Interventi attivi

Riduzione del rumore ferroviario alla fonte

La conoscenza dei meccanismi di origine del rumore ferroviario è, ovviamente di fondamentale importanza ai fini delle possibilità di sviluppare efficaci sistemi di limitazione e controllo dell'emissione sonora applicabili direttamente sulla sorgente, ovvero di ricorrere a quell'insieme di presidi tecnologici che di solito si definiscono interventi attivi. Essi hanno il notevole pregio di far conseguire risultati di rilevante interesse ai fini delle risoluzioni di un qualsiasi problema di eccesso di rumorosità. Nel caso specifico, gli interventi attivi sono quelli che in misura massima ottimizzano il rapporto costi-benefici dell'attività di bonifica acustica del territorio.

I presidi tecnologici per la riduzione del rumore di origine ferroviaria sono molteplici e dal punto di vista acustico mostrano una buona efficacia.

Restano tuttavia ancora irrisolti alcuni problemi legati alla loro "ingegnerizzazione" ovvero alla possibilità di effettiva applicazione previa la loro introduzione nei progetti dei rotabili di nuova costruzione o il loro adattamento ai rotabili esistenti, eliminando eventuali "effetti collaterali indesiderati" che possono essere in contrasto con altri vincoli di tipo meccanico, di manutenzione, di verifica, di sicurezza di esercizio, ecc..

La causa principale del rumore ferroviario è il rotolamento. Questo rumore si forma in seguito a lievi irregolarità delle ruote e delle rotaie che, per questo motivo, vibrano. I più rumorosi sono i vecchi vagoni ferroviari dotati di freni a ceppi in ghisa. Questi ultimi, durante la frenata, esercitano una pressione sulla superficie di rotolamento delle ruote d'acciaio che provoca un loro irruvidimento e, quindi, causa il rumore

Mitigazione sull'infrastruttura

I difetti sulla superficie dei binari e la giuntura delle rotaie costituiscono le cause maggiori di produzione di rumore e vibrazioni durante il passaggio dei convogli ferroviari.

Per ridurre i fastidiosi rumori provocati dal passaggio di treni su binari si possono impiegare le traversine con "suola fonoassorbente" in Baypren 110. Questa gomma coloroprenica della Bayer smorza i rumori e le vibrazioni meccaniche e inoltre attutisce anche gli urti. Il materiale altamente sollecitabile è dotato di un eccellente resistenza agli agenti atmosferici (alle basse temperature non presenta indurimenti da cristallizzazione) che consente alla gomma di conservare le sue tipiche caratteristiche elastometriche.

L'elemento al quale sono fissate le rotaie è formato da una traversina in calcestruzzo adagiata su un blocco di Baypren di dimensioni adeguate. Esempi pratici dell'applicazione di questi elementi sono la ferrovia urbana di Zurigo e la stazione dell'aeroporto di Zurigo-Kloten.

Trattamenti estensivi alle rotaie, quali l'annegamento del profilo in elastomeri sintetici o l'applicazione di smorzatori dinamici applicati al fungo, sono largamente utilizzati ma confinati alle sole applicazioni cittadine o suburbane. In ogni caso il costo è particolarmente elevato nel caso di adeguamento della rete esistente, dato che queste misure richiedono adattamenti sostanziali in linea o addirittura sostituzioni di interi tratti di linea.

Mitigazione sul materiale rotabile

Interventi sul sistema frenante

La situazione descritta nel capitolo precedente trova piena conferma nei risultati delle misure fonometriche, effettuate dalle Ferrovie dello Stato S.p.A. - Unità inquinamento fisico -, su treni InterCity ordinari nel corso di una ricerca finalizzata alla "Limitazione e controllo del rumore ferroviario". Gli andamenti dei livelli di pressione sonora, raccolti nella ricerca, presentano dei tipici profili "a gradino" con una differenza del livello sonoro medio dell'ordine di 8-10 dB(A). Il gradino più basso corrisponde al livello sonoro indotto dal transito delle carrozze di seconda classe, il più alto a quello delle carrozze di prima classe. Il diverso comportamento è attribuibile al sistema di frenatura: solo a dischi per le carrozze di seconda classe, a dischi e ceppi per quelle di prima.

Dai risultati ottenuti appare evidente la necessità di eliminare il più possibile i freni a ceppi e di introdurre i freni a dischi sul nuovo materiale rotabile, ma, possibilmente, anche sul vecchio, attraverso una graduale sostituzione del sistema di frenatura.

Una prima analisi del problema evidenzia la possibilità tecnica per una introduzione della frenatura a dischi sul materiale viaggiatori esistente, mentre permangono difficoltà per il materiale merci. Quest'ultimo infatti, per almeno il 50% proviene da amministrazioni estere ed è costruito secondo norme stabilite in sede internazionale che devono essere rispettate per garantire l'interscambio del materiale rotabile.

Nell'ipotesi di una completa eliminazione dei freni a ceppi su tutte le carrozze, è possibile ipotizzare una riduzione del livello sonoro associato al transito del treno quantificabile in 8-10 dB(A). Occorre tuttavia tener conto che con i freni a disco, in condizioni medie di esercizio si ha un incremento di livello sonoro di 2-3 dB(A) rispetto alla condizione di cerchioni nuovi. Pertanto la riduzione netta di livello sonoro è pari a circa 5-7 dB(A). Il beneficio che si ottiene in termini di abbassamento del livello equivalente continuo su un determinato periodo temporale (diurno o notturno), dipende naturalmente da numero dei convogli "bonificati" rispetto al traffico totale che circola sulla linea nel periodo considerato.

Interventi sulle ruote

Normalmente gli interventi sulle ruote sono da preferire a qualunque altro visto il minor costo e l'efficacia distribuita sul territorio nonché a bordo del veicolo. Sfortunatamente la ruota, come organo di sicurezza principe, deve sottostare a vincoli molto severi sotto altri riguardi, per cui le possibilità di intervento sono assai ridotte.

Generalmente gli interventi sulle ruote sono essenzialmente limitati a:

- progettazione di ruote standard con particolare attenzione al problema acustico;

- progettazione di ruote speciali (composte);

- in sonorizzazione delle ruote standard con l'impiego di elementi applicati alla cartella o alle zone immediatamente vicine al cerchione.

Relativamente alla progettazione delle ruote standard la moderna tecnologia consente di produrre ruote dalla massa notevolmente inferiore a qualche anno fa, grazie anche all'uso di elaboratori CAD/FEM che consentono di ottimizzare il campo di tensioni all'interno della ruota garantendo le volute rigidezze radiale ed assiale. tuttavia, nonostante gli sviluppi della modellazione a tutt'oggi una ruota tradizionale e silenziosa non esiste.

Per lo specifico problema di riduzione del rumore e delle vibrazioni sono state progettate delle ruote speciali. Generalmente queste ruote possono essere classificate in due classi: ruote resilienti e ruote smorzate.

Le ruote resilienti sono state inizialmente sviluppate per ridurre la tensione tra la ruota e la rotaia introducendo del materiale elastico tra il cerchione e l'asse. Tale sistema si è tuttavia dimostrato efficace anche per la riduzione del rumore aereo, delle vibrazioni, nonché del rumore interno alle carrozze.

Le ruote smorzate sono principalmente impiegate per la riduzione del rumore impulsivo prodotto dalla presenza di scambi o giunzioni.

La ruota a più elementi ha un duplice vantaggio: interrompe il percorso delle vibrazioni dal punto di contatto al centro ruota (la variazione di impedenza è enorme, per cui le vibrazioni restano confinate al solo cerchione che ha bassa efficienza di radiazione e superficie limitata) e riduce l'impedenza puntale della ruota in senso radiale (la ruota appare più "morbida" sia perché la massa da spostare è minore sia perché lo smorzamento introdotto dalla gomma riduce i picchi delle risonanze che sono elevatissimi nelle ruote tradizionali).

Nella seguente tabella sono riportati i risultati della sperimentazione eseguite su tre tipi di ruota (SAB Resilient, Acousta Flex Resilient, Penn Cushion Resilient). Tutte e tre le tipologie di ruota utilizzano materiali elastici inseriti tra la ruota e il mozzo, per isolare le vibrazioni generate tra la superficie di contatto e il mozzo.

Le sperimentazioni, come peraltro si evince dai dati riportati in tabella, sono state eseguite su un tracciato rettilineo e uno in curva. I livelli di rumorosità sono stati ottenuti con una media di 6-12 transiti e normalizzati alla velocità di 60Km/h. Le misure sono state eseguite lungo la linea ferroviaria e all'interno dei vagoni. I valori riportati sono stati ottenuti dalla differenza tra i livelli di rumorosità prodotti da ruote normali e quelle composte.

In particolare, relativamente ai punti di misura lungo la linea ferroviaria, si può osservare che le tre ruote testate garantiscono una modesta riduzione della rumorosità nei tratti rettilinei mentre riduzioni comprese da 3 dB(A) a 10 dB(A) si manifestano solo tratti in curva.

Il fatto di avere soluzioni con più parti, siano esse oggetti applicati a ruote tradizionali o ruote composte comporta probabili riduzioni di affidabilità e sicurezza. In generale i gestori di materiale rotabile vorrebbero rotabili senza deterioramento nel tempo delle condizioni di sicurezza. Attualmente i problemi sopra esposti precludono l'utilizzo di questi dispositivi sui convogli ad alta velocità.

In alternativa alla soluzione della ruota composta è bene ricordare la ricerca svolta dal Centro Ricerche e Sviluppo Lucchini CRS relativa la "Progetto ruota Syope". Tale ruota è studiata per allestire sale montate silenziate con frenatura a dischi per normali carrozze passeggeri e carrozze ad alta velocità.

La sala montata è costituita dall'asse delle ruote che entra nel mozzo e intorno al quale la ruota gira e dalle ruote.

La riduzione del rumore da rotolamento è ottenuta rivestendo i due lati della cartella (piastra di collegamento fra cerchione e mozzo) con uno speciale pannello. Il pannello, dallo spessore di 2¸3 mm è costituito da una lamina di acciaio o alluminio e da uno speciale strato di materiale viscoelastico biadesivo, consente il montaggio sulle ruote già in produzione. Le procedure di manutenzione delle ruote Syope (controlli visivi, controlli U.S., riprofilatura) non variano rispetto a quelle già in uso per le ruote standard; inoltre non sono richieste ulteriori operazioni di manutenzione legate alla presenza dei pannelli.

Il Gruppo Lucchini ed in particolare lo stabilimento siderurgico di Lovere produce anche ruote composte da impiegare su tram e metropolitane di superficie, o più in generale su convogli non troppo veloci. Queste ruote potrebbero essere impiegate sulle linee secondarie.

Interventi sugli impianti ausiliari

Nell'attraversamento dei nodi urbani o in prossimità delle stazioni di fermata, generalmente il rumore di rotolamento si riduce a causa della bassa velocità di transito. Diventa allora percepibile in misura preponderante il rumore generato dai sistemi di ventilazione delle locomotive. La necessità di limitare il rumore ferroviario all'interno delle aree urbane dove il problema è accentuato dall'elevata concentrazione di possibili soggetti disturbati, ha indotto ad estendere la ricerca sulla possibilità di ridurre l'energia acustica. In particolare, le ricerche effettuate dalle Ferrovie dello Stato S.p.A., hanno dimostrato che il passaggio di treni IC in normale assetto di marcia e con pantografo abbassato (motori di trazione, sistemi di ventilazione e di condizionamento dell'aria nelle carrozze non in funzione) produce differenze sui livelli di rumorosità quantificabili in circa 2dB(A). Pertanto, sono allo studio dei provvedimenti da introdurre sul materiale di trazione con lo scopo di individuare dei ventilatori meno rumorosi, definire il posizionamento più opportuno delle prese d'aria, regolare la potenza dei ventilatori in funzione delle reali necessità di smaltimento del calore tramite dei sistemi automatici di controllo della temperatura con conseguente parzializzazione della ventilazione.

 

Interventi combinati carrello - barriere basse

La cassa è la parte del rotabile che contiene il carico utile; all'interno è attrezzata secondo l'uso del rotabile: merci, viaggiatori, equipaggiamento di trazione. Alla cassa possono essere applicati, in prossimità dei carrelli, degli schermi che coprono il centro ruota e consento in tal modo di abbattere il rumore in maniera passiva. Peraltro tali sistemi possono avere una migliore efficacia se combinati con la realizzazione di barriere basse (altezza di 1,2-1,3 metri sul p.f. e distanti 2 metri dall'asse del binario).

Secondo lo studio condotto dalle Ferrovie dello Stato S.p.A. - Unità inquinamento fisico - si osserva che la barriera, in assenza degli schermi sui carrelli, riduce il rumore di circa 5¸6 dB(A); tuttavia in presenza degli schermi la riduzione può arrivare anche a 10¸11 dB(A). Si tratta di un effetto molto interessante poiché il sistema combinato barriera bassa-schermo sui carrelli lavora in sinergia. In pratica quando la barriera funziona meglio ossia maggiore attenuazione per i transiti sul binario vicino, l'effetto supplementare degli schermi è modesto. Al contrario quando la barriera funziona meno bene, ossia minore attenuazione per i transiti sul binario lontano, l'effetto degli schermi è maggiore. La barriera bassa e gli schermi sui carrelli funzionano in modo complementare, pertanto è possibile ottenere dalla barriera una riduzione del rumore dell'ordine dei 10¸11 dB(A) sia per i treni che passano sul binario vicino sia per quelli che passano sul binario lontano, eliminando in tal modo la riduzione di efficacia di abbattimento del rumore delle barriere verso le sorgenti sonore più distanti da essa.

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