements" della Comunità Europea.

E' infatti alquanto discutibile la proposta di porre come obiettivo differenze misura/previsione dell'ordine di 0,5 dB(A), poiché si scontra con l'impossibilità di disporre nella maggior parte dei casi di informazioni sufficientemente precise (territoriali, dell'infrastruttura, acustiche e meteorologiche). Inoltre, analisi su grande scala eseguite con tale limitazione determinerebbero un esagerato aggravamento dei costi degli studi previsionali.

Differenze di 2¸3 dB(A), a distanze superiori a 100 metri, sono quindi risultati che si possono considerare accettabili, purché chi li ottiene sia consapevole anche dei limiti, oltre che delle potenzialità, dei modelli previsionali utilizzati in ambiente esterno.

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