Fondamenti di Acustica
Gianfranco Cellai Simone Secchi
Università degli Studi di Firenze Dipartimento Dipartimento di Processi e Metodi della Produzione Edilizia
PREM PR EMES ESSA SA AL CORS CO RSO O ...............................................................................................................................................................4 1. RICHIA RIC HIAMI MI DI ACUST ACU STICA ICA FISICA FISI CA ........................................................................................................................................5 1.1 LA PROPAGAZIONE DEL SUONO NEI MEZZI ELASTICI .........................................................................................................9 2. PRINCIP PRI NCIPALI ALI GRANDEZZ GRA NDEZZE E ACUS AC USTIC TIC HE............. HE................... ............ ............ ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ ..........11 ....11 ESERCITAZIONE ...........................................................................................................................................................................13 3. I LIVEL LI VELLI LI SONO SO NORI: RI: IL DECIB DE CIBEL EL .......................................................................................................................................14 ESERCITAZIONE ...........................................................................................................................................................................16 3.1 P ROPAGAZIONE DEL SUONO IN CAMPO LIBERO................................................................................................................17 ESERCITAZIONE ...........................................................................................................................................................................18 3.2 EFFETTI DELLA DEL LA DIRETTIVITÀ DELLA SORGENTE SORGENTE ..............................................................................................................18 3.3 LA PROPAGAZIONE SONORA IN AMBIENTE ESTERNO.......................................................................................................19
3.3.1 Attenuazione Attenuazione per effetto suolo suolo ....................................... ........................................................... ......................................... .......................... ..... 23 3.3.2 Attenuazione Attenuazione per assorbimento assorbimento dell’aria e condizioni condizioni atmosferiche atmosferiche ........................... ........................... 26 3.3.3 Attenuazione Attenuazione per barriere vegetali ........................................ ............................................................ ....................................... ................... 28 3.3.4 Attenuazione Att enuazione per barriere..................................... barriere......................................................... ......................................... .................................... ............... 30 ESERCITAZIONE ...........................................................................................................................................................................35
4. ANALISI A NALISI ACUSTICA ACUST ICA E VARIABILITÀ VARIAB ILITÀ DEL DE L LIVELLO LI VELLO SONORO NEL TEM T EM PO ...... ......... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...35 35 ESERCITAZIONE ...........................................................................................................................................................................39 5. RICHIAMI DI ACUSTICA ACUSTIC A PSICOFISICA: GRANDEZ ZE PSIC OACUST OAC USTICH ICHE E ...... ......... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....39 .39 5.1 LIVELLO SONORO IN D B(A)................................................................................................................................................41 ESERCITAZIONE ...........................................................................................................................................................................43 6. STRUMENT STRU MENTAZIO AZIONE NE E MISURA MIS URA DEL RUMORE RUM ORE ............ .................. ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ ........44 ..44 6.1 I NFLUENZA NFLUENZA DEL DEL CAMPO SONORO: L’AMBIENTE REALE ..................................................................................................46 7. ACUSTICA ACUSTI CA ARCHITET ARCHIT ETTON TONICA ICA:: IL SUONO SUON O NEGLI NEG LI SPAZI CHIUSI C HIUSI ............ .................. ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ .........48 ...48 7.1 TEMPO DI RIVERBERAZIONE ...............................................................................................................................................54 7.2 M ATERIALI FONOASSORBENTI ...........................................................................................................................................57 ESERCITAZIONE ...........................................................................................................................................................................62 7.3 M ATERIALI FONOISOLANT FONOISOLANT I .................................................................................................................................................63 8. PRINCIPALI PRINC IPALI SORGEN SOR GENTI TI DI RUMORE RUM ORE ............. ................... ............ ............ ............ ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ ........65 ..65 8.1 LE SORGENTI DI DI RUMORE ESTERNE....................................................................................................................................66 ESERCITAZIONE ....................................... ........................................................... ........................................ ........................................ ....................................... ................... 69 8.2 GLI INTERVENTI INTER VENTI PER PE R IL CONTROLLO DELLA RUMOROSITÀ RUMOROSITÀ ESTERNA............................................................................70
8.2.1 Il Piano Urbano Urbano del traffico e la zonizzazione zonizzazione acustica acustica del territorio .......................... .......................... 70 8.2.2 La difesa dal rumore esterno: Architettura Architettura urbana................... urbana ........................................ .................................... ............... 77 8.2.3 La riduzione riduzione del rumore mediante l’aumento l’aumento delle strade "locali" "locali" ............................. ............................. 86 8.2.4 La riduzione del rumore mediante la riduzione riduzione della velocità dei veicoli................... veicoli ................... 88 8.2.5 Il controllo della rumorosità mediante barriere................................................... barriere............................................................ ......... 92 8.2.6 Asfalti Fonoassorbenti.................. Fonoassorbenti ...................................... ........................................ ........................................ ....................................... ................... 94
8.3 LE SORGENTI DI RUMORE INTERNE...................................................................................................................................94
8.3.1 8.3.1 Il cont cont rollo del rumore negli impianti meccanici............................... meccanici.................................................... .......................... ..... 96 8.3.2 Controllo della rumorosità nelle installazion installazionii sanitarie sanitarie ......................................... ............................................ ... 106 9. CALCOLO C ALCOLO DELLA TRASM T RASMISSI ISSIONE ONE SONORA SONO RA IN STRUTTURE STRUT TURE EDILIZ IE ...... ......... ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .......110 110 9.1 TRASMISSIONE SONORA T RA AMBIENTI INTERNI INTERNI .......................................................................................................... 110
9.1.1
Trasmissione Trasmissione sonora diretta per rumori aerei.................... aerei......................................... .................................. ............. 111
ESERCITAZIONE........................................................................................................................................................................ 114
9.1.1.1 Trasmissione Trasmissione sonora attraverso attraverso pannelli singoli ........................................ ..................................................... ............. 114 ESERCITAZIONI......................................................................................................................................................................... 118
9.1.1.2 Trasmissione Trasmissione sonora attraverso attraverso pannelli multistrato............................................ multistrato............................................... ... 121 ESERCITAZIONE........................................................................................................................................................................ 123
2
9.1.2 Trasmissione Trasmissione sonora diretta per rumori impattivi ....................................... ...................................................... ...............124 124 9.1.3 Trasmissio Trasmissione ne sonora sonora laterale laterale ........................................ ............................................................. ....................................... ..................125 125 9.1.3.1 Trasmissione Trasmissione sonora laterale per rumori aerei ...................................... ........................................................ ..................125 125 9.1.3.2 Trasmissione Trasmissione sonora laterale per rumori impattivi.......................................... impattivi.................................................. ........127 127 9.1.4 Trasmissione Trasmissione sonora apparente apparente ........................................ ............................................................ ................................... ...............127 127 9.1.4.1 Potere fonoisolante fonoisolante apparente tra ambienti adiacenti.................... adiacenti........................................ ........................ 127 9.1.4.2 Livello apparente di rumore impattivo tra ambienti adiacenti............................ adiacenti............................ 130 9.1.5 Calcolo dell'indice di riduzione delle vibrazioni................................................ vibrazioni........................................................ ........131 131 2 TRASMISSIONE SONORA DALL 'ESTERNO VERSO L'INTERNO ............................................................................................133
9.2.1 9.2.2
Potere fonoisolante fonoisolante apparente apparente di facciata................................... facciata....................................................... ......................... ..... 134 Isolamento Isolamento acustico di facciata ........................................ ............................................................ ................................... ...............134 134
ESERCITAZIONE ........................................................................................................................................................................136 9.3 CALCOLO DEL CONTRIBUTO DI PAVIMENTI GALLEGGIANTI E CONTROPARETI..........................................................137
9.3.1 Pavimenti galleggianti........................ galleggianti............................................ ........................................ ........................................ ................................ ............138 138 9.3.2 Contropareti.............................. Contropareti.................................................. ........................................ ........................................ ........................................ ........................ 139 9.4 I NFLUENZA NFLUENZA DELLO DELLO SPETTR SPETTRO O SONORO SULLE PRESTAZION PRESTAZIONII ACUSTIC ACUSTICHE HE DEI DEI COMPONEN COMPONENTI TI......................................141 10. LA NORMATIVA NORMA TIVA PRINCIPALE IN MATERIA MATER IA DI CONTROLLO CONTR OLLO DEL RUMORE ....... .......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....... .....145 .145 11. LA LEGG LE GGE E N°4 N°447 47/9 /955 ..........................................................................................................................................................1 46 11.1 I RIFLESSI SULLA PROGETTAZIONE EDILIZIA................................................................................................................150 11.2 I RIFLESSI SULLA PROGETTAZIONE URBANISTICA URBANISTICA .......................................................................................................151 11.3 1 I PIANI DI RISANAMENTO RISANAME NTO ACUSTICO ACUSTICO E LE VALUTAZION VALUT AZIONII DI IMPATTO ACUSTICO.................................................151 11.4 LA FIGURA DEL TECNICO COMPETENTE COMPETENTE ........................................................................................................................152 12 DPCM 14.11.97: VA LUTAZIONE LUTAZ IONE DEI RUMORI RUMOR I AI FINI DEL DISTURBO DISTU RBO ...... ......... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....... ....153 153 12.1 I NDICE NDICE DEL RUMORE RUMORE AMBIEN AMBIENTAL TALE E................................................................................................................................153 12.2 TEMPO DI RIFERIMENTO E OSSERVAZIONE E MODALITÀ DI MISURA DEL RUMORE AMBIENTALE.........................154 12.3 LA DETERMINAZIONE DEI LIVELLI SONORI LA EQT MEDIANTE ANALISI STATISTICA ................................................157 12.4 VALUTAZIONE DEL DISTURBO: LIMITI DI ACCETTABILITÀ DEL RUMORE E CRITERIO DIFFERENZIALE ................158 12.5 A SPETTI DELLA RILEVAZIONE DEI DEI LIVELLI DI RUMOROSITÀ E PRESENTAZIONE PRESENTAZIONE DEI RISULTATI...........................158 13. D.P.C.M 5/12/97: I REQUISITI ACUSTICI DEI COMPONENTI EDILIZI............................................................160 13.1 A SPETTI INTERPRETATIVI ED APPLICATIVI...........................................................................................................160 13.2 CAMPO DI APPLICAZIONE E CONTENUTI DEL DPCM ..................................................................................................16 2 13.3 VALORI LIMITE LI MITE DI RIFERIMENTO E RELATIVI PARAMETRI PARAMETRI PRESTAZIONALI PRESTAZIONALI.............................................................163 14. PRESTAZIONI ACUSTICHE DI COMPONENTI: ACCO RGIMENTI RGIMENT I DI VALIDITA’ VALIDITA’ GENERALE PER PARETI, PARET I, SOLAI SOLA I E PARETI PARE TI COMPOS COM POSTE............ TE.................. ............ ............ ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ ............ .........166 ...166 14.1 PARETI E SOLAI ................................................................................................................................................................168 14.2 PARETI COMPOSTE..........................................................................................................................................................170 14.2.1 PORTE.............................................................................................................................................................................175 14.2.2 DOPPIE PORTE ...............................................................................................................................................................180 14.2.3 PORTE ESTERNE ............................................................................................................................................................181 14.2.4 FINESTRE ......................................................................................................................................................................181 14.2.5 FINESTRE CON VETRO SINGOLO..................................................................................................................................185 14.2.6 FINESTRE CON VETRI DOPPI UNITI AL PERIMET RO E DOPPIE DOPPIE FINESTRE FINESTRE .................................................................186 APPENDICE.................................................................................................................................................................................192 PROPRIET PROP RIETÀ À FISICHE FISICH E DI ALCUNI ALCU NI MATER MA TERIAL IALII DI COMUNE COMU NE IMPIEGO IN EDILIZIA ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....... .....192 .192 RIFERIMENT RIFER IMENTII BIBLIOGRA BIBLI OGRA FI CI ............ .................. ............. ............. ............ ............ ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ ..........194 ....194 RIFERI RIF ERIMEN MENTI TI LEGISL LEG ISLATIVI ATIVI E NORMATIVI NORMA TIVI ............ .................. ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ ............ ............. ............. ............ ............ ............ ............ ..........194 ....194
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PREMESSA AL CORSO L’ottenimento di condizioni di benessere all’interno degli ambienti residenziali, è divenuta un’esigenza primaria che può essere sintetizzata nel concetto di qualità dell’abitare che ha trovato un preciso riferimento nella definizione dei valori di parametri fisico-tecnici (temperatura, umidità e purezza dell’aria, livelli di illuminamento, ecc.) tra i quali quelli esprimenti livelli di rumore ambientale compatibili con la salvaguardia della salute ed il riposo degli individui stanno assumendo una sempre maggiore importanza. In questo contesto il progressivo inquinamento di natura chimica, fisica, biologica ed in particolare acustica delle aree urbane, che raggiunge talora livelli intollerabili, non poteva non richiamare l’attenzione della società civile verso tale forma di insalubrità ambientale che interessa una percentuale sempre maggiore di persone con effetti disturbanti, talora con vero e proprio rischio di danno uditivo. L’inquinamento acustico delle aree urbane ha raggiunto livelli tali da pregiudicare il diritto alla salute ed al riposo ad una percentuale sempre maggiore di individui, impedendo così il raggiungimento di una qualità di vita accettabile, cui concorrono il benessere acustico, unitamente agli altri aspetti fisici ambientali sopra indicati. A questo si deve aggiungere il disturbo causato dalle attività domestiche, dove si è assistito ad un notevole incremento nell’uso di elettrodomestici “rumorosi” (televisore, hi-fi, aspirapolvere, lavastoviglie, lavatrici, videogiochi, ecc.), ma anche di impianti per il raffrescamento (pompe di calore, splitsystem, ecc.) ed il cui controllo, oltre a comportamenti più civili, non può che essere demandato ai requisiti acustici passivi degli edifici ed ad una progettazione più attenta, sia sul piano urbanistico che tipologico-distributivo. In tempi relativamente recenti, per quanto attiene all’inquinamento acustico in ambito residenziale, si sono prese iniziative legislative di salvaguardia attese ormai da oltre un decennio: a partire dal DPCM del 1° Marzo 1991 “Limiti massimi di esposizione al rumore negli ambienti abitativi e nell’ambiente esterno”, si è così iniziato ad affrontare la problematica in esame, e più recentemente, con l’emanazione della legge 26 Ottobre 1995, n°447 “ Legge quadro sull’inquinamento acustico” (in Supplemento ordinario alla G.U. n°254 del 30.10.1995) si sono definitivamente stabiliti i “ principi fondamentali in materia di tutela dell’ambiente esterno e dell’ambiente abitativo dall’inquinamento acustico, ai sensi e per gli effetti dell’art.117 della Costituzione”. I Decreti attuativi della legge sono stati praticamente tutti emanati, con
l’eccezione, peraltro importante, del così detto decreto strade inerente il controllo della rumorosità di tali infrastrutture. Per quanto concerne la professione dell’architetto, sia essa rivolta all’edificazione, alla ristrutturazione o alla pianificazione territoriale, si trovano pesanti condizionamenti dovuti alla necessità di confrontarsi con il controllo della rumorosità. Scopo del corso è quindi di dare alcuni informazioni di carattere teorico generale per la comprensione del fenomeno fisico per poi evidenziare e aiutare a risolvere alcuni problemi pratici di maggiore diffusione, il tutto inquadrato nell’ambito normativo accennato. Ci si propone pertanto di promuovere la qualificazione professionale, unico indiscutibile strumento per confrontarsi in modo competitivo con le altre figure professionali antagoniste presenti sul mercato del lavoro.
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1. RICHIAMI DI ACUSTICA FISICA Da un punto di vista fisico per suono in un certo punto dello spazio si intende una rapida variazione di pressione (compressione e rarefazione) intorno al valore assunto dalla pressione atmosferica in quel punto. Si definisce sorgente sonora qualsiasi dispositivo, apparecchio ecc. che provochi direttamente o indirettamente (ad esempio per percussione) dette variazioni di pressione: in natura le sorgenti sonore sono quindi praticamente infinite come ognuno può constatare; affinchè il suono si propaghi occorre poi che il mezzo che circonda la sorgente sia dotato di elasticità. La porzione di spazio interessata da tali variazioni di pressione è allora definita campo sonoro. Al solo fine esemplificativo immaginiamoci che la generazione del suono avvenga mediante una sfera pulsante in un mezzo elastico come l'aria; le pulsazioni provocano delle variazioni di pressione intorno al valore della pressione atmosferica che si propagano nello spazio circostante a velocità finita come onde sferiche progressive nell'aria stessa (vedi figura 1.1), similmente a quanto si osserva gettando un sasso in uno stagno: le varie particelle del mezzo entrano in vibrazione propagando la perturbazione alle particelle vicine e così via fino alla cessazione del fenomeno perturbatorio. Campo sonoro
Sorgente sonora
Figura 1.1 Schema di generazione del suono Qualora le oscillazioni sonore abbiano una frequenza (numero di cicli in un secondo) compresa all’incirca tra 20 e 20.000 Hz 1 (campo di udibilità) ed una ampiezza , ovvero contenuto energetico, superiore ad una certa entità minima di pressione pari a 2 ⋅10-5 Pa, definita soglia di udibilità, (inferiore di circa 5 miliardi di volte alla pressione atmosferica standard di 1013 mbar), queste sono allora udibili dall'orecchio umano e possono talora suscitare sensazioni avvertite come fastidiose o sgradevoli, cui attribuiamo genericamente la denominazione di “rumore”, anzichè di suono. Appare poi evidente il primo aspetto fondamentale del fenomeno fisico in esame che risulta essenzialmente influenzato dallo spettro di emissione della sorgente sonora: tutto lo studio dell’acustica architettonica è sostanzialmente incentrato sull’analisi spettrale delle sorgenti e sulle modalità di risposta dei mezzi adottati per il controllo del fenomeno (riflessione, assorbimento e trasmissione dell’energia sonora incidente). 1
il numero delle variazioni di pressione compiute in un secondo viene chiamato frequenza del suono e si misura in Hertz (simbolo Hz o s -1 ).
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Nel caso più semplice si può ipotizzare che dette variazioni di pressione seguano una legge sinusoidale (moto armonico), in tal modo lo strato d'aria adiacente alla sfera subirà espansioni e contrazioni con la stessa frequenza della sfera, e così per gli strati d'aria concentrici successivi in modo che, dopo un certo tempo, in tutti i punti del mezzo che circonda la sfera si hanno delle variazioni periodiche di pressione. In sintesi le condizioni essenziali per la generazione, propagazione e udibilità del suono così come definito sono quattro: - la presenza di un mezzo elastico (nel vuoto non c’è propagazione sonora); - una variazione di pressione nel mezzo intorno ad un valore di equilibrio (ad esempio la pressione atmosferica); - una frequenza delle variazioni di pressione compresa nel campo udibile; - un contenuto energetico superiore ad una soglia minima di udibilità. In campo sonoro la distanza che intercorre tra due successive compressioni, o rarefazioni, è definita lunghezza d'onda λ del suono nel mezzo considerato; la situazione del campo sonoro ad un dato istante può essere rappresentata mediante il grafico di fig.1.2 dove in ordinata sono riportate le variazioni della pressione in funzione della distanza perturbata; con ∆ pmax si indica l’ampiezza ovvero il valore massimo della variazione di pressione.
λ =c/f ∆ p ∆ pmax Distanza Figura 1.2 Suono sinusoidale: variazione in funzione della distanza Analogamente la situazione del campo sonoro può essere analizzata osservando come varia la pressione in un punto in funzione del trascorrere del tempo: in tal caso graficamente il fenomeno è del tutto analogo a quello riportato in fig.1.2, ma avendo questa volta in ascissa il tempo ed in luogo della lunghezza d’onda λ il periodo T, tempo necessario a compiere un ciclo, ovvero l’intervallo di tempo che passa tra due istanti consecutivi nei quali, nel punto considerato, si ha un massimo od un minimo relativo della pressione (v. grafico di fig.1.3).
T ∆ p ∆ pmax Tempo Figura 1.3 Suono sinusoidale: variazione in funzione del tempo 6
La frequenza f è legata al periodo T dalla relazione: f = 1/T (s-1 o Hz) La relazione che lega la velocità di propagazione c del suono nel mezzo alla lunghezza d'onda λ ed alla frequenza f è la seguente: c = λ ⋅ f = λ ⋅ 1/T (m ⋅s-1 )
(1.1)
(Hz ovvero s-1 )
(1.2)
f = c/λ
Nel nomogramma di fig. 1.4 è visualizzato il rapporto che intercorre tra
λ e f.
Fig. 1.4 Nomogramma lunghezza d’onda-frequenza Dalla relazione (1.1) si deduce che nel campo dei suoni udibile la lunghezza d’onda varia da un minimo di circa 20 mm (a 18kHz) a circa 17 m (a 20 Hz): ciò evidenzia la difficoltà nel controllo delle sorgenti sonore caratterizzate da elevato contenuto energetico alle basse frequenze. Le variazioni di pressione ∆ p, come accennato, sono sia positive (compressione) che negative (rarefazione), pertanto per esprimere con un unico valore la loro entità non si può ricorrere al loro valore medio che risulterebbe nullo. Si introduce allora il concetto di pressione sonora efficace definita come il valore medio efficace delle variazioni di pressione dato dalla seguente relazione (v. figura 1.5): T
∫
p eff = ( ∆ p 2 dτ / T)1/2 0
(1.4)
7
∆ p
T
pmax eff
tempo Fig.1.5 Pressione sonora efficace Un suono corrispondente ad una variazione perfettamente sinusoidale della pressione con un’unica frequenza è detto tono puro (o suono puro); per un tono puro la pressione sonora efficace è data dalla seguente espressione: p eff = ∆ pmax /2 ½
(1.5)
Il parametro suddetto usualmente è denominato pressione sonora p e rappresenta quindi il valore efficace delle variazioni di pressione ; in seguito tale grandezza sarà semplicemente indicata con tale denominazione. Volendo fare un’analogia con il riscaldamento di un ambiente si rileva che, come la temperatura misura gli effetti della potenza termica emessa da un radiatore, così la pressione sonora misura gli effetti della potenza sonora emessa da una sorgente rappresentata, ad esempio, da un televisore o da una persona che parla. Ben poche sorgenti sonore danno un suono puro (v. figura 1.6 ), in generale si ha a che fare con suoni complessi non rappresentabili con una semplice sinusoide; tuttavia i suoni, comunque complessi, sono sempre composti da un numero variabile di suoni perfettamente sinusoidali ; se i componenti del suono sono costituiti da una frequenza fondamentale e da un numero finito o infinito di frequenze che stanno in rapporti semplici con la frequenza fondamentale il suono risultante è un suono periodico o armonico (v. fig. 1.7 ); i suoni complessi sono pertanto aperiodici in quanto che la frequenza delle componenti sinusoidali varia con continuità (v. fig. 1.8).
∆ p
∆ p
tempo Fig.1.6 Suono puro
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frequenza
∆ p
∆ p
fre uenza Fig. 1.7 Suono armonico o periodico
∆ p
∆ p
frequenza Fig. 1.8 Suono complesso o aperiodico
1.1 La propagazione del suono nei mezzi elastici Le particelle entrate in vibrazione, come detto, trasmettono la perturbazione (compressione e rarefazione) a quelle vicine oscillando intorno alla loro posizione di equilibrio. Le suddette modalità di trasmissione delle vibrazioni locali valgono sia per i solidi che per i fluidi. Nel caso dei fluidi, le vibrazioni sono tuttavia sempre parallele alla direzione di propagazione dell’onda, per cui si parlerà di onde longitudinali, mentre nel caso dei solidi, che possono trasmettere sforzi di taglio, vi saranno anche onde trasversali o flessionali. Nei solidi, la velocità di propagazione delle onde flessionali (c B) è diversa da quella delle onde longitudinali (cL). La velocità di propagazione del suono nell'aria c 0, assimilando il suo comportamento ad un gas perfetto, in condizioni di temperatura di 20 °C e pressione ordinarie (1,013 bar), è pari a circa 340 m/s; essa è comunque funzione della temperatura (e quindi della sua densità) secondo la relazione empirica seguente: c0 = 331,2 + 0,6 ⋅ θ (m/s) dove θ è la temperatura dell’aria in °C. La velocità aumenta quindi all’aumentare della temperatura (e quindi al diminuire della densità) e viceversa. In generale la velocità di propagazione longitudinale c L del suono in un mezzo solido elastico, ad esempio un divisorio assimilato per semplicità ad una barra sottile, è funzione del modulo di elasticità (o di Young) E (Pa) e della densità ρ (kg/m3) secondo la seguente relazione: cL = (E/ρ) 1/2 (m/s) per un solido a forma di piastra indefinita si ha: 9
cL = {E/ [ρ⋅ (1- ν 2)] }1/2 dove ν è il coefficiente di Poisson. In appendice sono riportati per alcuni materiali i suddetti valori di E, ρ e σ. Il comportamento dei materiali in relazione alla attitudine di trasmettere suoni dall’aria agli stessi può essere messo in relazione con la loro impedenza acustica rapportata a quella dell'aria, ovvero dalle modalità di accoppiamento dei due mezzi di propagazione sonora contigui; l'impedenza acustica z di un generico materiale può essere definita come il prodotto della sua densità ρ per la velocità di propagazione longitudinale del suono c L nello stesso (espressa in rayl). Per l’aria, essendo la sua densità, in condizioni di temperatura di 20°C ed alla pressione atmosferica di 1,013 bar, pari a circa 1,2 kg/m3 e la velocità di propagazione pari a circa 340 m/s, l’impedenza vale circa 400 rayl. La capacità di trasmettere energia sonora tra l’aria e mezzi diversi si può quindi desumere dal coefficiente di riflessione dell'energia sonora incidente mediante la seguente relazione: r = (z1 - z2/z1 + z2)² dove z1 è l'impedenza acustica dell'aria e z2 quella del generico materiale. I valori dell'impedenza acustica per alcuni tipici materiali possono essere dedotti dal prodotto ρ⋅c a partire dai dati riportati in appendice. Si rileva la differenza esistente tra i valori dei mezzi aeriformi rispetto a quella, notevolmente più elevata, dei mezzi solidi (ad es. una muratura in mattoni presenta una impedenza acustica circa 16.000 volte più grande di quella dell'aria); ne consegue, in generale, che gran parte dell'energia sonora incidente sugli stessi viene riflessa essendo il valore di r dedotto dalla suddetta relazione prossimo all'unità. Dai dati in appendice si rileva inoltre come vi sia una stretta relazione tra densità e velocità di propagazione del suono nello stesso mezzo: in generale i materiali solidi, essendo dotati di maggiore densità, sono in grado di trasmettere più velocemente i suoni essendo evidentemente le particelle più a stretto contatto tra loro; tuttavia, avendo una impedenza acustica più elevata a parità di velocità di vibrazione delle loro particelle, necessitano di una maggiore quantità di energia rispetto ai gas ed ai liquidi. L’impedenza acustica è così fisicamente analoga all’impedenza elettrica. Ciò può essere visualizzato immaginando un pistone posto all’interno di un cilindro di lunghezza infinita (v. figura 1.1) il cui spostamento, con una frequenza armonica intorno al punto di equilibrio, determina la seguente relazione tra velocità di spostamento delle particelle v, pressione p, e impedenza acustica specifica z (c ⋅ ρ ): v = p/ρc = p/z (m/s)
(1.1)
e conseguentemente: p = z ⋅ v (Legge di Ohm acustica) 2
2
(1.2)
Per analgia alla legge di Ohm si ha che la variazione di pressione ∆p corrisponde alla differenza di potenziale elettrico V, l’impedenza acustica z alla resistenza elettrica Re e l’intensità vibratoria v alla intensità di corrente i.
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Spostamento del pistone
λ
pistone Fig. 1.1 Cilindro di lunghezza infinita contenente un mezzo elastico
In sintesi sono le proprietà elastiche e la massa del mezzo che stabiliscono sia la velocità di vibrazione delle particelle che la velocità con la quale la perturbazione si trasmette sia infine la quantità di energia meccanica (J) trasferita dalla sorgente nell’unità di tempo (potenza sonora espressa in W).
2. PRINCIPALI GRANDEZZE ACUSTICHE La quantità di energia irradiata da una sorgente sonora nell'unità di tempo è denominata potenza sonora P w (W). La potenza sonora Pw emessa da una sorgente è irradiata nel mezzo elastico, come l’aria, attraverso una determinata superficie S (o fronte d’onda) come lavoro dovuto al prodotto della forza di pressione p per la velocità di spostamento delle particelle v intorno al punto di equilibrio. Con riferimento al modello di generazione sonora che ha portato alla formulazione delle relazioni (1.1) e (1.2), la potenza sonora P w può quindi essere correlata alla pressione sonora dall’equazione: Pw = p⋅ (p/ρc) ⋅ S = (p²/ρ⋅c)⋅ S
(W)
(2.1)
Per una sorgente che irradia uniformente in tutte le direzioni (mezzo isotropo), ovvero in campo libero ( 3), il fronte d'onda S è pari alla superficie di una sfera (v. figura 2.1 ); alla distanza r dalla sorgente la potenza sonora sarà dunque pari a: Pw = (p²/ρc) 4 π r²
(2.2)
3
il campo sonoro si distingue idealmente in campo libero (spazio ideale privo di riflessioni) e campo diffuso (spazio perfettamente diffondente delimitato da superfici altamente riflettenti); situazioni intermedie vengono di volta in volta a determinarsi modificando la relazione 2.2.
11
S = 4π r 2
Pw = (p2/ρc) 4π r²
Fig. 2.1 Potenza sonora di una sorgente nello spazio (campo libero)
Nella pratica le sorgenti sonore irradiano con potenze estremamente variabili che vanno dal valore della voce umana a livello di conversazione, pari a circa 10 -6 W, al rumore di un aereo turbogetto pari a 104 W (v. Tabella 2.1 ).
TABELLA 2.1 TIPICI VALORI DELLA POTENZA SONORA DI ALCUNE SORGENTI (W) Sorgente Aereo turbogetto Potenza
Aereo Orchestra Martello Radio turboelica (75 elem.) pneum. Alto vol.
104
103
10
1
10-1
Auto in Ventil. Conver- Susurro autoAssiale sazione di voce strada (1500 giri/1’) normale 10-2 10-3 10-6 10-9
Sia P w (W) la potenza sonora irradiata da una sorgente sonora su un fronte d'onda S (m²), sussiste allora la seguente relazione tra potenza sonora e intensità sonora I : I = Pw /4 π r² = p²/ρc (W/m²)
(2.3)
e quindi l’intensità è l’energia che, nell'unità di tempo, fluisce attraverso l'unità di area del fronte d'onda (v. figura 2.1). Mentre la frequenza discrimina la percezione dei suoni, ovvero il loro tono, da gravi (bassa frequenza) ad acuti (alta frequenza), analogamente l’intensità discrimina i suoni da deboli a forti. In campo libero, per la (2.3), si ha dunque la seguente relazione tra pressione sonora e intensità: I = p ⋅ v = p²/ρc (W/m²)
(2.4)
e per la (2.1) si ha che la pressione sonora, in campo libero, risulta così legata alla potenza: p = (Pw ρc /4 π r²)1/2
12
(2.5)
Dalle relazioni suddette si evince che, in campo libero, la pressione sonora e l'intensità diminuiscono con il quadrato della distanza r: per il suono nell’aria, quindi, quando la distanza raddoppia l’ampiezza si riduce della metà. In un'onda piana invece la superficie del fronte d'onda rimane costante (ad es. nel rumore generato da un elettroventilatore all’interno di un condotto a sezione costante) e se non vi sono dissipazioni sulle pareti del condotto (ad es. materiale fonoassorbente) l'intensità non varia all'aumentare della distanza. In definitiva le principali grandezze acustiche sono le seguenti: GRANDEZZE RIFERITE ALLA SORGENTE SONORA ⇒ POTENZA SONORA Pw (W) GRANDEZZE RIFERITE AL CAMPO SONORO
⇒ INTENSITÀ I (W/m2) ⇒ PRESSIONE SONORA p (Pa)
Riprendiamo in esame una sorgente sonora costituita da un pistone che si muove con moto armonico (suono puro) all’estremità di un condotto di lunghezza infinita come in fig.2.1. La propagazione del suono avviene in tal caso per onde piane e, per mezzo elastico non viscoso, si può dimostrare che la quantità di energia per unità di volume o densità di energia sonora D trasferita dalla sorgente (il pistone) al mezzo è data dalla seguente relazione: D = E/V = ρ v² (J/m3)
(2.6)
dove v è la velocità della superficie del pistone e (per onde piane in un mezzo non viscoso), anche della oscillazione delle particelle nel mezzo. Sostituendo la (2.1) nella (2.7) si ha: D = p²/ρ c² La densità energetica è anch’essa una grandezza riferita al campo sonoro anche se non trova nel seguito pratica applicazione. Nel corso delle precedenti osservazioni per comodità si è fatto di volta in volta riferimento a fronti di propagazione sonora costituiti da onde piane e sferiche: mentre è evidente che nel caso di onde sferiche (tralasciando altri effetti di dissipazione di energia sonora che vedremo in seguito) l’intensità e la pressione diminuiscono con il quadrato della distanza, ciò non avviene per le onde piane; tuttavia nel caso che il rapporto k = 2 π r/λ >> 1 ovvero a distanza r dall’origine molto grande rispetto alla lunghezza d’onda, le onde sferiche si comportano come onde piane, per cui le relazioni formulate per quest’ultime risultano con buona approssimazione valide anche per sorgente sonora che irradia nello spazio; infine si rileva che se la sorgente è piccola rispetto al campo sonoro questa può essere considerata puntiforme o lineare nel caso di sorgenti di rumore da traffico. ESERCITAZIONE
Per la sorgente sonora costituita da un pistone all’interno di un cilindro che genera un’onda piana sinusoidale (v. figura 1.1) si calcoli l’intensità sonora sapendo che la variazione di pressione massima (ampiezza) è pari a 10 Pa. Dalle relazione (1.5) p eff = ∆ pmax /2 ½ si ottiene: p = 10 / 1,414 = 7,07 Pa assumendo per l’aria a 20°C z = 400 rayls, l’intensità si ottiene mediante la relazione (2.3): 13
I = p²/z = 7,07²/400 = 0,125 W/m² Per questa stessa sorgente considerata puntiforme si calcoli la potenza sonora a 10 metri di distanza nel caso che la sorgente sia posta nello spazio (ipotesi di campo libero) mediante la relazione Pw = I x S: Pw = 0,125 x 4 x 3,14 x 10² = 157 W Per verifica I = Pw/S = 157/1256 = 0,125 W/m² Si calcoli infine l’intensità sonora ad una distanza di 20 m da una sorgente puntiforme che irradia in campo libero con una potenza di 1 W; dalla relazione I = Pw/S si ha: I = 1/ (4x3,14x20²) = 2 ⋅10-4 (W/m²)
3. I LIVELLI SONORI: IL DECIBEL Nei problemi pratici di acustica, considerato l’enorme campo di variazione delle grandezze in gioco (frequenza e potenza), non conviene esprimere le grandezze acustiche quali la pressione sonora, la potenza e l'intensità in valori assoluti. Si preferisce quindi esprimere dette grandezze facendo il logaritmo del rapporto tra le stesse e determinati valori di riferimento assunti come livelli "zero".
Questo sistema si è rivelato utile sia perché la scala logaritmica comprime i valori numerici, sia perché l'intensità delle sensazioni uditive e' in prima approssimazione proporzionale al logaritmo dello stimolo e non al valore assoluto dello stesso. In acustica pertanto per le grandezze energetiche si usa adottare il livello sonoro espresso in decibel (dB) definito come il logaritmo decimale del rapporto tra il valore in esame ed il valore di riferimento. Si ha pertanto:
livello di potenza sonora Lw: Lw = 10 lg P w /P0 (dB) dove P w è la potenza sonora in esame (W) e P 0 la potenza sonora di riferimento (10
(3.1) -12
W)
Livello di intensita' sonora L I : L I = 10 lg I/I0 (dB)
(3.2)
dove I è l'intensità sonora in esame (W/m²) e I 0 l'intensità sonora di riferimento (10 -12 W/m²)
Livello di pressione sonora LP : LP = 10 lg p²/p² 0 = 20 lg p/p0 (dB)
(3.3)
dove p è la pressione sonora in esame (Pa) e p 0 la pressione sonora di riferimento (2 ⋅10-5 Pa = soglia di udibilità a 1000 Hz).
14
Agli effetti pratici, per le grandezze di riferimento suddette, si dimostra che L I ≅ L P (4). Occorre sottolineare il fatto che generalmente i dati di potenza sonora relativi alle sorgenti di volta in volta esaminate devono essere forniti dai costruttori delle macchine mediante apposito certificato, per cui usualmente i valori in questione costituiscono il dato noto da cui partire per il calcolo dei livelli di pressione sonora che si verificano in campo ad una certa distanza dalle suddette sorgenti; talora i dati vengono forniti anche in forma di livelli di pressione sonora rilevati ad una certa distanza dalla sorgente in punti specificati e ben individuabili. Nella Tabella 3.1 è riportata una scala dei livelli con i corrispondenti valori di potenza e pressione sonora. L’operare con i livelli, che sono grandezze logaritmiche, richiede alcune considerazioni che possono rivelarsi utili nella pratica. Innanzi tutto si osserva che un raddoppio o un dimezzamento dell’energia sonora non provoca un raddoppio o un dimezzamento nei livelli sonori ma solo incrementi o decrementi di circa 3 dB; quando si calcola ad esempio il livello totale dovuto al contributo di due o più sorgenti sonore agenti contemporaneamente, dobbiamo calcolare il livello globale di pressione sonora generato dalle componenti sonore in esame, mediante la seguente procedura:
• si calcola il rapporto p2 /p02 = 10 LPi /10 per ciascun livello; • si effettua la sommatoria dei valori così ottenuti: Σ 10 LPi /10 • si calcola infine il valore del livello globale LPT : LPT = 10 lg (Σ 10 LPi /10) per due livelli si avrà: LP1 ⇒ 10 LP1 /10 LP2 ⇒ 10 LP2 /10 L PT = 10 lg (10 LP1 /10 + 10 LP2 /10 )
4
la relazione (3.2) può essere riscritta nella forma seguente: LI = 10 lg [(p 2 /p 0 2) ⋅ (p0 2 /ρ c I0)]= 10 lg (p 2 /p 02) + 10 lg p 02 /(ρ c I0 ) = LP + 10 lg k dove k è una costante che dipende dalle caratteristiche ambientali; se si assume ρ c I0 = 400 ⋅ 10-12 , essendo p02 = (20 ⋅ 10-6)2 = 400 ⋅ 10-12 , si ha k = p 02 /ρ c I0 = 1, e poiché 10 lg 1 = 0, risulta che: LI = 10 I/I0 = 10 lg (p 2 /p 02) = LP
15
Tabella 3.1 Scala dei livelli È inoltre interessante anche l’operazione inversa, ovvero conoscere il contributo offerto da una determinata sorgente al rumore globale LPT rilevato; in tal caso si procede ad una sottrazione nel modo seguente: L P1 ⇒ 10 LP1 /10 L PT ⇒ 10 LPT /10 L P2 = 10 lg (10 LPT /10 - 10 LP1 /10) Nella scala dei livelli il valore di 130 dB (63 Pa) corrisponde alla soglia del dolore ovvero il rumore può provocare dei danni fisici immediati all’udito. ESERCITAZIONE
Si calcoli il livello di intensità sonora per una sorgente avente una intensità pari a 2 ⋅10-4 (W/m²); dalla relazione L I = 10 lg I/I0 (dB) si ha: L I = 10 lg 2 – 10 lg104 + 10 lg 10 12 = 3 – 40 + 120 = 83 dB Calcolare il livello di pressione sonora di un suono avente una pressione p = 4 Pa. Dalla relazione LP = 20 lg p/p0 (dB) si ha. LP = 20 lg 4 – 20 lg 2 + 20 lg 10 5 = 12 – 6 + 100 = 106 dB Si sommi ad esempio due livelli di pressione sonora pari rispettivamente a Lp 1 = 70 dB e Lp 2 = 50 dB; il livello globale risulterà pari a : LpT = 10 lg (10 70/10 + 10 50/10) = 70 dB, se anche Lp 2 è pari a 70dB si ha: 16
LpT = 10 lg (10 70/10 + 10 70/10) = 73 dB, quindi occorre un raddoppio dei livelli energetici per avere un incremento di solo 3 dB; viceversa nel caso volessimo ridurre significativamente un livello globale molto elevato si vede che il contributo energetico da sottrarre deve essere anch’esso molto alto. In pratica quando i livelli differiscono tra loro di oltre 10 dB il contributo energetico, in aumento o diminuzione, del livello inferiore è trascurabile.
3.1 Propagazione del suono in campo libero Dalla relazione (2.5) e passando ai livelli, si ha che in un generico punto in campo libero, posto a distanza r da una sorgente puntiforme omnidirezionale, il livello di pressione sonora è desumibile dalla potenza sonora mediante la seguente relazione: L p = Lw - 10 lg 4 π r² = Lw - 20 lg r - 11
(dB)
(3.1.1)
dove r è la distanza tra sorgente e ricevitore misurata in metri. Per superficie emisferica con sorgente ad esempio appoggiata su una superficie riflettente: L p = Lw - 10 lg 2 π r² = Lw - 20 lg r - 8
(dB)
(3.1.2)
Il secondo termine delle suddette relazioni prende la denominazione di attenuazione per divergenza d’onda Adiv, ed esprime il fatto che l’energia sonora si distribuisce su di un fronte d’onda avente superficie che aumenta con la distanza. Noto il livello di potenza sonora della sorgente, le relazioni suddette consentono quindi di prevedere il valore del livello di pressione sonora L p alla distanza r; trascurando altri effetti di dissipazione sonora si ha che ad ogni raddoppio della distanza sorgente-ascoltatore si dimezza l’ampiezza, ovvero il livello di pressione sonora o di intensità si riduce di 6 dB (legge del campo libero): ad esempio se ci troviamo a distanza di 1 m da una sorgente e ci spostiamo a 2 m da essa, si ha una riduzione di 6 dB; spostandoci a 4 metri si ha una riduzione di 12 dB, a 8 m di 18 dB e così via. La condizione di campo libero presuppone l’assenza di superfici riflettenti ed ostacoli; tale situazione in pratica può essere ottenuta in laboratorio, nelle camere anecoiche, realizzate in modo da ridurre al minimo possibile l’energia riflessa dalle pareti delimitanti la camera (pareti fortemente assorbenti), o ponendosi sulla sommità di un’asta lontano da superfici riflettenti. Le suddette relazioni valgono per una singola sorgente puntiforme. Vi sono tuttavia delle situazioni quali le infrastrutture stradali, o n sorgenti puntiformi in linea equivalenti ad una sorgente di tipo lineare (v. figura 3.1.1 ) che modificano la relazione (3.1.2) nella seguente: L p = LwL + 10 lg [(α 1 -α 2)/r 0d ] - 8
(dB)
(3.1.3)
dove LwL è il livello di potenza sonora per unità di lunghezza della sorgente lineare mentre α 1 e α2 sono rispettivamente gli angoli (rad) entro i quali viene vista la sorgente lineare.
17
L p = L w + 10 lg [(α1 -α 2)/r 0 d ] - 8
Figura 3.1.1 Posizione rispetto al ricevitore di una sorgente lineare ESERCITAZIONE
In campo emisferico, si calcoli il livello di pressione sonora ad una distanza di 10 m da una sorgente che emette con una potenza di 60 dB: L p = Lw - 20 lg r - 8 = 60 – 20 – 8 = 32 dB Calcolare poi il livello di pressione sonora a 20 m: L p = Lw - 20 lg r - 8 = 60 – 26 – 8 = 26 dB Si conferma pertanto che al raddoppio della distanza si ha una riduzione di 6 dB. Inoltre, conoscendo il livello di pressione sonora Lp 1 ad una distanza r 1 dalla sorgente possiamo calcolare il livello Lp 2 alla distanza r 2 senza bisogno di conoscere la potenza sonora della sorgente stessa; ed infatti: Lp1 – Lp2 = 20 lg r 2 – 20 lg r 1 = 20 lg r 2 / r 1 Con riferimento all’esempio suddetto si ha: Lp20m = Lp10m – (20 lg r 2 / r 1) = 32 – (20 lg 20/10) = 32 - 6 = 26 dB c.v.d.
3.2 Effetti della direttività della sorgente In generale le sorgenti emettono in modo diverso a seconda delle direzioni: si definisce pertanto un fattore di direttività Q dato dal rapporto tra l’intensità sonora I θ nella direzione θ e l’intensità sonora I che avrebbe il campo acustico in quel punto se la sorgente fosse omnidirezionale: Q = Iθ/I 18
Si definisce inoltre l’indice di direttività Dθ = 10 lg Q (dB). Esempi tipici di sorgenti sonore dotate di un evidente indice di direttività sono i macchinari, le unità di trattamento dell’aria, le pompe di calore, i consensatori, i motori dei veicoli, ecc. Dalle relazioni viste in precedenza, per campo libero, si ricava: L p = Lw - Adiv + Dθ
(3.2.1)
In genere è sufficiente conoscere il valore di Q (o D θ) sul piano verticale e orizzontale. Il valore di Q dipende inoltre dalla frequenza ed aumenta in genere con essa. Nella figura 3.2.1 sono rappresentati i valori di Q per tipiche situazioni del campo sonoro: in campo emisferico, essendo Q = 2, l’indice di direzionalità vale 3 dB come evidenziato, a parità di condizioni, dalla differenza di 3 dB tra le relazioni (3.1.1) e (3.1.2). Nella realtà il campo sonoro può essere modificato dalla presenza, oltre che di ostacoli, di superfici riflettenti quali il terreno, gli edifici, ecc.; inoltre a causa dei fenomeni dissipativi e di assorbimento con cui l’onda sonora viene a contatto (tipi di terreno), della velocità del vento e dei fenomeni meteorologici (pioggia, neve, nebbia, ecc.) la relazione (3.2.1) è raramente verificata, per cui si introduce un fattore di attenuazione A (dB) che tiene conto dei complessi fenomeni suddetti: L p = Lw - Adiv + Dθ - A
(3.2.2)
Fig. 3.2.1 Valori della direttività Q in funzione del campo sonoro
3.3 La propagazione sonora in ambiente esterno La previsione del campo sonoro in un qualsiasi ambiente, interno o esterno, implica lo studio di due aspetti: la caratterizzazione della sorgente sonora e la modalità della propagazione sonora tra sorgente e ricevitore. La propagazione sonora in ambienti esterni interessa problematiche molto differenti rispetto a quella in ambienti interni. Infatti, mentre in ambiente interno può essere ritenuta valida con buona approssimazione l’ipotesi di uniformità del campo sonoro a causa dell’effetto delle molteplici riflessioni delle pareti e dei solai, con la conseguenza di poter trascurare gran parte dei fenomeni legati alla direttività delle onde sonore, in ambiente esterno tali fenomeni diventano importanti. La diffusione delle onde sonore è un fenomeno che riguarda gran parte delle superfici riflettenti. Queste, in analogia ai fenomeni dell’irraggiamento visibile, possono essere schematicamente 19
distinte in base all’ampiezza dell’angolo in cui viene concentrata l’energia riflessa (v. figura 3.3.1). Una superficie speculare riflette tutta l’energia sonora nella direzione che forma con la normale al punto di incidenza un angolo uguale a quello compreso tra questa e la direzione di incidenza. Una superficie perfettamente diffondente riflette l’energia sonora in maniera uniforme in tutte le direzioni. In particolare, il tipo di riflessione subita dalle onde sonore incidenti su una superficie è funzione del rapporto tra la loro lunghezza d’onda e la dimensione delle asperità. Quando le asperità della superficie hanno una dimensione confrontabile con quella della lunghezza d’onda incidente, la riflessione è di tipo diffuso. Per questo, una superficie può essere caratterizzata da riflessione speculare per determinate frequenze (basse) e riflessione mista o diffusa per altre frequenze. Questo avviene correntemente nella pratica, per cui le modanature in rilievo di una facciata di un edificio possono rendere diffondente la stessa a frequenze medio alte ma non a quelle basse. La valutazione dei livelli sonori in ambiente esterno risulta semplificata nel caso di geometrie semplici e di pochi punti di valutazione. In casi differenti, come quando è richiesta una mappatura estesa dei livelli sonori, la valutazione deve essere supportata da una procedura automatizzata. Lo studio del campo sonoro in ambienti reali si basa quindi necessariamente su modelli di calcolo che valutano in maniera molto differenziata i diversi fenomeni che influenzano la propagazione sonora; alcuni impiegano algoritmi semplificati definiti dalla normativa internazionale e basati su dati sperimentali, altri introducono ipotesi semplificative che permettono di trascurare alcuni fenomeni ma li rendono idonei solo a situazioni specifiche: in tutti i casi è necessario ricorrere all’uso di software più o meno complessi.
α α riflessione speculare
riflessione mista
riflessione diffusa
Figura 3.3.1: differenti tipi di riflessioni da parte delle superfici. Al problema dell’affidabilità del modello di calcolo della propagazione sonora in ambiente esterno, si aggiunge quello della caratterizzazione della sorgente sonora in termini di potenza e di direttività. Solo alcuni dei modelli previsionali attualmente disponibili sono in grado di prendere in considerazione anche questi aspetti. Dal punto di vista della propagazione sonora, l’ambiente urbano presenta caratteristiche che si possono ritenere intermedie tra quelle degli ambienti interni e quelle degli ambienti esterni. Infatti la presenza di edifici che si fronteggiano per lunghi tratti di strada costituiscono in pratica dei canyon dove si verificano un numero considerevole di riflessioni delle onde sonore, creando un campo sonoro che si può definire «semiriverberante». A questo proposito è importante anche la forma delle facciate, che può incrementare la quantità di energia sonora rinviata verso il basso, se caratterizzata da molte parti in aggetto, come balconi o tettoie, o viceversa lasciare sfuggire le onde sonore verso l’alto (v. figura 3.3.2 ).
20
Figura 3.3.2 Influenza della forma della facciata sulla diffusione del campo sonoro. L’effetto delle riflessioni sui livelli sonori in determinati punti di una facciata sono evidenziati in figura 3.3.3., dove si vede che il ricettore B a causa delle riflessioni dell’edificio antistante ha sostanzialmente gli stessi livelli sonori che del ricettore A posto a livello della strada in prossimità della sorgente sonora; ben diversa appare invece la situazione nel caso di fronte libero (assenza di riflessioni).
Figura 3.3.3 Influenza delle riflessioni sui livelli sonori nelle parti alte di edifici Per determinare il livello di pressione sonora in un certo punto del campo tenendo conto delle riflessioni, si può quindi ricorrere al principio base dell’acustica geometrica, per il quale le onde sonore vengono considerate come raggi rettilinei, trascurando o semplificando notevolmente tutti i fenomeni legati alla loro natura ondulatoria. Nel caso dello studio della propagazione sonora dovuta ad una sola sorgente sonora puntiforme, le riflessioni subite dai raggi sonori generati da questa, considerate sempre speculari, vengono quindi a creare delle nuove sorgenti di potenza attenuata secondo il coefficiente di assorbimento delle superfici riflettenti; tali sorgenti vengono definite «sorgenti immagine» ed il metodo elementare che si basa su questi presupposti «metodo delle sorgenti immagine» (v. figura 3.3.4).
21
R
S’
S
S’’
Fig. 3.3.4 Metodo delle sorgenti immagine: S’immagine di primo ordine e S’’ di secondo ordine. Quando l’ambiente in cui si deve effettuare la simulazione acustica è caratterizzato da un notevole numero di riflessioni, il metodo delle sorgenti immagine diventa molto complesso ed è fondamentale l’ausilio di un software. In ambienti caratterizzati da un numero limitato di riflessioni, come in genere gli ambienti esterni, questo metodo può essere utile per una prima valutazione di massima del livello sonoro presente in determinati punti. In queste condizioni il livello di pressione sonora in un punto a distanza r dalla sorgente può essere determinato in base alla relazione (3.3.1):
L10 n L10 L p = 10 lg 10 + ∑10 i=1 pd
pri
(3.3.1)
dove: L pd è il livello di pressione dovuto alla propagazione diretta da sorgente a ricevitore (dB); L pri è il livello di pressione dovuto alle onde riflesse dalla i esima superficie riflettente (dB). I livelli di pressione per propagazione diretta e riflessa si ottengono rispettivamente dalle (3.3.2) e (3.3.3): L pd = LW – 20lg(r d) – 11 (dB)
(3.3.2)
L pri = Lw – 20lg(r i ) +10lg(1- α ) – 11 (dB)
(3.3.3)
dove: LW = r d = r i = α =
livello di potenza della sorgente (omnidirezionale) (dB); distanza tra sorgente e ricevitore (m) (figura 1); distanza complessiva sorgente - superficie riflettente – ricevitore (m); coefficiente di assorbimento acustico della superficie riflettente (rapporto tra l’energia assorbita e quella incidente).
Il termine (-20lg(r) – 11), come detto, serve a tenere conto della divergenza geometrica delle onde sonore (attenuazione con la distanza), mentre il terzo termine della (3.3.3) (10lg(1- α )) tiene conto dell’assorbimento acustico da parte della superficie riflettente. In generale si tiene conto dei fattori che possono influenzare la propagazione sonora analizzando singolarmente ciascuno di essi e valutandone poi complessivamente il contributo; il fattore di attenuazione A della (3.2.2) può essere quindi esplicitato nei seguenti termini di attenuazione:
22
L p = (LW - Adiv + Dθ) -Aatm - Aground - Ascreen - Amisc
(3.3.4)
in cui: L p = livello di pressione sonora nel punto del ricevitore (dB); LW = livello di potenza della sorgente sonora (dB); Adiv = attenuazione per divergenza d’onda (dB) (v. par.3.2); Aatm = attenuazione per assorbimento dell’aria (dB); Aground = attenuazione per «effetto suolo» (dB); Ascreen = attenuazione per presenza di barriere (dB); Amisc = attenuazione per altri effetti (presenza di edifici o di vegetazione, gradiente termici, vento, ecc.) (dB). I termini di attenuazione possono assumere valore positivo, se creano riduzione del livello di pressione sonora, o negativo, se creano incremento del livello. Quando la propagazione sonora avviene su distanze limitate, i termini di attenuazione dovuti all’assorbimento dell’aria, ai gradienti termici ed al vento diventano poco significativi. Invece, possono assumere importanza i termini di attenuazione dovuti alla divergenza geometrica, all’effetto suolo, alla riflessione sulle facciate ed alla presenza di barriere. 3.3.1 Attenuazione per effetto suolo
Particolari difficoltà presenta la valutazione dell'attenuazione per "effetto suolo" (Aground). L’assenza di un campo sonoro diffuso, o riverberante, fa sì che la distribuzione del campo sonoro in esterni possa essere influenzata da fenomeni quali l’interferenza costruttiva o distruttiva tra onde sonore dirette ed onde riflesse dal suolo (effetto suolo) e la diffusione delle onde.
Fig. 3.3.1.1 Fenomeno dell’interferenza Il fenomeno dell’ interferenza è legato alla natura ondulatoria del suono e può portare a contributi sia costruttivi che distruttivi sulla propagazione sonora. Quando si ha interferenza tra due onde sonore di fase opposta il risultato è una riduzione del livello di pressione sonora che può raggiungere teoricamente valori di 20 – 30 dB per onde sfasate di 180°; quando invece le onde 23
sono in fase, l’incremento può raggiungere 6 dB (raddoppio della pressione sonora) (v. fig. 3.3.1.1.). L’effetto di interferenza dipende dalla natura del suolo, dall’angolo di incidenza delle onde sonore (quindi dal rapporto tra altezza media sorgente-ricevitore e distanza) e dalla frequenza. A basse frequenze (lunghezze d’onda elevate) il suolo si comporta come una superficie speculare e quindi tale da non generare significativi cambiamenti di fase tra le onde sonore incidenti e riflesse. A frequenze alte (piccole lunghezze d’onda), invece, si può verificare un cambiamento di fase indotto dalla riflessione del suolo ed inoltre la differenza tra il percorso diretto r d e quello riflesso r r non è più trascurabile rispetto alla lunghezza d’onda del suono (v. figura 3.3.1.1 ).
d p Sorgente
• hs
Ricevitore
r d
Φ
r r
•
h r
Figura 3.3.1.1: Grandezze geometriche che caratterizzano l’effetto suolo. Le superfici in grado di creare interferenza sono solitamente superfici non dure o dotate di notevole porosità. Pertanto, agire sull’effetto suolo per ridurre il livello di pressione sonora in ambiente esterno è una strategia poco usata, in quanto le finiture solitamente impiegate per le pavimentazioni esterne sono dure. Un metodo di calcolo semplificato dell'attenuazione per "effetto suolo" è specificato dalla norma ISO 9613. Tale metodo di calcolo introduce un nuovo parametro, definito «ground factor» G, che è un numero variabile tra 0 e 1 in funzione delle caratteristiche del suolo (valore massimo per superfici molto reattive (G =1), come manti erbosi o superfici porose, e minimo per superfici dure (G =0), come pavimentazioni, acqua o cemento lisciato). Il metodo è applicabile solo per superfici piatte orizzontali o con pendenza costante. L’attenuazione viene valutata distinguendo la superficie del suolo compresa tra sorgente e ricevitore nelle seguenti tre zone (v. figura 3.3.1.2): - zona della sorgente, che si estende dalla sorgente verso il ricevitore per una distanza di circa 30 hs ≤ d p con un massimo pari a d p; - zona del ricevitore, che si estende dal ricevitore verso la sorgente per una distanza di circa - 30 hr ≤ d p con un massimo pari a d p; - zona intermedia, compresa, se possibile, tra la zona della sorgente e quella del ricevitore, da considerare solo se d p > (30 hs + 30 hr ). Il modello prevede pertanto il calcolo di tre distinti termini di attenuazione per effetto suolo per le tre zone, la cui somma fornisce il termine da impiegare nell’equazione (3.3.1): Aground = As + Ar + Am
24
(3.3.1.1)
df d p
Fig. 3.3.1.2 Zona della sorgente, del ricevitore ed intermedia
I valori di As, Ar e Am vengono calcolati in funzione della frequenza, in bande di ottave, mediante le seguenti formule: As = Ar = -1,5; Am = - 3q (63 Hz)
−50d − - 0,12 ( h- 5 ) As = Ar = -1,5 + G 1,5 + 3e 1 − e + 5,7 e − 0, 09h (1 − e − 2, 8⋅10 d ) ; A m = -3q(1 - G ) (125Hz) −50d - 0,09 h As = Ar = -1,5 + G 1,5 + 8, 6e 1 − e ; A m = -3q(1 - G ) (250Hz) −50d - 0,46 h As = Ar = -1,5 + G 1,5 + 14e 1 − e ; A m = -3q(1 - G ) (500Hz) −d 0,9 h 50 As = Ar = -1,5 + G 1,5 + 5e 1 − e ; A m = -3q(1- G ) (1000Hz) As = Ar = -1,5 + G(1 − G ); A m = -3q(1 - G ) (2000 - 8000Hz) p
2
2
6
2 p
p
2
p
2
p
2
dove: q=0 per d p ≤ 30(hs + hr ); q = 1-(30(hs + hr ))/d p per d p > 30(hs + hr ); d p = distanza sorgente ricevitore Il ground factor G e l’altezza h che compaiono nelle suddette relazioni vengono posti uguali rispettivamente al ground factor della zona della sorgente o del ricevitore ed all’altezza della sorgente o del ricevitore, a seconda che si valuti il termine A s o Ar . Dalla figura 3.3.1.3 si nota che il modello di calcolo dell’effetto suolo della norma ISO 9613 prevede un’attenuazione accentuata alle frequenze centrali di analisi, con il massimo nella banda di ottava dei 500 Hz.
25
20 18 ) B d ( e l a b o l g e n o i z a u n e t t A
16 2 metri 14
4 metri
12
8 metri
10
16 metri 32 metri
8
64 metri 6
128 metri
4 2 0 125
250
500
1000
2000
4000
8000
Figura 3.3.1.3: Attenuazione globale per effetto suolo, A ground (1), in funzione della frequenza e della distanza tra sorgente e ricevitore con hs = 0,3, hr = 1,4 e ground factor G = 1 (massimo effetto di interferenza). L’accuratezza del metodo ISO 9613 nella previsione dei livelli sonori in ambiente esterno può essere limitata anche dalla direttività della sorgente sonora, in quanto questa viene valutata solo in modo semplificato. 3.3.2 Attenuazione per assorbimento dell’ari a e condizioni atmosferi che
L’attenuazione per assorbimento dell’aria può essere valutata mediante la seguente relazione: = α ⋅ r (dB)
Aatm
dove α è il coefficiente di assorbimento acustico in dBm-1 ed r la distanza tra sorgente e ricevitore. I valori di α possono essere desunti dalla seguente Tabella 3.3.2.1, tratta dalla ISO 9613-1. Dall’esame di essa si evince che tale coefficiente è influenzato dalla frequenza, temperatura T ed umidità relativa U.R. ma non dalla pressione barometrica.
Tabella 3.3.2.1
Le condizioni meteorologiche possono influenzare la propagazione del suono. Tutti possono constatare come in particolari condizioni di vento o temperatura sia possibile udire o meno suoni di sorgenti lontane che usualmente non sono avvertiti o ci giungono in forma molto attenuata e viceversa: casi tipici sono il passaggio di treni, il rumore di infrastrutture stradali, il suono delle 26
campane, ecc., anzi taluni traggono da tali fenomeni l’indicazione sul cambiamento delle condizioni atmosferiche che coincidono infatti con il movimento ventoso dell’aria. Per quanto attiene all’influenza del gradiente di temperatura, poiché la velocità del suono varia con la stessa, con gradiente negativo 5 i raggi sonori tendono a incurvarsi verso l’alto (v. figura 3.3.2.1a ): si verificano pertanto delle zone d’ombra anche a distanza prossima alla sorgente, nelle quali i suoni sono poco udibili; viceversa con inversione termica, ovvero con gradiente positivo, (v. figura 3.3.2.1b) i suoni risultano udibili anche a grande distanza. L’effetto del vento produce zone d’ombra nella zona controvento, ma permette di raggiungere anche notevoli distanze nelle zone sottovento (v. fig.3.3.2.2 ).
a)
b)
Fig. 3.3.3.1 Effetti del gradiente di temperatura
5
Il gradiente negativo si ha di giorno con condizioni di bel tempo: la temperatura diventa sempre più fredda man mano che ci si allontana dal suolo. Viceversa di notte o con giornate coperte si verifica l’inversione termica: la temperatura diventa sempre più fredda man mano che ci si avvicina al suolo.
27
Fig. 3.3.3.2 3.3.3 Attenuazione per barr iere vegetali
Le barriere vegetali sono costituite da fasce arboree, talora appositamente piantate allo scopo di schermare certe aree poste in prossimità delle sorgenti, in genere infrastruttura viarie (strade, ferrovie, aeroporti, ecc.), dal rumore proveniente dalle stesse. L’attenuazione prodotta dal fogliame di alberi o cespugli è in genere molto piccola e per avere effetti non trascurabili di schermatura occorre che questa sia molto densa (tale in pratica da nascondere la vista). Nella Tabella 3.3.3.1. è riportata, in funzione della frequenza, l’attenuazione in dB che si verifica quando il suono attraversa del fogliame denso per una distanza df da 10 a 20 m e in dB/m per distanze da 20 a 200 m, valore limite anche per distanze superiori.
Tab. 3.3.3.1
Un tipo di barriera vegetale larga 100 m appositamente predisposta per attenuare la propagazione sonora è riportata nella figura 3.3.3.1; la fascia delle piante è costituita da siepi di 4-5m di altezza poste nel lato verso la sorgente di rumore e per il resto da alberi di 10 m ed oltre di altezza, di varie specie appositamente scelte per una più efficace attenuazione del suono. Nel caso suddetto la fascia arborea è stata disposta su un terrapieno alto 8 m che, oltre a consentire una più facile messa a dimora delle piante ed un più graduale effetto paesaggistico, costituisce a sua volta una vera e propria barriera con efficacia sull'attenuazione del suono anche nella fase successiva alla messa a dimora delle piante in cui esse non si sono ancora sviluppate in tutta la loro altezza. 28
Lato strada
Figura 3.3.3.1
Nella selezione dell'alberatura per sviluppare una fascia di bosco con caratteristiche fonoisolanti si deve tener conto che le specie arboree abbiano le seguenti caratteristiche: - siano idonee alle condizioni climatiche dell'area considerata; - abbiano effettive proprietà fonoisolanti, cioè non siano caducifoglie; - abbiano una rapida crescita e possano essere piantate abbastanza fittamente; - siano di agevole manutenzione e poco soggette a malattie. L'attenuazione prodotta da una fascia arborea dell'energia acustica che si propaga parallelamente al terreno dipende soprattutto dallo spessore della fascia, dall'altezza dell'alberatura e dalla densità della piantagione più che dalle caratteristiche delle piante quali la forma delle foglie e la lunghezza dei rami; ciò perché l'effetto di diffusione prevale su quello dell'assorbimento. L'attenuazione tuttavia dipende dalla frequenza dei suoni che investono la fascia arborea, risultando generalmente maggiore nel campo delle alte frequenze. L'attenuazione in dB/100m in funzione della frequenza presentata da varie specie arboree sempreverdi idonee ad essere impiegate per la realizzazione di barriere acustiche è riportata nella figura 3.3.3.2; per confronto nella stessa figura è rappresentata anche l'attenuazione nella trasmissione radente al terreno del suono presentata da una superficie con manto in calcestruzzo e da una fascia di alberatura caducifoglie nelle condizioni di assenza del fogliame.
29
Abete rosso
m 0 0 1 / B d e n o i z a u n e t t A
Cedro giapponese pino
Albero caducifoglie
Strada con manto in cemento
Figura 3.3.3.2
3.3.4 Attenuazione per barr iere
La presenza di barriere naturali o artificiali, poste tra la sorgente disturbante ed il soggetto disturbato, può dare luogo ad una significativa riduzione della propagazione sonora (A screen ). La progettazione di barriere artificiali deve seguire alcune regole di tipo geometrico, fondamentali al fine di conseguire riduzioni significative della rumorosità al ricevitore. La massa superficiale della barriera non deve essere inferiore a 20 kg/m², e può essere realizzata con vari tipi di materiali (muratura, calcestruzzo, policarbonato, acciaio, ecc.) talora utilizzati in forma mista (es. basamento portante in calcestruzzo e parete schermante in policarbonato). Il massimo dell’attenuazione mediamente ottenibile mediante barriere artificiali è di circa 15-20 dB. Infatti la propagazione sonora in presenza di barriere acustiche è dominata dalla diffrazione attorno agli spigoli di queste (v. figura 3.3.4.1 ): secondo il principio di Huygens ogni punto situato sul fronte un’onda progressiva genera a sua volta un’onda elementare tale che il punto suddetto diventa esso stesso sorgente sonora.
30
Fig. 3.3.4.1 Barriera acustica artificiale Nella figura 3.3.4.1 il raggio sonoro 2 rappresenta l’onda diffratta dalla barriera, mentre gli altri raggi sonori indicano gli altri sei cammini possibili (1-onda diretta, 3- onda trasmessa, 4- onda riflessa dal suolo e successivamente diffratta, 5- onda diffratta e successivamente riflessa,6- onda assorbita,7- onda riflessa). L'equazione (3.3.4.1) ha dimostrato buon accordo con i risultati di casi reali, permettendo così di stimare l'attenuazione sonora dovuta ad una barriera semi-infinita in presenza di una sorgente sonora di tipo puntiforme senza che l’effetto suolo alteri la validità dei risultati stessi .
2π N (dB) + ≥ 20lg 5 ( per N -0,2 ) A scree n = tanh 2π N 0 (altrimenti)
(3.3.4.1)
dove: 31
N è il valore del numero di Fresnel (adimensionale); nella (3.3.4.1) è utilizzato il valore assoluto di N fornito dalla (3.3.4.2): N = ±
2 λ
( A + B − d )
(3.3.4.2)
λ = lunghezza d'onda del suono (=c/f) (m);
A+B = più breve percorso sonoro sopra la barriera, dalla sorgente al ricevitore (m) (v. figura 3.3.4.2); d = distanza in linea retta tra sorgente e ricevitore (m) (v.figura 3.3.4.2); il segno + si applica quando il ricevitore si trova nella zona in ombra della barriera, mentre il segno - quando si trova nell'altra zona. tanh = tangente iperbolica 6 barriera sorgente
A B
d
ricevitore
Figura 3.3.4.1: grandezze geometriche che caratterizzano le barriere acustiche. Nella figura 3.3.4.3 è rappresentato il valore dell’attenuazione in dB, in funzione del valore di N, dedotto sia a partire dall’equazione (3.3.4.1) che dai risultati sperimentali ottenuti da Maekawa.
6
la tangente iperbolica di x è data da: tanh (x) = (e 2x –1)/(e 2x +1)
32
Nella figura 3.3.4.4 è riportato un altro grafico dove l’attenuazione della barriera è ottenibile in funzione del rapporto tra altezza schermante effettiva h della barriera e lunghezza d’onda λ, e dell’angolo di diffrazione ϕ : si rileva così direttamente l’importanza nell’attenuazione della posizione del ricevitore rispetto all’ombra acustica esercitata dall’altezza effettiva della barriera. Altre formule sono disponibili per il calcolo dell'attenuazione da barriere in presenza di sorgenti sonore di tipo lineare. Soprattutto occorre tenere conto della lunghezza effettiva della barriera (le formule precedenti valgono per barriera semi-infinita). Ad esempio una relazione piuttosto semplice per stabilire la lunghezza minima della barriera L min , è quella fornita dall’Istituto sperimentale svizzero (EMPA): Lmin = K. B (m) dove B è la distanza barriera ricettore e K è desumibile dal grafico di figura 3.3.4.5 in funzione dell’attenuazione di progetto della barriera. Preme infine far rilevare i seguenti aspetti generali: - a parità di risultati in termini di attenuazione è preferibile tenere la barriera il più vicino possibile alla sorgente, ottenendo il vantaggio anche di una protezione territoriale più estesa; - la barriera deve avere un indice di valutazione del potere fonoisolante Rw superiore a 25 dB. Tale prestazione si può ottenere con una barriera in materiale omogeneo avente massa superficiale pari a circa 20 – 30 kg/m²; non conviene aumentare eccessivamente il peso della stessa perché i miglioramenti ottenibili sono trascurabili;
33
3.3.4.4
Un’ultima componente di attenuazione riguarda l’eventuale fonoassorbimento della barriera. Molto spesso le barriere vengono infatti costruite con elementi fonoassorbenti in grado di migliorare ulteriormente le prestazioni soprattutto al fine di evitare che le onde riflesse possano andare a disturbare eventuali ricettori situati dalla parte opposta alla barriera; l’efficacia del fonoassorbimento è comunque migliore per le sorgenti lineari. Nella pratica l’ulteriore attenuazione può essere stimata pari a circa 1÷4 dB per le sorgenti puntiformi e di 2 ÷6 dB per quelle lineari.
3.3.4.5
34
S
B
ESERCITAZIONE
Con riferimento alla figura 3.3.4.2 ed alle relazioni (3.3.4.1) e (3.3.4.2) si calcoli l’attenuazione di una barriera acustica alla frequenza di 500 Hz, sapendo che: A + B = 20 m ; d = 14.14 m Il numero di Fresnel risulta pari a: 2 N = ± ( A + B − d ) = + 2/500 (20 – 14,14) = 0,02344 > - 0,2 pertanto è applicabile la (3.3.4.1). λ
Risulta pertanto: tanh (6,28. 0,02344)1/2 = 0,3659 A screen = 20lg [(6,28. 0,02344) 1/2 /0,3659]+ 5 = 5,4 dB Posto che la distanza B tra barriera e ricettore è pari a 10 m, calcolare la lunghezza minima della barriera Lmin. Dal grafico di figura 3.3.4.5 si rileva che K ≅ 2,5 e pertanto si ha: Lmin = K. B = 2,5. 10 = 25 (m)
4. ANALISI ACUSTICA E VARIABILITÀ DEL LIVELLO SONORO NEL TEMPO Come accennato inizialmente i fenomeni acustici sono fenomeni tipicamenti spettrali, ovvero i loro effetti sono funzione della frequenza oltre che del contenuto energetico. L’analisi acustica di un evento sonoro consiste quindi nel comprendere la distribuzione del contenuto energetico del suono alle varie frequenze interessate dall’evento stesso: ciò avviene rappresentando il suono in esame su un diagramma pressione/frequenza (v. figura 4.1). Tuttavia poiché la capacità selettiva dell'orecchio umano si manifesta non per ciascuna delle circa diciottomila frequenze udibili ma per gruppi di frequenze definite bande critiche 7 o bande d’ottava (mutuando tale denominazione dal campo musicale), l’analisi acustica viene condotta sulla base della conoscenza dei livelli globali (di potenza, intensità o pressione sonora) per ciascuna delle suddette bande, a partire dai livelli di spettro L S per ciascuna delle frequenze comprese nella banda. A parità di contenuto energetico globale del suono (L P = cost), all'interno di ciascuna banda critica la sensazione sonora di intensità soggettiva rimane all’incirca costante comunque vari la frequenza o la larghezza di banda dei suoni. 7
L’analisi in frequenza viene fatta per bande di ottava o suddividendo le stesse in bande di terzi d’ottava; ovviamente la somma del contenuto energetico di tre bande di terzi di ottava eguaglia il contenuto energetico della corrispondente banda di ottava, con il vantaggio però di poter conoscere più in dettaglio la distribuzione energetica del suono; a livello normativo le analisi in frequenza vengono abitualmente prescritte in terzi d’ottava.
35
Le correlazioni tra le frequenze di confine inferiore f 1 e superiore f 2, la frequenza centrale f o e la larghezza di banda ∆ f sono le seguenti: per le bande d’ ottava
∆f = f 2 - f 1 = 0,71 f o ; f 2 = 2 f 1; f o = (f 1 f 2)1/2 per le bande di terzi d’ottava
∆f = f 2 - f 1 = 0,23 f o; f 2 = 1,259 f 1 ; f o = (f 1 f 2)1/2 Le frequenze centrali di banda di ottava (o di terzi di ottava) sono state normalizzate e sono riportate in Tabella 4.1. Risulta evidente che all’interno di una banda d’ottava sono contenuti, con le dovute approssimazioni, 3 terzi d’ottava: ad esempio a 250 Hz ∆ f/ottava = 177, mentre ∆f/1/3ottava = 58 e pertanto 58 x 3 ≅ 177. Per la definizione di livello di pressione sonora, si ha che il livello di pressione dello spettro L SP sarà dato dalla seguente relazione: LSP = 10 lg p²/(p0² ∆ f) = LP - 10 lg ∆ f
(dB)
per definizione tale valore è quindi il livello di pressione del suono contenuto in una banda di frequenze larga 1 Hz e centrata sulla frequenza in esame. Ad esempio per la banda d’ottava di 250 Hz, ∆ f = 177,5 Hz, se LP = 60 dB si avrà: LSP = 60 - 10 lg 177,5 = 37,5 (dB) a parità di livello per la banda di 125 Hz, ∆ f = 88,75 e quindi: LSP = 60 - 10 lg 88,75 = 40,5 (dB) per verifica: f 2 LP = 10 lg f (10 LSP /10) df = 10 lg [(10 LSP /10) (f 2 -f 1 )] = LSP + 10 lg ∆ f (c.v.d)
∫
1
36
Tabella 4.1 Principali frequenze normalizzate: bande di ottava e terzi di ottava bande
a z n ) e z u H q ( e r f
ottava
1/3 d’ottava
taglio inf.
centrale
taglio sup.
44
63
88
88
125
177
177
250
355
355
500
710
710
1000
1420
1420
2000
2840
2840
4000
5680
5680
8000
11360
taglio inf. 56.2 70.8 89.1 112 141 178 224 282 355 447 562 708 891 1122 1413 1778 2239 2818 3548 4467 5623 7079 8913 11220
centrale 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 12500
taglio sup. 70.8 89.1 112 141 178 224 282 355 447 562 708 891 1122 1413 1778 2239 2818 3548 4467 5623 7079 8913 11220 14130
Per l'analisi acustica di un suono si utilizza pertanto un diagramma, denominato spettrogramma, dove in ordinata vengono riportati i livelli LP in dB, mentre in ascissa si riportano le frequenze centrali di banda normalizzate (vedi figura 4.1). Una volta conosciuti i suddetti livelli possiamo calcolare il livello globale del suono in esame, esprimendo così con un unico valore il contenuto energetico dell’evento sonoro. Per il calcolo del livello globale si procede nel modo seguente: -
si calcola il rapporto p2 /p02 = 10 LP /10 per ciascuna banda di frequenza centrale; si effettua la sommatoria dei valori così ottenuti: Σ 10 LP /10 si calcola infine il valore del livello globale LP: LP = 10 lg (Σ 10 LP /10)
Tra gli spettri sonori di particolare interesse utilizzati per effettuare ad es. le prestazioni fonoisolanti di componenti edilizi sono da segnalare lo spettro di rumore bianco e lo spettro di rumore rosa : il primo è caratterizzato dall’avere un livello LP costante e continuo per tutte le bande di frequenza; viceversa il secondo è caratterizzato dall’avere un contenuto energetico costante per tutte le bande di frequenza, ovvero si mantiene costante L SP 8.
8
il rumore di una cascata d’acqua è un tipico rumore bianco; poiché il livello LP si mantiene costante occorre che il livello di pressione dello spettro L SP = 10 lg (p 2/p 0 2 ∆f) = LP - 10 lg ∆ f diminuisca di 3 dB ad ogni raddoppio di frequenza; viceversa per il rumore rosa L SP rimane costante quindi dovrà aumentare di 3 dB il valore di L P ad ogni raddoppio di frequenza.
37
80 Lp 70 60 50 40 30 20 10 0 63
125
250
500
1k
2k
3k
4k
frequenza
Figura 4.1 Analisi per bande di ottava
Finora si è supposto che il fenomeno in esame si mantenga costante durante la rilevazione, tuttavia generalmente le grandezze suddette variano con il tempo, in relazione alle caratteristiche della sorgente sonora; volendo quindi rappresentare un evento sonoro comunque variabile nel tempo T di integrazione con un unico valore del livello sonoro è stato definito il Livello continuo equivalente di pressione sonora Leq: Leq = 10 lg [1/T (
T
∫ p²(t) /p0² dt) ] 0
(dB)
(4.1)
Esso rappresenta pertanto un rumore comunque fluttuante mediante il livello di un rumore uniforme avente il medesimo contenuto energetico del rumore fluttuante (v. figura 4.2 ). Leq Lp(dB)
0
T
Figura 4.2 Rappresentazione grafica del livello continuo equivalente L eq di un rumore comunque fluttuante nell’intervallo di tempo T
38
ESERCITAZIONE
Dato un evento sonoro con la seguente distribuzione in frequenza: 125 Hz à 50 dB 250 Hz à 30 dB 500 Hz à 60 dB calcolare il livello sonoro complessivo mediante la procedura indicata in precedenza: /10 - calcolo del rapporto p2 /p02 = 10 LP /10 per ciascuna banda: 10 5;103; 106 - si effettua la sommatoria dei valori ottenuti: Σ (105 +103 + 106) = 1,101⋅ 106 - si calcola infine il valore del livello globale LP = 10 lg (1,101 ⋅ 106 ) = 60,4 dB Dato un evento sonoro caratterizzato della durata complessiva di 60 secondi con le seguenti variazioni di livello: 10 secondi à Lp = 50 dB 30 secondi à Lp = 30 dB 20 secondi à Lp = 60 dB calcolare il livello sonoro equivalente inerente i suddetti livelli. Dalla relazione: Leq = 10 lg (Σ Ti ⋅10 LPi /10)/T = 10 lg [(10 ⋅ 105 + 30 ⋅ 103 + 20 ⋅ 106) /60] = 55,4 dB Calcolare il Leq nel caso che gli eventi suddetti abbiano tutti la stessa durata pari a 10 secondi. Leq = 10 lg (Σ 10 LPi /10)/n = 10 lg [(105 +103 + 106) /3] = 55,6 dB Si ricorda che nei calcoli dei Livelli i valori vengono usualmente approssimati a ± 0,5 dB e interrotti alla prima cifra decimale: decimale: ad esempio i valori dei suddetti esempi esempi pari a 60, 42 - 55,45 e 55,65 sono stati approssimati rispettivamente a 60,4 - 55,4 e 55,6 dB.
5. RICHIAMI DI ACUSTICA PSICOFISICA: GRANDEZZE PSICOACUSTICHE La percezione dei suoni avviene per mezzo dell’orecchio, vero e proprio analizzatore acustico che converte le vibrazioni in messaggi codificati inviati al cervello, con un comportamento del tutto simile ad un convertitore analogico digitale. Il suono è percepito con caratteristiche psicosensoriali psicosensoriali che possiamo possiamo riassumere riassumere nel tono, intensità di sensazione sensazione uditiva e nel timbro. Come accennato il tono (altezza tonale) è legato alla frequenza (bassa frequenza = toni gravi, alta frequenza = toni acuti); esso nel caso dei rumori ha poca importanza poiché questi sono generalmente a banda larga. L’intensità di sensazione uditiva è invece legata al livello di pressione pressione sonora ed alla composizione composizione spettrale del suono. Infine il timbro è legato anch’esso anch’esso alla composizione spettrale del suono, e si riferisce alla capacità dell’orecchio di distinguere suoni identici per intensità ed altezza ma emessi da sorgenti diverse: ad es. da strumenti musicali diversi, la voce dell’uomo da quella della donna, ecc. Le grandezze fisiche finora illustrate sono atte a descrivere i vari fenomeni fisici che interessano l'acustica ambientale ma non danno alcuna indicazione in merito alla percezione soggettiva dei suoni, ed in particolare sulla intensità soggettiva o sonia che può essere attribuita ad un suono in una scala da debole a forte, né sugli effetti di disturbo delle sensazioni sonore. Analogamente 39
a quanto avviene nel campo dell'illuminotecnica, dove il contenuto energetico di un fascio ascio di onde elettromagnetiche non dà alcuna indicazione sulla sensazione luminosa che lo stesso produce produce una volta impressiona impressionata ta la retina, retina, così nel campo dell'acustica dell'acustica il contenuto contenuto energetico energetico di un evento sonoro, sonoro, o meglio la distribuzione energetica del suono alle varie var ie frequenze, non ci dà alcuna indicazione utile circa le sensazioni che tale energia provoca una volta che sia stimolato l'apparato uditivo umano. La correlazione esistente tra le caratteristiche fisiche di un suono e la sensazione di intensità soggettiva dalle stesse provocate, considerata l’infinita possibilità di combinazioni sonore, è stata indagata solo per i suoni puri. In un diagramma, frutto di ricerche su gruppi di individui dotati di udito normale (giurie sonore), definito "audiogramma normale medio per toni puri " si sono riportati in ascisse i livelli di pressione sonora in dB riferiti alla soglia di udibilità, udibilità, ed in ordinata le varie frequenze in scala logaritmica (vedi figura 5.1). La costruzione dell'audiogramma è stata fatta assumendo un suono puro a 1000 Hz di riferimento; al variare delle frequenze la giuria sonora giudica quando la sonia del suono in esame è uguale a quella quella del suono di riferimento individuando così una serie di punti aventi eguale sonia: l’unione dei punti così ottenuti individua individua delle curve definite curve di isosensazione . L'esame dell'audiogramma mostra come varia la sensibilità dell'orecchio al variare delle frequenze per i toni puri. La valutazione numerica della sonia del suono in esame è rappresentato dal valore N espresso in Phon (o livello di sensazione sonora LSS) cui corrisponde la stessa sensazione sonora prodotta dal livello di pressione sonora N in dB del suono di riferimento a 1000 Hz: ad esempio esaminando l’audiogramma si vede che un suono puro avente un livello di pressione sonora pari a 50 dB a 250 Hz produce la stessa sensazione di intensità soggettiva di un suono di 85 dB a 31,5 Hz; a loro volta entrambi i suoni hanno lo stesso livello di intensità soggettiva pari a 50 Phon (50 dB a 1000 Hz). Dall’esame dell’audiogramma si evince che la massima sensibilità dell’orecchio si ha nella zona compresa tra 1000 e 6000 Hz, ed in particolare decresce sensibilmente al decrescere della frequenza: tutto questo ha notevoli conseguenze pratiche nel campo dell’acustica edilizia ed ambientale e sul controllo del rumore in generale.
40
Fig. 5.1 Audiogramma normale medio per toni puri
5.1 Livello sonoro in dB(A) Le curve isofoniche rappresentano il comportamento medio di un orecchio normale e tuttavia il livello di isosonia non trova utilizzazione pratica, sia per le difficoltà di realizzare strumenti che siano in grado di dare di un suono qualsiasi il livello in PHON, sia perché tale livello non dà indicazioni attendibili attendibili sull'effetto di disturbo che il rumore provoca sugli individui. Al fine suddetto sono state elaborate allora altre grandezze e tra queste quella di maggiore diffusione, soprattutto per la praticità di misurazione mediante un semplice fonometro, è quella del livello liv ello sonoro in dB (A). Il livello di pressione sonora LP(A) in dB (A) è diventata la grandezza psicoacustica base per esprimere le risposte soggettive degli individui ai rumori. Infatti da numerosi studi è emersa la fortuita nonché fortunata combinazione che i livelli sonori ottenuti con un fonometro utilizzante un criterio di pesatura "A" esprimono con molta buona approssimazione l'effetto simultaneo di sonia e di disturbo di rumori qualunque sia il loro livello di pressione sonora: tale criterio consiste nella correzione dei livelli energetici in funzione della sensibilità dell'orecchio alle varie frequenze. Nella Tabella 5.1.1 sono riportati i fattori di correzione degli L p per bande di ottava, secondo la curva di ponderazione A (v. figura 5.2), alle frequenze più significative. La curva A approssima l’andamento, in forma rovesciata, della curva di isosensazione a 40 phon: in tal modo i fattori di correzione penalizzano i contributi energetici alle basse frequenze, dove l’orecchio è meno 41
sensibile, mentre lasciano invariato, o aumentano di poco, il contributo alle frequenze medio– alte.
Tabella 5.1.1 Fattori di correzione secondo la curva di ponderazione A 63 125 250 500 1000 2000 4000 Hz -26 -17 -8,6 -3 0 +1,2 +1 dB
8000 -1,1
In prima approssimazione, e per rumori a banda non stretta 9, con spettro continuo privo di componenti tonali 10 , è possibile stabilire la seguente relazione fra livello sonoro pesato "A" e Phon: LPhon = LP(A) + 13,5 (Phon) Mediante la pesatura dei suoni con la curva di ponderazione "A", codificata internazionalmente, si ottengono i livelli globali di pressione sonora in scala "A"; a partire dalla conoscenza dello spettro di un suono per bande di ottava, o terzi di ottava, la procedura è la seguente: -
si correggono i valori LP delle varie bande secondo i fattori correttivi della curva "A" ottenendo i valori corretti LP(A) (v. fig.5.2); - si trasformano i livelli LP(A) nei valori del rapporto (pA /p0)² = 10 LP(A) /10 - si effettua la sommatoria Σ (pA/p0)² - si calcola il valore globale LP(A) = 10 lg Σ (pA/p0)² Il fonometro integratore, comunemente utilizzato per le misurazioni acustiche, effettua le operazioni suddette. Tale strumento è inoltre in grado di effettuare l'integrazione dei valori istantanei (p A /p0)² nell'intervallo di tempo della misura: in tal modo si ottiene il valore della pressione sonora in dB (A) definito Livello continuo equivalente ponderato in scala "A", Leq(A): LAeqT = 10 lg [1/T
T
∫ p²A(t) /p0² dt ] dB (A) 0
(5.1.1)
Esso è pertanto analogo al valore Leq ottenuto con la (4.1) solo che in questo caso i livelli sono pesati con la curva di ponderazione "A". Tale parametro è estremamente importante, in quanto è normalmente adottato per la misura del rumore al fine di quantificarne l’effetto di danno o disturbo che può arrecare: è stato infatti accertato che la risposta soggettiva al suono degli individui è correlata, oltre che al contenuto energetico del segnale sonoro ed alla sua distribuzione in frequenza, pesata secondo la curva A, anche alla sua distribuzione temporale ovvero alla sua durata. La validità di tale assunto è noto come "principio di uguale energia" . Il parametro Leq(A) consente dunque di esprimere con un unico numero indice la qualità e quantità del rumore ambientale, rilevabile in modo semplice ed obiettivo con un fonometro.
9
una banda stretta è una banda la cui larghezza è minore di un terzo d’ottava ma non minore dell’1% della frequenza centrale di banda. 10 La presenza di componenti tonali in un suono è rivelata dal fatto che il livello di pressione sonora ad una certa banda supera sensibilmente il livello sonoro di entrambe le bande adiacenti: per bande di terzi d’ottava il superamento deve essere di almeno 5 dB.
42
Figura 5.2 Curva di ponderazione A
Altre circostanze, dovute alla composizione del rumore, possono aumentarne l’effetto di disturbo; queste sono sostanzialmente dovute alla presenza di componenti tonali o impulsive 11 : nella normativa attuale la presenza di tali componenti provoca una penalizzazione del livello di rumore Leq(A) mediante l’aumento dello stesso di 3 dB(A) e, nel caso di compresenza delle suddette componenti, di 6 dB(A). Dal punto di vista temporale si considera inoltre più disturbante il rumore che si manifesta nel periodo notturno (dalle ore 22 alle 6) rispetto a quello diurno (dalle ore 6 alle 22). ESERCITAZIONE
Dato un evento sonoro Lp = 60,4 dB con la seguente distribuzione in frequenza: 125 Hz à 50 dB 250 Hz à 30 dB 500 Hz à 60 dB calcolarne il valore in dBA. Con riferimento alla Tabella 5.1.1. la ponderazione dei livelli risulta la seguente: 125 Hz à 50 dB - 17 dB = 33 dBA 250 Hz à 30 dB - 8,6 dB = 21,4 dBA 500 Hz à 60 dB - 3 dB = 57 dBA 11
La presenza di componenti tonali in un suono è rivelata dal fatto che il livello di pressione sonora ad una certa banda supera sensibilmente il livello sonoro di entrambe le bande adiacenti: per bande di terzi d’ottava il superamento deve essere di almeno 5 dB; la presenza di componenti impulsive, ovvero di livelli elevati per tempi inferiori al secondo, si effettua misurando il livello massimo del rumore con costante di tempo di integrazione “slow” ed “impulse”: se la differenza tra le suddette misurazioni supera i 5 dB, viene riconosciuta la presenza di componenti impulsive.
43
pertanto con la consueta procedura: -
calcolo del rapporto p2 /p02 = 10 LP(A) /10 per ciascuna banda: 10 3,3;102,14; 105,7 si effettua la sommatoria dei valori ottenuti: Σ (103,3 +102,14 + 105,7) = 5,033⋅ 105 si calcola infine il valore del livello globale LP(A) = 10 lg (5,033 ⋅ 105) = 57 dBA
come accennato in precedenti esercitazioni, si evidenzia che il contributo energetico di livelli che si differenziano per oltre 10 dB può ritenersi trascurabile ed infatti il livello complessivo in dBA poteva calcolarsi direttamente facendo riferimento al valore corretto di 500 Hz = 57 dBA.
6. STRUMENTAZIONE E MISURA DEL RUMORE Il fonometro è lo strumento indispensabile per effettuare la misura dei suoni in maniera obiettiva e riproducibile; questo aspetto è fondamentale se si pensa alla diversa risposta che soggettivamente ogni individuo dà agli stimoli sonori ed alla variabilità degli stessi: il rumore prodotto dal vento nel passare attraverso gli alberi può a taluni conciliare il sonno ed impedirlo ad altri, una canzone rock può essere deliziosa per taluni ed apparire insopportabile per altri, il passaggio periodico di un treno appare ininfluente sul riposo di chi risiede da tempo nelle vicinanze, ecc. Più in generale la rilevazione fonometrica consente di poter esprimere giudizi equi sulla tollerabilità o meno di eventi sonori senza affidarsi alla valutazione soggettiva delle persone; ad esempio la rilevazione fonometrica è normalmente adottata come parametro di giudizio nelle cause legali, sempre più spesso promosse da coloro che si ritengono danneggiati da eventi sonori ritenuti indesiderati, e per la tutela dei lavoratori in ambiente di lavoro. Nella figura 6.1 è rappresentato uno schema funzionale di un tipico fonometro integratore (che esegue cioè il calcolo del valore efficace del valore globale della pressione sonora mediante integrazione su un certo intervallo di tempo); si può rilevare che il segnale sonoro è rilevato da un microfono e successivamente elaborato secondo diverse possibilità: -
il segnale può essere pesato con diversi circuiti di ponderazione; tra questi la pesatura A, di cui si è parlato in precedenza, che simula molto bene le curve di isosensazione al variare delle frequenze per bassi livelli di pressione sonora; le pesature B e C che si comportano analogamente rispettivamente per la rilevazione di valori medi ed elevati di pressione sonora (anche se non offrono la stessa correlazione ottimale della pesatura A); ed infine la pesatura D, recentemente normalizzata per la rilevazione del rumore degli aerei; - il segnale può non essere pesato (circuito lineare lin); - il segnale può essere filtrato offrendo una analisi in frequenza per bande di ottava o terzi d’ottava ed i risultati possono essere riportati su uno spettrogramma (valori dei livelli di pressione sonora vs. frequenza di figura 6.2 ); tale procedura è necessaria sia per valutare le prestazioni di fonoisolamento ed isolamento acustico di elementi divisori, sia per individuare componenti impulsive e tonali nel segnale sonoro, sia, in generale, per effettuare qualsiasi progetto di correzione acustica di ambienti o di protezione da eventi sonori a partire dall’analisi del suono; - infine il segnale, dopo essere stato trattato in uno dei modi suddetti, è amplificato ed il valore efficace della pressione sonora (RMS) è determinato da un rettificatore; tale valore è importante in quanto è direttamente proporzionale alla quantità di energia contenuta nel segnale e permette quindi di stabilire la risposta delle persone che, come detto, è correlata alla distribuzione in frequenza, al contenuto totale di energia sonora ed alla sua distribuzione temporale. 44
Poiché i livelli sonori sono fluttuanti, occorre che la misura si adegui alla rapidità di variazione degli stessi; ciò si effettua misurando il suono con modalità Fast (veloce) o Slow (lenta), entrambe standardizzate internazionalmente: la prima consente di ottenere una risposta rapida (fast) per seguire più fedelmente la variazione dei suoni (costante di tempo d’integrazione 12 di 125 millisecondi), la seconda (costante di tempo di 1 secondo) da una risposta più lenta (slow) per smorzare le fluttuazioni dello strumento che, se analogico, risulterebbe altrimenti di difficile lettura; le modalità per l’uso dell’una o l’altra costante sono dettate da specifiche norme e dipendono comunque dal tipo di rumore da analizzare, anche se generalmente le modalità di rilevazione del rumore ambientale sono eseguite in modalità Fast . microfono Preamplificatore
Cicuiti di ponderazione - - Filtri per analisi bande
Amplificatore
RMS
Display dB/dB(A)
Costanti di tempo F/S
Figura 6.1 Schema funzionale di un tipico fonometro integratore. Come accennato in precedenza esiste infine una terza modalità di misura (modalità Impulse) per componenti impulsive (costante di tempo di 35 millisecondi) per la misura di suoni di breve durata (rumori transitori)quali ad esempio i rumori di tipo impattivo o quelli prodotti da taluni macchinari. La qualità di un fonometro e conseguentemente le sue prestazioni sono classificate internazionalmente mediante gli standard I.E.C. (International Electrotechnical Commission); le norme italiane prescrivono che gli strumenti debbano essere almeno di classe 1 I.E.C., possedere la capacità di effettuare misure con le costanti di tempo slow e impulse, ed analisi in frequenza a bande di terzi di ottava.
12
la costante di tempo stabilisce gli intervalli temporali durante i quali il fonometro effettua l’integrazione dei valori istantanei della pressione sonora: valori maggiori della costante appiattiscono le oscillazioni del segnale e viceversa, pur mantenendosi costante il livello globale equivalente Leq dell’energia contenuta nel segnale.
45
6.2
6.1 Influenza del campo sonoro: l’ambiente reale Nell’esecuzione delle misure occorre tenere conto dell’ambiente in cui queste vengono eseguite e del tipo di suono che si intende rilevare: poiché un microfono di misura deve avere una risposta in frequenza uniforme, ovvero eguale sensibilità alle bande di frequenza normalizzate, le sue prestazioni sono influenzate dal campo sonoro in cui si effettua la misura e quindi dal posizionamento dello stesso. Per misure in esterni in genere siamo in presenza di campo libero (assenza di riflessioni), mentre per misure in interni siamo in presenza di campo riverberante o semiriverberante (presenza di riflessioni e assorbimenti parziali del suono che determinano una incidenza casuale): il cambiamento della risposta da campo libero a incidenza casuale avviene tramite circuiti elettronici interni al fonometro. 46
Le misure, in generale, vengono effettuate orientando il microfono verso la sorgente sonora, posizionato ad una altezza da terra di circa 1,2 - 1,5 m, e ad almeno 1 m dalle altre superfici interferenti (pareti, barriere, arredo ed ostacoli in genere), avendo l’accortezza di mantenersi a distanza dallo strumento in modo da non alterare il campo sonoro. Per le misure in interni, quando gli ambienti non sono tanto estesi, generalmente è sufficiente eseguire un’unica misurazione ponendo lo strumento al centro dell’ambiente disturbato, e rispettando le suddette limitazioni. Se la sorgente di rumore è esterna all’edificio il microfono è poi orientato in direzione della finestra; viceversa se la sorgente è interna all’edificio il microfono viene orientato verso la direzione di più probabile provenienza del suono.
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7. ACUSTICA ARCHITETTONICA: IL SUONO NEGLI SPAZI CHIUSI Dell’energia sonora Wi incidente su di una superficie, una parte Wr verrà riflessa, una parte Wt sarà trasmessa ed una parte Wa assorbita (v. figura 7.1 ). Per il principio di conservazione dell’energia la somma di queste quantità dovrà essere eguale all’energia incidente e pertanto definiti con r il coefficiente di riflessione, con t quello di trasmissione e con a quello di assorbimento risulterà: 1 = Wr/Wi + Wt/Wi + Wa/Wi = r + t + a Per quanto attiene l’acustica negli spazi chiusi e la qualità di percezione dei suoni negli stessi, occorre definire il comportamento delle chiusure nei confronti dell’assorbimento e della riflessione, mentre la trasmissione sonora è pertinente al controllo della rumorosità. In particolare l’assorbimento è utilizzato per il controllo della riverberazione mentre la riflessione gioca un suo ruolo nella scelta della conformazione delle sale, dei teatri ecc. Ciò premesso si osservi la fig. 7.2 : un individuo R che si trova all'interno di uno spazio chiuso riceve da una sorgente sonora S energia diretta e riflessa dalle pareti, dal soffitto e dal pavimento dell'ambiente. Wa
Wt
Wi
parete Wr
Figura 7.1 Distribuzione dell’energia sonora incidente su un divisorio Wi, Wr,Wa,Wt rispettivamente energia incidente, riflessa, assorbita e trasmessa: 1 = Wr/Wi + Wa/Wi + Wt/Wi = r + a + t con r, a, t rispettivamente coeff. di riflessione, assorbimento e trasmissione.
48
Una differenza di percorso di 1 m provoca una differenza temporale tra l'onda sonora diretta e quella riflessa pari a:
τ = 1 m /340 m/s =0,0029 (s) l'orecchio percepisce come distinti suoni che gli pervengono distanziati temporalmente di almeno 0,045 (s), corrispondenti ad una lunghezza di circa 15 m; ne consegue che le onde sonore prodotte da un'unica sorgente, ma giungenti all'orecchio dopo delle riflessioni, saranno percepite come suoni distinti quando la differenza di percorso tra un'onda e la successiva è di almeno 15 m; in tal caso si ha il fenomeno dell'eco. Con riferimento alla fig. 7.2 ciò accadrà quando: SBR - SR ≥ 15 m Le riflessioni multiple cui le onde sonore sono soggette in uno spazio chiuso danno luogo a due effetti principali: • risonanza: aumento a regime dell'intensità energetica sonora, ovvero aumento della intensità della sensazione sonora ( 13 ); • riverberazione: variazione graduale anziché istantanea dell'intensità della sensazione sonora sia quando la sorgente comincia ad emettere sia quando cessa l'emissione. In generale all’interno degli ambienti si possono formare due tipi di campi sonori: - campo riverberante - campo semiriverberante
A
B
R
S C Fig. 7.2 Tempi di ricezione in R in funzione del percorso dei raggi sonori 13
tale fenomeno si verifica quando gli elementi che delimitano l’ambiente vengono investiti da un suono di frequenza eguale, o quasi eguale, alla frequenza propria di vibrazione: in tal caso l’ampiezza delle oscillazioni di tali elementi tende ad amplificarsi ed esaltarsi pur rimanendo costante l’energia sonora incidente.
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La condizione di campo riverberante si ha quando il campo acustico è uniforme a causa della sostanziale assenza di assorbimento di energia sonora da parte delle pareti (riflessione elevata). Si consideri un ambiente chiuso in cui sia presente una sorgente sonora (vedi fig. 7.2), e rappresentiamo in un grafico D/τ le variazioni di energia sonora in un punto ricevente R (vedi fig. 7.3 ). All’istante τ1 = SR/c arriva la componente diretta, all’instante τ2 = SBR/c, arriva l’energia di prima riflessione, all’istante τ3 = SACR/c arriverà l’energia di terza riflessione e così via fino a raggiungere le condizioni di regime al tempo τn.
Figura 7.3 Andamento della densità sonora in funzione delle riflessioni La variazione della densità energetica sonora D è data quindi dalla relazione: K" τ) D = K' (1 - e (J/m3) dove K' e K" (14 ) sono costanti che dipendono dalle caratteristiche di assorbimento acustico delle pareti e dal volume della sala. In campo riverberante la densità energetica, al crescere del tempo τ, raggiunge condizioni di regime espresse dalla seguente relazione: D = 4 Pw /A. c (J/m3)
(7.1)
dove il parametro A = α m. S (m²) è denominato unità di assorbimento dell'ambiente o area equivalente di assorbimento acustico , con S superficie totale che delimita l’ambiente, e α m coefficiente di assorbimento medio ponderato delle superfici e degli elementi delimitanti l’ambiente, dato dalla seguente relazione:
αm = ΣSi. α i / ΣSi dove α i è il coefficiente di assorbimento della superficie i-esima S i. 14
in ambiente riverberante i valori delle costanti sono i seguenti: K’ = 4P W /A . c e K’’= - A . c/4V
50
Nella Tabella 7.1 sono riportati i coefficienti di assorbimento per alcuni tipici materiali.
Tabella 7.1
51
Per quanto riguarda le analoghe condizioni della pressione sonora a regime si ha: p = (4Pw ρ c/A)1/2 Negli ambienti di comuni dimensioni, per quanto accennato inizialmente, si può tuttavia ipotizzare che la densità energetica in un punto R, DR ,sia espressa dalla somma di un campo sonoro diretto Dd e di uno riflesso Dr: DR = Dd + Dr il primo può essere dedotto dalle relazioni inerenti la propagazione del suono in campo libero: Dd = Pw Qθ /c 4 π r² il secondo è dedotto dalla (7.1): Dr = 4Pw (1- αm)/Ac il termine C = A/ (1- α m) è denominato costante dell’ambiente. Passando alla scala dei decibel si ottiene: per campo riverberante
L p = Lw + 10 log 4/A
(dB)
per campo semiriverberante
L p = Lw + 10 log [(Q θ /4 π r²) + 4/C]
(dB)
Taluni ricercatori (Cirillo, 1990), hanno proposto la seguente relazione empirica dedotta dai rilievi sperimentali condotti in residenze ed uffici normalmente arredati, funzione della distanza r (m) dalla sorgente, del volume V (m3) dell’ambiente, e della frequenza f : L p = Lw - 6,8 log r - 5,6 log V + 11 log f - 2 (log f)² - 8,8
(dB)
Nella figura 7.4 è schematizzato l’effetto dell’assorbimento al fine delle caratteristiche so nore di un ambiente: con superfici fortemente assorbenti (ad es. rivestimenti posti sul soffitto, le pareti e con moquette sul pavimento) la sala risulta essere “sorda” ed i suoni vengono percepiti “ovattati”; viceversa con superfici riflettenti (ad es. i comuni intonaci e pavimenti in ceramica o marmo) la sala risulta “sonora” a causa delle riflessioni con zone riverberanti in prossimità delle pareti dove i livelli di pressione sonora aumentano sensibilmente e dove la percezione dei suoni (ed in particolare del parlato) è sensibilmente disturbata.
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Campo sonoro in una sala “sorda”
Campo sonoro in una sala “riverberante”
Figura 7.4 Effetti dell’assorbimento acustico in una sala
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7.1 Tempo di riverberazione La qualità acustica di una sala è condizionata dal campo sonoro che la caratterizza posto come visto (v. fig.7.4) entro gli estremi di campo sonoro diretto e riverberato. Di tale fenomeno interessa in particolare la permanenza per un certo lasso di tempo del suono al cessare dell'emissione della sorgente, definito coda sonora (v.fig.7.3); quando questa supera un certo limite temporale scade la qualità acustica dell’ambiente poiché diviene meno netta la percezione dei suoni successivi. La durata della coda sonora (persistenza del suono) al cessare dell'emissione è fondamentale per caratterizzare ed individuare le proprietà acustiche di una sala. Convenzionalmente si assume come durata della coda sonora il tempo necessario affinché la densità energetica della sala si riduca ad 1 milionesimo della densità energetica a regime; poiché si esprimono i livelli sonori in decibel, l'attenuazione in questione corrisponde ad una riduzione del livello del suono di 60 dB ed il tempo suddetto è definito tempo di riverberazione τ60 (v. fig. 7.1.1). I tempi di riverberazione misurati in residenze ed uffici normalmente arredati variano usualmente tra 0,3 e 0,7 s, con valori tipici di 0,5 s. Se il τ60 è elevato, notevole risulta l'apporto delle onde riflesse per cui la sala risulta "sonora", se invece è molto breve la densità energetica a regime è ridotta e la sala risulta "sorda". Per ambienti aventi un volume V < 10.000 m3 e con valori del coefficiente medio di assorbimento α m < 0,3, il tempo di riverberazione può essere calcolato con la seguente formula attribuita a Sabine:
τ60
= 0,16 V / A
(s)
(7.1.1)
Per ambienti aventi V > 10000 m3 e/o α m > 0,3 si utilizza la seguente formula attribuita a Eyring:
τ60
= 0,16 V / [S ln (1/1 - αm) ]
(7.1.2)
In funzione della destinazione degli ambienti e del loro volume sono dati i tempi τ60 ottimali, riferiti in genere alla frequenza di 500 Hz (v. fig 7.1.2 ). Nella Tabella 7.1.1 sono riportati alcuni valori dei tempi ottimali di riverberazione. Dalla conoscenza dei tempi ottimali di riverberazione, mediante le relazioni (7.1.1) o (7.1.2), è possibile ricavare i valori ottimali di α m, ovvero procedere alcondizionamento acustico del locale consistente nell’aumentare o diminuire i coefficienti di assorbimento delle superfici. Tab. 7.1.1 Tempi di riverberazione ottimali (s) Volume V (m3 ) musica parola 1000 1 - 1,5 0,75 - 0,92 5000 1,25 - 1,65 0,92 - 1,12 20.000 1,55 - 2,1 1,08 - 1,32
54
Coda sonora
Fig. 7.1.1. Rilevazione del tempo di riverberazione
Fig. 7.1.2 Tempi di riverberazione ottimali a 500 Hz
Lo studio della conformazione ottimale di una sala al fine della percezione dei suoni e della eventuale correzione acustica non può prescindere dall’analisi delle riflessioni e della disposizione ottimale delle superfici assorbenti; l’acustica dell’ambiente è infatti influenzata: 55
• dall’architettura; • dall’assenza di fenomeni di eco (differenza di percorso tra raggio sonoro diretto e di • • • • • • •
prima riflessione superiore a circa 16-20 m); dalla riverberazione (espressa dal relativo tempo); dalla diffusione regolare del suono. In generale possono essere date le seguenti indicazioni (v. figure 7.1.3 e 7.1.4): modificare il soffitto e le pareti laterali in prossimità della sorgente sonora al fine di ottenere la riflessione del suono ed una sua migliore diffusione nel locale (metodo delle sorgenti immagine o virtuali; interrompere la regolarità delle superfici laterali al fine di ottenere una migliore diffusione del suono (ad es. mediante motivi decorativi riflettenti); applicare materiali fonoassorbenti alle pareti ed al soffitto di fondo della sala; controllare i tempi di riverberazione mediante l’inserimento di materiali fonoassorbenti.
Fig. 7.1.3 Esemplificazione del trattamento delle superfici per migliorare l’acustica di una sala.
56
Fig. 7.1.4
Esemplificazioni per l’applicazione del metodo delle sorgenti virtuali al fine dello studio della forma di un auditorium.
7.2 Materiali fonoassorbenti Le proprietà dei materiali in esame, espresse dal coefficiente di assorbimento α , sono legate, come avviene sempre in acustica, alla frequenza del suono incidente ed al loro spessore ed aumentano al crescere di questi (v. figura 7.2.1). Le loro proprietà vengono pertanto certificate alle varie frequenze, ed in genere per le bande normalizzate da 125 a 4000 Hz (v. Tabella 7.1). Poiché α dipende dalla frequenza, analogamente a quanto avviene per il potere fonoisolante (vedi oltre) è stato introdotto un indice di valutazione a singolo numero delle prestazioni fonoassorbenti α w, definito nella norma tecnica ISO 11654, il cui valore scaturisce dal confronto 57
tra le prestazioni del materiale rispetto al valore letto a 500 Hz su di una curva di riferimento (v. figura 7.2.2): tale curva viene opportunamente posizionata rispetto ai valori reali facendola scorrere sul diagramma α vs.frequenza con scarti pari a 0,05, fino a che la somma degli scarti sfavorevoli 15 è ≤ 0,1; ad esempio nella figura 7.2.3, è riportato il calcolo di un materiale fonoassorbente avente α w pari a 0,6, con uno scarto sfavorevole a 250 Hz pari a 0,05.
7.2.1
Vi possono poi essere casi in cui il materiale presenta dei valori di assorbimento particolarmente elevati a certe frequenze: quando la differenza tra questi valori e la curva di riferimento posizionata come sopra detto è ≥ 0,25 il fatto viene segnalato aggiungendo ad α w una lettera tra parentesi (v. figura 7.2.4); le lettere sono L se la frequenza interessata è 250 Hz, M se la frequenza è a 500 e 1000 Hz, ed H se è a 2000 e 4000 Hz.
15
per scarto sfavorevole si intende la differenza tra il valore letto sulla curva di riferimento e quello reale.
58
I materiali fonoassorbenti, esposti direttamente in ambiente, sono generalmente utilizzati ai fini della correzione acustica degli stessi, qualora essi abbiano tempi di riverberazione troppo elevati. In un certo ambiente, dall'analisi dei tempi di riverberazione τ60 che si hanno in funzione della frequenza e dal loro confronto con i tempi ottimali τ60opt, si vede di quanto deve essere aumentato l'assorbimento alle varie frequenze: τ60 = 0,16 V / A da cui A = 0,16 V / τ60
59
τ60opt = 0,16 V / Aopt da cui Aopt = 0,16 V /τ60opt
infine Aopt - A = Aopera (m²) unità di assorbimento da porre in opera, mediante l'applicazione di materiale fonoassorbente per la correzione acustica dell'ambiente. In prima approssimazione il calcolo si può riferire alla sola frequenza di 500 Hz. Detti materiali vengono utilizzati anche nelle intercapedini delle pareti doppie al fine di ridurre gli effetti di risonanza sonora nelle stesse (effetto tamburo), e limitare così la trasmissione sonora tra locali contigui. In generale per la scelta e la disposizione dei materiali fonoassorbenti si opera come segue: il materiale fonoassorbente deve avere una finitura irregolare in modo da favorire la diffusione del suono; 60
-
le superfici fonoassorbenti devono crescere con la distanza dalla sorgente.
Il contenimento del livello di pressione sonora in ambiente mediante materiale fonoassorbente non deve essere confuso con il contenimento del trasferimento di energia sonora da un locale ad un altro. Infatti le applicazioni di un semplice strato di materiale sulla parete che si vuole isolare acusticamente non ha che un piccolo effetto sulla trasmissione dell'energia sonora, essendo: R’ = L1 - L2
(7.2.1)
dove R’, potere fonoisolante apparente, meglio definito al capitolo 9, è dovuto quasi esclusivamente alle caratteristiche della struttura. Dell’effetto dell’assorbimento sonoro sulla riduzione di L2 dell’ambiente al fine della valutazione di R’ si tiene conto con il termine correttivo: +10 log S s/A
(dB)
dove Ss è la superficie della parete di separazione (m²) ed A è dedotto da calcolo o sperimentalmente dalla (7.1.1); pertanto la (7.2.1) diviene: R’ = L1 - L2 + 10 log Ss/A (dB) Più in generale la riduzione del livello sonoro ∆Lp realizzabile in un certo ambiente a causa dell’incremento del fonoassorbimento può essere calcolata mediante la relazione:
∆Lp = 10 log A2/A1 (dB) dove A1 e A2 sono rispettivamente le unità di assorbimento in m² prima e dopo il trattamento fonoassorbente alle varie frequenze. L'assorbimento dei materiali può avvenire per porosità (dissipazione di energia per attrito tra l’aria e le cavità del materiale), con pannelli vibranti (dissipazione di energia sonora in energia meccanica per risonanza della membrana) e con i risonatori (assorbimento per risonanza di cavità). Al contrario dei materiali termoisolanti, le celle porose dei materiali fonoassorbenti devono quindi essere aperte ed in comunicazione tra loro. Nella fig. 7.2.5 sono riportate le caratteristiche generali di assorbimento vs/frequenza per tali tipi di materiali fonoassorbenti.
Fig. 7.2.5
61
In merito alla posizione dell’isolante rispetto ad una superficie rigida questo, affinché esplichi la massima efficacia,deve essere posto ad una distanza d dalla parete pari a: d = λ/4 (m) dove λ è la lunghezza d’onda del suono incidente (v. figura 7.2.6).
Max. assorbimento
λ/4
Min. assorbimento
Fig. 7.2.6 Efficienza di assorbimento di materiale poroso su parete rigida
Per quanto sopra detto emerge un altro fattore molto importante per definire le prestazioni di fonoassorbimento, ovvero le modalità di montaggio del materiale rispetto al supporto (intercapedine) e la qualità stessa del supporto: chi commercia tali prodotti dovrebbe pertanto specificare per quale situazione le prestazioni date sono da ritenersi valide. Inoltre per non confondere l’energia assorbita con quella trasmessa, il valore di α rilevato in laboratorio viene denominato α sabine . ESERCITAZIONE
In un determinato locale caratterizzato da un livello di pressione sonora L p1 si vuole calcolare la riduzione di tale livello ad un valore L p2 disponendo un controsoffitto fonoassorbente. Dalle caratteristiche di finitura delle pareti, del pavimento e del controsoffitto, sono stati desunti i seguenti valori delle unità di assorbimento prima A1 e dopo l’intervento A2; il calcolo è riportato nel prospetto seguente. frequenze (Hz) L p1 L p1 / ottava A1 A2 10 log A2/ A1 L p2 /ottava L p2 ∆L p 1-2 62
125 65 24 110 6,6 58,4
250 67 34 200 7,7 59,3
500 68 55 250 6,6 61,4
1000 72,5 dB 63 58 190 5,2 57,8 66 dB 6,5
2000
4000
60 60 160 4,3 55,7
52 60 120 4,3 47,7
7.3 Materiali fonoisolanti Per materiali fonoisolanti si intendono quei materiali che, applicati a strutture esistenti dotate di scarso isolamento acustico, sono in grado di migliorarne le prestazioni sia riducendo le vibrazioni del supporto, sia dissipando l’energia acustica per effetto di fonoassorbimento, smorzamento (materiali viscoelastici quali ad es. mescola di bitume-gomma) e talora con incremento della massa (fogli di piombo o laminati di materiali ad alta densità). Il principio base che viene adottato nella realizzazione di tali materiali è quello di realizzare elementi multistrato caratterizzati da comportamenti acustici differenti; ad esempio tipici materiali fonoisolanti sono quelli costituiti da una o più lastre di piombo interposte tra due o più strati di poliuretano espando flessibile a celle aperte: i due strati di espanso servono quindi l’uno come materiale fonoassorbente e l’altro come supporto elastico per la lastra di piombo (v. figura 7.3.1). Lo spessore di tali materiali varia da circa 25 a 50 mm, con pesi varianti rispettivamente da circa 6 a 18 kg/m². I materiali in questione vengono applicati secondo le modalità riportate nelle figure 7.3.2 e 7.3.3.
63
64
Figura 7.3.3 Applicazioni di materiali fonoisoalnti a parete
8. PRINCIPALI SORGENTI DI RUMORE Le sorgenti sonore, definite rumorose in quanto fastidiose per gli individui, possono suddividersi in sorgenti esterne ed interne all’edificio. Tra le sorgenti sonore esterne, sicuramente le più disturbanti e diffuse sono da attribuire al traffico automobilistico, ferroviario ed aereo, ed in misura minore a quello dovuto alle attività antropiche ed ai macchinari (principalmente macchine per la climatizzazione). Si osserva peraltro che fra i diversi tipi di rumore presenti nelle aree residenziali quelli dovuti al traffico costituiscono la componente più importante del rumore ambientale. Il rumore ambientale può altresì essere costituito oltre che da una pluralità di sorgenti sonore rumorose generalizzate " " ed aleatorie, quali il traffico veicolare, anche da sorgenti specifiche " puntuali" i cui livelli sonori superano significativamente, per entità ed estensione temporale, i livelli delle altri fonti di rumore. La distinzione suddetta appare importante per definire la tollerabilità di determinate attività al fine di definire i criteri di valutazione dei rumori. A seconda poi che le sorgenti siano chiaramente individuabili o meno nei luoghi e nel territorio, si usa classificarle rispettivamente in sorgenti sonore fisse e mobili. 65
Tra le prime si ritrovano pertanto gli impianti tecnici degli edifici (centrali termiche e frigorifere, ecc.), le infrastrutture stradali, ferroviarie, aeroportuali, industriali, artigianali, ecc. nonché le aree adibite a parcheggi, attività sportive e ricreative; tra le seconde si devono invece annoverare tutte le altre sorgenti di rumore rappresentate ad esempio dal rumore dei vicini, dagli apparecchi radio e televisivi delle abitazioni private, ecc. Al momento ci limitiamo ad evidenziare che le fonti di rumore, siano esse di carattere più o meno continuativo o sporadico, sono caratterizzate dal variare della intensità nel tempo, mentre le situazioni rappresentate da livelli di rumore costanti per determinati intervalli di tempo sono certamente più rare e generalmente legate a particolari attività lavorative. Infatti, come accennato in precedenza, nelle aree urbane il rumore presente è prevalentemente dovuto al traffico veicolare, ed in misura minore ai traffici ferroviari ed aerei, alle attività artigianali od altro. I risultati di una inchiesta ISTAT, condotta in varie città italiane alcuni anni orsono, mettevano in evidenza che, tra le cause di lamentele, il rumore da traffico veicolare urbano occupava il primo posto, mentre altre cause di lamentele erano anch'esse collegate ad inconvenienti di rumorosità (rumori dei vicini, traffico aereo e ferroviario, rumori di attività lavorative ecc.). Ciascuna delle suddette sorgenti di rumore è caratterizzato da uno spettro sonoro tipico da prendere in esame al fine della progettazione dei dispositivi atti a ridurre l’immissione di rumore negli ambienti.
8.1 Le sorgenti di rumore esterne Nella figura 8.1.1 è rappresentato il tipico spettro di rumore del traffico automobilistico rilevato in una città italiana, con veicoli viaggianti a circa 60-70 km/h (scorrimento costante). Appare evidente il contenuto energetico particolarmente rilevante alle basse frequenze (63 –250 Hz), alle quali corrispondono lunghezze d’onda maggior ( λ = c/f), più difficili da controllare con schermi o barriere. Nella figura 8.1.1 è rappresentato anche il tipico spettro di rumore di treni merci e passeggeri, dalla quale si evince che per entrambi i convogli le componenti più elevate si attestano tra i 500 e i 2000 Hz. A partire dai rilievi sperimentali sono stati elaborati dei modelli previsionali del rumore da traffico automobilistico e ferroviario in corrispondenza di ricettori posti a distanza dalle sorgenti e per diverse condizioni ambientali. Ad esempio il Ministero dei Trasporti dell’Ontario ha elaborato la seguente relazione empirica: LAeq = 0,21 v + 10,2 log (Q VL + 6 QVP ) – 13,9 log d + 49, 5
(dBA) (8.1.1)
dove v = velocità media dei veicoli (km/h) QVL = flusso dei veicoli leggeri (n° veicoli/h) QVP = flusso dei veicoli pesanti (n° veicoli/h) 6 = costante moltiplicativa per equiparare 1 veicolo pesante a 6 veicoli leggeri d = distanza dal bordo strada (m) la relazione (8.1.1) vale ovviamente in assenza di ostacoli fino a distanze di 200 m. Se anziché trovarci in campo libero fossimo in presenza di edifici che delimitano la strada, la presenza delle riflessioni determina un incremento dei livelli sonori.
66
Fig. 8.1.1 Spettri di rumore di traffico automobilistico e ferroviario (Bertoni et al.)
Come già evidenziato nelle figure 3.3.2 e 3.3.3, le riflessioni delle facciate in strade ad U determinano un campo sonoro quasi diffuso che mantengono sostanzialmente invariato il rumore 67
anche trovandosi distanti dalla sede stradale (piani alti degli edifici ad altezze ≥ larghezza della strada). Relativamente a tale situazione il CSTB francese ha elaborato la seguente correlazione empirica tra flusso veicolare e larghezza della strada: LAeq = 10 log Q – 6,5 log L + 51 (dBA)
(8.1.2)
dove Q è il flusso veicolare (n° veic./h) ed L (m) la larghezza della carreggiata; al fine della determinazione di Q, il CSTB ha fornito i seguenti valori di equivalenza tra veicoli leggeri e pesanti: Tipo di strada
Equivalenza 1 VP = n° VL 1
autostrada 5-6 Strada urbana scorrevole 6-8 Strada urbana intenso traffico 8-15 Incroci e ingorghi 10-20 1 VP = veicolo pesante, VL = veicolo leggero Per quanto attiene il rumore generato dal passaggio di treni è possibile calcolare il L Aeq a partire dalla determinazione del livello massimo LAX, associato al passaggio di un singolo treno, secondo la seguente relazione: LAeq = LAX – 10 log 3600 = LAX – 35,5 (dBA)
(8.1.3)
Per il passaggio di N treni eguali in 1 ora si avrà: LAeq N = LAeq + 10 log N
(dBA)
(8.1.4)
Se i treni sono diversi si avrà:
∑
L
/10
LAeq N = 10 log N = 1 10 Aeqn (dBA) Il valore LAX è dato dalla seguente espressione: N
LAX = Ldmax + 10 log [(3,6 l/v)+ (6d/100)]
(8.1.5) (dBA)
Dove v (km/h) è la velocità del treno, l (m) la lunghezza del convoglio, d (m) la distanza ricettore-asse ferrovia 16 ; il valore di Ldmax può a sua volta essere determinato a partire dal valore massimo di rumorosità rilevato convenzionalmente a 25 m di distanza dall’asse della ferrovia mediante la seguente equazione: Ldmax = Lmax 25 – K log d/25
(dBA)
Dove K = 12 per treni molto lunghi (per propagazione cilindrica perfetta K=10) e K=17 per treni corti (per propagazione sferica perfetta, ad es. passaggio di sola motrice, K = 20), e Lamx 25 è funzione della velocità v(km/h) pari a: Lamx25 = 30 log v + 28 (dBA) treni più rumorosi 16
il termine ts = 3,6L/v + 6d/100 rappresenta la durata in secondi dell’evento sonoro associato al passaggio del treno
68
Lamx25 = 40 log v - 4
(dBA) treni meno rumorosi
ESERCITAZIONE
Calcolare il livello di pressione sonora complessivo sulla facciata di un edificio posto nella situazione di figura 8.1.2, in una zona il cui limite diurno sia di 65 dBA (classe IV), avendo i seguenti dati: Strada Flusso veicoli leggeri Q VL = 500 veic/h Flusso veicoli pesanti Q VP = 50 veic/h Velocità media v = 90 km/h Ferrovia Lunghezza treno l = 200 m Velocità v = 100 km/h Rumorosità elevata N° 3 passaggi /h Per quanto attiene al rumore della strada mediante la relazione (8.1.1) si ha: LAeqstrada = 0,21 v + 10,2 log (Q VL + 6 QVP ) – 13,9 log d + 49, 5 (dBA) = = 0,21. 90 + 10,2 log (500 + 6. 50) – 13,9 log 80 + 49,5 = 71,6 dBA per il rumore della ferrovia si ha: Lamx25 = 30 log 100 + 28 = 88 (dBA) Ldmax = Lmax 25 – K log d/25 = 88 – 12 log 80/25 = 82 (dBA) LAX = Ldmax + 10 log [(3,6 l/v)+ (6d/100)] = 82 + 10 log (3,6. 200/100 + 6. 80/100)= = 92,8 (dBA) LAeqferr = LAX – 35,5 = 92,8 – 35,5 = 57,8 (dBA) (per passaggio singolo treno) LAeqferr3 = 57,8 + 10 log 3 = 62,5 (dBA) (per 3 convogli in 1 ora) Il livello complessivo di rumore sulla facciata dell’edificio è dunque pari a: LAeq strada+ferr = 10 log (10 71,6/10 + 10 62,5/10) = 72,1 (dBA) Per eventuali interventi di risanamento occorre dunque agire prima sulla sorgente più rumorosa costituita dalla strada.
d = 80 m d = 80 m
Fig. 8.1.2
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Posto che si voglia rientrare nel limite diurno di zona (65 dBA) la riduzione minima da assicurare intervenendo sulla strada dovrà essere pari a: LAeqlim = 65 dB(A) LAeqferr = 62,5 dB(A) LAeq strada mitigata = LAeqlim - LAeqferr = 10 log (10 65/10 – 10 62,5/10 ) = 61,4 dBA Attenuazione minima da garantire 71,6 – 61,4 = 10,2 dBA
8.2 Gli interventi per il controllo della rumorosità esterna La riduzione dei livelli sonori immessi dall’esterno negli ambienti passa prima di tutto attraverso la riduzione della rumorosità esterna. Le strategie di intervento per la riduzione della rumorosità esterna sono molteplici e così sintetizzabili: • interventi sui trasporti con progressiva sostituzione dei mezzi privati con quelli pubblici; poiché tuttavia gli autobus sono molto più rumorosi delle autovetture, occorre sostituire i motori diesel con motori elettrici; • limitazione dei flussi veicolari con drastica riduzione alla circolazione dei mezzi pesanti, e uso di motorini a trazione elettrica; è bene ricordare che un dimezzamento dei flussi senza interventi sulla composizione del traffico porta ad una riduzione massima teorica di soli 3 dB; • interventi a livello di arredo urbano per la limitazione alla velocità dei veicoli con disegno dei percorsi stradali in modo da evitare il più possibile la presenza di incroci e di soste, con conseguenti decelerazioni e accelerazioni; tale studio è compreso nell’ambito del piano Urbano del traffico; • interventi a scala urbanistica congruenti con il controllo della rumorosità immessa da infrastrutture stradali. 8.2.1 I l Piano Urbano del traffico e la zonizzazione acustica del territorio
L’importanza di tali strumenti pianificatori è troppo spesso ignorata o non pienamente compresa, specialmente per quanto attiene ai condizionamenti, sociali ed economici, ed ai limiti da essi imposti all’attività imprenditoriali, all’utilizzo del territorio, alle attività edificatorie sia degli edifici residenziali, sia degli edifici destinati ad attività artigianali, industriali e commerciali, sia infine per il recupero e la trasformazione degli edifici esistenti. A questo occorre aggiungere che la loro redazione può portare in molte circostanze alla revisione degli strumenti urbanistici e normativi adottati o in corso di adozione cui sono strettamente correlati, primi fra tutti i Piani Regolatori Generali, ma anche dei Piani territoriali di coordinamento, di recupero, del Regolamento Edilizio e di Igiene. Ed infatti sia il PUT (Piano Urbano del Traffico) sia il PCCA (Piano di Classificazione Comunale Acustica) sono parte integrante del piano regolatore e pertanto devono essere il risultato di una analisi del territorio fatta sulla base del PRG e della configurazione topografica e morfologica di fatto esistente.
Il PUT costituisce uno strumento indispensabile al fine del controllo della rumorosità ambientale: il privilegiare nei centri urbani la realizzazione di strade locali, si è visto che può portare a riduzioni notevoli della velocità; altre iniziative sono la realizzazione di aree pedonali (ZTL-Zone a Traffico Limitato), la realizzazione di parcheggi scambiatori posti nelle aree periferiche meno densamente abit ate ed a ridosso degli svincoli delle tangenziali. Il PCCA, derivante dalla classificazione delle varie parti del territorio comunale in funzione di predeterminati parametri indicatori del clima acustico di ciascuna area (v.Tabella A del DPCM 70
14.11.97 già riportata come Tabella I nel DPCM 1/3/91), costituisce peraltro solo il primo passo nella regolamentazione e controllo della rumorosità nel territorio, cui necessariamente dovranno seguire tutta una serie di iniziative, tra le quali il contenimento delle emissioni da parte delle sorgenti rumorose e la redazione degli eventuali piani di risanamento, ciò al fine di conseguire gli obiettivi che stanno alla base dell’iniziativa del legislatore, consistenti nella riduzione progressiva nel tempo dei livelli di inquinamento acustico che dovranno essere portati nei limiti definiti dai valori di qualità ( 17 ) della seguente Tabella D. Tabella A Classificazione del territorio comunale (art.1 DPCM 14.11.97)
CLASSE I - aree particolarmente protette: rientrano in questa classe le aree nelle quali la quiete rappresenta un elemento di base per la loro utilizzazione: aree ospedaliere, scolastiche, aree destinate al riposo ed allo svago, aree residenziali rurali, aree di particolare interesse urbanistico, parchi pubblici, ecc. CLASSE II - aree destinate ad uso prevalentemente residenziale: rientrano in questa classe le aree urbane interessate prevalentemente da traffico veicolare locale, con bassa densità di popolazione, con limitata presenza di attività commerciali ed assenza di attività industriali e artigianali CLASSE III - aree di tipo misto: rientrano in questa classe le aree urbane interessate da traffico veicolare locale o di attraversamento, con media densità di popolazione, con presenza di attività commerciali, uffici con limitata presenza di attività artigianali e con assenza di attivhà industriali; aree rurali interessate da attività che impiegano macchine operatrici CLASSE IV - aree di intensa attività umana: rientrano in questa classe le aree urbane interessate da intenso traffico veicolare, con alta densità di popolazione, con elevata presenza di attivhà commerciali e uffici, con presenza di attività artigianali; le aree in prossimità di strade di grande comunicazione e di linee ferroviarie; le aree portuali, le aree con limitata presenza di piccole industrie. CLASSE V - aree prevalentemente industriali: rientrano in questa classe le aree interessate da insediamenti industriali e con scarsità di abitazioni. CLASSE VI - aree esclusivamente industriali: rientrano in questa classe le aree esclusivamente interessate da attività industriali e prive di insediamenti abitativi Tabella. D.Valori di qualità del livello sonoro equivalente Leq in dB(A) relativi alle classi di destinazione d’uso del territorio (DPCM 14/11/97 art.7) Classe di destinazione d’uso del territorio
I- Aree particolarmente protette II - Aree preval. residenziali III -Aree di tipo misto IV -Aree di intensa attività V -Aree prevalent. industriali VI- Aree eslusivamente industriali
Limite diurno
Limite notturno
(6-22) Leq(A) 47 52 57 62 67 70
(22-6) Leq(A) 37 42 47 52 57 70
Come si evince dall’esame della tabella Asi tratta di individuare i parametri in grado di caratterizzare acusticamente il territorio su basi oggettive e trasparenti, costituiti in sintesi da: • densità della popolazione; • densità delle attività umane (commerciali, artigianali, industriali); • infrastrutture stradali e ferroviarie e relativi flussi di traffico. Vi sono poi alcuni aspetti fondamentali da tener presenti nell'adottare la classificazione in zone del territorio:
17
valori di rumore da conseguire nel breve, nel medio e nel lungo periodo con le tecnologie e le metodiche di risanamento disponibili, per realizzare gli obiettivi di tutela previsti dalla legge 447/95, art.2,comma1,lettera h .
71
• la rumorosità presente in una zona è quella complessiva originata da qualsiasi tipo di
sorgente sonora situata internamente o esternamente alla zona stessa; non ha quindi importanza il punto o l'area nella quale sono collocate le sorgenti, poichè il rumore presente in una zona, da qualsiasi parte esso provenga, deve essere contenuto nei limiti massimi di immissione previsti per quella determinata zona acustica; le sorgenti devono rispettare contemporaneamente i limiti di tutte le zone interessate dalle loro emissioni sonore; le sorgenti (fisse o mobili) devono rispettare i valori limite di emissione 18 consentiti; le infrastrutture stradali, ferroviarie, aeroportuali ecc. devono rispettare i limiti assoluti di immissione ed emissione prescritti all’interno delle rispettive fasce di territorio di loro pertinenza 19 .
• • • •
Per le sorgenti sonore fisse, con l’eccezione delle infrastrutture dei trasporti, i limiti di emissione suddetti sono riportati nella tabella B seguente, e si applicano a tutte le aree del territorio ad esse circostanti, secondo la rispettiva classificazione, mentre per le sorgenti mobili (es. autoveicoli, aeromobili, materiale rotabile ferroviario) si fa riferimento alle norme di omologazione e certificazione da stabilirsi con appositi decreti. Tabella B Valori limite d’emissione per le singole sorgenti fisse - Leq in dB(A) (DPCM 14/11/1997). Classe di destinazione d’uso del territorio
I- Aree particolarmente protette II - Aree preval. residenziali III -Aree di tipo misto IV -Aree di intensa attività V -Aree prevalent. industriali VI- Aree eslusivamente industriali
Limite diurno
Limite notturno
(6-22) Leq(A) 45 50 55 60 65 65
(22-6) Leq(A) 35 40 45 50 55 65
Per quanto attiene al rumore immesso nell’ambiente esterno dall’insieme di tutte le sorgenti sono definiti i valori limite assoluti di immissione di Tabella C. Tabella C Valori limite assoluti di immissione - Leq in dB(A) (DPCM 14/11/1997). Classe di destinazione d’uso del territorio
I- Aree particolarmente protette II - Aree preval. residenziali III -Aree di tipo misto IV -Aree di intensa attività V -Aree prevalent. industriali VI- Aree eslusivamente industriali 18
Limite diurno
Limite notturno
(6-22) Leq(A) 50 55 60 65 70 70
(22-6) Leq(A) 40 45 50 55 60 70
il valore limite di emissione è il valore massimo di rumore che può essere emesso da una sorgente sonora, misurato in prossimità della sorgente stessa, tali l imiti risultano più bassi rispetto a quelli di immissione sia al fine di tener conto dell’apporto alla rumorosità di una pluralità di sorgenti, sia per ridurre il rischio di superamento dei limiti di immissione. 19 secondo il DPCM 14.11.97,all’esterno delle fasce territoriali di pertinenza il rumore prodotto dal traffico delle infrastrutture stradali, ferroviarie, marittime, aeroportuali, concorrono al raggiungimento dei limiti assoluti di immissione; all’interno di tali fasce le singole sorgenti sonore diverse da quelli aventi origine dal traffico suddetto devono rispettare i limiti di tabella B e nel loro insieme devono rispettare i limiti di tabella C secondo la classificazione che viene assegnata alla fascia; infine all’interno delle fasce, limitatamente al rumore prodotto dalle infrastrutture non si applica il rispetto dei valori limite differenziali di immissione all’interno degli ambienti abitativi.
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Rispetto alle diverse tipologie di sorgenti sonore, nel definire la classe di appartenenza di una determinata area, preliminarmente si rileva che: per le sorgenti fisse le attività artigianali e commerciali vanno analizzate in termini di densità nell'area di censimento (n°attività/km², n° addetti/km², n°abitanti per esercizio commerciale, ecc.). Non devono essere considerati per definire la zona gli eventi sonori eccezionali e/o temporanei; non devono quindi essere considerate nella classifizione della zona le sorgenti sonore costituite da cantieri edili, lavori stradali, le emissioni da strumenti musicali utilizzati nel corso di feste in abitazioni private ed all’aperto, gli schiamazzi (persone e/o animali), le sirene degli antifurti, le sirene di ambulanze o della polizia, i mercati ambulanti, il carico e lo scarico occasionale di merci, ecc. Molte delle emissioni suddette potranno essere normate nel regolamento locale di igiene o in apposite norme dello Stato o della Regione. per il traffico stradale le infrastrutture in questione, assimilate a sorgenti fisse, i valori limite di immissione relativi alle singole infrastrutture, all’interno delle rispettive fasce di pertinenza che delimitano la sede stradale lungo il loro percorso, nonchè l’estensione laterale di tali fasce, sono tuttora da determinare con apposito decreto attuativo 20 , anche se in merito sono già state rese note alcune proposte ministeriali. Al momento si può fare riferimento ai DPCM del 1.3.91 e del 14.11.97, che sostanzialmente rispecchiano la gerarchizzazione utilizzata per la redazione dei P.U.T., e all’esperienza accumulata nella redazione dei piani. In generale si individuano sostanzialmente quattro tipologie di vie in funzione del servizio svolto e della prevedibile intensità del traffico, anche se al fine della rumorosità, a rigore, andrebbe considerato oltre che il volume anche la composizione del traffico stesso (n° di veicoli pesanti, autoveicoli, motorini, ecc.): a) strade con traffico esclusivamente locale (classe Il); b) strade con traffico locale e/o di attraversamento (classe III); c) strade ad intenso traffico veicolare (classe IV); d) strade di grande comunicazione o autostrade (classe IV); In relazione ai P.U.T. le suddette tipologie sono quindi suddivisibili sostanzialmente in viabilità principale (tipo c e d) e secondaria (tipo a e b): Nella viabilità principale rientrano:
Strade di scorrimento sono le strade che attraversano la città e/o ne collegano i punti principali; esse assorbono quindi la maggior parte del traffico di media-lunga percorrenza; dal punto di vista urbanistico queste possono essere più o meno interrelate al traffico locale potendosi infatti avere strade che attraversano paesi dove, la mancanza di tangenziali, di fatto impone l’inglobamento nell’area anche del traffico pesante e gli accessi alla strada risultano numerosi, o viceversa (v. ad es. le autostrade) gli accessi risultano limitati ed il taffico non ha sostanzialmente relazione con la vita locale dell’area stessa. 20
v. bozze di decreti attuativi sui criteri per la prevenzione ed il contenimento dell’inquinamento da rumore nelle infrastutture stadali e delle infrastrutture ferroviarie.
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Strade di distribuzione queste raccolgono il traffico proveniente dall’interno delle zone (viabilità secodaria) e lo distribuiscono sulle strade di scorrimento. Nella viabilità secondaria rientrano: Strade locali costituite dalle strade interne alle varie zone con la funzione di dare accesso, in ingresso ed uscita, all’abitato e quindi predisposte per la sosta dei residenti e dei fruitori delle principali attività economiche locali (uffici pubblici, grande distibuzione commerciale, artigianato, piccole industrie,ecc.). Strade residenziali (o di quartiere) costituite da strade riservate essenzialmente al traffico dei residenti (gli unici a cui è normalmente consentita la sosta), di vita sociale (es. asili, scuole elementari, ecc.) e/o di piccolo commercio (negozi, botteghe, ecc.). Secondo le quattro categorie suddette la presenza di una elevata percentuale di mezzi pesanti o di intensi flussi di traffico (tipo b,c e d) porta ad inserire in classe III e/o IV una striscia di territorio, denominata fascia di pertinenza , posta ai lati dell’infrastruttura; l’ampiezza della pertinenza è funzione della tipologia stradale suddetta e/o delle schermature (file di fabbricati più o meno continue). Oltre questa striscia si può effettuare una classificazione che può essere di classe diversa quale ad esempio la III o la Il in corrispondenza ad aree urbanistiche destinate alla residenza. Per quanto attiene alle infrastrutture ferroviarie ordinarie (non ad alta velocità) il D.M. appositamente emanato prevede due fasce di pertinenza: una di 100m a ridosso della ferrovia, ed una seconda fascia di 150 m per una estensione complessiva di 250 m per ciascun lato della sede ferroviaria. Per le aree poste in prossimità di ferrovie e strade di grande comunicazione si adotta la classe IV per l'esistente a partire dall'infrastruttura, mentre per le opere da costruire si prevede la IV o III classe a partire dalla linea che delimita la fascia di rispetto.
8.2.1.1 CRITERI GENERALI Si forniscono di seguito alcuni criteri metodologici di validità generale, riportati nei documenti messi a punto dal ministero dell’ambiente e sostanzialmente recepiti dalle Regioni, per facilitare e rendere omogenea l’operazione di classificazione acustica: a) la classificazione in zone deve essere adottata dai Comuni come parte integrante e qualificante del piano regolatore, evitando di far confinare zone con limiti assoluti superiori a 5 dB(A); b) evitare di creare micro-suddivisioni del territorio, per non ottenere una suddivisione troppo frammentata, ed individuare invece le zone tenendo conto anche delle preesistenti destinazioni d'uso; c) devono essere individuate aree da destinare ad attività dì intrattenimento anche a carattere temporaneo e/o mobile e/o all'aperto, prevedendo opportune fasce orarie per lo svolgimento delle stesse, recependo il tutto nei regolamenti locali.
8.2.1.2
CRITERI PARTICOLARI
Tutti concordano che, da un punto di vista strettamente metodologico, è consigliabile iniziare con l'individuazione delle zone appartenenti alle classi I, V e VI, in quanto più facilmente 74
identificabili in base alle particolari caratteristiche di fruizione del territorio o a specifiche indicazioni di Piano regolatore, per poi proseguire con l'assegnazione delle classi II, III e IV e con la rilevazione delle infrastrutture dei trasporti e delle relative aree di pertinenza. a) Individuazione delle zone in classe I
Si tratta delle aree nelle quali la quiete rappresenta un elemento di base per l'utilizzazione: • le aree ospedaliere e scolastiche, • le aree destinate al riposo ed allo svago, • le aree residenziali rurali, • le aree di particolare interesse urbanistico ed i parchi pubblici. Tra le aree di interesse urbanistico, si possono inserire anche le aree di particolare interesse storico, artistico ed architettonico, nonché i parchi e le riserve naturali, per la cui fruizione la quiete è sicuramente da ritenere un elemento essenziale soprattutto anche per la tutela del patrimonio faunistico ivi presente. Non sono invece da includere in classe I per evidenti ragioni di utilizzo ed opportunità: - le piccole aree verdi di quartiere ed i parchi per le quali non sussiste la salvaguardia dell’aspetto naturalistico dell’area; - le strutture scolastiche o sanitarie inserite in edifici di civile abitazione che assumono le caratteristiche della zona cui appartengono; - il verde sportivo. Si rileva inoltre che risulterebbe incompatibile la presenza di qualunque attività ricreativa, sportiva o di ristoro (bar, ristori, posteggi,ecc.) nei parchi e nelle aree verdi eventualmente incluse in classe I. Per quanto riguarda l'individuazione di altre aree da collocare in classe I, si può fare riferimento alle zone F del Piano regolatore generale (aree di uso pubblico e di interesse collettivo quali cimiteri, chiese, centri sociali per attività civiche e associative, ecc.). b) Individuazione delle zone in classe V e VI
Per l'identificazione delle classi V e VI (aree prevalentemente ed esclusivamente industriali) non sussistono in genere particolari problemi, in quanto esse sono individuate dal Piano regolatore generale. Occorre poi ricordare che in classe V vale il criterio di protezione differenziale 21 del rumore per le abitazioni, conseguentemente si può verificare una discrepanza tra il limite massimo ammissibile di rumorosità sulle facciate esterne delle abitazioni ai fini del rispetto del suddetto criterio, nei confronti di quello di zona (pari a 70-60 dB(A)). Ciò consiglia di adottare delle zone di sicurezza (dimensionate in maniera da tener conto delle sorgenti di rumore e della morfologia territoriale) da interporre tra le industrie e le prime abitazioni della zona al fine di non eliminare nei fatti le opportunità consentite dalla collocazione in zone industriali delle aziende. Altresì è evidente che in classe VI sono ammesse solo le residenze adibite al personale con funzioni di custodia e delle relative famiglie.
21
l’art.4 del DPCM 14/11/97 prescrive che i valori limite differenziali di immissione all’interno degli ambienti abitativi, determinati con riferimento alla differenza tra i livelli equivalenti di rumore ambientale e residuo, è di 5 dB per il periodo diurno e di 3 dB per quello notturno; tale criterio non si applica in zone di classe VI e per la rumorosità prodotta dalle infrastrutture stradali, ferroviarie, aeroportuali, ecc.
75
c) Individuazione delle zone in classe Il, III e IV
Al fine della delimitazione di tali zone occorre partire dalla individuazione dell’unitàterritoriale di riferimento. Le esperienze accumulate e le indicazioni fornite in tal senso fanno in genere riferimento alle sezioni censuarie, più o meno corrispondenti al classico isolato (Unità Territoriale Urbana) individuato dalla intersezione di strade locali; la Regione Toscana suggerisce di non scendere comunque sotto i 100 m di lato per ogni zona al fine di evitare un’eccessiva frammentazione difficilmente comprensibile e gestibile operativamente. Successivamente si procederà alla riaggregazione delle unità territoriali acusticamente omogenee al fine di delimitare le varie zone. Ciò premesso la definizione di residenziale ai fini acustici non deve confondersi con il significato assegnato dai piani regolatori, i quali peraltro non tengono conto della rete viaria e della conseguente rumorosità immessa dalla stessa in tali zone. Ad esempio considerata l’elevata presenza di attività commerciali ed uffici nei centri storici, fatto salvo quanto precedentemente detto, non sarà possibile inserire tali aree in classe II, nè sarà possibile comprendervi le zone residenziali di progetto o di completamento a destinazione residenziale qualora al loro interno siano consentite attività artigianali. Analogamente le zone alberghiere situate in aree a media ed alta densità abitativa o comunque interessate da traffico intenso, ecc. non possono essere inserite in classe II (viceversa i campeggi potrebbero trovare una naturale destinazione in tale classe). In classe III dovrebbe essere possibile collocare gran parte dei piccoli centri storici purchè non si trovino in prossimità di strade di grande comunicazione o ad intenso traffico, o di linee ferroviarie. La presenza di traffico veicolare di attraversamento produrrà in genere un superamento dei limiti previsti per tale classe per cui, anche con l’ausilio di rilievi fonometrici, potranno eventualmente essere formulati dei piani di risanamento per le le aree interessate, sulla base di precise valutazioni tecnico-economiche (analisi costi-benefici). Rilevanti insediamenti zootecnici, o impianti di trasformazione del prodotto agricolo (caseifici, cantine, frantoi, ecc.) rendono le aree dove sono realizzati non collocabili in Classe III, essendo tali attività di natura produttiva e quindi da collocarsi in classe IV o superiore. Nella classe IV sono da collocare la maggior parte delle aree urbane sia per la vicinanza a strade di grande comunicazione o di intenso traffico, sia per l’elevata densità abitativa, del terziario e dell’artigianato. Poichè tuttavia i livelli sonori che normalmente si riscontrano in tale aree, soprattutto nel periodo notturno, superano i livelli massimi consentiti, sarà necessario prevedere adeguati piani di risanamento per le aree maggiormente esposte. Rientrano normalmente in tali aree le zone ferroviarie, quelle agricole di rispetto stradale, nonchè le zone artigianali di progetto. Le zone industriali di completamento possono rientrarvi solo in presenza di poche e piccole industrie. In nessun caso possono essere inserite in tale classe le grandi industrie .
8.2.1.3 PIANI DI RISANAMENTO E PRIORITÀ D’INTERVENTO In merito ai piani di risanamento si ricorda che, ai sensi del DPCM 14.11.97, la loro predisposizione è obbligatoria allorquando siano superati i seguenti valori di attenzione ( 22 ): I valori di attenzione suddetti non si applicano alle fasce territoriali di pertinenza delle infrastrutture stradali, ferroviarie, aeroportuali,ecc.
22
i valori di attenzione sono espressi come livelli continui equivalenti Leq di pressione sonora in dB(A) riferiti al tempo a lungo termine (TL) rappresentante il tempo all’interno del quale si ha la caratterizzazione acustica del territorio, ed ottenuto come multiplo intero del periodo di riferimento.
76
Altresì la legge 447/95 art.4 comma a) prescrive l’adozione dei piani in questione qualora non sia possibile evitare il contatto diretto tra aree aventi limite di rumore che differiscono di oltre 5 dB(A). L’individuazione delle sorgenti sonore fisse e mobili che necessitano della bonifica può poi essere seguito dall’individuazione di criteri di priorità d’intervento, criteri peraltro soggetti alle norme regionali secondo le disposizioni della legge 447/95.
Valori di attenzione in relazione ai limiti di immissione del livello sonoro equivalente Leq in dB(A) relativi alle classi di destinazione d’uso del territorio (DPCM 14/11/97) riferiti al tempo a lungo termine (TL) e ad 1 ora. Classe di destinazione d’uso del territorio
Limite diurno
Limite notturno
Limite diu rno
Limite notturno
(6-22) (22-6) (6-22) (22-6) TL TL 1 ora 1 ora Leq(A) Leq(A) Leq(A) Leq(A) I- Aree particolarmente protette 50 40 60 45 II - Aree preval. residenziali 55 45 65 50 III -Aree di tipo misto 60 50 70 55 IV -Aree di intensa attività 65 55 75 60 V -Aree prevalent. industriali 70 60 80 65 VI- Aree eslusivamente industriali 70 70 N.B i valori riferiti a TL vanno aumentati di 10 dB per il periodo diurno e di 5 dB per quello notturno, qualora i valori siano riferiti ad 1 ora. Per le zone industriali il riferimento è solo per tempi di riferimento TL. Il tempo a lungo termine TL è l’intervallo nel quale si calcola il valore medio della rumorosità ambientale e può essere riferito ad un anno, alcuni mesi, ecc.
8.2.2 La difesa dal rumore esterno: Architettura urbana
Utilizzando semplici considerazioni sui fenomeni della riflessione e diffrazione acustica, gli architetti possono giocare un ruolo fondamentale nella difesa acustica attraverso una progettazione, sia di singoli edifici che di un insieme di edifici, che tenga conto della rumorosità esterna. I gruppi di edifici possono essere ad esempio disposti in modo da racchiudere spazi tranquilli e aree di gioco, da cui eliminare sia il traffico che le aree di parcheggio e su cui affacciare le camere da letto, anche se questo non consente sempre la più idonea esposizione rispetto al sole. In molti casi si preferisce ricorrere a schemi di case accostate; questa soluzione presenta lo svantaggio di richiedere una maggiore lunghezza delle diverse reti distributive (acqua, gas, energia elettrica, fognature, ecc.) ma elimina il traffico di attraversamento. Inoltre edifici singoli o gruppi di edifici non devono essere troppo dispersi o isolati, in quanto ciò porterebbe ad un incremento della mobilità con conseguente maggiore sviluppo della rete stradale e aumento del rumore da traffico. E' molto importante, per una buona prevenzione acustica, individuare di volta in volta se sia più opportuna una disposizione degli edifici perpendicolare o parallela alla strada. Nel primo caso, ad esempio, si ha una riduzione della capacità di isolamento delle facciate dovuta al fatto che le onde sonore non arrivano con incidenza normale; per altro occorre anche tener conto che vi è un progressivo allontanamento dalla sorgente e una esposizione via via diversa per i vari appartamenti. Nel secondo caso tutti gli appartamenti hanno una doppia esposizione con sempre alcuni vani retrostanti tranquilli. 77
Una soluzione alternativa può essere quella di una disposizione di blocchi a U; in questo modo si può godere di un'area interna tranquilla e vengono in parte eliminati gli svantaggi presentati dagli edifici disposti perpendicolarmente alla strada. In fig. 8.2.2.1 vengono presentati alcuni esempi di orientamento favorevole o sfavorevole degli edifici abitativi rispetto ad una strada. Consideriamo ora gli effetti che si possono attendere allontanando gli edifici dalla strada. Come visto nel paragrafo 3.3, il rumore prodotto da una sorgente esterna subisce delle attenuazioni che dipendono dalla natura della sorgente, degli ostacoli, delle superfici circostanti e dalle condizioni atmosferiche. Per quanto riguarda il rumore da traffico, i livelli di picco seguono la legge dell'inverso del quadrato della distanza e tendono a comportarsi come emessi da sorgenti puntiformi. Viceversa i livelli del rumore di fondo sono costituiti da diversi contributi e il loro decadimento devia marcatamente dalla legge dell'inverso del quadrato. Taluni suggeriscono, nel caso di ricettori sensibili quali scuole e ospedali, una distanza minima di 300 m dalle strade principali; se questo limite non può essere rispettato occorre una particolare attenzione nel provvedere l'edificio di strutture di alta qualità acustica. Il nomogramma di Rathe presentato in fig. 8.2.2.2 consente di calcolare le distanze da una strada necessarie per ottenere i valori desiderati per diversi indici acustici; le condizioni presupposte sono l'assenza di traffico pesante e la propagazione su terreno erboso. In fig. 8.2.2.3 vengono mostrati criteri suggeriti da altri autori sulle distanze minime di edificabilità da diversi tipi di strade. In genere però la soluzione dell'allontanamento, oltre a non essere sempre percorribile, non porta a forti attenuazioni; data ad esempio una strada con un flusso di 2000 veicoli/ora ed una composizione del 20% in traffico pesante, occorre allontanarsi almeno di 200 metri per avere un valore di Leq inferiore ai 60 dB(A) in facciata ad un edificio. Una soluzione preferita è l'utilizzo di edifici schermanti, meno sensibili ai rumori per tipologia costruttiva o destinazione, immediatamente dietro ai quali è possibile costruire altri edifici della stessa altezza acusticamente protetti, o in alternativa prevedere lo scaglionamento delle altezze dei piani (v. figura 8.2.2.4) . In tab. 8.2.2.1 vengono indicate le distanze alle quali è possibile costruire dietro un edificio schermante, per ottenere in facciata valori LAeq < 60 dBA. In genere come edifici schermanti si possono utilizzare uffici, industrie, garages ecc., ma è possibile usare anche abitazioni purché opportunamente protette. In generale si rileva che è più facile proteggere gli edifici bassi rispetto a quelli alti, mediante terrapieni o barriere acustiche, che, come accennato devono essere poste il più possibile in prossimità della sorgente Se è impossibile formare una linea ininterrotta di edifici parallela alla strada, occorre considerare con attenzione gli spazi tra un edificio e l'altro; essi devono essere inferiori alla larghezza degli edifici e inoltre una disposizione ad angolo inclinato delle pareti laterali può prevenire mediante riflessioni multiple la trasmissione del suono. L'altezza di un edificio non rappresenta un fattore importante nella riduzione dei livelli sonori prodotti dal traffico se non per i rumori discreti (suono di clacson, stridio di freni ecc.) che, come già visto, subiscono un decremento maggiore con la distanza.
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Fig. 8.2.2.1 Esemplificazioni di forme corrette al fine del controllo della rumorosità da traffico stradale.
Occorre tenere presente inoltre che alti edifici fiancheggianti le strade creano un campo riverberante che incrementa i livelli di rumorosità e che ai piani più alti scompaiono le attenuazioni attenuazioni dovute all'assorbimento del terreno.
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Fig. 8.2.2.2 Distanza dalla strada per ottenere ottener e un determinato determi nato livello di pressione sonora.
In tab. 8.2.2.2 vengono presentati alcuni dati di Grandjean (1973) sull'incremento dei livelli di rumorosità, rispetto al piano terra, a causa dell’effetto riverberante creato con l'aumento dell'altezza dell'edificio.
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Fig. 8.2.2.3
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Tab. 8.2.2.1 Distanze necessarie da edifici schermanti per ottenere in facciata Laeq < 60 dBA
Tab. 8.2.2.2 Incremento della rumorosità con l’incremento dell’altezza dell’edificio Le
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Fig. 8.2.2.4 Esempi di schermatura di edifici: quelli bassi a), sono i più facili da proteggere mediante barriere o terrapieni; un opportuno scaglionamento in altezza tipo b) è quindi funzionale alla protezione acustica; in alternativa la soluzione c) prevede di costruire prospiciente alla strada edifici meno sensibili al rumore (non residenziali), in grado di schermare gli edifici residenziali, o altri ricettori sensibili (scuole, ospedali ecc.).
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Fig. 8.2.2.5 Schermatura di edifici mediante scarpate naturali o riporti di terra.
Altro esempio di possibile intervento a livello di scelte compositive congruenti con il controllo della rumorosità da traffico è rappresentato nella figura 8.2.2.6 . Infine è possibile operare a livello di scelte tipologiche e tecnologiche facendo in modo che gli ambienti di vita più sensibili alla rumorosità esterna, quali le camere, siano disposte il più possibile su fronti opposti alle strade, e collocando viceversa prospicienti le stesse i servizi (bagno e cucina) ed il soggiorno (v. figura 8.2.2.7 ).
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Fig. 8.2.2.6 Nella soluzione a) le abitazioni sono esposte direttamente al rumore da traffico della via principale; nella soluzione b), a parità di volumetria costruita, la diversa collocazione di negozi, garages, magazzini consente a quest’ultimi di costituire una barriera al rumore del traffico per le abitazioni.
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Anche la forma della facciata degli edifici, l’assorbimento acustico 23 α w delle superfici aggettanti (balconi) e la direzione del campo sonoro (v. Tabella 9.1), può portare ad una attenuazione ∆ L fs della rumorosità immessa. La forma della facciata si individua su una sezione verticale della facciata ( v. Figura 9.15 ) in cui le eventuali barriere (parapetti di balconi, ecc.) sono indicate solo se a sezione piena; Il valore massimo per α w (≥0,9) si applica anche qualora la superficie riflettente sopra la facciata sia assente. La direzione dell’onda sonora incidente si caratterizza mediante l’altezza definita dalla intersezione tra la linea di veduta dalla sorgente ed il piano della facciata. 8.2.3 La ri duzione del rumore mediante l’aumento delle strade " locali"
L'indagine statistica sui livelli sonori nelle strade delle città mette in evidenza che la rumorosità delle strade è nettamente connessa con la loro funzione nel sistema di circolazione della città. In particolare le strade che non sono attraversate da flussi di collegamento risultano da 5 a 10 dB più silenziose delle altre (v. figure 8.2.3.1 e 8.2.3.2 ). La quantità e l'estensione di strade di questo tipo dipendono dai criteri di organizzazione dei flussi di traffico così come saranno definiti dal piano del traffico stesso. Nel recente passato si è assistito frequentemente a soluzioni che, al fine di snellire la viabilità, hanno frazionato i flussi di traffico su molteplici direttrici togliendo a molte strade locali questa loro caratteristica. Nel ridisegno della viabilità tale tendenza va invertita, tenendo sempre presente il costo ambientale di ogni suddivisione di un flusso di traffico su più rami. Viceversa, in molte situazioni, opportuni accorgimenti possono evitare che quote spesso marginali di traffico utilizzino a scopo di transito strade secondarie, come spesso avviene oggi, nella continua ricerca di scorciatoie o viabilità 23
l’assorbimento acustico αw si riferisce all’indice di valutazione dell’assorbimento sonoro come definito dalla norma UNI EN ISO 11654.
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alternative. Il Piano urbano del traffico deve porsi l’obbiettivo di salvaguardare le strade non di attraversamento, ed accrescere significativamente il numero e l'estensione delle strade locali. Con ciò si realizzerebbe uno dei provvedimenti più potenti per ridurre la percentuale di popolazione esposta a livelli eccessivi di rumorosità. Fig.8.2.3.1Strade locali:
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8.2.4 L a riduzione del r umore mediante la riduzione della velocitàdei veicoli
È stato dimostrato che la riduzione della velocità in area urbana a 30 km/h produce una diminuzione della rumorosità pari 2-4 dB. E altrettanto evidente che la semplice istituzione del divieto non è di nessuna efficacia pratica, e che questo limite di velocità può realisticamente essere imposto solo nelle strade che non presentino traffico di attraversamento. Con creazione di zone a 30 km/h non si intende quindi la definizione di limiti di velocità da imporre nelle strade, ma un vero e proprio provvedimento di ristrutturazione urbanistica di aree a prevalente carattere di strada locale in cui si vuole che sia privilegiata la mobilità pedonale e ciclabile, e nelle quali la stessa struttura architettonica della zona induca gli automobilisti a moderare la velocità. In sintesi, la strada a 30 km/h presenta la seguenti caratteristiche (vedi figure da 8.2.4.1,8.2.4.2 .): • sezione stradale ridotta; • marciapiedi larghi; • profilo non rettilineo (ottenuto eventualmente modulando la larghezza dei marciapiedi, o la disposizione degli spazi per la sosta); • attraversamento pedonale alla stessa quota del piano del marciapiede (che costituisce un dosso rallentatore per le auto); • pista ciclabile e parcheggi per i residenti. L'esperienza di molte realizzazioni all'estero (in primo luogo in Germania) dimostra che questo 88
insieme di provvedimenti strutturali che trasformano una strada qualunque in una zona a 30 km/h sono efficaci nel modificare lo stile di guida e nel ridurre la velocità dei veicoli, ottenendo di conseguenza alcuni dB di riduzione della rumorosità. Un ulteriore vantaggio deriva poi da una migliore vivibilità dell'area nel suo complesso.
Fi . 8.2.4.1
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90
Fig. 8.2.4.3
91
8.2.5 I l controllo della rumorositàmediante barriere
Le barriere antirumore sono forse tra i più conosciuti rimedi contro l'inquinamento acustico ma, per la loro natura, trovano possibilità di applicazione molto limitate in area urbana. In particolare, nell'adozione di queste nell'ambito della strategia più complessiva per la riduzione dell'inquinamento acustico, vanno tenute presenti alcune controindicazioni che ne sconsigliano l'adozione indiscriminata: - il costo elevato; l'installazione infatti di una barriera antirumore prevede spese nell'ordine del milione di lire per metro lineare di strada. - l'efficacia limitata ai soli edifici in ombra alla barriera (v. par. 3.3.4); ciò significa in pratica che l'efficacia delle barriere è limitata a quelle abitazioni alle quali la barriera toglie la vista degli autoveicoli in transito; pertanto in tutte le strade costeggiate da abitazioni non è possibile prevedere soluzioni efficaci oltre il primo piano; la protezione di edifici più alti, ma prossimi alle linee di traffico, specialmente per carreggiate molto larghe, richiederebbe la realizzazione di imponenti tunnel afoni (barriere più tetto a baffles fonoisolanti-fonoassorbenti di costo elevatissimo e di dubbia tollerabilità architettonica). - modifica della accessibilità degli spazi; solo con accorgimenti opportuni è possibile prevedere alcuni varchi delimitati all'interno di una barriera senza pregiudicarne l'efficacia. In linea generale è sensato ipotizzare l'utilizzo di barriere in ambito urbano limitatamente ai seguenti scopi: - protezione di aree a fruizione pedonale (parchi pubblici, spazi giochi, zone pedonali di particolare pregio, aree destinate allo svolgimento di attività all'aperto); - protezione di piste ciclabili (v. fig.8.2.5.1); - protezione di abitazioni basse e arretrate rispetto alla sede stradale (v. fig. 8.2.5.2); - mitigazione dell'inquinamento prodotto da tratti autostradali o circonvallazioni periferiche, viadotti e cavalcavia, previa verifica di collocazione opportuna rispetto alle abitazioni disturbate. Per quanto riguarda soprattutto i primi tre punti, non va trascurata la possibilità di realizzare le protezioni con dune in terra opportunamente piantumate o con veri e propri "biomuri"(v. fig. 8.2.5.3), integrando così nella barriera anche una funzione di arredo a verde e una di trattamento fonoassorbente per mitigare gli effetti di amplificazione sonora dovuti a riflessioni multiple.
92
Fig. 8.2.5.1 Protezione di piste ciclabili mediante barriere stradali e alberature
Fig. 8.2.5.2 Protezione di edifici e piste ciclabili mediante barriere stradali e alberature
Fig. 8.2.5.3 Esempio di biomuro 93
8.2.6 Asfalti F onoassorbenti
L'utilizzo di asfalti fonoassorbenti è senz'altro uno dei rimedi che negli ultimi anni ha guadagnato la maggiore notorietà, ma il suo utilizzo in ambito urbano non è affatto scontato. Questo tipo di asfalti infatti è già in uso da diversi anni sulle strade di grande comunicazione extra urbane e sulle autostrade, nelle quali si ottiene una riduzione della rumorosità del transito dei veicoli intorno ai 3-6 dB, principalmente per effetto della diminuzione del rumore di rotolamento. Le prime prove effettuate con asfalti porosi in ambito urbano hanno dimostrato una analoga efficacia anche in questo contesto da parte dei manti appena installati, anche se il principio di funzionamento è probabilmente diverso da quello considerato nelle strade extra urbane. Il principale limite di questa strategia è il degrado delle prestazioni nel tempo in conseguenza della progressiva occlusione dei pori. Questo comportamento è attribuito prevalentemente alla presenza di polvere e sporcizia che finisce, a causa anche della bassa velocità dei veicoli, col riempire i pori degli asfalti, eliminando rapidamente la loro peculiarità. In questo momento sono in fase di sperimentazione dei nuovi tipi di asfalto fonoassorbente che dovrebbero garantire una maggiore durata delle loro prestazioni anche in ambiente cittadino: si tratta di asfalti a doppio strato nei quali quello più superficiale ha una porosità più fine e funge da filtro rispetto a quello sottostante a grana più grossa.
8.3 Le sorgenti di rumore interne Nella figura 8.3.1 sono rappresentate le tipiche sorgenti di rumore all’interno degli edifici: il rumore si trasmette per via aerea e per via strutturale (v. fig. 8.3.2), quest’ultimo attribuibile sia ai rumori impattivi (rumori di calpestio) sia alle vibrazioni trasmesse da elementi di impianto (ascensori, bruciatori e macchine frigorifere, elettroventilatori, elettropompe) ed impianti (impianti idrici, sanitari, scarichi, ecc.) sia infine agli elettrodomestici (lavatrici e lavastoviglie, ecc.). La normativa attuale (DPCM 5.12.97), come vedremo in seguito, considera fisse e quindi suscettibili di controllo solo le sorgenti impiantistiche strettamente connesse all’edificio e parte integrante di esso, ovvero gli impianti di ascensore, gli scarichi idraulici, i bagni, i servizi, la rubinetteria, gli impianti di riscaldamento, aerazione e condizionamento. A queste sorgenti, occorre aggiungere quelle più aleatorie costituite dalle persone (conversazione, schiamazzi, ecc.), e dall’uso di apparecchi televisivi, hi-fi, ecc.; mentre il controllo delle sorgenti impiantistiche può essere esercitato attivamente sulla sorgente, adottando particolari accorgimenti installativi e ricorrendo alla scelta di apparecchi intrinsecamente più silenziosi, il controllo delle altre sorgenti è demandato ai requisiti acustici passivi degli edifici.
94
Fig. 8.3.1
95
8.3.1 I l controllo del rumore negli impianti meccanici
Vi è un comportamento costante da seguire per il controllo di tali sorgenti consistente essenzialmente nel ridurre le possibili cause di trasmissioni per via aerea e strutturale sintetizzate nella figura 8.3.1.1 .
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97
Nella figura 8.3.1.2 sono sintetizzati gli accorgimenti per ovviare ai suddetti inconvenienti.
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Anche nel campo impiantistico vale sempre la regola di prevenire le possibile cause di rumore anziché intervenire a posteriori; ciò può essere fatto innanzi tutto collocando le macchine in opportuni vani tecnici, lontano dagli ambienti occupati dalle persone, ed assicurandosi che le strutture che delimitano detti vani siano idonee ad assicurare un sufficiente isolamento acustico. Nella figura 8.3.1.3 sono riportate alcune soluzioni consigliate di parete in funzione del tipo di vano tecnico e della sensibilità al rumore degli ambienti confinanti.
Fig.8.3.1.3
Prescrizioni per le pareti dei locali tecnici. 99
Al fine di limitare le vibrazioni trasmesse dalle apparecchiature si può fare riferimento alle soluzioni riportate nella figura 8.3.1.4 dove vengono indicate varie soluzioni, dalla più scadente alla migliore: è importante sottolineare che particolari accorgimenti devono essere adottati nella scelta dei supporti antivibranti, funzione sempre del peso della macchina e delle sue caratteristiche di funzionamento; per questo è bene farsi guidare dai produttori stessi della macchina che in genere forniscono anche i dettagli installativi al fine della riduzione del rumore. Altri accorgimenti possono poi essere adottati sulle tubazioni e negli attraversamenti delle stesse dei muri per ridurre la trasmissione del rumore, mediante interposizione di materiali elastici che provvedono contemporaneamente alla connessione flessibile, alla sigillatura dei fori di attraversamento ed alla coibentazione termica. Nelle figure 8.3.1.5 - 8.3.1.7 sono riportate alcune soluzioni esemplificative corrette.
Fig. 8.3.1.4
100
Fig. 8.3.1.5
101
Fig. 8.3.1.6
102
Fig. 8.1.3.7 Altri fonti di rumore aereo particolarmente rilevanti sono quelle in corrispondenza delle prese d’aria esterna o di ricircolo dall’ambiente; in queste situazioni l’unica soluzione praticabile per ridurre il rumore consiste nel realizzare delle trappole acustiche, ovvero dei percorsi a labirinto rivestiti di materiale fonoassorbente dove si costringe a passare l’aria (v. figura 8.3.1.8 ). Spesso le dimensioni delle prese d’aria, ed in particolare quelle delle centrali termiche, hanno valori minimi prescritti dalle norme di legge, pertanto occorre preventivamente dimensionare le stesse tenendo conto della riduzione di sezione libera provocata dalla trappola acustica. Nella figura 8.3.1.9 sono riportate le frequenze tipiche alle quali si manifestano le rumorosità di varie apparecchiature meccaniche.
103
Fig. 8.3.1.8 Per quanto attiene la distribuzione dell’aria e dei fluidi in generale occorre ricordarsi che le
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principali cause di rumore sono da attribuire ad una eccessiva turbolenza del fluido provocata sia da velocità eccessive (dimensioni insufficienti delle condotte e delle tubazioni), sia da raccordi bruschi ed aerodinamicamente scorretti. Nella figura 8.3.1.10 sono riportati alcuni esempi di soluzioni costruttive, corrette e scorrette, al fine della riduzione della turbolenza del moto e quindi della rumorosità nelle condotte aerauliche. Fig. 8.3.1.10 Esemplificazioni per raccordi di condotte
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8.3.2 Controllo della rumorosità nelle installazioni sanitarie
Le origini dei rumori in tali installazioni sono analoghi alle installazioni aerauliche, ovvero sono attribuibili alla eccessiva turbolenza del moto ed all’arresto improvviso della massa liquida a causa della chiusura repentina delle saracinesche, valvole, ecc.(colpo d’ariete). La scelta di soluzioni aerodinamicamente corrette può pertanto far riferimento alla figura 8.3.1.10. Relativamente al rumore da impianto idrosanitario proveniente da altro alloggio (adduzioni e rubinetteria, scarichi acqua), si può ritenere che la prima azione da intraprendere affinchè non vi siano particolari problemi è di fare in modo che non vi siano situazioni di contiguità fra locale di servizio (con impianto idrosanitario) di un alloggio e locale letto di altro alloggio: ovvero adottare una opportuna distribuzione degli alloggi (v. figura 8.3.2.1 ). Nel caso che tali situazioni si presentino, è necessario verificare che: − la rubinetteria sia di tipo silenzioso con riferimento alla classificazione acustica definita dalla normativa (UNI 8955/1° e ISO 3822/1°); − le vasche da bagno e le docce siano desolidarizzate dalla parete di separazione; − le tubazioni siano inserite in cavedi acusticamente isolati tanto nelle pareti verticali che in corrispondenza dei solai e fissate a parete tramite dispositivi atti a smorzare la trasmissione di vibrazioni (v. figura 8.3.2.2).
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Situazione di potenziale Rischio di immissione rumore da scarichi
107
Cavedio
Materiale fonoassorbente Strato elastico
Tubazione di scarico Strato elastico Collare
Figura 8.3.2.2 schema di realizzazione di un cavedio insonorizzato. Altri accorgimenti possono adottarsi mediante l'uso di materiali intrinsecamente più idonei a controllare la trasmissione di rumore, quali ad esempio le tubazioni in polietilene della gamma di scarico insonorizzata mod. Silent della Geberit, e l'uso di raccordi che evitino una eccessiva turbolenza del moto dei fluidi. E' sempre comunque buona norma evitare di incassare le tubazioni di adduzione e scarico dei fluidi nelle pareti di separazione tra alloggi.
In base ai dati forniti dalla ditta suddetta le riduzioni di rumore in termini di livello massimo di pressione sonora Leqmax utilizzando tubi in polietilene dotati di rivestimento insonorizzante (strato di elastomero termoplastico spessore 5 mm) sono quelli riportati nella tabella 8.3.2.1.
Tabella 8.3.2.1 Valori dei livelli Leqmax (dBA) per scarico WC PE normale PE isolato deflusso continuo deflusso continuo Tipo di rumore Scarico WC Scarico WC (50 l/min)
Caduta verticale Urto sulle pareti al piede della colonna Deflusso orizzontale
(50 l/min)
61 64
58 61
43 51
39 48
50
47
35
32
Per tenere conto degli effetti di risonanza all’interno dei cavedi i valori suddetti andrebbero aumentati di circa 10 dB(A).
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Nelle figure 8.3.2.3 e 8.3.2.4 seguenti sono riportati alcuni esempi di isolamento di colonne di scarico: da rilevare lo spostamento nel percorso ed il raccordo col tratto verticale eseguiti al fine di ridurre il rumore da urto alla base della colonna di scarico.
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9. CALCOLO DELLA TRASMISSIONE SONORA IN STRUTTURE EDILIZIE Lo studio della trasmissione sonora in strutture edilizie viene spesso affrontato con riferimento alla sola trasmissione diretta attraverso la partizione (parete o solaio), ritenendo trascurabile il contributo alla trasmissione dovuto alle strutture laterali degli ambienti confinanti. 24
(Wi )
trasmissione laterale (W 2) trasmissione diretta (W1) trasmissione laterale (W 2)
Figura 9.1: Trasmissione diretta e trasmissione laterale tra due locali adiacenti. Tale ipotesi, valida con buona approssimazione in molti casi di corrente realizzazione, può però portare a considerevoli errori di calcolo. Per una valutazione più accurata si devono invece sommare i contributi dovuti alla trasmissione sonora diretta ed a quella laterale (figura 9.1). La prestazione che viene in questo modo calcolata viene definita apparente in quanto approssima bene quella che effettivamente si trova nella realtà. Si definisce pertanto il potere fonoisolante apparente, nel caso di trasmissione di rumori aerei, ed il livello apparente di rumore impattivo, nel caso di trasmissione di rumori impattivi (o di calpestio). Oltre a queste due grandezze, che riguardano la trasmissione sonora tra ambienti interni, in cui si ipotizza un campo sonoro perfettamente diffuso, ne vengono definite altre relative alla trasmissione dei rumori generati nell'ambiente esterno (ad esempio il rumore da traffico). La principale di queste grandezze è l'isolamento acustico di facciata. Nel seguito vengono pertanto definiti i metodi di calcolo relativi alla trasmissione sonora tra ambienti interni e alla trasmissione sonora dall'ambiente esterno verso quello interno.
9.1 Trasmissione sonora tra ambienti interni Per il calcolo della trasmissione sonora tra ambienti interni è possibile stimare il solo contributo (generalmente predominate) dovuto alla trasmissione diretta, oppure sommare a questo il contributo della trasmissione sonora laterale per ottenere una valutazione più accurata. Il metodo per il calcolo della trasmissione sonora per via laterale, basato su equazioni di bilancio energetico di validità generale e su alcune ipotesi statistiche sulla distribuzione dell'energia, costituisce la base teorica del metodo definito nella norma europea sulla valutazione delle prestazioni acustiche di edifici (EN 12354). Prima di affrontare la trattazione del suddetto metodo, viene descritta la trasmissione sonora diretta attraverso strutture piane, quale supporto necessario per i paragrafi successivi. La trasmissione sonora viene considerata sia rispetto ai rumori di origine aerea che a quelli di origine strutturale (rumori impattivi). In entrambi i casi valgono le medesime teorie sulla trasmissione delle vibrazioni tra strutture accoppiate. La trasmissione di rumori di origine aerea viene però maggiormente sviluppata nelle pagine che seguono per il maggior grado di 24
Nel caso della trasmissione s onora che avviene tra due stanze poste allo stesso livello di un edificio, la trasmissione laterale è quella dovuta alle due pareti laterali (di cui solitamente una è rappresentata dalla facciata dell'edificio) ed ai due solai (soffitto e pavimento).
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affidabilità del metodo di calcolo e per la minore disponibilità di dati sperimentali sulla trasmissione di rumori impattivi. 9.1.1 Trasmissione sonora diretta per rumori aerei La trasmissione sonora attraverso le strutture avviene per mezzo del trasferimento dell'energia di vibrazione dall'aria dell'ambiente disturbante alla struttura di separazione e da questa all'aria dell'ambiente ricevente. La capacità di tradurre l'energia di vibrazione strutturale in pressione sonora, detta rendimento acustico della struttura, è funzione della frequenza di vibrazione, della forma della superficie irradiante e delle caratteristiche elastiche della struttura. Tale rendimento viene espresso dal coefficiente di irraggiamento σ e può essere maggiore, minore o uguale all'unità.25 Quando la frequenza di vibrazione della piastra si approssima al valore della frequenza critica, per la quale si ha il massimo accoppiamento tra variazione di pressione dell'aria (pressione sonora) e vibrazione della struttura (la frequenza critica f c viene definita più in dettaglio nel seguito), il coefficiente di irraggiamento σ tende ad infinito. Il massimo irraggiamento di una struttura a piastra di dimensioni finite si ha pertanto per f = f c, mentre al crescere del valore della frequenza, oltre la frequenza critica, il coefficiente σ tende all’unità. Il valore del coefficiente σ per piastre di dimensioni infinite è funzione unicamente del rapporto f/f c. Negli altri casi, per calcolare il valore di σ esistono tabelle che pongono in relazione σ con la frequenza di vibrazione della struttura. Alcune formule per il calcolo di σ sono riportate nella norma europea citata per il caso di piastre di dimensioni finite al di sopra ed al di sotto della frequenza critica f c. Si deve tenere presente che la trasmissione sonora sotto la frequenza critica è prevalentemente di tipo forzato, mentre al di sopra di tipo risonante 26 . Questo porta ad avere differenti formule per il calcolo del coefficiente di irraggiamento in funzione della frequenza critica. In particolare si ha, per f
σ f = 0,5[ ln ( k 0 l1 l 2 ) − Λ] ; σ f ≤ 2
(9.1)
con:
l l 5l 1 Λ = −0,964 − 0,5 + 2 ln 2 + 2 − πl1 l1 2 πl 1 4 πl1 l 2 k 02
(9.2)
in cui σf è il coefficiente di irraggiamento per trasmissione forzata, k 0 è il numero d'onda per la propagazione nell'aria (2π f/c0), l1 e l2 sono le due dimensioni della lastra irradiante, con l 1 > l2; per f ≥ f c (onde libere):
σ=
1 f 1− c f
(9.3)
25
Per semplicità, si fa ora riferimento alla trasmissione sonora attraverso una semplice struttura a piastra, ovvero una struttura in cui la dimensione minore (lo spessore) sia trascurabile rispetto alle altre due (altezza e larghezza). Tale ipotesi semplificativa è sufficientemente verificata in molti casi pratici. 26 Quando la trasmissione è risonante, l'energia sonora è quasi tutta concentrata alle frequenze naturali di vibrazione, definite più avanti.
111
relazione valida quando la frequenza critica della lastra è almeno il doppio della frequenza fondamentale di risonanza (f c ≥ 2f 11 ), deducibile in base all'equazione (9.4). Le frequenze di risonanza, dette anche frequenze naturali o modi, si hanno quando metà della lunghezza d’onda di vibrazione flessionale della lastra corrisponde o è un sottomultiplo della dimensione della lastra. Si ha pertanto una prima frequenza di risonanza, detta fondamentale, seguita da un numero infinito di altre frequenze, la cui ampiezza di vibrazione è, in genere, decrescente. Le frequenze naturali di una lastra di dimensioni lx e ly sono date dalla seguente formula:
Errore. Non si possono creare oggetti dalla modifica di codici di campo.
(9.4)
in cui m e n sono numeri interi corrispondenti al numero di volte che mezza lunghezza d’onda λx e λy è contenuta nella dimensione della lastra; per m e n unitari (f 1,1 ) si ha la frequenza fondamentale naturale (f 11 ), cL è la velocità di propagazione delle onde longitudinali di vibrazione (m/s) e s è lo spessore della lastra (m). Il calcolo della trasmissione sonora diretta di rumori aerei a partire dalla stima del coefficiente di irraggiamento σ, per quanto rigoroso, è valido solo per strutture molto semplici (lastre di vetro, di acciaio ecc.), mentre nella maggioranza di casi concreti di strutture edilizie (pareti in laterizio, in cartongesso ecc.) risulta inapplicabile in seguito alla difficoltà di stimare il valore delle diverse grandezze coinvolte. Pertanto si fa invece riferimento ai metodi di derivazione empirica definiti nel seguito. In generale, nella trasmissione sonora di rumori aerei, si deve sempre tenere conto di alcune questioni generali: 1) deve venire sempre considerato l’intero campo delle frequenze di interesse, poiché il comportamento della struttura è molto diversificato a seconda che sia governato dalle proprie rigidezza, massa o smorzamento, e questo dipende dalla frequenza di vibrazione; 2) la risposta del pannello è molto diversificata a seconda che sia sollecitato meccanicamente o acusticamente; se la struttura è sollecitata meccanicamente, il suono irradiato è in prevalenza dovuto alle frequenze naturali di risonanza (sia sopra che sotto la frequenza critica); 3) quando la struttura è sollecitata acusticamente, è necessario distinguere tra frequenze al di sopra e al di sotto della frequenza critica f c ; al di sotto della frequenza critica, i modi che non sono di risonanza sono responsabili della maggior parte del suono irradiato, pertanto il meccanismo è governato dalla massa della struttura; al di sopra della frequenza critica, viceversa, sono le frequenze di risonanza ad essere responsabili della maggior parte della radiazione sonora; 4) quando si ha coincidenza tra proiezione del vettore d'onda del suono e vettore d'onda di vibrazione della struttura, l’effetto di barriera offerto da quest’ultima si riduce molto (effetto coincidenza); 5) le proprietà meccaniche della struttura (rigidezza, massa, smorzamento) sono importanti solo quando le caratteristiche dei due fluidi divisi dalla parete sono tra di loro simili (quando cioè il prodotto di densità per velocità di propagazione del suono nelle due struttura si equivalgono - ρ1c1 ≈ ρ2c2); se così non è, le proprietà meccaniche suddette diventano meno importanti mentre acquista rilevanza l’impedenza di accoppiamento tra struttura e fluido. In particolare il fenomeno della coincidenza, in corrispondenza del quale si ha la frequenza di coincidenza, o frequenza critica della struttura, è determinato dall'accoppiamento tra onde 112
incidenti nell'angolo θ ed onde di vibrazione flessionale della lastra, come evidenziato in figura 2.
θ
k0
kB
Figura 9.2: Effetto coincidenza. Affinché questo avvenga, deve risultare: k 0 sen θ = k B r
(9.5)
r
dove k è il vettore d'onda; quindi:
λ0 sen θ
= λB
(9.6)
in cui λB è la lunghezza d'onda flessionale nella lastra e λ0 è la lunghezza d'onda della suono incidente. Introducendo nell'equazione (9.6) la velocità di propagazione del suono nei due mezzi (piastra e fluido), si ha: c0 senθ
= 1,8c L sf c
(9.7)
dove cL è la velocità di propagazione del suono nella struttura considerata (m/s), s è lo spessore di questa (m), c0 è la velocità di propagazione del suono nell'aria ( ≈ 340 m/s). Tale equazione permette di determinare il valore della frequenza critica in funzione dell'angolo di incidenza θ del suono. Per incidenza diffusa del suono si trova che la frequenza critica è data da: 2 c 20 3ρ(1 − ν ) f c = πs E
(Hz)
(9.8)
dove E è il modulo di Young, ν il coefficiente di Poisson, ρ la densità e s lo spessore della lastra. Per alcuni materiali omogenei di comune impiego, la frequenza critica per incidenza diffusa può essere calcolata a partire dal valore della massa superficiale m', in base alla tabella riportata in appendice.
ESERCITAZIONE
113
Calcolare le prime frequenze naturali e la frequenza critica di una lastra di vetro spessa 4 mm e di dimensioni 1 m x 2 m. Si calcolano le prime quattro frequenze naturali e la frequenza critica della lastra mediante le equazioni (9.4) e (9.8), sapendo (vedi appendice) che: cL (vetro) ≈ 5200 m/s E(vetro) ≈ 6,5 x 1010 (N/m2) ν (vetro) ≈ 0,24 ρ(vetro) = 2400 (kg/m3)
1 2 1 2 f 1,1 = 1,8 ⋅ 5200 ⋅ 0,004 + = 11,7 ( Hz ) (frequenza fondamentale di risonanza) 2 ⋅1 2 ⋅ 2 1 2 2 2 f 1, 2 = 1,8 ⋅ 5200 ⋅ 0,004 + = 18,7 ( Hz ) 2 ⋅1 2 ⋅ 2 2 2 1 2 f 2 ,1 = 1,8 ⋅ 5200 ⋅ 0,004 + = 39,8 ( Hz ) 2 ⋅1 2 ⋅ 2 2 2 2 2 f 2 , 2 = 1,8 ⋅ 5200 ⋅ 0,004 + = 46,8 ( Hz ) ⋅ ⋅ 2 1 2 2 343 2 3 ⋅ 2400(1 − 0,24 2 ) = 3026 (Hz) (frequenza critica). f c = 0,004π 6,5 ⋅1010 9.1.1.1 Trasmissione sonora attraverso pannelli singoli Il potere fonoisolante R (dall'inglese Reduction index), è una grandezza che esprime la riduzione dell'energia sonora che si ha nell’attraversamento di una determinata struttura ed il cui valore è dato da dieci volte il logaritmo in base dieci del rapporto tra la potenza sonora incidente W i e quella trasmessa W t dalla struttura. R = 10 lg
1 τ
= 10 lg
W i W t
(dB)
(9.9)
dove τ viene definito coefficiente di trasmissione sonora. Il potere fonoisolante può essere anche misurato in opera o in laboratori appositamente costruiti rilevando i livelli medi di pressione sonora nell'ambiente sorgente (L 1) e nell'ambiente ricevente (L2). R = L1 − L2
+ 10 lg
S A
(dB)
(9.10)
dove S è la superficie della partizione in prova (m 2) e A sono le unità fonoassorbenti del locale ricevente (m2). Per le misurazioni devono essere rispettate specifiche condizioni descritte dalla serie di norme ISO 140. 114
Il valore del coefficiente di trasmissione t di una lastra è molto diversificato a seconda del campo di frequenze che si considera e a seconda che il pannello sia sollecitato da una forza concentrata o da un campo di pressione acustica. Nel caso di sollecitazione uniforme del pannello (sollecitazione acustica), il comportamento della struttura è dominato dalla vibrazione flessionale alla frequenza di sollecitazione (trasmissione forzata) ed obbedisce alla legge della massa, fintanto che si resta al di sotto della frequenza critica f c. Legge di massa
R (dB)
+9 dB/ottava + 6 dB/ottava -6 dB/ottava coincidenza risonanze
f (Hz)
Figura 9.3: Potere fonoisolante di una parete semplice ed omogenea in funzione della frequenza f. In corrispondenza della frequenza critica (frequenza di coincidenza), si registra un decremento del potere fonoisolante in seguito all’effetto di accoppiamento tra l’onda incidente e la vibrazione della struttura. In queste condizioni il pannello offre molto poca resistenza alle onde sonore incidenti (figura 9.3). Al di sopra della frequenza critica, l’incremento di isolamento acustico è di 9 dB per ottava di frequenza ed è legato principalmente allo smorzamento della struttura. Per le strutture massicce di comune impiego in edilizia, il valore della frequenza critica è già sufficientemente basso per valori della massa superficiale m' relativamente ridotti (una struttura avente m'=100 kg/m2 ha una frequenza critica nell'ordine di 200 Hz). Come si osserva dall'equazione (9.8), al crescere dello spessore s e quindi della massa superficiale m' della struttura, il valore della frequenza critica si riduce ulteriormente fino ad uscire fuori dal campo delle frequenze di interesse in acustica edilizia. Per le pareti in lastre di gesso rivestito (cartongesso), invece, la frequenza critica si trova intorno a 2500 - 3000 Hz. Considerando un pannello monostrato non vincolato ai bordi, nell’ipotesi di campo sonoro diffuso, il calcolo del potere fonoisolante si può basare sulla seguente formula di derivazione empirica, valida al di sotto della frequenza critica (f
m' πf 2 R = 10 lg1 + − 5 ρ c 0 0
( dB)
(9.11)
in cui ρ0 e c0 sono rispettivamente la densità dell'aria (kg/m3) e la velocità di propagazione del suono nell'aria (m/s). 115
Al di sopra della frequenza critica, sempre nell’ipotesi di pannello non vincolato e di campo sonoro diffuso, il potere fonoisolante può essere calcolato mediante un’altra formula empirica.
f − 1 + 10 lg η − 2 (dB) f c
R d = R 0 + 10 lg
(9.12)
in cui R d è il potere fonoisolante per incidenza casuale dell’onda, R 0 è il potere fonoisolante per incidenza normale dell’onda e η lo smorzamento della struttura. Lo smorzamento η è una grandezza che caratterizza la capacità di una struttura di attenuare l'energia interna prodotta dalle vibrazioni. Per le strutture edilizie massicce, lo smorzamento può essere calcolato, in prima approssimazione, mediante la seguente formula: η = 0,015 +
1 f
(9.13)
dove f è la frequenza (Hz). Il potere fonoisolante R 0 per incidenza normale delle onde sonore non è funzione della frequenza critica f c in quanto per incidenza normale non si può avere alcun effetto di coincidenza. R 0 assume valore minimo alle frequenze naturali ed è dato, per frequenze superiori alla frequenza fondamentale di risonanza dalla seguente espressione empirica: R 0 = 20lg(m'f) - 42 (dB)
(9.14)
Pertanto, al di sopra della frequenza critica f c del pannello, il potere fonoisolante per incidenza diffusa può essere espresso nel seguente modo:
f − 1 + 10 lg η − 44 f c
R d = 20 lg ( m' f ) + 10 lg
(dB)
(9.15)
Un metodo semplificato di stima del potere fonoisolante di una parete monostrato con campo sonoro diffuso è rappresentato dal diagramma plateau , valido sia al di sopra che al di sotto della frequenza critica e che necessita in via preliminare di identificare alcuni parametri della struttura in esame (figura 9.4).
116
R 10 dB per ottava
Regione gov. dalla legge della massa 6 dB per ottava
Livello di plateau (coincidenza) A
B Altezza di coincidenza
Frequenza (scala logaritmica)
Figura 9.4: Il diagramma plateau per la valutazione del potere fonoisolante di pannelli monostrato. L’altezza di coincidenza e la distanza tra i punti A e B nel diagramma possono essere dedotti da tabelle disponibili per i materiali di principale impiego nella tecnica. Il diagramma è valido quando le due dimensioni principali del pannello (altezza e larghezza) sono almeno 20 volte il suo spessore. Nel caso in cui non sia possibile stimare il valore del potere fonoisolante in funzione della frequenza, si può valutare empiricamente l' indice di valutazione del potere fonoisolante con alcune formule empiriche, che sono funzione unicamente della massa superficiale m' della parete. L'indice di valutazione è una grandezza che serve ad esprimere le prestazioni di un componente o di un sistema di componenti con un singolo numero invece che con una serie di valori riferiti alle frequenze di analisi. Si ottiene mediante una procedura normalizzata definita dalla norma UNI EN ISO 717 a partire dai valori in frequenza delle grandezze base. 27 Il metodo consiste nel confronto tra la curva che esprime l’andamento in frequenza della grandezza in oggetto (potere fonoisolante, isolamento acustico, ecc.), in bande di ottave o di terzi di ottava, ed una curva di riferimento riportata dalla norma citata. Il valore che assume la curva di riferimento alla frequenza di 500 Hz, dopo il confronto con la curva della grandezza base, è l’indice di valutazione (figura 9.5). È importante osservare che, in genere, è questo il parametro a cui si fa riferimento nell'assegnare i livelli di prestazione dei requisiti di isolamento acustico (misure in opera) o potere fonoisolante (misure in laboratorio) delle pareti divisorie nei capitolati di appalto.
27
In questo caso si tratta del potere fonoisolante, ma vengono definiti anche gli indici di valutazione del livello di rumore da calpestio, dell'isolamento acustico di facciata ecc.
117
Figura 9.5: Calcolo dell'indice di valutazione del potere fonoisolante (R w): sovrapposizione tra una curva sperimentale (linea continua) e la curva di riferimento della UNI EN ISO 717-1. Gli indici di valutazione possono essere calcolati anche a partire dalle proprietà (massa superficiale, ecc.) dei componenti mediante relazioni di tipo empirico. In questi casi, l’affidabilità della stima è però meno accurata. Le due formule che seguono sono state ottenute per regressione di dati sperimentali e ciascuna di esse deve essere riferita allo specifico campo di applicabilità per il quale è stata definita (valori di m’ , tipologia di parete). Formula del Comitato Europeo di Normazione (EN 12354) ( m’ > 150 kg/m2) Rw = 37,5 lg m’ - 42 (dB)
(9.16)
Formula ricavata da dati sperimentali di laboratorio (IEN Galileo Ferraris) (50 kg/m 2 < m’ < 400 kg/m2 ) Rw = 20 lg m’ (dB) (9.17) ESERCITAZIONI
Esercizio 1 Calcolare il potere fonoisolante in funzione della frequenza di una parete in calcestruzzo normale spessa 10 cm. Il calcolo si effettua mediante le equazioni (9.8), (9.11), (9.13), (9.15), sapendo che (vedi appendice): ρ(cls) = 2400 kg/m3 E(cls) = 2,5 10 10 (N/m2) ν (cls) = 0,2 118
Si calcola innanzi tutto la frequenza critica del pannello. 3432 3 ⋅ 2400(1 − 0,2 2 ) = 62 (Hz) f c = 10 0,1π 2,5 ⋅ 10 La frequenza critica del pannello è dunque molto bassa ed al di fuori dell'intervallo di frequenze normalmente esaminate nell'acustica edilizia (100 - 5000 Hz). Pertanto si calcola il potere fonoisolante solo al di sopra della frequenza critica f c = 62 Hz, mediante le equazioni (9.13) e (9.15). Si calcola la massa superficiale della parete. m' = ρ⋅s = 2400 ⋅0,1 = 240 (kg/m2) Si ottengono pertanto i seguenti risultati del potere fonoisolante per incidenza casuale (diffusa) del suono, al di sopra della frequenza critica ed in bande di ottave di frequenza. Frequenza (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
) B d ( e t n a l o s i o n o f e r e t o P
Smorzamento
η 0.10 0.08 0.06 0.05 0.04 0.03
Potere fonoisolante R (dB) 36 45 54 62 70 79
75 65 55 45 35 125
250
500
1000
2000
4000
frequenza (Hz)
Esercizio 2 Calcolare l'indice di valutazione del potere fonoisolante della parete in calcestruzzo dell'esercizio 1. Si impiega a questo proposito la formula (9.16), valida per m’ > 150 kg/m2 (verificato). Si ha pertanto: R w = 37,5 lg 240 - 42 = 47 (dB)
119
Esercizio 3 Calcolare il livello di pressione sonora L2 in funzione della frequenza presente in un locale ricevente separato dal locale sorgente da una partizione avente le caratteristiche descritte nell'esercizio 1. Il livello sonoro presente nell'ambiente sorgente è il seguente: Frequenza (Hz) 125 250 500 1000
Livello sonoro L1 (dB) 80 74 68 62
2000 4000
56 50
Il locale ha dimensioni 3 x 4 x 2,7 m e la partizione ha la dimensione di 3 x 2,7 m. È caratterizzato da superfici aventi le seguenti caratteristiche di fonoassorbimento. Soffitto intonacato: α = 0,01 Pareti intonacate con rivestimenti vari: α medio = 0,2 Pavimento in moquette: α = 0,3. Si ipotizza per semplicità che il potere fonoisolante si mantenga costante alle varie frequnze. Si calcolano innanzi tutto le unità fonoassorbenti A del locale interessato. A = Σα i⋅Si = (0,01 x 3 x 4) + (0,2 x (3 + 4) x 2 x 2,7) + (0,3 x 3 x 4) = 11,3 (m 2) Quindi, in funzione del potere fonoisolante R calcolato nell'esercizio 1, si determina il livello sonoro L2 presente nel locale esaminato in funzione della frequenza (bande di ottave) mediante l'equazione (9.10) 8,1 L2 = L1 − R + 10 lg (dB) 11,3 Frequenza (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
120
Potere fonoisolante R (dB) 36 45 54 62 70 79
Livello sonoro L2 (dB) 31 28 34 28 16 5
40 ) B d ( o r o n o s o l l e v i L
35 30 25 20 15 10 5 0 125
250
500
1000
2000
4000
frequenza (Hz)
9.1.1.2 Trasmissione sonora attraverso pannelli multistrato Quando il pannello è costituito da più strati tra di loro separati che si comportano indipendentemente nei confronti delle sollecitazioni, la valutazione del potere fonoisolante risulta più complessa. I due o più strati di materiale risultano solitamente tra di loro collegati in un numero più o meno elevato di punti e lo spazio tra di loro può essere vuoto o riempito con materiali fonoassorbenti. Il modo in cui avviene questo collegamento, il numero di questi punti ed il tipo di materiale di riempimento influenzano fortemente il potere fonoisolante della parete sino al punto di ricondurlo a quello di una parete monostrato. Nel seguito, ci si limita al caso di un pannello composto da due strati di materiale separati da un’intercapedine di aria 28 . Il comportamento di questo tipo di strutture è caratterizzato dalla presenza di una frequenza di risonanza del pannello, detta anche risonanza massa-aria- massa ed individuabile in genere a bassa frequenza, in corrispondenza della quale si ha un sensibile calo del potere fonoisolante, e di diverse frequenze di risonanza dell’intercapedine d'aria poste alle alte frequenze che comportano anch’esse una riduzione del potere fonoisolante ed in particolare una sua riduzione al valore che si avrebbe per un pannello monostrato di massa superficiale m'1+m' 2. La minima frequenza di risonanza dell'intercapedine d'aria, che porta alla generazione di onde stazionarie, si individua facilmente imponendo che metà della lunghezza d'onda del suono corrisponda alla larghezza s dell'intercapedine:
λ0 2
= s ⇒ f =
c0 2s
(Hz)
(9.18)
Le frequenze multiple di quella così determinata, anch'esse di risonanza, creano effetti minori nella riduzione del potere fonoisolante. Le frequenze di risonanza dovute all'accoppiamento tra strati solidi ed intercapedine (risonanza massa-aria-massa) dipendono dalla rigidità dinamica s' offerta da questa e dalla massa superficiale dei due strati. Il calcolo di queste frequenze di risonanza è affrontato nelle pagine che seguono, relativamente alla stima del contributo delle contropareti. Il comportamento di una parete multistrato può pertanto essere ricondotto ai seguenti casi:
28
La presenza nell’intercapedine di un fluido più denso comporta problemi differenti in quanto si crea un maggiore accoppiamento tra questo ed i due strati.
121
-
-
-
a frequenze inferiori a quella di risonanza massa aria massa, l’isolamento è pari a quello di un pannello monostrato di massa superficiale m' 1+m' 2 e pertanto segue la legge della massa con un incremento di 6 dB ogni raddoppio della massa ed ogni incremento di ottava di frequenza; in corrispondenza della frequenza di risonanza massa aria massa vi è una riduzione del potere fonoisolante che può essere ridotta dall’aggiunta di materiale smorzante nell'intercapedine; dopo la frequenza di risonanza massa aria massa vi è un incremento di circa 18 dB ad ottava che si interrompe in corrispondenza della prima frequenza di risonanza dell’intercapedine d’aria; alle frequenza di risonanza dell’intercapedine, si verifica una brusca riduzione dell’isolamento che viene riportato ai valori del pannello monostrato di massa superficiale m'1+m' 2; questa riduzione può essere molto limitata dall’inserimento di materiale fonoassorbente nell’intercapedine; questo dovrebbe offrire una notevole resistenza al flusso d'aria senza costituire un collegamento meccanico tra i due pannelli; in corrispondenza della frequenza di coincidenza si verifica una riduzione del potere fonoisolante.
Figura 9.6: Potere fonoisolante di una parete a doppio strato con intercapedine. Nel diagramma si usa il simbolo ρs per indicare la massa superficiale m'. Il massimo isolamento della parete alle alte frequenze si ha per valori uguali delle masse superficiali dei due pannelli (m' 1=m' 2). Diversificare il valore delle masse dei due pannelli migliora invece il comportamento in corrispondenza della frequenza di risonanza massa aria massa. Come per la trasmissione di rumori aerei tra pareti semplici, anche in questo caso è possibile stimare l’indice di valutazione del potere fonoisolante R w di pareti doppie mediante relazioni di tipo empirico. Di seguito viene riportata una di queste relazioni (cfr. Pagliarini e Pompoli), valida nel caso di strati separati da una intercapedine spessa almeno 5,1 cm e non collegati da ponti acustici.
122
(m'−2,26 ) (1 − 0,372 lg m '2 / m1' ) R w = 22,7 1,21 lg d
0 , 268
(dB)
(9.19)
dove m’ è il valore della massa superficiale complessiva della parete (kg/m 2), m’ 1,2 sono i valori della massa superficiale dei due strati (kg/m2 ), con m' 2 > m'1 e d è lo spessore dell’intercapedine (d > 0,05 m). ESERCITAZIONE Calcolare i valori delle frequenze critiche, la frequenza di risonanza dell'intercapedine e l'indice di valutazione del potere fonoisolante di una parete doppia costituita da due strati di cartongesso spessi 1,2 e 2,5 cm, separati da una intercapedine spessa 8 cm. Le frequenze critiche dei due pannelli si calcolano mediante l'equazione (9.8), sapendo che (vedi appendice).
ρ(cartongesso) = 650 kg/m3
E(cartongesso) = 2,9 10 10 (N/m2) ν (cartongesso) = 0,2 Si calcola la frequenza critica del pannello spesso 1,2 cm. 343 2 3 ⋅ 650(1 − 0,2 2 ) = 793 (Hz) f c = 10 0,012π 2,9 ⋅ 10 e quella del pannello spesso 2,5 cm. 343 2 3 ⋅ 650(1 − 0,2 2 ) = 397 (Hz) f c = 0,25π 2,9 ⋅ 1010 La frequenza di risonanza dell'intercapedine si calcola mediante la formula (9.18) f
= 343 = 2144 (Hz) 2 ⋅ 0,08
Quindi si determina il valore della massa superficiale dei due pannelli. m'1 = 650 ⋅0,012 = 7,8 (kg/m2) m'2 = 650 ⋅0,025 = 16,2 (kg/m2) L'indice di valutazione del potere fonoisolante si calcola infine mediante l'equazione (9.19)
123
(24 − 2, 26) (1 − 0,372 lg 16,2 / 7,8) Rw = 22,7 1,21 lg 0,08
0 , 268
= 47,9 (dB)
9.1.2 Trasmissione sonora diretta per rumori impattivi Nella trasmissione sonora di rumori impattivi per via diretta, viene definita una nuova grandezza: il livello di rumore da calpestio (L ). Questa è il livello medio di pressione sonora che si i stabilisce in un ambiente quando sul solaio dell’ambiente disturbante agisce un generatore di rumore da calpestio normalizzato (figura 7). Le caratteristiche del generatore di rumore sono definite nell’appendice A della norma ISO 140-6.
∆L’pavim.
Generatore di rumore impattivo
∆L’controsoff.
L’i
Figura 9.7: Metodologia di misura del livello di rumore impattivo. Mentre per il calcolo del potere fonoisolante (coefficiente di trasmissione per rumori aerei), è possibile definire formule semplificate nelle quali non appare il contributo del coefficiente di irraggiamento σ se le caratteristiche dei due fluidi che circondano la parete sono le stesse, nel caso della trasmissione di rumori impattivi, tale operazione non è possibile e pertanto le formule per il calcolo del livello di pressione sonora generato da una determinata forza di impatto sulla struttura comprendono anche il contributo del coefficiente di irraggiamento σ. Attraverso la stima teorica del livello di forza d'impatto generata da una macchina da calpestio normalizzata sul solaio e della mobilità del solaio, si perviene alla seguente relazione di calcolo del livello di rumore da calpestio normalizzato L n,d. L n , d = 10 lg f c + 10 lg σ + 10 lg Ts − 20 lg m'−10 lg( c L h) + 130 ,5 (dB)
(9.20)
dove: f c è la frequenza critica (Hz); σ è il coefficiente di irraggiamento; m’ è la massa superficiale del solaio (kg/m2); Ts è il tempo di riverberazione strutturale del solaio (s); cL è la velocità di propagazione delle onde nella struttura (m/s); h lo spessore del solaio (m). Come per il calcolo del potere fonoisolante (trasmissione diretta di rumori aerei), anche per il livello di rumore da calpestio è possibile fare riferimento ad una valutazione semplificata basata sul calcolo dell'indice di valutazione. 124
L'indice di valutazione del livello di rumore da calpestio si determina dai valori in funzione della frequenza del livello di rumore da calpestio con una procedura analoga a quella descritta per il potere fonoisolante. In questo caso, la curva di riferimento è riportata dalla norma UNI EN ISO 717 - 2 (figura (9.8).
Figura 8: Calcolo dell'indice di valutazione del livello di rumore da calpestio(Lw): sovrapposizione tra una curva sperimentale (linea continua) e la curva di riferimento della UNI EN ISO 717-2. L'indice di valutazione può essere calcolato anche a partire dalle proprietà (massa superficiale, ecc.) dei componenti mediante relazioni di tipo empirico. In questi casi, l’affidabilità della stima è però meno accurata. Ln,w = 164 - 10lg(m') (dB)
(9.21)
9.1.3 Trasmissione sonora laterale 9.1.3.1 Trasmissione sonora laterale per rumori aerei Il potere fonoisolante apparente R’ di una partizione è una grandezza che esprime la quantità di energia sonora trasmessa nelle reali condizioni di utilizzo. Tale grandezza differisce dal potere fonoisolante R risultante da misure di laboratorio in quanto tiene conto, oltre che della trasmissione diretta attraverso la parete (τd), anche di eventuali percorsi di trasmissione aerea del suono (τe e τs) e dei percorsi di trasmissione attraverso le strutture laterali ( τf ). Se la potenza sonora complessivamente trasmessa tra due ambienti è W t = W1 + W2 (figura 1), con W1 potenza trasmessa direttamente dalla partizione e W2 potenza trasmessa dalle strutture laterali, e la potenza sonora incidente sulla partizione è W i, si ha:29
125
R = 10 lg
W i W 1
= -10lg(τ d )
(dB)
(9.22)
con τd coefficiente di trasmissione sonora per via diretta; R ′ = 10 lg
W i W 1
+ W 2
= -10lg(τ ' )
(dB)
(9.23)
ovvero: n m k R ' = −10 lg τ ′ = −10 lg τ d + ∑ τ f + ∑ τ e + ∑ τ s (dB) f =1 e =1 s =1
(9.24)
dove: τe e τs sono i coefficienti di trasmissione sonora di piccoli elementi 30 (e) posti nella partizione (ad esempio prese d’aria) o di sistemi (s) in grado di trasmettere il suono per via aerea (condotti di ventilazione con uscite nei due ambienti). 31 τf è il coefficiente di trasmissione per via laterale. I coefficienti di trasmissione τe e τs sono dati dal rapporto tra la potenza sonora complessivamente irradiata dall’elemento o dal sistema e la potenza sonora incidente sull’intera partizione. trasmissione laterale per via aerea ( τs)
trasmissione laterale strutturale (τf )
trasmissione diretta (τd ) trasmissione diretta per via aerea ( τe)
Figura 9.9: Diversi percorsi di trasmissione del suono (per via aerea e strutturale) tra due ambienti adiacenti. Per calcolare i coefficienti di trasmissione aerea si può quindi fare riferimento ai rispettivi valori di isolamento acustico normalizzato Dn risultanti da prove di laboratorio degli elementi o dei sistemi. A 0 −10D ne A 0 −10Dns τ e = 10 ; τ s = 10 Ss Ss 29
(9.25)
Se la trasmis sione sonora avviene solo per via diretta, W t = W 1 e quindi le equazioni (9) e (22) si equivalgono. La distinzione tra piccoli e grandi elementi è fatta dalla norma ISO 140 -10, dove si intendono per piccoli elementi quelli aventi una superficie minore di 1 m2, ad esclusione di finestre e porte 31 Per tali elementi e sistemi, la prestazione acustica viene valutata in termini di isolamento acustico normalizzato D n invece che di potere fonoisolante R, come per i grandi elementi (partizioni, porte, ecc.). 30
126
con A0, unità assorbenti di riferimento, paria a 10 m2 e Ss superficie della partizione (m2). La trasmissione laterale (τf ) ha invece origine strutturale ed è funzione delle caratteristiche della struttura di separazione e delle strutture laterali dei due ambienti (solai e pareti). Per valutare la trasmissione laterale prodotta da un certo campo sonoro presente nell’ambiente sorgente si deve poter quantificare l’energia meccanica che viene trasmessa attraverso i giunti tra partizione e strutture laterali e si devono conoscere i coefficienti di irraggiamento σ delle diverse strutture presenti, cioè la potenza sonora irradiata in funzione della velocità di vibrazione. Poiché i coefficienti di irraggiamento σ sono quantità difficilmente note per le strutture edilizie, si esprime il coefficiente di trasmissione sonora laterale in funzione di altre grandezze. Tale semplificazione è possibile nell'ipotesi di campo sonoro perfettamente diffuso nei due ambienti delimitati dalla partizione e cioè nel campo di validità delle ipotesi di Sabine. Un metodo semplificato per il calcolo della trasmissione sonora laterale, definito dalla norma EN 12354-1 è descritto nel seguito. 9.1.3.2 Trasmissione sonora laterale per rumori impattivi La trasmissione sonora laterale è particolarmente importante quando si hanno sorgenti sonore di tipo impattivo. In particolare la trasmissione laterale diventa predominante su quella diretta quando si hanno due ambienti confinanti posti sullo stesso piano e rumore da calpestio generato in uno dei due ambienti. struttura di separazione
S
D12 F
S1
S2 struttura 2
struttura 1 2
2
Figura 9.10: Sezione dei due ambienti adiacenti interessati da trasmissione sonora laterale originata da rumore impattivo. Il calcolo della trasmissione sonora laterale dovuta a rumori impattivi è piuttosto complesso e pertanto non viene qui riportato. Il metodo standard di calcolo è descritto nella norma EN 12354. 9.1.4 Trasmissione sonora apparente 9.1.4.1 Potere fonoisolante apparente tra ambienti adiacenti Il potere fonoisolante apparente tra ambienti adiacenti si calcola mediante l'equazione (9.24) in cui nella maggioranza dei casi i coefficienti di trasmissione sonora τe e τs non compaiono perché non rilevanti. Nell’ipotesi che i diversi percorsi di trasmissione sonora strutturale siano tra loro indipendenti e che siano trascurabili i percorsi di trasmissione laterale di ordine superiore al primo (figura 9.12), il potere fonoisolante apparente si ottiene dalla somma energetica dei contributi dei singoli percorsi di trasmissione (figura 9.11) e quindi da:
127
R R R n n n − − − − R10 10 10 + ∑ 10 + ∑10 + ∑10 10 (dB) R ' = −10 lg 10 F= f =1 f =1 F =1 Dd
Ff
Df
Fd
(9.26)
in cui n indica il numero di strutture laterali di ciascun ambiente (generalmente 4), mentre Dd, Df, Fd e Ff specificano i diversi percorsi di trasmissione sonora nelle strutture che delimitano i due ambienti (figura 9.9). D sta per trasmissione diretta, F per fiancheggiante, ovvero laterale. La lettera maiuscola si usa per le strutture poste dalla parte dell'ambiente sorgente, mentre quella minuscola per quelle dalla parte dell'ambiente ricevente. Complessivamente, l'equazione (9.26) riguarda dunque la somma di 12 percorsi di trasmissione laterale e di uno di trasmissione diretta.
Ff
Fd Ambiente Sorgente
Dd Ambiente ricevente
Trasmissione diretta
Ambiente Sorgente
Ambiente ricevente Df
Trasmissione laterale
Figura 9.11: Diversi percorsi di trasmissione diretta e laterale tra due ambienti confinanti. I percorsi laterali di ordine superiore al primo (figura 9.12) nei casi correnti contribuiscono in modo trascurabile alla trasmissione sonora tra due ambienti.
Ambiente sorgente
percorso di trasmissione trascurabile Ambiente ricevente
Figura 9.12: Uno dei percorsi laterali di secondo ordine trascurabile. Tale metodo di calcolo del potere fonoisolante apparente è valido per ambienti adiacenti di forma regolare (ad esempio rettangolare o quadrata) e volume non eccessivo (tale cioè da consentire una distribuzione quasi uniforme dell'energia all'interno delle diverse strutture che costituiscono l'involucro); condizioni queste spesso verificate nell'edilizia residenziale. Per calcolare rigorosamente i coefficienti di trasmissione sonora relativi ai diversi percorsi evidenziati in figura 9.11 (che per semplicità indicheremo con le lettere generiche ij) è necessario conoscere i coefficienti di irraggiamento di tutte le strutture coinvolte dalla trasmissione. Poiché i coefficienti di irraggiamento sono grandezze difficilmente note per le strutture edilizie, si fa uso del principio di reciprocità per eliminarne la presenza dall’equazione che definisce il potere fonoisolante apparente. In base a questo principio, che afferma che il coefficiente di trasmissione ai giunti è reciproco (τij = τ ji), si ottiene la relazione per il calcolo del potere fonoisolante tra due ambienti confinanti in cui la trasmissione avviene esclusivamente attraverso il giunto ij.
128
R ij =
R i + R j + D ij + 10 log S 2 S iS j
(9.27)
in cui: R i, R j, Si ed S j sono rispettivamente i valori del potere fonoisolante (dB) e delle superfici (m 2) delle due strutture coinvolte dal percorso di trasmissione laterale; Dij è la differenza mediata di livello di velocità di vibrazione tra le due medesime strutture (dB); S è la superficie della partizione (m2). Con questa nuova notazione delle strutture laterali (ij), l'equazione (9.26) assume dunque la seguente forma: R n − R10 − + ∑ 10 10 R' = −10 lg 10
ij
Dd
(dB)
(9.28)
Il calcolo del termine Dij si effettua in funzione di una nuova grandezza, l'indice di riduzione delle vibrazioni K ij, che è funzione solo del tipo di giunto e non del tipo di strutture connesse. D ij = K ij − 10 lg
l ij aia j
(9.29)
in cui: 2,2 π2Si, j f ref a i, j = c0Ts ,i, j f
(9.30)
è la lunghezza equivalente di assorbimento della struttura i o j. Nell'equazione f ref , frequenza di riferimento, si assume pari a 1000 Hz. La lunghezza equivalente di assorbimento rappresenta la lunghezza che dovrebbe avere la giunzione tra le strutture i e j per poter assorbire la vibrazione offrendo la stesso smorzamento che offrirebbe l’elemento i o j qualora la frequenza critica dell’elemento fosse di 1000 Hz. Inserendo questo nuovo termine nell'equazione che esprime il potere fonoisolante per il generico percorso laterale i-j si ha: R ij =
S aia j R i + R j + K ij + 10lg 2 lij Si S j
(9.31)
equazione base per il calcolo della trasmissione laterale secondo il modello definito nella norma EN 12354. Nel progetto di norma europea citata viene stabilita l'uguaglianza numerica tra i valori della lunghezza equivalente di assorbimento a i e la superficie laterale S i (grandezze non omogenee): ai = Si
(9.32)
Si ottiene pertanto la seguente versione semplificata della (9.30):
129
R ij =
R i + R j + K ij + 10 lg S 2 l ij l0
(9.33)
dove l0 è la lunghezza di riferimento, pari a 1 metro. sezione elemento laterale j
elemento laterale i
ambiente sorgente
SJ
lij
ambiente ricevente
ambiente ricevente
lij
pianta Si
i
ambiente sorgente
ambiente sorgente
K ij = K ji j
ambiente ricevente
Figura 9.13: Individuazione delle grandezze geometriche nel caso di due strutture laterali complanari. Il calcolo dell'indice di riduzione delle vibrazioni K ij si effettua in base al metodo descritto nel seguito. 9.1.4.2 L ivello apparente di rumore impattivo tra ambienti adiacenti Il livello di rumore impattivo risultante dalla somma della trasmissione diretta e laterale (livello apparente normalizzato di rumore da calpestio, L’ n), per l’ipotesi di indipendenza tra i diversi percorsi di trasmissione delle vibrazioni, è dato da: L L10 n 10 L' n = 10 lg 10 + ∑ j=10 1
n , ij
n,d
f
(9.34)
per ambienti sovrapposti; e da:
f d
n L10 L' n = 10 lg ∑ j=10 1
n ,ij
f f
(9.35)
per ambienti adiacenti. Nella sommatoria n è il numero di elementi laterali. Il calcolo di Ln,ij, basato sulle caratteristiche fisiche delle strutture coinvolte nel percorso di trasmissione e sul valore dell'indice K ij del percorso, non è qui riportato. Per eventuali approfondimenti si rimanda pertanto al testo della norma EN 12354.
130
9.1.5 Calcolo dell' indice di riduzione delle vibrazioni L'indice di riduzione delle vibrazioni può essere stimato in base a formule teorico -sperimentali per diversi tipi di giunti in funzione della massa superficiale delle strutture che vi convergono. La norma europea citata definisce nell'appendice informativa E un metodo di calcolo dell'indice K secondo il quale la dipendenza dalla frequenza si avrebbe solo in presenza di giunti elastici e di pareti leggere e non con nodi rigidi tra strutture massicce ed omogenee. struttura 1=struttura 2 (per ipotesi) Struttura 1
Struttura 2
Struttura 3
Figura 9.14: Condizione di validità per le formule di calcolo di K. Le formule ed i diagrammi di seguito riportati permettono di stimare il valore di K ij unicamente nei casi in cui le strutture si mantengono invariate oltre la linea di separazione tra i due ambienti (come generalmente verificato nei casi correnti, vedi figura 14) ed ammettono una variabilità dei dati di alcuni decibel attorno al valore ottenuto. L'indice di riduzione delle vibrazioni per giunti tra strutture omogenee 32 che si mantengono invariate oltre la linea di separazione tra i due ambienti può essere calcolato in funzione del rapporto tra le masse superficiali delle strutture. Il valore minimo che può assumere il termine K ij è fornito dalla seguente espressione:
1 1 + S S i j
Kij,min = 10 lgl ijl 0
(9.36)
Il calcolo di K ij è effettuato in funzione di M, logaritmo in base 10 del rapporto fra le masse superficiali delle pareti collegate ad angolo retto fra di loro, e del tipo di giunto. M = lg m' ⊥i/m'i
(9.37)
dove m' i e m'⊥i sono rispettivamente la massa superficiale dell'elemento i nel percorso laterale ij e la massa superficiale dell'elemento perpendicolare all'elemento i con esso connesso nel giunto considerato (kg/m2).
32
Secondo la norma CEN [1], possono essere considerate strutture omogenee i solai in laterocemento, quelli a soletta piena in calcestruzzo normale o alleggerito, le pareti in laterizio forato o pieno, a blocchi di gesso, di calcestruzzo, ecc.
131
GIUNTI RIGIDI A CROCE TRA STRUTTURE OMOGENEE 70 60 ) 50 B40 d ( j 30 i K20 10 0 -10
Struttura 2 K12 K13 2 . 6 . 4 . 2 . 1 . 6 . 4 . 2 . - 8 - 8 1 0 - 1 - 1 - 1 - 0 - 0 - 0 -
0 2 . 4 . 6 . 8 . 0 0 0 0
1 2 . 4 . 6 . 8 . 1 1 1 1
2
Struttura 1
Struttura 3
M=lg(m1/m2) K13
K12
K 13 = 8,7 + 17,1 M + 5,7 M 2 (dB) K 12 = K 23 = 8,7 + 5,7 M2 (dB) GIUNTI RIGIDI A T TRA STRUTTURE OMOGENEE
(9.38) (9.39)
60 50 ) 40 B d ( 30 j i 20 K
Struttura 2
10 0 -10
2 . 6 . 4 . 2 . 1 . 6 . 4 . 2 . - 8 - 8 1 0 - 1 - 1 - 1 - 0 - 0 - 0 -
0 2 . 4 . 6 . 8 . 0 0 0 0
1 2 . 4 . 6 . 8 . 1 1 1 1
M=lg(m1/m2) K13
2
K 12 K13
K12
Struttura 1
Struttura 3
K 13 = 5,7 + 14,1 M + 5,7 M 2 (dB) K 12 = K 23 = 5,7 + 5,7 M2 (dB) GIUNTI TRA STRUTTURE OMOGENEE CON STRATI ELASTICI INTERPOSTI K24
Struttura 2
K 24
K12
Struttura 1
Struttura 4
K12
K 23
Struttura 2
K 13 = 5,7 + 14,1 M + 5,7 M 2 + 2∆l (dB) K 24 = 3,7 + 14,1 M + 5,7 M 2 (dB) (0 ≤ K 24 ≤ -4) K 12 = K 23 = 5,7 + 5,7 M2 + ∆l (dB)
Struttura 2
Struttura 3 K 13
K13
Struttura 1
(9.40) (9.41)
Struttura 1
Struttura 3 Struttura 4
(9.42) (9.43) (9.44)
dove ∆l è l'incremento dell'indice di riduzione delle vibrazioni per la presenza dello strato elastico interposto nel giunto (dB). Tale incremento è funzione del modulo di elasticità trasversale G del materiale elastico e della densità delle due pareti connesse. Nel caso di strati elastici caratterizzati da un rapporto tra il modulo di elasticità longitudinale e lo spessore, E/s, pari a circa 100 MN/m3, l'appendice E della norma E 12354-1 consente di assumere la frequenza di risonanza del sistema f 0 pari a 125 Hz e di stimare quindi l'incremento ∆l nel seguente modo (per f > f 0):
f ∆ l = 10 lg f 0 132
(dB)
(9.45)
GIUNTI TRA STRUTTURE OMOGENEE E FACCIATE LEGGERE Struttura 1
Struttura 3 K12
Struttura 1
Struttura 3
K13
K 13
Struttura 2
K12
Struttura 2
K 13 = 5 + 10 M (dB) (K min = 5) K 12 = K 23 = 10 + 10 |M| (dB) GIUNTI TRA STRUTTURE OMOGENEE E STRUTTURE LEGGERE DOPPIE K 24
Struttura 2
K 24
(9.46) (9.47) Struttura 2
K12 K 13
K12
Struttura 1
Struttura 4
Struttura 1
Struttura 3 Struttura 4
K 13 = 10 - 20 M -3,3 lg (f/f 0) (dB) (K min = 10) K 24 = 3 + 14,1 M + 5,7 M 2 (dB) (m2/m1 > 3; K min = 0) K 12 = K 23 = 10 + 10 |M| + 3,3 lg (f/f 0) (dB)
(9.48) (9.49) (9.50)
con f 0 = 500 Hz
GIUNTI TRA STRUTTURE LEGGERE DOPPIE Struttura 2
Struttura 2 K12
K 24
K 24 K13
K12
Struttura 1
Struttura 4
Struttura 1
Struttura 3 Struttura 4
K 13 = 10 + 20 M -3,3 lg (f/f 0) (dB) (K min = 10) K 12 = K 23 = 10 + 10 |M| + 3,3 lg (f/f 0) (dB)
(9.51) (9.52)
con f 0 = 500 Hz
2 Trasmissione sonora dall'esterno verso l'interno La trasmissione di rumori dall'esterno verso l'interno degli edifici si distingue da quella tra ambienti interni per due ragioni principali: - il campo sonoro presente nell'ambiente esterno ed incidente sulla partizione non è diffuso, ma direzionale; - la partizione è quasi sempre costituita da più componenti a diversa prestazione acustica. Per questo motivo vengono impiegate grandezze differenti da quelle usate nello studio della trasmissione sonora tra ambienti interni. In particolare, le due grandezze maggiormente impiegate e tra loro correlate sono: - il potere fonoisolante apparente di facciata; - l'isolamento acustico di facciata. Nel seguito vengono definite queste grandezze ed i loro metodi di calcolo e di misura. 133
9.2.1 Potere fonoisolante apparente di facciata Il potere fonoisolante apparente di facciata R’ viene definito allo stesso modo del potere fonoisolante apparente, con la sola differenza che in questo caso il componente in esame appartiene alla facciata di un edificio. Pertanto si tratta di una grandezza che viene calcolata o misurata con riferimento a specifiche condizioni di messa in opera, cioè di assemblaggio di diversi componenti (muratura, finestre, ecc.). Il potere fonoisolante apparente di facciata può essere calcolato sulla base della prestazione acustica (potere fonoisolante o isolamento acustico) dei singoli elementi costituenti la facciata, considerando sia i contributi diretti (per via aerea e strutturale) che quelli laterali (per via strutturale). 33 Il potere fonoisolante apparente di facciata si calcola mediante la seguente relazione:
n S i −10 R A0 p − D10 R' = −10 lg ∑ 10 + 10 ∑ i=1 S S i =1 i
n ,e ,i
- K (dB)
(9.53)
in cui il primo termine è relativo alla prestazione degli n elementi “normali” di facciata ed il secondo termine a quella dei p elementi “piccoli” di facciata. Nello specifico si ha: Ri è il potere fonoisolante dell’elemento “normale” di facciata i-esimo (dB); S i è la superficie dell’elemento “normale” di facciata i-esimo (m2); A0 è l’assorbimento acustico equivalente di riferimento (10 m2 ); Dn,e,i è l’isolamento acustico normalizzato del “piccolo” elemento di facciata i-esimo (dB); S è la superficie complessiva della facciata (m2) vista dall’interno (corrispondente alla somma della superficie di tutti gli elementi che compongono la facciata); K è la correzione relativa al contributo globale della trasmissione laterale (può essere posta pari a 0 dB per elementi di facciata non connessi e a 2 dB per elementi di facciata massicci, con giunti rigidi). Per una valutazione più accurata della trasmissione laterale si deve calcolare il potere fonoisolante R ij relativo ad ogni percorso di trasmissione laterale e quindi fare la somma energetica dei diversi valori di R come descritto nelle pagine precedenti per il calcolo di R' tra ambienti interni. La misurazione in opera del potere fonoisolante apparente di facciata si esegue secondo la procedura prevista dalla norma UNI 10708-2. In funzione del tipo di sorgente che viene impiegata, la misurazione permette di ottenere alcune grandezze derivate ( R’ 45 °, R’ tr , ecc.) da cui è possibile risalire al valore del potere fonoisolante apparente R’ . Le misurazioni devono essere eseguite nelle bande di 1/3 di ottava con frequenza centrale compresa tra 100 e 3150 Hz, impiegando almeno 5 posizioni per il microfoni nell’ambiente ricevente. 9.2.2 I solamento acustico di facciata L’isolamento acustico di facciata ( D2m ) è la differenza tra il valore medio del livello di pressione sonora a 2 m dal piano della facciata (L1, 2m) ed il valore medio del livello di pressione sonora nell’ambiente ricevente ( L2). Gli elementi di facciata devono essere distinti tra elementi normali e piccoli elementi. Per piccoli elementi si intendono elementi di facciata di superficie minore di 1 m 2, ad esclusione di finestre e porte, in accordo con la ISO 140-10 [10] (ad esempio prese d’aria, ventilatori, condotti elettrici, ecc.).
134
D2m
= L1, 2 m − L2 (dB)
(9.54)
Nel caso di facciate piane (prive di balconi, logge o atre sporgenze o rientranze che modificano il campo sonoro esterno), l’isolamento acustico di facciata può essere calcolato a partire dal potere fonoisolante apparente R’ della facciata mediante la seguente equazione. D2m
S = R'−10 lg (dB) A
(9.55)
dove S è la superficie della facciata (m2 ) ed A sono le unità fonoassorbenti dell'ambiente interno (m2). Nel caso invece di facciate non piane, si deve aggiungere alla relazione (9.55) un termine che tiene conto dell’incremento o della riduzione del livello sonoro in prossimità della facciata per la presenza di aggetti o rientranze. Tale termine viene definito differenza di livello per forma della facciata ∆Lfs ed è paria a 0 nel caso di facciate piane. D2m
S = R'+∆ L fs − 10 lg (dB) A
(9.56)
Il termine ∆Lfs si ottiene dalla differenza tra L1,2m il livello sonoro misurato 2 metri davanti alla facciata L1,2m ed il livello sonoro misurato sul piano della facciata L1,s..
∆ L fs = L1, 2 m − L1, s + 3 (dB)
(9.57)
Per il calcolo del termine ∆Lfs si fa riferimento al metodo empirico definito dalla norma EN 12354-3. balcone assorbimento acustico αw h
linea di vista della sorgente sorgente sonora (centro carreggiata)
Figura 9.15: Individuazione delle grandezze necessaria alla determinazione del termine ∆ Lfs. Innanzi tutto deve essere determinata l’altezza h di vista della sorgente sonora dall’intersezione tra il piano della finestra e la linea congiungente il bordo superiore della ostruzione (ad esempio il davanzale del balcone, ma sono se di materiale pieno) ed il centro di emissione sonora (ad esempio il centro della corsia in cui passano gli autoveicoli (figura 9.15). Quindi, in funzione dell’altezza h e dell’indice di valutazione dell’assorbimento acustico α w dell’intradosso dell’eventuale aggetto posto sopra la finestra, si determina il valore del termine ∆ Lf in base alla tabella 1.
135
Facciata piana
non si applica h < 1,5 m 0 0 1,5 ≤ h≤ 2,5 m h > 2,5 m 0
αw
balcone
αw
≤ 0,3
h < 1,5 m 1,5≤ h≤ 2,5 m h>2,5 m
-1 -1 1
0,6 -1 1 2
ballatoio
ballatoio
≤0,3 0,6 ≥0,9 -1 -1 0 non si applica non si applica
≤0,3 -1 -1 1
balcone
balcone
0,6
-1 0 1
ballatoio
≥0,9 0 2 2
≤0,3 0 0 2
0,6
0 1 2
ballatoio
≥0,9 1 3 3
≤0,3 0,6 ≥0,9 non si applica non si applica 3 4 6
terrazza
≥ 0,9
≤0,3 0,6
≥0,9 ≤0,3 0,6
schermature schermature aperte chiuse ≥0,9 ≤0,3 0,6 ≥0,9 ≤0,3 0,6 ≥0,9
0 3 3
0 0 2
1 4 4
2 2 2
0 2 3
1 1 1
1 1 1
1 3 4
1 4 4
1 5 5
3 5 6
3 6 6
3 7 7
Tabella 9.1. Valore della differenza di livello per forma della facciata ∆ L fs, in dB. La misurazione dell’isolamento acustico di facciata si esegue in opera secondo il metodo definito dalla norma UNI 10708-2. La procedura di misurazione è quella già descritta per la misura del potere fonoisolante apparente di facciata. ESERCITAZIONE Calcolare l'indice di valutazione del potere fonoisolante di una facciata di dimensioni 4 x 2,7 m, composta da una finestra di dimensioni 1,5 x 1,5 m e da una muratura, aventi le seguenti caratteristiche: R w(finestra) = 33 (dB) R w(muratura) = 50 (dB) L'indice di valutazione del potere fonoisolante di facciata si calcola mediante la formula (9.53), ponendo K = 2 (giunti rigidi con gli elementi laerali della facciata).
8,55 −1050 2,25 −1033 R' w = −10 lg 10,8 10 + 10,8 10 - 2 = 37,4 (dB) 9.2.2.1 ISOLAMENTO ACUSTICO DI FACCIATA NORMALIZZATO L’isolamento acustico di facciata normalizzato è una grandezza definita per modificare ("normalizzare") il valore misurato dell'isolamento acustico in base all'assorbimento acustico presente nell'ambiente interno. Infatti, a parità di prestazioni acustiche della facciata, il livello sonoro che si stabilisce nell'ambiente interno (L2 nell'equazione (54)) è funzione dell'entità dell'assorbimento acustico in questo presente. L'assorbimento acustico dell'ambiente interno viene quantificato mediante l'introduzione delle unità fonoassorbenti A. 136
L’isolamento acustico di facciata normalizzato D2m,n si ottiene quindi dall’isolamento acustico di facciata D2m mediante la seguente formula: D2m , n
= D2 m − 10 lg
A A0
(dB)
(9.58)
dove A0 sono le unità fonoassorbenti di riferimento (10 m2).
9.2.2.2 ISOLAMENTO ACUSTICO DI FACCIATA NORMALIZZATO RISPETTO AL TEMPO DI RIVERBERAZIONE
Un'altra grandezza talvolta specificata nelle normative 34 è l'isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al tempo di riverberazione. Questo corrisponde numericamente all'isolamento acustico di facciata normalizzato quando il volume dell'ambiente interno è 31 m 3. L'utilità di questa nuova grandezza consiste nella maggiore semplicità con cui può essere misurata in opera. 35 L’isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al tempo di riverberazione (D2m,nT ) si ottiene dall’isolamento acustico di facciata D2m mediante la seguente formula: D2m , nT = D2 m
+ 10 lg
T T 0
(dB)
(9.59)
dove T è il tempo di riverberazione dell'ambiente interno (s) e T0 è il tempo di riverberazione di riferimento (0,5 s).
9.3 Calcolo del contributo di pavimenti galleggianti e contropareti In molti casi, per migliorare le prestazioni acustiche di componenti edilizi esistenti o nuovi, vengono impiegati rivestimenti costituiti da una lastra rigida distanziata dalla struttura di base mediante un'intercapedine di aria o uno strato elastico. Nel caso di pareti e solai rivestiti all'intradosso (soffitto) si tratta generalmente di lastre sottili di cartongesso, legno o altro materiale, supportate da montanti in alluminio o legno a loro volta fissati alla struttura di base (parete o solaio). In alcuni casi la lastra può essere supportata direttamente dallo strato elastico. In tutti questi casi si parla di contropareti o controsoffitti. Nel caso di solai rivestiti all'estradosso (pavimento) si possono avere due varianti: - uno strato elastico di separazione tra il massetto ed il solaio (pavimento galleggiante) (figura 9.14); - uno strato di materiale elastico (gomma, linoleum, moquette ecc.) fissato direttamente sul pavimento (pavimento resiliente).
34
Tra queste il DPCM 5.12.97 sui requisiti acustici passivi degli edifici. In questo caso è infatti sufficiente misurare il solo tempo di riverberazione T dell'ambiente interno, mentre per l'isolamento acustico normalizzato servono anche le dimensioni dell'ambiente (il volume). 35
137
pavimentazione massetto strato elastico solaio intonaco
Figura 9.16: esempio di pavimento galleggiante. I metodi per studiare le prestazioni acustiche di tali sistemi, ovvero l'incremento di prestazione acustica della struttura di base, sono analoghi essendo basati sul medesimo principio del sistema meccanico massa - molla - massa. 9.3.1 Pavimenti galleggi anti L'incremento di prestazione acustica fornito da tali sistemi si esprime mediante la differenza di livello di rumore da calpestio ∆ L. Questa è data dalla differenza tra il livello di rumore da calpestio misurato con il solaio nudo e la stessa grandezza misurata con il rivestimento applicato al solaio. Trattandosi di una caratteristica misurata in laboratorio, il valore ottenuto può essere diverso da quello rilevabile in opera, dipendendo molto dalle modalità di messa in opera. La prestazione acustica di un rivestimento per solai (∆ L) è funzione della rigidità dinamica superficiale s’ dello strato elastico inserito sotto la pavimentazione e dipende dalla frequenza di risonanza del sistema pavimento - strato elastico - solaio. La rigidità dinamica superficiale s’ è data dal rapporto tra la pressione dinamica e lo spostamento dinamico s’ ( = ( F /S )/∆d ). Si tratta di un dato difficilmente fornito dai produttori, che viene misurato in laboratorio secondo la procedura prevista dalla norma UNI EN ISO 29052. La rigidità dinamica superficiale dello strato è data dalla somma della rigidità superficiale s s del materiale che costituisce la struttura dello strato elastico e della rigidità superficiale del gas racchiuso nelle cavità sa. Quest’ultima quantità può essere calcolata in funzione della pressione p del gas, della porosità ε del materiale (volume dei pori/volume totale dello strato) e del suo spessore d : s' a
=
p d ε
(N/m 3 )
(9.60)
Il metodo di calcolo dipende dalla posizione dello strato isolante, che può essere applicato superiormente al solaio (pavimento resiliente) o essere interno ad esso (pavimento galleggiante). Nel caso di pavimenti galleggianti con massetto in calcestruzzo è possibile impiegare la seguente equazione:
f ∆ L = 30 lg (dB ) f 0 dove f è la frequenza (Hz) e f 0 la frequenza di risonanza del sistema (Hz).
138
(9.61)
Per i pavimenti galleggianti con massetto in asfalto o posati a secco si impiega invece la seguente equazione:
f ∆ L = 40 lg ( dB) f 0
(9.62)
La frequenza di risonanza f 0 si ottiene mediante la seguente equazione: f 0
= 160 s ' ( dB) m ' 1
(9.63)
dove: s’ è la rigidezza dinamica dello strato elastico (MN/m3); m’ è la massa superficiale dello strato di rivestimento (massetto e pavimentazione) (kg/m2). Le equazioni sono valide all’interno del campo di frequenze f 0 < f < 4f 0. La misurazione della differenza di livello di rumore da calpestio si esegue in laboratorio secondo la procedura definita dalla norma ISO 140-8. Il solaio deve essere sollecitato in entrambi i casi mediante un generatore di rumore da calpestio normalizzato e rispondente ai requisiti definiti nell’appendice A della norma ISO 140-6. La differenza di livello si ottiene quindi dalla seguente formula:
∆ L = Ln0 − Ln (dB)
(9.64)
dove: Ln0 è il livello di rumore da calpestio normalizzato ottenuto con il solaio nudo (dB); Ln è il livello di rumore da calpestio normalizzato ottenuto con il rivestimento applicato al solaio (dB). 9.3.2 Contropareti La differenza di potere fonoisolante ( ∆ R) è una grandezza introdotta per specificare le prestazioni acustiche di strati di rivestimento fonoisolanti quali contropareti, controsoffitti, ecc. Si tratta della differenza tra il potere fonoisolante della struttura semplice ed il potere fonoisolante della struttura con il rivestimento fonoisolante applicato. Le prestazioni acustiche del rivestimento dipendono dall’interazione tra le vibrazioni di questo e quelle della struttura base, coinvolgendo diversi fenomeni di risona nza. Il contributo di una controparete al potere fonoisolante della struttura base può essere determinato in funzione della frequenza di risonanza f 0 del sistema struttura di base rivestimento. Nel caso di rivestimento fissato direttamente al supporto, la frequenza di risonanza dipende dalla rigidità dinamica superficiale s’ dello strato elastico e dalla massa superficiale dei due strati (controparete e parete) e si calcola con la seguente relazione: f 0
1 1 = 160 s ' + m'1 m'2
(Hz)
(9.65)
139
dove: s’ è la rigidità dinamica superficiale dello strato elastico (MN/m3); m’1 la massa superficiale della struttura di base (kg/m2 ); m’2 la massa superficiale del rivestimento (kg/m2). Nel caso di rivestimento fissato al supporto mediante montanti in metallo o legno e con la cavità riempita con un materiale fonoassorbente avente resistenza al flusso d’aria r > 5kPa ⋅s/m2, la rigidità dinamica da considerare non è quella dello strato elastico ma quella dell’aria. In particolare, nel caso di aria a pressione atmosferica e di porosità dello strato fonoassorbente ε = 0,9, la rigidità dinamica superficiale sa ’ è pari a 0,111/d (MN/m3), con lo spessore dell’intercapedine d espressa in metri. In questi casi si ha quindi: f 0
= 160 0,111 1 + 1 (Hz) d m'1 m' 2
(9.66)
dove d è lo spessore della intercapedine (m). La rigidità dinamica dell’aria deve però essere considerata solo quando il materiale di cui è costituito la strato elastico ha una resistenza al flusso d’aria minore di 100 kPa ⋅s/m2. La resistenza al flusso d’aria dei materiali e la sua misurazione sono definite nella norma UNI EN ISO 9053. L’incremento ∆ R di potere fonoisolante di una controparete può essere calcolato in funzione della frequenza di risonanza f 0 mediante la seguente equazione:
f ∆ R = 40 lg (dB) f 0
(9.67)
Nel caso di calcolo dell’incremento di potere fonoisolante mediante indici di valutazione ( ∆ Rw), la norma EN 12354-3 riporta la seguente tabella, valida per parete di supporto avente potere fonoisolante Rw compreso fra 20 e 60 dB. Per frequenza di risonanza inferiore a 200 Hz, il valore di ∆ Rw dipende anche dal potere fonoisolante Rw della struttura di base, come indicato in tabella 9.2. frequenza di risonanza f 0 (Hz) f 0 ≤ 80 80 < f 0 ≤ 125 125 < f 0 ≤ 200 200 < f 0 ≤ 250 250 < f 0 ≤ 315 315 < f 0 ≤ 400 400 < f 0 ≤ 500 500 < f 0 ≤ 1600 f 0 > 1600
∆ R w (dB) 35 - Rw /2 32 - Rw /2 28 - Rw /2
-2 -4 -6 -8 - 10 -5
Tabella 9.2: Valore dell’indice di valutazione dell’incremento di potere fonoisolante ∆ Rw per pareti di supporto aventi 20≤ Rw ≤60 dB.
140
La misurazione della differenza di potere fonoisolante per strati aggiuntivi non è attualmente oggetto di alcuna norma internazionale. 36
9.4 Influenza dello spettro sonoro sulle prestazioni acustiche dei componenti Come descritto nei precedenti paragrafi, il potere fonoisolante di una partizione interna, oltre che in funzione della frequenza, può essere sinteticamente descritto attraverso l’indice di valutazione R w che, con un singolo numero, fornisce una stima globale delle sue prestazioni di isolamento al rumore aereo. Poiché questo solo numero è in genere insufficiente per stimare il comportamento di una parete al variare della composizione in frequenza del rumore da isolare, accanto a questo indice sono stati introdotti alcuni coefficienti C i che sommati algebricamente a R w consentono di ottenere un valore corretto della prestazione acustica (cfr Pompoli e Secchi). Il calcolo dell'indice di valutazione del potere fonoisolante R w e dei termini di adattamento spettrale Ci è descritto dalla norma UNI EN ISO 717-1. La norma propone il calcolo di almeno due termini di adattamento, denominati C e C tr , relativi rispettivamente a spettri di rumore rosa e a spettri di rumore con forti componenti a bassa frequenza. La tabella 1 indica i diversi tipi di sorgenti di rumore per le quali si consiglia di adottare il termine C o C tr . Tipo di sorgente di rumore Attività umane (conversazione, musica, radio, TV) Traffico ferroviario a velocità media e elevata Traffico autostradale (v> 80 km/h) Aereo a reazione a distanza breve Fabbriche che emettono rumore a frequenza media e alta Traffico stradale urbano Traffico ferroviario a bassa velocità Velivolo a elica Aereo a reazione a lunga distanza Musica da discoteca Fabbriche che emettono rumore a frequenza bassa e media
Termine di adattamento allo spettro appropriato C
Ctr
Tabella 9.3: Uso dei termini di adattamento spettrale rispetto ai vari tipi di sorgenti sonore. Al fine di meglio chiarire il significato dei suddetti termini, viene analizzato il comportamento acustico di due tipologie di pareti particolarmente impiegate nel nostro paese: pareti "pesanti" in laterizio e pareti "leggere" in lastre di gesso. Queste strutture, a parità di valore di potere fonoisolante espresso con l'indice R w, possono fornire in opera prestazioni di isolamento acustico notevolmente differenti a causa della diversa capacità di isolamento alle varie frequenze che le caratterizzano. Per determinare il comportamento acustico di questi tipi di pareti nei confronti di rumori con diversa composizione in frequenza sono stati considerati due ambienti standard separati dalle partizioni in esame. Gli spettri di rumore considerati sono quello rosa, il bianco ed uno teorico che schematizza il rumore emesso da un ventilatore. Per ciascuna delle partizioni prese in esame è stato calcolato il livello sonoro immesso nell'ambiente ricevente (L 2) impiegando la relazione (9.10). I livelli L1 e L2 sono stati poi ponderati in frequenza con la curva "A" per ottenere i livelli sonori globali L1 e L2 in dB(A). La prestazione finale di isolamento acustico è data dalla differenza tra questi due livelli:
36
È stato recentemente istituito un gruppo di lavoro in sede CEN per la definizione di una norma specifica da inserire come ulteriore parte della serie ISO 140. Il principio base per la misurazione della differenza di potere fonoisolante è quello di rilevare separatamente il potere fonoisolante dello strato base e di questo con il rivestimento applicato. Entrambe le misurazioni dovrebbero essere condotte in laboratorio in accordo con la norma ISO 140-3.
141
D = L1 - L2 (dB(A))
(9.68)
Per il calcolo sono stati ipotizzati due ambienti con caratteristiche geometriche e acustiche tipiche dell'edilizia residenziale e cioè: volume = 32 m3, dimensioni in pianta = 3,2 x 3,7 m, superficie della partizione S p = 10 m2, area equivalente di assorbimento acustico dell’ambiente ricevente A = 10 m2 costante in tutto il campo delle frequenze. Sono stati quindi confrontati i valori dell'indice di valutazione dell'isolamento acustico D w delle diverse partizioni con quelli dell'isolamento acustico D in dB(A) per un numero elevato di partizioni in laterizio ed in lastre di gesso rivestite. L'indice di valutazione dell'isolamento acustico D w si ottiene direttamente da R w con la relazione: Dw = R w - 10 lg S p /Ao (dB)
(9.69)
Nelle ipotesi di calcolo suddette, il termine 10 lg S p/ Ao assume valore nullo, per cui si ha R w = D w. Sono state considerate pareti in laterizio a singolo e doppio strato e pareti doppie in lastre di gesso su telai singoli o doppi. Le figure 9.17 – 9.19 confrontano i valori di D w e di D per le varie pareti pesanti e leggere prese in esame in corrispondenza ai diversi spettri sonori considerati. 60
55 R 2 = 0 . 9 9 7
laterizio
50 ) ) A ( B d 4 5 ( D
lastre di gesso R 2 = 0 . 9 8 7
40
35
30 30
35
40
45 Dw (dB)
50
55
60
Figura 9.17: Isolamento acustico in dB(A) per pareti in laterizio ed in lastre di gesso in funzione dell’indice di valutazione dell’isolamento acustico, con rumore disturbante di tipo rosa.
142
60
55 R 2 = 0 . 9 5 0 50 ) ) A ( B d 4 5 ( D
laterizio
lastre di gesso
40
R 2 = 0 . 9 8 3 35
30 30
35
40
45 Dw (dB)
50
55
60
Figura 9.18: isolamento acustico in dB(A) per pareti in laterizio ed in lastre di gesso in funzione dell’indice di valutazione dell’isolamento acustico, con rumore disturbante di tipo bianco. 60
55
50 ) ) A ( B d 4 5 (
R 2 = 0 . 9 4 0
laterizio
D
lastre di
40
gesso R 2 = 0 . 9 3 9
35
30 30
35
40
45 Dw (dB)
50
55
60
Figura 9.19: isolamento acustico in dB(A) per pareti in laterizio ed in lastre di gesso in funzione dell’indice di valutazione dell’isolamento acustico, con rumore disturbante con spettro teorico del rumore di un ventilatore. È evidente che in quasi tutti i casi esaminati, a parità di D w=R w, l’isolamento acustico in dB(A) risulta più basso per le partizioni leggere. In particolare questo fatto acquista maggiore importanza quando la sorgente sonora disturbante è caratterizzata da una forte presenza di basse frequenze, come nel caso di rumori prodotti dagli impianti di riscaldamento, condizionamento e ventilazione (spettro teorico). È forse utile sottolineare che la differenza tra D e D w nel caso di rumore rosa, fornisce direttamente il valore di C delle singole pareti. Dalle rette di regressione di figura 20, si può stimare una differenza tra i valori di C di circa 2 dB a sfavore delle pareti leggere. Considerato che il rumore rosa può essere assimilato al rumore prodotto da molte attività domestiche (tabella 3), ciò significa che, a parità di prestazioni dichiarate in termini di R w, le pareti leggere tendono a fornire una protezione acustica minore delle pareti pesanti di circa 2 dB. 143
5 .0 4 .5 4 .0 R 2 = 0 . 2 2 2
3 .5 ) B d 3 .0 ( A D2 .5 -
laterizio
w D2 .0
lastre di gesso
1 .5
R 2 = 0 . 0 0 0 1 .0 0 .5 0 .0 30
35
40
45 Dw (dB)
50
55
60
Figura 9.20: differenza Dw - D per pareti in laterizio ed in lastre di gesso in funzione dell’indice di valutazione dell'isolamento acustico D w.
144
10. LA NORMATIVA PRINCIPALE IN MATERIA DI CONTROLLO DEL RUMORE La normativa in materia di controllo dell’inquinamento acustico fa un salto qualitativo nel 1991, con l’emanazione del DPCM del 1° Marzo Limiti massimi di esposizione al rumore : con tale decreto si è infatti iniziato ad esaminare in maniera sistematica ed organica le problematiche relative al controllo dell’inquinamento acustico a livello nazionale, coinvolgendo le Regioni nella formulazione di criteri da adottare per la redazione dei piani da parte dei Comuni (v. Tabella 10.1). Successivamente con la legge n°447 del 26 ottobre 1995 Legge quadro sull’inquinamento acustico ed il DPCM del 14 Novembre 1997 Determinazione dei valori limite delle sorgenti sonore si è contribuito all’aggiornamento del panorama normativo suddetto, specialmente per quanto attiene al controllo del rumore ambientale, che troverà piena definizione con l’azione legislativa di competenza delle Regioni e delle amministrazioni locali. Per quanto attiene alla progettazione degli edifici e degli impianti ad essi asserviti, un’azione fondamentale è esercitata dal DPCM 5.12.97 “Determinazione dei requisiti acustici passivi degli edifici”. Tabella 10.1 - Principali riferimenti legislativi per il controllo del rumore DOCUMENTI LEGISLATIVI NAZIONALI • Legge n. 447/95 “Legge quadro sull’inquinamento acustico” • DPCM 14.11.97 "Determinazione dei valori limite delle sorgenti sonore" • DPCM 5.12.97 “Determinazione dei requisiti acustici passivi degli edifici” • DM 16.03.98 “Tecniche di rilevamento e di misurazione dell’inquinamento acustico” • DPCM 18.11.98“Regolamento recante norme di esecuzione dell’articolo 11 legge 26.10.95 n.447, in materia di inquinamento acustico derivante da traffico ferroviario” • DPCM 31.03.98 “Atti di indirizzo e coordinamento recante criteri generali per l’esercizio dell’attività del tecnico competente in acustica” NORMATIVE REGIONE TOSCANA
• • • • • • • • • • • •
Legge regionale 1.12.1998 n°89 “Norme in materia di inquinamento acustico” Deliberazione C.R. 22.02.2000 “ Definizione dei criteri e degli indirizzi della pianificazione degli enti locali ai sensi dell’art 2.della L.R. n°89/98” A LTRE N ORMATIVE R EGIONALI O ATTI DI INDIRIZZO ANPA “Linee guida per l’elaborazione di piani comunali di risanamento acustico” - Roma 1998 Ministero dell’Ambiente -S.I.A.R. - “Linee Guida per la zonizzazione del territorio comunale - ” Roma 1997 Provincia autonoma di Trento - Disegno di Legge 3/8/1995 n°73 “Provvedimenti per la prevenzione ed il risanamento ambientale in materia di inquinamento acustico” Provincia autonoma di Trento - L.P. 18/3/1991 n. 6 "Provvedimenti per la prevenzione ed il risanamento ambientale in materia di inquinamento acustico". Regione Campania - Comitato Reg. contro l’Inquinamento Atmosferico, deliberazione del 11.12.1995 “Linee guida per la classificazione del territorio comunale in zone in attuazione dell’art.2 del DPCM 1 Marzo 1991” Regione Liguria - allegato alla Delibera G.R. n°1977 del 16.06.1995 “Prescrizioni tecniche per l’attuazione della legge Regionale 4.07.1994 n°31 -Indirizi per il contenimento e la riduzione dell’inquinamento acustico” Regione Lazio - allegato alla Delibera G.R. n°7804 del 13.10.1993 “Atto di indirizzo e coordinamento relativo ai criteri generali di classificazione del territorio secondo quanto previsto dall’art.2 del DPCM 1 Marzo 1991” Regione Veneto - allegato alla Delibera G .R. n°4313 del 21.09.1993 “Criteri orientativi per le Amministrazioni comunali del Veneto nella suddivisione dei rispettivi territori secondo le classi previste nella tabella 1 allegata al D.P.C.M. 01/03/91” Regione Lombardia - allegato alla Delibera G.R. n°5 del 25.06.1993 “Linee guida per la zonizzazione del territorio comunale” Regione Emilia Romagna - Circolare n. 7 del 01.03.1993 “Classificazione dei territori comunali in zone ai sensi dell'art. 2 del D.P.C.M. 01/03/1991 “
145
La Regione Toscana, nel Gennaio 1993, in applicazione dell’art.2 del DPCM 1.3.91 aveva provveduto all’emanazione di apposite Linee Guida al fine di proporre alle Amministrazioni Comunali dei criteri omogenei per la classificazione acustica del territorio. La legge quadro del 1995 ha portato alla necessità di rivedere tutta la materia, tenuto conto che il DPCM del 1991 era comunque un decreto provvisorio emanato con carattere di urgenza ai fini della salvaguardia della salute dei cittadini. Tutto questo ha creato per circa tre anni un vuoto legislativo per quei Comuni che non avevano provveduto alla redazione dei piani: infatti da un lato è venuto meno il riferimento del DPCM del 1991, mentre dall’altro si era in attesa delle deliberazioni di competenza Regionale. Il vuoto in questione è ora colmato in Toscana dalla recente pubblicazione della Legge Regionale n°89 del 1.12.1998 Norme in materia di inquinamento acustico (in BURT n°42 del 10.12.98), e dalla pubblicazione dei “Criteri tecnici ai quali i Comuni sono tenuti ad attenersi nella redazione dei piani di classificazione acustica “ in allegato alla Deliberazione C.R. 22.02.2000. Per completare gli strumenti di attuazione della legge 447/95 manca al momento solo il così detto “Decreto Strade”, del tutto analogo al decreto sul controllo del rumore ferroviario cui si rimanda per una maggiore comprensione della problematica. Gli strumenti a disposizione costituiti dalla legge quadro, i DPCM succitati ed i documenti legislativi già emanati anche da parte di altre amministrazioni regionali e provinciali, sono sufficienti per la predisposizione di detti piani. Per quanto attiene i tempi a disposizione, dal completamento del quadro legislativo, la Legge Regionale prescrive che i Comuni dovranno approvare il relativo Piano entro 12 mesi. Ciò premesso di seguito si esaminano la Legge 26.10.1995 n°447, il D.P.C.M. 14.11.97 limitatamente alla valutazione del disturbo (di tale documento si è già parlato al punto 8.2.1) ed il DPCM 5.12.97. Al momento pertanto il tecnico progettista nella sua attività deve fare riferimento sia alla legge quadro, alle leggi regionali ed ai DPCM citati.
11. LA LEGGE N°447/95 Un giudizio complessivo sulla legge in questione richiede naturalmente che sia completata l’emanazione di tutti i decreti attuativi, è comunque possibile riflettere su alcune scenari che si prospettano in merito all’influenza di tale legge in vari campi, da quello progettuale a quello urbanistico, a quello delle attività umane in genere, chiamate a confrontarsi in modo cogente con la salvaguardia del benessere acustico degli individui. Innanzi tutto appaiono evidenti certe ricadute in ambito urbanistico, per la redazione dei vari piani che fissano modalità d’uso del territorio e relative destinazioni sulle quali graduare le azioni di tutela dall’inquinamento acustico (vedi i piani pluriennali), e sulla progettazione edilizia: l’aver posto dei limiti ai livelli di rumorosità all’interno degli edifici residenziali da porsi in relazione con la rumorosità dell’esterno, comporta che i manufatti edilizi debbano soddisfare a determinati requisiti acustici, oltreché a quelli di natura termoigrometrica cui ci ha abituato la legge 10/91. Inoltre particolarmente significative appaiono le disposizioni inerenti la necessità di predisporre i piani di risanamento acustico per Imprese e Comuni (v. art. 3, comma 1 e art.4 commi 1e 2), nonché la relazione tecnica inerente la previsione di impatto acustico allorquando si richieda la concessione edilizia per nuovi impianti o l’autorizzazione per l’esercizio di nuove attività in edifici esistenti. Nelle Tabelle 11.1-11.4 sono sintetizzate le funzioni attribuite ai vari organi amministrativi a partire dallo Stato , gli adempimenti dei vari soggetti interessati e alcuni degli obblighi introdotti al fine della attuazione della legge: come appare evidente dall’esame delle suddette tabelle, numerose sono le implicazioni sul piano progettuale e delle ricadute, anche in termini economici, relative a tutte le attività a partire da quelle lavorative. 146
Dal momento che sono già stati emanati i previsti strumenti attuativi diventerà obbligatorio per numerosi operatori del settore, sia pubblici che privati, prendere confidenza con i termini e le definizioni riportate nella normativa. Per una più immediata comprensione degli aspetti trattati dalla legge di seguito si riporta un Glossario delle principali definizioni in relazione alla applicazione della legge quadro (v. art.2): Inquinamento acustico: qualsiasi rumore
prodotto da attività ed immesso nell’ambiente abitativo o nell’ambiente esterno, e tale da provocare fastidio o disturbo al riposo ed alle attività umane, pericolo per la salute umana, danni o al deterioramento di ecosistemi, dei beni materiali, dei monumenti ecc. Ambiente abitativo: ogni ambiente interno ad un edificio destinato alla permanenza di persone o di comunità, con l’esclusione degli ambienti destinati ad attività produttive. Sorgenti sonore fisse : impianti tecnici, infrastrutture stradali, ferroviarie, aeroporti, aree adibite ad attività sportive e ricreative ecc. Sorgenti sonore mobili: tutte le altre sorgenti sonore ad esclusione di quelle fisse. Valori limite di emissione : valore massimo di rumore che può essere emesso da una sorgente sonora e misurato in prossimità della stessa. Valori limite di immissione assoluti e differenziali: il valore massimo che può essere immesso da una o più sorgenti nell’ambiente abitativo o esterno, determinati rispettivamente con riferimento al livello equivalente del rumore ambientale ed alla differenza tra quest’ultimo ed il livello di rumore residuo. Valori di attenzione : il valore di rumore che segnala la presenza di un potenziale rischio per la salute umana o per l’ambiente (analogo ai valori di inquinamento chimico). Valori di qualità: valori di rumore da conseguire nel breve, medio e lungo periodo per realizzare gli obiettivi di tutela previsti.
Tabella 11.1 Le funzioni principali attribuite dalla Legge quadro allo Stato Funzioni e campo di interesse Determinazione dei valori limite assoluti di emissione, immissione sonora, valori di attenzione e di qualità Definizione della Normativa tecnica generale per il collaudo, l’omologazione, la certificazione, e controllo periodico dei prodotti ai fini del contenimento della rumorosità, compresi i veicoli in generale. Determinazione delle tecniche di rilevamento e di misurazione dell’inquinamento acustico, tenuto conto della peculiarità del rumore delle infrastrutture di trasporto Determinazione dei requisiti acustici delle sorgenti sonore e degli edifici e loro componenti per ridurre l’esposizioneumana al rumo re Indicazione dei criteri per la progettazione, l’esecuzione e la ristrutturazione degli edifici e delle infrastrutture dei trasporti per contenere l’inquinamento acustico Determinazione dei requisiti acustici delle sorgenti sonore nei luoghi di intrattenimento danzante o di pubblico spettacolo Criteri di misurazione del rumore emesso da imbarcazioni e disciplina per il contenimento dell’inquinamento acustico Criteri di misurazione del rumore emesso da aeromobili e disciplina per il contenimento dell’inquinamento acustico Regolamenti di esecuzione, distinti per sorgente sonora relativamente alla disciplina dell’inquinamento acustico Criteri e modalità per applicazioni delle disposizioni di cui all’art.2 del D.P.C.M. del 1.3.91
Strumento Limiti legislativo di Art. di legge previsti di riferimento o emanazione di attuazione art.3 comma DPCM 30.09.96 1a) art.3 comma 1b) art.3 comma 1c)
DM Ambiente
30.09.96
art.3 comma 1e) art.3 comma 1f)
DPCM
30.09.96
DM LL.PP
30.06.97
art.3 comma 1h) art.3 comma 1l) art.3 comma 1m) art.11 comma 1 art.15 comma 3
DPCM
30.09.96
D.M Ambiente DM Ambiente DPR
30.09.96
D.M Ambiente
30.06.96
30.06.97 31.12.96
147
Tabella 11.2 Le funzioni principali attribuite dalla legge quadro alle Regioni e Province Funzioni e campo di interesse
Regioni Criteri per la classificazione territoriale da parte dei Comuni per l’applicazione dei valori di qualità, tenuto conto delle preesistenti destinazioni d’uso Determinazione dei poteri sostitutivi in caso d’inerzia dei comuni e degli enti competenti, o di conflitto tra gli stessi Definizione di modalità, scadenze e sanzioni per l’obbligo di classificazione delle aree territoriali per i comuni che adottano nuovi strumenti urbanistici o piani particolareggiati Definizione delle modalità di controllo del rispetto della normativa all’atto del rilascio delle concessioni edilizie per nuovi impianti e infrastrutture (attività produttive, sportive, ricreative ecc.) Procedure e criteri per la predisposizione dei piani di risanamento acustico da parte dei comuni Modalità di rilascio delle autorizzazioni comunali per attività temporanee che richiedano apparecchi rumorosi Le competenze delle Province in materia di inquinamento acustico Organizzazione dei servizi di controllo Criteri da seguire per la redazione della documentazione inerente i progetti sottoposti a valutazione di impatto ambientale Predisposizione dei piani triennali di intervento per la bonifica dall’inquinamento acustico cui i comuni devono riferirsi Province Competenza amministrativa delle Province in materia di inquinamento acustico sulla base della L. 8.6.1990 n° 142 e delle funzioni ad esse assegnate dalle leggi regionali
Strumento legislativo di Art. di legge attuazione o di riferimento art. 4 comma 1a) L. Regionale
31.12.96
art. 4 comma 1b) L. Regionale
31.12.96
art. 4 comma 1c) L. Regionale
31.12.96
art. 4 comma 1d) L. Regionale
31.12.96
art. 4 comma 1e) L. Regionale
31.12.96
art. 4 comma 1g) L. Regionale
31.12.96
art. 4 comma 1h) L. Regionale
31.12.96
art. 4 comma 1i) art. 4 comma 1l)
L. Regionale L. Regionale
31.12.96 31.12.96
art. 4 comma 2)
-
-
art. 5 comma 1a) L. 8.6.90 e 1b) n°142 e Legge regionale Funzioni di controllo e vigilanza in ambiti territoriali ricadenti art. 5 comma 1c) art.14 comma nel territorio di più comuni ricompresi nella circoscrizione 1 provinciale
148
Limiti previsti di emanazion e
v. Legge Regionale v. Legge regionale
Tabella 11.3 Le funzioni principali attribuite dalla legge quadro ai Comuni Strumento legislativo di Funzioni e campo di interesse Art. di legge attuazione o di riferimento Classificazione del territorio comunale in zone acusticamente art.6 comma 1a) art.4 comma omogenee 1 Coordinamento degli strumenti urbanistici già adottati con la art.6 comma 1b) art.4 comma classificazione suddetta 1 Adozione dei piani di risanamento dall’inquinamento acustico art.6 comma 1c) art. 7 Controllo del rispetto della normativa all’atto del rilascio delle concessioni edilizie relative a nuovi impianti e infrastrutture per attività produttive, sportive, ricreative ecc. Adozione di regolamenti per l’attuazione della disciplina statale e regionale per la tutela dall’inquinamento acustico
art.6 comma 1d) art.6 comma 1e)
art.4 comma 1d)
Disciplina statale o regionale Rilevazione e controllo delle emissioni sonore dei veicoli art.6 comma 1f) DL 30.4.92 n°285 Controllo sull’osservanza delle prescrizioni in materia di art.6 comma 1g) art.14 comma rumorosità da traffico veicolare e sorgenti fisse, macchine 2 rumorose, e attività all’aperto Autorizzazione per attività temporanee, anche in deroga ai art.6 comma 1h) art. 4 comma valori limite di zona. g) Adeguamento dei regolamenti di igiene e sanità o di polizia art.6 comma 2 art.6 comma municipale con appossite norme contro l’inquinamento acustico 1e) da traffico e da attività che impiegano sorgenti sonore. Possibilità di adozione di limiti di esposizione inferiori per art.6 comma 3 art.3 comma territori con rilevante interesse paesaggistico-ambientale 1a) art.4 comma 1f) Adozione di piani di risanamento acustico nel caso di art.7 comma 1 art.2 comma superamento dei valori di attenzione di cui all’art.2 comma 1g) 1g) art.3 o nel caso non siano rispettati i vincoli pree sistenti comma 1i) art.10 comma 5 Nei comuni con più di 50.000 ab.la giunta comunale ogni due art.7 comma 5 Legge anni presenta al consiglio comunale una relazione sullo stato regionale acustico del comune.
Limiti previsti di emanazione v. Legge Regionale v. Legge regionale v. Legge Regionale v. Legge Regionale v. Legge quadro e legge regionale v. Legge Regionale v. Legge Regionale v. Legge Regionale 31.12.96 v. Legge Regionale v. Legge Regionale
31.12.97
149
Tabella 11.4 Adempimenti richiesti dalla legge quadro Articolo di legge art.8 comma 2 art.8 comma 3
art.8 comma 4
art.15 comma 2 (Regime transitorio)
art.15 comma 3
Enti o soggetti interessati
Obblighi previsti
Modalità di adempimento
Titolari dei progetti o delle opere (strade, aeroporti, discoteche, impianti sportivi, ferrovie ecc.) Progettisti di asili, scuole, ospedali e case di cura, parchi, insediamenti residenziali in prossimità di opere e attività di cui all’art.8 comma 2 Richiedente: - della concessione edilizia per nuovi impianti (attività produttive, ricreative ecc.); - dell’autorizzazione utilizzo immobili; - della licenza per attività produttiva Imprese
Presentazione della documentazione di impatto acustico Valutazione previsionale del clima acustico nelle aree interessate
su richiesta del Comune o ai sensi dell’art. 8 comma 1
Documentazione di previsione di impatto acustico dell’attività
su richiesta del Comune o all’atto della presentazione della richiesta (non specificato nella legge)
Presentazione del Piano di Risanamento Acustico, ai sensi del D.P.C.M. 1.3.91, indicando il termine entro il quale l’impresa adegua la sua attività alle norme Adeguamento ai limiti fissati in base alla classificazione del territorio comunale
entro 6 mesi dalla classificazione del territorio comunale
Imprese che non presentano il piano di risanamento
su richiesta del Comune o all’atto della presentazione del progetto (non specificato nella legge)
entro il termine previsto dal Piano di Risanamento Acustico redatto dal Comune
11.1 I riflessi sulla progettazione edilizia È compito dello Stato (art.3 comma 1e) determinare i requisiti acustici prestazionali degli edifici e dei relativi componenti (pareti, solai, finestre), al fine di soddisfare il requisito essenziale di protezione contro il rumore previsto dalla Direttiva Europea 89/106 del 21.12.1988. Tale requisito richiede che gli edifici siano progettati e costruiti in maniera che il rumore percepito dagli occupanti sia mantenuto sotto un livello tale da non costituire un pericolo per la loro salute e da consentire loro il sonno, il riposo ed il lavoro in condizioni soddisfacenti .
Seguendo i criteri suddetti, i requisiti acustici passivi oggetto della regolamentazione hanno riguardato: - protezione contro il rumore aereo proveniente dallo spazio esterno all’edificio (ad esempio, traffico stradale, ferroviario, ecc.); - protezione contro il rumore aereo proveniente da uno spazio interno all’edificio (il parlato, impianti di riproduzione musicale, televisione, ecc.); - protezione contro il rumore impattivo (calpestio, caduta di oggetti, ecc.); - protezione contro il rumore proveniente da impianti interni a servizio delle unità immobiliari (caldaie, centrali trattamento aria, elettroventilatori, rubinetterie ecc.) e attività lavorative all’interno dell’edificio. Il progettista dovrà quindi essere in grado di valutare gli effetti delle scelte tipologiche adottate non solo in funzione del controllo delle dispersioni termiche, come finora fatto, ma anche secondo i criteri che porteranno a stabilire l’indice di classificazione acustica dell’edificio a partire dalla classe prestazionale del singolo componente (v. Potere fonoisolante e isolamento acustico), e ciò al fine di soddisfare l’esigenza fondamentale espressa dalla direttiva suddetta. 150
11.2 I riflessi sulla progettazione urbanistica A livello urbanistico spetta ancora allo Stato stabilire i seguenti valori limite, determinati in funzione della tipologia della sorgente, del periodo della giornata e della destinazione d’uso della zona da proteggere:
• • • •
di emissione (valore massimo di rumore ammesso per la sorgente sonora); di immissione, distinti in valori assoluti e differenziali (v. DPCM del 1.3.91); di attenzione (valore di rumore che segnala un potenziale rischio per la salute umana); di qualità (valori di rumore da conseguire nel tempo per soddisfare gli obbiettivi di tutela).
Le Regioni fissano i criteri per la classificazione territoriale in zone acusticamente omogenee cui attenersi da parte dei Comuni, zone per le quali sono previsti i valori di qualità stabiliti dallo Stato, e stabilendo inoltre il divieto di contatto diretto tra aree in cui i valori suddetti si discostano in misura superiore a 5 dB(A); se non è possibile rispettare tale vincolo per le preesistenti destinazioni d’uso del territorio si prevede l’adozione dei piani di risanamento di cui all’art.7, da parte dei Comuni.
11.3 1 I piani di risanamento acustico e le valutazioni di impatto acustico Tali piani devono essere adottati dai Comuni, oltre che per le situazioni sopra accennate (rispetto dei limiti tra zone confinanti), ogni qualvolta si superino i valori di attenzione, e devono recepire le indicazioni dei piani pluriennali adottati dal Ministero dell’Ambiente (art.3 comma 1 lettera i); ad essi sono interessate anche tutte le imprese la cui attività interferisce dal punto di vista della rumorosità con la qualità acustica della zona di pertinenza; i piani devono essere presentati alle Regioni per la relativa approvazione, oppure nel caso di mancata redazione del piano, le imprese devono adottare provvedimenti atti a rispettare i limiti stabiliti, entro il termine di presentazione delle domande definito dalle stesse Regioni. Il piano di risanamento deve prevedere:
• • • • •
il tipo e l'entità dei rumori, anche delle sorgenti mobili (rumore da traffico), individuati nelle zone oggetto di risanamento; i soggetti chiamati ad effettuare l’intervento di risanamento; la modalità e tempi di esecuzione; la stima degli oneri finanziari necessari ed i mezzi richiesti per l’intervento; le eventuali misure cautelari da adottarsi urgentemente nel caso di tutela dell’ambiente e della salute delle persone.
È compito della Regione stabilire un piano annuale di intervento in base al quale i Comuni provvedono ad adottare i singoli piani di risanamento. Tale piano deve essere coordinato con il PUT (Piano Urbano del Traffico) e con gli altri eventuali piani previsti dalla legislazione in materia ambientale (piano del trasporto urbano e provinciale, piani del traffico per la mobilità extraurbana, ecc.), nonché con i piani di intervento di società ed enti gestori di servizi pubblici (ad es. autostrade, aeroporti, ecc.), qualora le loro attività superino i livelli di rumorosità consentiti. Per quanto attiene i progetti sottoposti a valutazione di impatto ambientale (v. legge 8 luglio 1986 n°349) in generale i soggetti, pubblici o privati, titolari dei progetti o delle opere 151
predispongono una documentazione di impatto acustico relativa alla realizzazione, modifica o potenziamento delle seguenti opere: • aeroporti; • strade in generale (autostrade, strade extraurbane, di quartiere e locali); • discoteche, circoli privati e pubblici esercizi dove sono installati macchinari o impianti rumorosi; • impianti sportivi e ricreativi; • ferrovie. È fatto inoltre obbligo di produrre una valutazione previsionale del clima acustico delle aree interessate alla realizzazione delle seguenti opere: • scuole e asili; • ospedali, case di cura e riposo; • parchi pubblici urbani e extraurbani; • nuovi insediamenti residenziali prossimi alle opere sopra elencate. Le domande di concessione edilizia relative a nuovi impianti ed infrastrutture adibite ad attività produttive, sportive e ricreative e a postazioni di servizi commerciali polifunzionali, nonché le domande di licenza all’esercizio di attività produttive devono sempre essere accompagnate dalla documentazione di previsione di impatto acustico e, nel caso di rischio di emissione di rumore superiore ai limiti stabiliti, detta documentazione deve contenere l’indicazione delle misure previste per ridurre entro i limiti previsti le emissioni sonore in questione. L’impatto delle suddette norme sulla società civile potrebbe essere rilevante; si pensi infatti a tutte quelle attività rumorose presenti in particolare nei centri urbani che, a seconda della zona in cui ricadranno, potrebbero trovarsi in condizioni tecnicamente tali da non poter rispettare i limiti imposti, oppure dover provvedere al rispetto degli stessi con interventi economicamente r ilevanti se non insostenibili; si può inoltre verificare il caso che l’adeguamento ai limiti potrebbe risultare insufficiente a seguito della modifica del traffico urbano, verificatasi per l’adozione di un nuovo PUT, o per la costruzione di nuove infrastrutture.
11.4 La figura del tecnico competente Infine un ultimo aspetto interessante è quello relativo alla introduzione di una figura, quella del tecnico competente, già presente nelle leggi 46/90 e 10/91: in base all’art.2, commi 6,7, e 8, ad esso è demandato il compito di “...effettuare misurazioni, verifiche all’ottemperanza, ai valori definiti dalle vigenti norme, redigere i piani di risanamento acustico, svolgere le relative attività di controllo.” Per maggior chiarezza si precisa che interventi su scala urbana, quali la redazione di piani di classificazione acustica, redazione di piani di risanamento, valutazione di impatto acustico di attività produttive, commerciali, ricreative, rilevazioni fonometriche in esterni, ecc. richiede la figura professionale del Tecnico Competente in acustica (iscritto in apposito albo regionale), mentre tutte le altre attività progettuali connesse al soddisfacimento della normativa, ed in particolare lo studio delle soluzioni conformi ai requisiti acustici passivi degli edifici e degli impianti, è di competenza dei responsabili della progettazione e del Direttore dei lavori, oltreché dell’impresa esecutrice, che possono avvalersi della consulenza di esperti in acustica (anche se non sono iscritti all’albo dei Tecnici Competenti). La Legge 447/95 specifica (art. 2) che "il tecnico competente deve essere in possesso del diploma di scuola media superiore ad indirizzo tecnico o del diploma universitario ad indirizzo scientifico ovvero del diploma di laurea ad indirizzo". Il DPCM del 31 marzo 1998 (" Atto di indirizzo e coordinamento recante criteri generali per l'esercizio dell'attività del tecnico
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specifica inoltre che "tra i diplomi di scuola media superiore ad indirizzo tecnico è compreso quello di maturità scientifica scientifica e tra i diplomi universitari o i diplomi di laurea ad indirizzo scientifico, quelli in ingegneria ed architettura. competente in acustica…")
12 DPCM 14.11.97: VALUTAZIONE DEI RUMORI AI FINI DEL DISTURBO Il Decreto offre sostanzialmente una duplice azione per il controllo del rumore: uno destinato al controllo ambientale esterno imponendo dei limiti da non superare, l’altro inerente alla rumorosità immessa all’interno degli edifici e proveniente o dall’esterno o dagli impianti dell’edificio stesso. Al fine di valutare i rumori, intesi come emissioni sonore provocanti sull’uomo effetti indesiderati indesiderati (disturbanti o dannosi), occorre farne preventivamente preventivamente una classificazione, classificazione, così come fanno le norme vigenti, distinguendoli in pratica tra rumore provocato da specifiche sorgenti disturbanti che determinino un qualsiasi deterioramento qualitativo e che viene definito rumore ambientale , e rumore ambientale che si registra in assenza di tali sorgenti definito rumore residuo . Poiché si parla di grandezze espresse in scala logaritmica (decibel) è evidente che il contributo di specifiche sorgenti, rispetto al rumore ambientale residuo, è rilevante quando i livelli di queste ultime superano di almeno 3 o più dB il rumore residuo. Quando si parla di livelli di rumore ambientale L A e rumore residuo L R, si esprimono le suddette rumorosità come livelli equivalenti continui di pressione sonora ponderati “A” . Il rumore ambientale è dunque quell’aspetto inquinante dell'ambiente che può influenzare negativamente, al pari di altre fonti inquinanti, il benessere e la salute delle persone.
12.1 Indice del rumore ambientale Una volta definito il rumore ambientale occorre trovare le modalità per valutarlo al fine di individuare i mezzi per il suo controllo e in definitiva per arrivare a dare indicazioni sulla sua accettabilità in relazione agli effetti negativi diretti ed indiretti agenti sulla salute ed il benessere delle persone. Per la natura delle comuni sorgenti di rumore, sorge la necessità di rappresentare fenomeni aleatori o casuali, comunque complessi e variabili nel tempo, con un unico numero indice che consenta con senta di descrivere in modo sintetico ma efficace sia il rumore ambientale sia, eventualmente, un evento di rumore prodotto da una singola sorgente che possano essere tra loro raffrontati. Come evidenziato in precedenza la grandezza psicoacustica fondamentale ai fini della descrizione degli effetti simultanei di sensazione di intensità soggettiva, di "disturbo" nonché di danno auditivo provocati sull'uomo da eventi sonori, è il livello di pressione sonora pesato mediant medi antee fo fo nometro in scala di ponderazione "A" (v. punto 5.1), che sintetizza per l'evento in questione il contenuto energetico e la sua distribuzione sullo spettro di frequenza: poiché la risposta umana alle sollecitazioni sonore è influenzata oltre che dai due suddetti parametri (contenuto energetico e sua distribuzione) anche dalla variazione ed estensione temporale degli stessi occorre fare riferimento ad una ulteriore grandezza, correlata a quella psicoacustica fondamentale, e questa è rappresentata dal livello continuo equivalente di pressione sonora ponderato A, LAeqT grandezza già definita nella relazione (5.1.1). Le varie definizioni degli indici e le modalità di rilevazione trovano una più puntuale descrizione nel citato DM 16.03.98 “Tecniche di rilevamento e di misurazione dell’inquinamento acustico”. È importante osservare che tale parametro risulta particolarmente efficace per quanto riguarda la valutazione del rumore da traffico veicolare, in quanto tale rumore è tipicamente casuale per 153
quanto riguarda le variazioni temporali dei livelli di rumore e degli spettri di frequenza degli stessi. In sintesi i requisiti del descrittore ambientale sopra individuato sono i seguenti: -
il suo valore è condensato condensato in un singolo numero di semplice semplice ma accurata interpretazione, interpretazione, che che costituisce un indice della quantità e della qualità del rumore; è direttamente direttament e misurabile anche con semplici apparecchiature portatili; portatili ; è utilizzabile utilizzab ile nella maggior parte delle situazioni di rumorosità rumorosit à; il suo suo valor valore, e, per per una determinata situazione acustica esistente o prevedibile, può può essere essere determinato anche mediante calcoli analitici attraverso la conoscenza dei parametri fisici costituenti il rumore (livello globale, distribuzione energetica spettrale e durata nel tempo).
I criteri assunti dalle norme vigenti per salvaguardare la qualità acustica del territorio in generale e per valutare in particolare l’entità del disturbo provocato da una o più sorgenti sonore all’interno degli ambienti sono due: -
uno legato alla alla determinazione dei dei limiti massimi accettabili dei livelli sonori equivalenti LAeqT in funzione della destinazione dell’area; l’altro è quello differenziale, ovvero costituito dal valore massimo accettabile della differenza tra livelli del rumore ambientale e residuo, come sopra definiti, misurati all’interno degli am a mbienti.
12.2 Tempo di riferimento e osservazione e modalità di misura del rumore ambientale L'intervallo di tempo al quale il valore di LAeqT si riferisce può essere essere scelto in vario vario modo: esso può essere essere il periodo periodo delle 24 ore di un giorno solare, solare, oppure può essere esteso a più giorni o mesi, oppure infine può essere limitato a brevi periodi di ore, o frazioni di ore, e ciò in dipendenza degli scopi della rilevazione. Per la descrizione di un ambiente acustico l'intervallo tipicamente adottato è di 24 ore; peraltro per luoghi destinati destinati ad attività lavorative lavorative o di studio la rilevazione rilevazione è generalmente generalmente ristretta alle ore di effettiva attività (ad esempio 8 ore). L'arco temporale giornaliero viene generalmente suddiviso in tempo di riferimento TR , diurno e notturno (nella legislazione italiana rispettivamente il periodo dalle 6 alle 22 e dalle 22 alle 6), per tenere conto del diverso impatto provocato provocato dai rumori r umori sulle persone a seconda della diversa diversa collocazione temporale. Nell’ambito del periodo di riferimento si individua poi il tempo di osservazione T 0 durante il quale si decide di effettuare la rilevazione strumentale del rumore. Il tempo di misura TM, individua infine l’intervallo temporale durante il quale vengono effettuate le operazioni di misurazione dell’evento sonoro; esso deve essere di durata tale da ottenere una valutazione significativa dell’evento sonoro esaminato. Quando la rilevazione ha lo scopo di evidenziare situazioni estreme (ad esempio massima rumorosità o massima quiete di una determinata area) o la rumorosità di una macchina o di una determinata attività, il tempo della misura può essere ridotto anche a pochi minuti, purché l'intervallo di tempo prescelto possa essere ragionevolmente assunto come rappresentativo della situazione investigata (rilevazione a campione). Tipiche rilevazioni campione possono essere effettuate nelle ore notturne caratterizzate dalla sostanziale assenza di traffico veicolare, oppure in presenza di attività industriali, o artigianali, con la messa in funzione separata e/o contemporanea di tutti i macchinari presenti sul posto.
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Altre tipiche rilevazioni a campione sono quelle inerenti i rilevamenti di rumorosità stradale; questi infatti possono essere effettuati per periodi di misurazione (campionature) prolungati per almeno 10 minuti di ogni ora dell'intervallo di osservazione al fine di renderli significativi. L’arco temporale richiesto dalle norme per la rilevazione della rumorosità stradale è comunque di una settimana. In ogni caso per le sorgenti sonore fisse, il rilevamento deve avvenire nel periodo di massimo disturbo ed in corrispondenza del luogo più disturbato, non tenendo conto di eventi eccezionali e comunque di eventi che normalmente non appartengono all’ambiente sonoro in esame. La presenza di rumori che si manifestano per limitati periodi temporali, complessivamente inferiori ad 1 ora, è preso in esame nella normativa vigente limitatamente al periodo diurno ed è definito rumore a tempo parziale (le emissioni di sistemi di allarme, purché gli stessi abbiano durata inferiore a 15 minuti, non sono soggetti a limitazioni e non rientrano in tale classificazione). Per la misura in interni, qualora le sorgenti disturbanti siano esterne all’edificio, la rilevazione viene effettuata nell’ambiente più disturbato sia a finestre aperte che chiuse. Se le sorgenti sono interne all’edificio la misura è effettuata a finestre chiuse. Per le misure in esterni il microfono deve essere posto ad 1 m dal filo della facciata esterna dell’edificio; qualora vi sia una delimitazione di proprietà (es. una recinzione) o comunque un distacco dalla sede stradale, la misura si effettua ad 1 m dalla perimetrazione esterna. Nelle aree non edificate (es. parchi, aree di svago, ecc.) i rilevamenti rilevamenti vanno eseguiti eseguiti in corrispondenza degli spazi normalmente utilizzati da persone o comunità. Al fine di una maggiore comprensione di seguito si riportano le definizioni delle principali grandezze e termini di cui all’allegato A del DM 16.03.98. "All. A DM 16.03.98 Definizioni" 1.Sorgente specifica : sorgente sonora selettivamente identificabile che costituisce la causa del potenziale potenziale inquinamento inquinamento acustico acustico 2.Tempo a lungo termine (TL): rappresenta un insieme sufficientemente ampio di TR all’interno del quale si valutano I valori di attenzione. La durata di TL è correlata alle variazioni dei fattori che influenzano la rumorosità a lungo periodo. 3.Tempo di riferimento (TR): rappresenta il periodo della giornata all’interno del quale si eseguono le misure. La durata della giornata è articolata in due tempi di riferimento: quello diurno compreso tra le h 6,00 e le h 22,00 e quello notturno compreso tra le h 22,00 e le h 6,00. 4.Tempo di osservazione (T ( T0): è un periodo di tempo compreso in TR nel quale si verificano le condizioni di rumorosità che si intendono valutare. 5.Tempo di misura (TM): all’interno di ciascun tempo di osservazione, si individuano uno o più tempi di misura (TM) di durata pari o minore del tempo di osservazione, osservazione, in funzione delle caratteristiche di variabilità del rumore ed in modo tale che la misura sia rappresentativa del fenomeno. Livello continuo equivalente di pressione sonora ponderata "A": valore del livello di pressione 8. Livello sonora ponderata "A" di di un suono costante che, nel corso di un periodo specificato T, ha la medesima pressione quadratica media di un suono considerato, il cui livello varia in funzione del tempo
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T
LAeqT = 10 lg [(1/t1 –t2) ∫ 0 p²A(t) /p0² dt ] dB (A) dove LAeq è il livello continuo equivalente di pressione sonora ponderata "A" considerato in un intervallo di tempo che inizia all’istante t1 e termina all’istante t2; pA(t) è il valore istantaneo della pressione sonora ponderata "A" del segnale acustico in pascal (Pa); p 0 = 20 microPa (10 –5 Pa) è la pressione sonora di riferimento. 9. Livello continuo equivalente di pressione sonora ponderata "A" relativo al tempo a lungo termine TL (LAeq,TL): il livello continuo equivalente di pressione sonora ponderata "A" relativo al tempo a lungo termine (LAeq,TL) può essere riferito: a) al valore medio su tutto il periodo, con riferimento al livello continuo equivalente di pressione sonora ponderata "A" relativo a tutto il tempo TL, espresso dalla relazione:
LAeqTL = 10 lg [(1/N) ∫ =1 10 ( N
LAeqTR/10)i
i
] dB (A)
Essendo N i tempi di riferimento considerati. b) al singolo intervallo orario nei TR. In questo caso si individua un TM di 1 ora all’interno del T0 nel quale si svolge il fenomeno in esame. LAeq,TL rappresenta il livello continuo equivalente di pressione sonora ponderata "A" risultante dalla somma degli M tempi di misura TM, espresso dalla seguente relazione:
LAeqTL = 10 lg [(1/M) ∫ =1 10 ( M
i
LAeqTR/10)i
] dB (A)
Dove i è il singolo intervallo di 1 ora nell’i-esimo TR. È il livello che si confronta con i limiti di attenzione di zona derivanti dalla classificazione acustica. 11. Livello di rumore ambientale (LA): è il livello continuo equivalente di pressione sonora ponderato "A", prodotto da tutte le sorgenti di rumore esistenti in un dato luogo e durante un determinato tempo. Il rumore ambientale è costituito dall’insieme del rumore residuo e da quello prodotto dalle specifiche sorgenti disturbanti, con l’esclusione degli eventi sonori singolarmente identificabili di natura eccezionale rispetto al valore ambientale della zona. E’ il livello che si confronta con i limiti massimi di esposizione: 1) nel caso dei limiti differenziali, è riferito a TM 2) nel caso di limiti assoluti è riferito a TR 12. Livello di rumore residuo (LR ): è il livello continuo equivalente di pressione sonora ponderato "A", che si rileva quando si esclude la specifica sorgente disturbante. Deve essere misurato con le identiche modalità impiegate per la misura del rumore ambientale e non deve contenere eventi sonori atipici. 13.Livello differenziale di rumore (LD): differenza tra livello di rumore ambientale (LA) e quello di rumore residuo (LR ): 156
LD = LA - LR Livello di emissione : è il livello continuo equivalente di pressione sonora ponderato "A", 14. Livello dovuto alla sorgente specifica. E’ il livello che si confronta con i limiti di emissione di.
15.Fattore correttivo (Ki): è la correzione in dB(A) introdotta per tener conto della presenza di rumori con componenti impulsive, tonali o di bassa frequenza il cui valore è di seguito indicato: per la presenza presenza di componenti componenti impulsive impulsive K I = 3 dB per la presenza presenza di componenti componenti tonali tonali K T = 3 dB per la presenza presenza di componenti componenti in bassa frequenz frequenzaa K B = 3 dB I fattori di correzione non si applicano alle infrastrutture dei trasporti. 16.Presenza di rumore a tempo parziale: esclusivamente durante il tempo di riferimento relativo al periodo diurno, si prende in considerazione la presenza di rumore a tempo parziale, nel caso di persistenza persistenza del rumore stesso stesso per un tempo totale non superiore superiore ad un’ora. Qualora il tempo parziale parziale sia compreso compreso in 1 h il valore del rumore ambientale, ambientale, misurato misurato in Leq(A) deve deve essere diminuito di 3 dB(A); qualora sia inferiore a 15 minuti il Leq(A) deve essere diminuito di 5 dB(A). 17.Livello di rumore corretto (LC): è definito dalla relazione: LC = LA + K I + K T + K B
12.3 La determinazione dei livelli sonori LAeqT mediante analisi statistica Per stime approssimate del rumore ambientale può essere sufficiente un'analisi della distribuzione statistica dei livelli sonori osservando le indicazioni al fonometro degli stessi a intervalli di tempo regolari con la tecnica della campionatura (ad esempio è sufficiente che gli intervalli di classe dei livelli siano di 5 dB), oppure ricorrendo agli analizzatori statistici di livello sonoro. Dal punto di vista teorico, e comunque per certe situazioni di rumore che possono verificarsi in ambienti particolari quali quelli destinati ad attività lavorative, qualora il fenomeno acustico in esame sia costituito dalla successione di diversi livelli costanti L Ai, ciascuno presente rispettivamente rispettivamente per il tempo Ti, analiticamente si ha: LAeqT = 10 lg [ Σ i Xi ⋅ 10LAi /10 ] dove Xi = Ti/T è la frazione di tempo inerente ti rispetto all'intervallo di tempo globale T considerato ( Xi = 100%). Per fare un esempio concreto di analisi statistica nella figura 12.3.1 sono rappresentati, sotto forma di istogrammi, in ascissa i livelli sonori in dB(A) suddivisi in classi di 5 dB, ed in ordinata le corrispondenti frazioni percentuali Xi del tempo totale: applicando l'espressione analitica anzidetta anzidetta il valore risultante del LAeqT risulta pari a 65,13 dB(A).
157
Figura 12.3.1 Istogramma di analisi statistica Xi 35% 30%
Leq= 65,13 dB(A)
25% 20% 15% 10% 5% 0% 40 45 50 55 60 65 70 75
dB(A)
Livelli sonori
12.4 Valutazione del disturbo: limiti di accettabilità del rumore e criterio differenziale Il decreto stabilisce (in attuazione dell’art.2, comma 14, della legge 8.7.1986 n°349) che i Comuni suddividano il loro territorio in zone acusticamente omogenee in relazione alla loro destinazione, classificate secondo quanto indicato nella Tabella I del decreto medesimo: per ciascuna di tali zone vengono quindi stabiliti i limiti massimi ammissibili dei livelli sonori equivalenti L Aeq . Sono escluse dal campo di applicazione del decreto le sorgenti sonore che producono rumore rumore solo all’interno di attività industriali e artigianali, le attività temporanee temporanee (es.. cantieri edili, manifestazioni pubbliche, ecc.) e le aree e attività aeroportuali (che sono regolamentate con specifico decreto). Oltre ai valori massimi suddetti, nelle aree in questione si stabilisce inoltre (con esclusione della classe territoriale VI) le seguenti differenze da non superare tra i livelli del rumore ambientale e residuo (criterio differenziale), da misurarsi all’interno degli ambienti abitativi: abitativi:
• periodo diurno (ore 6-22) LD ≤ 5 dB(A); • periodo notturno notturno (ore 22-6) 22-6) LD ≤ 3 dB(A). Le attività con ciclo produttivo continuo (con esclusione della classe VI), entro 5 anni dall’entrata in vigore del decreto (Febbraio 1998), devono adeguare le proprie emissioni sonore in modo da rispettare il criterio differenziale suddetto. Sono consentite peraltro le presentazioni di piani di graduale adeguamento ai limiti fissati (piani di risanamento), e la possibilità di avvalersi in via prioritaria delle norme relative alla delocalizzazione degli impianti industriali. Si prescrive infine che le domande per il rilascio di concessione edilizia per nuovi impianti industriali, di licenza o autorizzazione a tali attività, debbano essere corredate di idonea documentazione al fine di quantificare l’impatto acustico delle attività stesse, e quindi in definitiva la loro accettabilità in relazione ai limiti fissati.
12.5 Aspetti della rilevazione dei livelli di rumorosità e presentazione dei risultati Le misure possono essere eseguite all’esterno o all’interno di ambienti abitativi e comunque devono rilevare la rumorosità ambientale nel periodo di riferimento ritenuto, o indicato dai soggetti interessati, come più sfavorevole, in relazione alle sorgenti sonore maggiormente disturbanti: ad esempio nei momenti di punta del traffico, durante lo svolgimento delle attività 158
lavorative, o nelle ore notturne per la presenza di discoteche, bar, ecc., e confrontare i livelli rilevati con i limiti di esposizione ammessi. Se le misure sono effettuate al fine di rilevare la rumorosità in ambienti interni, oltre al criterio del valore assoluto deve essere adottato anche quello differenziale, pertanto spesso il periodo di riferimento si sposta nelle ore notturne. Il giudizio sul rispetto delle norme è pertanto funzione: - del periodo di riferimento; riferiment o; - dell’entità e composizione composizione spettrale del del rumore ambientale (presenza di componenti componenti tonali tonali e/o impulsive); - della durata del fenomeno sonoro disturbante (tempo parziale); - dell’entità dell’ent ità del rumore residuo per le misure interne. Per le misure interne occorre poi considerare : -
la collocazione collocazione della sorgente sonora disturbante (esterna o interna all’edificio); la presenza o meno di componenti impulsive e/o tonali anche anche nel rumore residuo.
finest re aperte nel In particolare per gli ambienti interni si prescrive di effettuare le misure con finestre caso che la sorgente disturbante sia esterna, ed a finestre chiuse nel caso che questa sia collocata nell’edificio (ad. esempio il rumore prodotto dalla centrale termica, dalle elettropompe, da un elettroventilatore, ecc.); devono comunque considerarsi accettabili valori del livello di rumore ambientale, se misurati a finestre chiuse : inferiori a 35 dB(A) e 25 dB(A), rispettivamente nel periodo diurno e notturno e se misurati a finestre aperte: inferiori a 50 dB(A) e 40 dB(A), rispettivamente nel periodo diurno e notturno.
Il criterio differenziale non si applica nelle aree esclusivamente industriali (classe VI) ed ai rumori prodotti da infrastrutture (stradali, ferroviarie, aeroportuali, marittime ecc.), nonché ai rumori di impianti e servizi fissi dell’edificio adibiti ad uso comune limitatamente al disturbo provocato all’interno dell’edificio dell’edificio stesso. stesso. In sintesi i risultati dei rilevamenti, da trascriversi in apposito rapporto, devono riportare i seguenti parametri: - una planimetria dei luoghi con indicati i punti di misura; - la data, l’ora del rilevamento e la strumentazione impiegata; - i vari tempi: di riferimento, riferiment o, osservazione e misura; - i valori del rumore residuo (eventualmente (eventualmente corretti corretti per presenza di componenti componenti impulsive e/o tonali) rilevati all’interno degli ambienti; - la differenza rilevata tra i valori del rumore ambientale e residuo; - il limite massimo differenziale applicato nel tempo di riferimento considerato (diurno diur no o notturno); - i valori del rumore ambientale (eventualmente corretti per presenza di componenti impulsive e/o tonali, e/o per tempo parziale) rilevati in esterno; - la classe di destinazione d’uso del luogo di misura e relativi limiti di esposizione; - il giudizio conclusivo sui rilievi eseguiti (accettabilità (accettabi lità o meno della rumorosità rumorosit à). In definitiva, pur con i limiti accennati, il decreto in questione ha introdotto significative novità, tra le quali, ad esempio, la possibilità inequivocabile di richiedere valori in ambiente esterno non superiori comunque a 70 dB(A) (normalmente superati nelle città italiane), italiane), e che all’interno degli edifici non vengano superati i livelli differenziali prescritti. 159
13. D.P.C.M 5/12/97: I REQUISITI ACUSTICI DEI COMPONENTI EDILIZI Il decreto in esame ("Determinazione dei requisiti acustici passivi degli edifici e dei loro componenti"), emanato in attuazione dell’art.3, comma 1, lettera e) dalla legge 447/95 (“Legge quadro sull’inquinamento acustico”) stabilisce, oltre ai requisiti acustici dei componenti edilizi in opera, i limiti della rumorosità prodotta dagli impianti tecnologici a servizio degli edifici (ascensori, scarichi idraulici, servizi, centrale termica, ecc.). 37 L’obiettivo del decreto è chiaro: indirizzare la progettazione del sistema edificio-impianto a soddisfare dei requisiti minimi prestazionali in riferimento alla trasmissione di rumori aerei e impattivi, ed alla rumorosità generata dagli impianti, considerata la necessità di fissare criteri e metodologie per il contenimento dell'inquinamento da rumore all'interno degli ambienti abitativi. Alla luce del complesso di norme emanate in anni relativamente recenti nel nostro Paese nei settori energetico (legge 10/91 e relativi decreti attuativi), della sicurezza nei luoghi di lavoro (legge 626/94), acustico, ambientale, ecc., il quadro che appare agli occhi del progettista è ricondotto ad una visione olistica del progetto chiamato a soddisfare essenzialmente i sei requisiti fissati nella Direttiva 89/106/CEE per i materiali e componenti usati nell’edilizia: - sicurezza in caso d’incendio; - resistenza meccanica e stabilità; - igiene, rispetto della salute delle persone e dell’ambiente; - sicurezza nell’utilizzazione; - protezione contro il rumore; - risparmio energetico e isola mento termico. Tenendo presente il riferimento generale suddetto il progettista è quindi chiamato ad adottare quelle soluzioni tecnologiche che consentano di soddisfare contemporaneamente i requisiti universalmente ritenuti essenziali e tra questi un ruolo preminente è assunto dalla protezione contro il rumore. Le ricadute sulla pratica costruttiva edilizia ed impiantistica, ed altrettanto in campo urbanistico (v. i piani di classificazione acustica), sono evidentemente notevoli. In Francia, ad esempio, le costruzioni possono essere volontariamente sottoposte ad una sorta di esame qualitativo a partire dal progetto: al termine dell’opera è possibile ottenere una certificazione (energetica ed acustica) spendibile sul piano economico dal costruttore in termini di finanziamenti agevolati e di maggior appetibilità dell’edificio sul mercato.
13.1 Aspetti interpretativi ed applicativi Di seguito si accenna, solo marginalmente, anche alle perplessità, inesattezze ed incongruenze contenute nel decreto stesso, del resto già rilevate ed evidenziate da esperti del settore. In primo luogo il decreto pone i seguenti interrogativi: quando e dove si applica? Ed inoltre, chi deve rispettare i limiti fissati? E a partire da quale data gli edifici sono tenuti all'osservanza delle norme: dal momento della concessione se posteriore al 21 febbraio 1998 (data di entrata in vigore) o dalla data di inizio lavori? Mentre appare evidente che lo stesso è certamente applicabile alla nuova edificazione, rimane il dubbio per quanto riguarda la ristrutturazione di edifici esistenti, ovvero i requisiti richiesti sono da considerarsi estensibili anche alle ristrutturazioni che comportano interventi a partire dalla straordinaria manutenzione (rifacimento di pavimentazioni, infissi, muri divisori, solai, ecc.)?
37
Di tale secondo aspetto non è data menzione nel titolo del decreto.
160
Un altro caso piuttosto comune riguarda, ad esempio, il cambiamento di destinazione d'uso di un immobile senza che siano richiesti particolari lavori di ristrutturazione: ciò comporterebbe la necessità comunque di interventi edilizi di adeguamento ai requisiti stabiliti nel decreto (v. in particolare i solai)? Questa ipotesi parrebbe avvalorata dal recente Decreto del Ministero delle Finanze n. 41 del 18/2/98, che prevede appunto incentivi fiscali nel caso di interventi sugli edifici esistenti, dove sono espressamente richiamate le opere finalizzate al contenimento dell'inquinamento acustico. In effetti l’art.3 della legge 447/95 al punto f) prevede un apposito decreto del Min. LL.PP in merito ai criteri da seguire per la progettazione, l’esecuzione e la ristrutturazione delle costruzioni edilizie, attualmente in discussione, che avrebbe dovuto, per evidenti motivi di opportunità, precedere o quantomeno uscire contemporaneamente al decreto in esame: è auspicabile che nell’occasione sia fatta chiarezza considerato che l’attività edilizia in Italia è ormai da anni prevalentemente costituita dal recupero degli edifici esistenti. Una personale interpretazione, che deriva da altri analoghi provvedimenti (v. ad esempio quello inerente l’edilizia scolastica del 1975) è che il decreto possa applicarsi solo ai progetti che non hanno iniziato l’iter approvativo alla data di entrata in vigore del decreto, fermo restando la possibilità di poter applicare il decreto su base volontaria, magari rivedendo il prezzo di vendita degli alloggi. Altri aspetti al momento non chiariti riguardano i controlli e le procedure da seguire nell'iter autorizzativo edilizio: ad esempio non è chiaro che tipo di relazione tecnica o progetto deve essere sottoposto all’approvazione e se è previsto un collaudo finale. Gli Enti preposti al controllo, ed in primo luogo il Comune, come devono comportarsi in caso di difformità: si attuano le sanzioni pecuniarie già previste all’art.11 della legge 447/95 per la violazione dei Regolamenti di esecuzione, c'è la sospensione dei lavori e conseguentemente l'obbligo dell'adeguamento alle norme, si attua il diniego alla concessione dell'agibilità? In caso di vendita di immobile non conforme al decreto (ricadente peraltro nel caso di vizio occulto), l’acquirente dell’immobile potrà sempre rivalersi in sede civile sul costruttore e gli altri soggetti interessati, ed in tal caso non è dato sapere quali potranno essere le conseguenze che possano andare, a discrezione del Giudice, dalla rimessa in pristino per rispondere alle norme di legge (caso economicamente più sfavorevole) alla valutazione del minor pregio dell’immobile fatta rispetto all’entità dei lavori occorrenti per la rispondenza alle norme. I valori massimi di rumorosità previsti per gli impianti a funzionamento continuo stabiliti in 25 dB(A) appaiono irrealistici e comunque difficilmente realizzabili se non con costi elevati (peraltro la rilevazione strumentale di tale valore appare difficile). Infine per quanto attiene al rumore prodotto dagli impianti di climatizzazione, ed in particolare di condizionamento dell'aria, si osserva che per essi valgono sicuramente i criteri ed i parametri sull’immissione di rumorosità nell’ambiente esterno imposti dal decreto 14/11/97 sui valori limite delle sorgenti sonore (e quindi devono rispettarsi i limiti di zona e differenziale), mentre per l’ambiente interno il Decreto in esame stabilisce che il limiti trovano applicazione solo nei locali maggiormente disturbati e diversi da quello dove si origina il rumore (e quindi dovrebbero restare esclusi dall’applicazione i locali centrale termica, centrale frigorifera, il locale pompe, ecc.): i problemi nascono là dove passano canali e tubazioni, come pure negli ambienti serviti, dove sono installati i terminali d'impianto (bocchette, anemostati, terminali ad induzione, ventilconvettori con immissione di aria primaria, ecc.) spesso origine essi stessi di rumore. In merito, taluni fanno rilevare che analizzando la struttura degli impianti, tra i suddetti terminali, bisognerebbe distinguere se sono generatori di rumore o portatori della rumorosità prodotta da altra sorgente sonora, in quanto solo nel secondo caso si dovrebbero applicare i limiti imposti dal decreto, mentre nel primo caso si rientra nella casistica prevista dalla norma UNI 8199/81 ("Misura e valutazione in opera della rumorosità prodotta da impianti di riscaldamento, condizionamento e ventilazione"). Per chiarire il concetto ed evidenziare le possibili contraddizioni che ne possono derivare, si pensi al caso di un ambiente di tipo commerciale riscaldato mediante un aerotermo (posizionato quindi al suo interno): non si applicherebbero i limiti di legge, ma i requisiti della norma UNI 8199 stabiliti in base al livello di rumore di fondo prevedibile. Se lo stesso ambiente fosse 161
riscaldato con un'unità termoventilante, posta in un locale contiguo e con immissione d'aria canalizzata, si dovrebbe rispettare in ogni caso il limite dei 25 dB(A), che potrebbe risultare eccessivamente cautelativo. Infine vi sono frasi o prescrizioni che si prestano ad equivoci, come all'art. 3 dove sono citati i "valori limite" mentre sarebbe certamente più corretto parlare di "valori minimi" dell’indice di valutazione del potere fonoisolante apparente di elementi di separazione tra ambienti R’ w e dell’isolamento acustico standardizzato di facciata D2m,nT,W e "valori massimi" per gli altri tre parametri.
13.2 Campo di applicazione e contenuti del DPCM 5/12/97 Il decreto determina i requisiti acustici passivi in opera dei componenti degli edifici (partizioni orizzontali e verticali) ed i requisiti acustici delle sorgenti sonore interne, al fine di ridurre l'esposizione umana al rumore. Per l'applicazione del decreto, gli ambienti abitativi di cui all'art.2, comma 1, lettera b), della legge 26 ottobre 1995, n. 447, sono distinti nelle categorie indicate nella seguente Tabella A allegata al decreto stesso.
categoria
Tab. A Classificazione degli ambienti abitativi (Art.2) destinazione
A
edifici adibiti a residenza o assimilabili
B
edifici adibiti ad uffici e assimilabili
C
alberghi, pensioni ed attività assimilabili
D
ospedali, cliniche, case di cura e assimilabili
E
edifici adibiti ad attività scolastiche a tutti i livelli ed assimilabili
F
edifici adibiti ad attività ricreative o di culto ed assimilabili
G
edifici adibiti ad attività commerciali o assimilabili
Per quanto riguarda i servizi, questi sono classificati in funzione delle modalità di funzionamento secondo la seguente Tabella 13.2.1 , fermo restando che gli stessi devono essere considerati fissi, ovvero parte integrante dell’edificio.
Tab. 13.2.1 Classificazione dei servizi in relazione alle modalità di funzionamento e relativi valori massimi accettabili Tipologia funzionamento servizi
Tipo di servizio Limiti imposti (dBA) ascensori, scarichi idraulici, funzionamento discontinuo bagni, servizi igienici e 35 LAsmax* rubinetteria impianti di riscaldamento, funzionamento continuo 25 LAeq aerazione e condizionamento * valore rilevato con costante di tempo slow
162
Per quanto attiene l’edificio sono presi in esame i componenti costituiti dalle partizioni orizzontali di separazione tra alloggi (solai interpiano) e verticali di separazione sia dall’ambiente esterno, che tra unità immobiliari distinte. Le grandezze a cui far riferimento per l'applicazione del decreto sono definite nell’ allegato A che ne costituisce parte integrante e di seguito illustrato.
13.3 Valori limite di riferimento e relativi parametri prestazionali Al fine di conseguire gli obiettivi prefissati in Tabella B sono riportati i valori definiti impropriamente valori limite delle grandezze, che determinano i requisiti acustici passivi dei componenti degli edifici e delle sorgenti sonore interne, in funzione delle categorie di edifici indicate in Tabella A, a loro volta raggruppate in 4 distinte categorie. Vediamo allora di esaminare il significato delle grandezze di riferimento in merito alle definizioni, metodi di calcolo e relative misure. Le grandezze che caratterizzano i requisiti acustici passivi degli edifici sono le seguenti: - Potere fonoisolante apparente di elementi di separazione fra ambienti (R’), definito dalla norma UNI 10708-1; - Isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al tempo di riverberazione T (D2m,nT ), definito dalla norma UNI 10708-2; - Livello di rumore di calpestio di solai normalizzato rispetto al tempo di riverberazione (L’ nT ), definito dalla norma UNI 10708-3; - Livello massimo di pressione sonora, ponderato A, misurato con costante di tempo slow (LSmax); - Livello continuo equivalente di pressione sonora, ponderato A (L Aeq). Per la definizione delle grandezze e dei relativi metodi di calcolo e di misura si rimanda al relativo capitolo. Gli indici di valutazione, che esprimono con un unico numero le prestazioni acustiche globali dei componenti edilizi degli edifici 38 , sono:
• indice di valutazione del potere fonoisolante apparente (R’ w), da calcolare secondo la norma UNI EN ISO717-1: 1997, • indice di valutazione dell'isolamento acustico normalizzato di facciata (D 2m,nT,w), da calcolare secondo le medesime procedure; • indice di valutazione del rumore di calpestio di solai normalizzato (L’ nT,w) da calcolare secondo la procedura definita dalla norma UNI EN ISO717-2: 1997. Per quanto attiene il rumore prodotto dagli impianti tecnologici, questo non deve superare i limiti di Tabella B, in relazione alle misure di livello sonoro eseguite nell'ambiente nel quale il livello di rumore è più elevato 39 . Tale ambiente deve essere diverso da quello in cui il rumore si origina. 38
l’indice di valutazione è ottenuto confrontando i valori sperimentali dei parametri R’, D 2m,nT o L’ nT, rilevati alle frequenze normalizzate da 100 a 3150 Hz, con le corrispondenti curve di riferimento fornite dalla norma. 39 In effetti sarebbe più corretto fare riferimento all’ambiente più disturbato in relazione alla destinazione, poiché non è detto che questi coincida con l’ambiente dove è maggiore la rumorosità.
163
Tabella B Requisiti acustici passivi degli edifici, dei loro componenti e degli impianti tecnologici
D2m,nT,W
Parametri L’n,W
LASmax
LAeq**
(dB)
(dB)
(dB)
dB(A)
dB(A)
55 50 50 50
45 40 48 42
58 63 58 55
Categorie di cui alla Tab.I
R’W *
D A,C E B,F,G
35 35 35 35 (*) Valori di R’ W riferiti ad elementi di separazione tra due distinte unità immobiliari . (**) Nell’Allegato A si afferma che la rumorosità non deve superare i 25 dB(A) mentre, in palese
25 35 25 35
contraddizione, per le categorie A,C,B,F,G si prescrivono 35 dB(A),
L’esame della suddetta tabella evidenzia come non siano presi in esame gli edifici a destinazione mista e quelli polifunzionali, anche se con il termine edificio si può intendere la porzione di fabbricato avente una specifica destinazione (ad es. uffici o negozi al piano terra e residenze ai piani superiori) analogamente a come si individuano le zone termiche nell’ambito del calcolo del fabbisogno energetico degli edifici. È da rilevare come per gli edifici adibiti ad uffici, attività commerciali, ricreative e di culto sia ammesso un livello limite L’ n,W di 55 dB, contro i 63 dB previsti per gli ospedali, le scuole, gli alberghi e gli edifici residenziali. Questa apparente contraddizione (requisiti più elevati per gli ambienti che richiedono minore protezione) si spiega solamente applicando il requisito al solaio che costituisce il pavimento dell'ambiente disturbante. In questo modo, al solaio di separazione tra un ufficio, che tipicamente produce un notevole disturbo dovuto a calpestio, ed una residenza si applica il valore limite più cautelativo di 55 dB. Viceversa, se è la residenza che si trova sopra all'ufficio, il valore limite da applicare è 63 dB, perché nella residenza si produce generalmente minor disturbo dovuto a calpestio. Si rileva infine che sarebbe stato auspicabile anche una differenziazione nei valori all’interno delle stesse categorie di edificio in funzione della rumorosità esterna e della funzione svolta dall’elemento costruttivo (cfr. Tabelle 13.3.1 e 13.3.2 desunte dalla norma tedesca DIN 4109). Nella figura 13.3.1 sono sintetizzate le grandezze richieste. Tabella 13.3.1 - Valori R’W di elementi costruttivi esterni come facciate e coperture (DIN 4109) Livelli di rumore esterno Destinazione dB(A)* Camere d’ospedale Soggiorni, camere,aule 35 30 ≤ 55 35 30 55 ÷ 60 40 35 61 ÷ 65 45 40 66 ÷ 70 50 45 71 ÷ 75 50 76 ÷ 80 * Livello continuo equivalente di pressione sonora ponderato A
164
Uffici 30 30 35 40 45
Tabella 13.3.2 - Valori di R’W e L’nW di elementi costruttivi interni (DIN 4109) Edifici Elemento Edifici multipiano monofamiliari / a Ospedali Scuole costruttivo schiera R’W L’nW R’W L’nW R’W L’nW R’W L’nW Solai 54 53 48 54 53 55 53 divisori Scale e 58 53 58 pianerottoli Pareti 53 57 47 47 divisorie Porte 37 37 32 -
Fig. 13.3.1
165
14. PRESTAZIONI ACUSTICHE DI COMPONENTI: ACCORGIMENTI DI VALIDITA’ GENERALE PER PARETI, SOLAI E PARETI COMPOSTE Nel prendere in esame l’argomento il progettista non deve perdere di vista alcuni concetti essenziali di validità generale che possono costituire un utile riferimento nella scelta delle soluzioni tecnologiche più adeguate e soprattutto al fine di evitare alcuni errori la cui correzione a posteriori non sempre risulta agevole e a basso costo. L'energia sonora che si trasmette da un ambiente disturbante ad uno disturbato può avere origine aerea o strutturale, essendo quest’ultima riconducibile essenzialmente all’attività umana che provoca rumore impattivo o di calpestio (movimenti di persone, caduta di oggetti, trascinamento di mobili, ecc.). Alla prima tipologia di rumori sono interessati sia le pareti che i solai, mentre alla seconda tipologia sono interessati prevalentemente i componenti orizzontali di separazione tra ambienti abitabili. Le due tipologie di rumore sono fondamentalmente differenti, poiché in un caso si ha una sollecitazione quasi uniforme della struttura, mentre nel secondo caso la sollecitazione è concentrata. La trattazione dei due meccanismi di propagazione del rumore (vedi il paragrafo specifico) presenta comunque analogie fisiche, alla base del fenomeno acustico (vibrazione delle strutture di separazione tra gli ambienti suddetti causata dell’energia incidente), ed analogie di intervento per il miglioramento delle prestazioni (desolarizzazione dei componenti). In generale si osserva che maggiore è l’energia richiesta per mettere in vibrazione l’elemento di separazione e maggiore è la capacità di opporsi alla trasmissione sonora. Per quanto attiene i rumori aerei se ne deduce che la pesantezza delle partizioni (massa superficiale, espressa in kg/m²) è in genere essenziale per un buon isolamento acustico, mentre per i rumori impattivi tale aspetto è meno importante, anche se è evidente la differenza di comportamento tra un solaio in legno ed uno in calcestruzzo. Anche nei confronti dei rumori aerei analoghe, se non migliori prestazioni di strutture ben più pesanti, possono essere ottenute con partizioni leggere multistrato, se costruite in modo tale che ciascuno strato possa vibrare in maniera quanto più indipendente dallo strato successivo, e facendo in modo che l’intercapedine esistente tra strato e strato sia di spessore sufficientemente elevato e riempita (parzialmente o totalmente) di materiale fonoassorbente (contenimento dell’effetto tamburo dovuto alla risonanza dell’intercapedine). Altro accorgimento è quello di utilizzare materiali diversi, oppure eguali ma di spessore differente (ad es. forati di 8 e 12 cm.), al fine di esaltare gli effetti di barriera acustica in una gamma maggiore di frequenze, mentre, contemporaneamente, si può evitare che i vari componenti abbiano cadute di isolamento alle stesse frequenze. Si possono pertanto migliorare le prestazioni fonoisolanti delle strutture in opera applicando alle stesse delle contropareti o dei controsoffitti desolarizzati dalla struttura preesistente (v. fig. 14.1).
166
solaio
supporti elastici
intercapedine spess. ≥ 10 cm materiale fonoassorbente spess. ≥ 5 cm
tenuta
pannello sospeso le no,carton esso, ecc.
Figura 14.1 Controsoffitto per migliorare le prestazioni nei confronti dei rumori aerei ed al calpestio.
Altro aspetto da considerare è la presenza di partizioni eterogenee che presentino elementi di scarsa capacità fonoisolante costituiti, ad esempio, dalla presenza di porte, finestre, fori per il passaggio di dotazioni tecnologico-impiantistiche quali cavedi, condotte dell’aria, ecc: ai fini dell’isolamento acustico è inutile l’impiego di una partizione muraria dotata di elevate capacità fonoisolanti se poi nella stessa si realizzano delle discontinuità. Ad esempio se in una parete di 10 m² avente un valore R W = 40 dB è presente un foro di solamente 100 cm² (griglia di aerazione per la cucina), la caduta d’isolamento risulterà ancora notevole essendo pari a circa 10 dB; questo dimostra l’elevata influenza di discontinuità, quali fessure, cretti, aperture di ventilazione, ecc. sull’isolamento acustico. Ancora ad esempio per una parete di 12 m² costituita da una muratura di 10 m² ed una finestra di 2 m² aventi rispettivamente valori R W di 52 dB e 30 dB, il valore R wtot risulterà pari a circa 38 dB. Analogamente è inutile installare un serramento dotato intrinsecamente di buone prestazioni fonoisolanti (ad esempio un doppio vetro) ma che presenta scarsa tenuta lungo le battute con il controtelaio, o scarsa tenuta del cassonetto (da questo punto di vista la presenza delle persiane consente certamente minor problemi). Infatti per quanto attiene le prestazioni acustiche dei serramenti, queste sono influenzate sensibilmente dalle modalità di battuta, dalla presenza di guarnizioni sigillanti, dalla giunzione muratura controtelaio oltreché, ovviamente, dal tipo di serramento. Da quanto sopra detto si ricava anche la regola generale che è inutile agire sul componente a maggior isolamento acustico per migliorare le prestazioni complessive di una partizione, mentre, al contrario, è certamente vantaggioso agire sul componente acusticamente più debole, anche se di dimensioni relativamente più ridotte (porte, finestre, prese d’aria per la ventilazione, ecc.). Per quanto attiene i rumori impattivi la maggiore efficacia di intervento consiste nel realizzare un pavimento galleggiante costituito da un massetto poggiante su uno strato di materiale elastico, in grado di attenuare la trasmissione delle vibrazioni causate dall’energia meccanica d’impatto: il principio è quello noto di desolidarizzare la struttura portante vera e propria dal massetto 167
sottopavimento (v. figura 14.2); in merito grande influenza è esercitata anche dal tipo di finitura superficiale (piastrelle in ceramica, legno, moquette, ecc.). pavimento sottofondo strato com rimibile
solaio
Figura 14.2 Schema di pavimento galleggiante
14.1 Pareti e solai La capacità del componente di opporsi alla trasmissione dell’energia sonora incidente dovuta ai suoni aerei è espressa dal potere fonoisolante che assume l’ulteriore denominazione di apparente allorquando è riferito al componente posto in opera. Occorre infatti ricordare che le prestazioni del medesimo componente rilevate in un laboratorio sono normalmente superiori rispetto alla situazione reale sia a causa dell’effetto della trasmissione laterale di energia sonora (o per via indiretta) dovuta alle partizioni che delimitano la parete, sia per l’esecuzione in genere di qualità più mediocre: poiché si prevedono diminuzioni generalmente comprese tra 3 e 5 dB, per rispettare i 50 dB richiesti dal decreto occorre porre in opera pareti certificate ad almeno Rw = 53 dB, e pari 58 dB per gli edifici di categoria D. Il fenomeno va quindi osservato nel suo complesso dipendendo l’entità della trasmissione sonora laterale dalle modalità costruttive del divisorio, dalle connessioni con gli elementi che lo circondano e dalle caratteristiche di questi ultimi. Per i solai la situazione è analoga solo che in questo caso oltre alla trasmissione di suoni aerei occorre considerare anche i rumori impattivi che rendono il componente sorgente diretta di rumore: da qui la prestazione riferita ad un livello assoluto di rumorosità anziché ad una differenza di livelli come nel caso del potere fonoisolante, per cui ad un livello impattivo più alto corrisponde una prestazione acustica più scadente e viceversa. Per le strutture monostrato o che si comportano come tali (vedi ad esempio le pareti intonacate) ai fini della trasmissione dei rumori aerei vale in generale la legge di massa, sintetizzabile nel fatto che più una struttura è pesante maggiore è l’energia sonora richiesta per metterla in vibrazione e conseguentemente maggiore è il suo potere fonoisolante; pur con varie limitazioni (specialmente alle basse ed alle alte frequenze) la legge suddetta, e le relative relazioni semplificate dedotte dall’esperienza per determinare le prestazioni di fonoisolamento 40 , costituiscono un riferimento sempre valido, quantomeno nella fase preliminare del progetto. Prestazioni dell’entità richiesta dal decreto non sono certamente ottenibili dalle comuni pareti monostrato: ad esempio tipici tramezzi sottili in laterizio 41 (massa superficiale compresa tra 9540
Una re lazione empirica che ha dato buoni risultati per l’indice di valutazione del potere fonoisolante è R W = 20 log M (dB) con M massa superficiale in Kg/m²; volendo tener conto del fiancheggiamento si può invece utilizzare la seguente relazione: R’ W = 26,55 log M - 16,66 (dB). 41 Per tali componenti assume notevole importanza sia l’esecuzione dei giunti tra i vari ricorsi dei singoli elementi, sia l’esecuzione dell’intonaco, sia il materiale impiegato per lo stesso (malta bastarda, gesso, ecc.).
168
150 kg/m²) offrono valori di R w compresi tra 37 e 43 dB; sensibili miglioramenti possono ottenersi con pareti multistrato (massa superficiale compresa tra 200 e 260 kg/m²) con interposta intercapedine (spessore di almeno 5 cm) riempita di materiale fonoassorbente (es. lana di roccia o di vetro): si raggiungono così valori di 47-52 dB. Ricorrendo a pareti multiple leggere, costituite da lastre in cartongesso, si ottengono prestazioni acustiche che, pur essendo in generale migliori di pareti monostrato più pesanti, sono dell’ordine di grandezza di quelle multiple in laterizio. 42 A ben vedere non è quindi facile ottenere le prestazioni richieste dal decreto mediante le comuni soluzioni tecnologiche previste per le partizioni interne. Considerato che sussiste la correlazione di massima R’ w ≈ D2m,nT,w - (1÷2) (dB) dovrebbe risultare più facile soddisfare i requisiti acustici richiesti per gli elementi di facciata, una volta che si siano installati infissi con potere fonoisolante R’ W quanto più prossimo a 40 dB. Per quanto attiene alle prestazioni dei solai, le ricerche condotte su alcune tipiche tipologie (travetti a traliccio e laterizio, travetti in cls precompresso e laterizio, lastra in cls e laterizio, lastra in cls e polistirolo) hanno messo in generale in evidenza i seguenti aspetti: per l’isolamento acustico ai rumori aerei:
• la maggioranza dei solai presentano buoni valori di isolamento acustico ai suoni aerei con
valori R’W varianti tra i 50 e 54 dB (solai a lastra in cls e laterizio), con valori che tendono a migliorare se il solaio è ordito secondo la luce minore (si aumenta la rigidità); • molta influenza è dovuta allo spessore della soletta del solaio che aumenta sensibilmente le prestazioni all’aumentare dello spessore di quest’ultima; l’applicazione della pavimentazione con relativo sottofondo aumenta le prestazioni di circa 2-3 dB rispetto al solaio grezzo; in merito all’isolamento al rumore di calpestio:
• tutti i tipi di solai al grezzo presentano prestazioni limitate con valori molto elevati dell’indice L’n,W (72 dB per quelli a lastra in cls e laterizio, 75 dB per quelli a lastra in cls e polistirolo, e pari a circa 84-85 dB per gli altri tipi); • le prestazioni, al contrario dell’isolamento ai suoni aerei, migliorano se il solaio è ordito secondo la luce maggiore (diminuisce infatti la rigidezza); • in generale i solai pesanti e rigidi (es. soletta in cls) si oppongono bene alla trasmissione di rumori aerei ma viceversa risultano carenti nei confronti dei rumori da calpestio.
Al fine di soddisfare le prescrizioni del decreto, occorre dunque riferirsi a strutture sempre dotate di pavimenti galleggianti. Occorre inoltre evitare errori costruttivi assai frequenti; ad esempio per quanto attiene le pareti di separazione tra alloggi, se diventa indispensabile l’adozione di strutture multistrato, questi devono essere quanto più desolarizzati tra loro(v. figura 14.1.1 ). Particolare attenzione dovrà altresì essere posta alle giunzioni laterali, alla continuità degli elementi portanti, ecc., in grado di trasmettere i rumori aerei per via laterale. Per le strutture intonacate costituite da piccoli elementi (forati, blocchi, ecc.) massima cura deve essere posta ad evitare che siano lasciati spazi vuoti tra i blocchi, mentre non appare pensabile l’adozione di tracce passanti per le installazioni impiantistiche (impianto elettrico, idrico-sanitario,ecc.) che mettano in comunicazione diretta unità immobiliari distinte.
42
Si deve comunque sottolineare come le prestazioni delle pareti in lastre di gesso rivestito siano soggette a maggiori margini di variabilità in conseguenza della maggiore complessità della posa in opera.
169
intercapedine
Colate di malta detriti
tubazioni collegamenti rigidi
Figura 14.1.1 Tipici errori costruttivi da evitare nella realizzazione di pareti divisorie multistrato.
14.2 Pareti composte La prestazione acustica di pareti composte da più elementi aventi caratteristiche differenti (muratura, porte, finestre ecc.) è determinata dalla media dei coefficienti di trasmissione sonora dei vari elementi, pesata rispetto alla loro superficie. Ciò significa, come viene dimostrato più avanti, che il comportamento della parete composta è determinato da quello degli elementi a minore prestazione acustica (porte, finestre, prese d’aria). Questo problema riguarda dunque direttamente le facciate degli edifici, che sono tipicamente composte da elementi diversi, ma anche molte partizioni interne di edifici, dove sono presenti porte o altri tipi di discontinuità. Quanto affermato può essere facilmente dimostrato mediante un semplice calcolo. Ad esempio sia data una parete esterna avente una superficie complessiva di 10 m² con una finestra di 1,8 m², il potere fonoisolante R w della parete e della finestra sia rispettivamente pari a 54 dB e 28 dB; ebbene il valore risultante della parete R wris risulterà pari a circa 35,4 dB (confronta con quanto scritto al capitolo 9). Dal punto di vista analitico si ha: R wris = 10 lg (Σ Si /Σ Si ⋅τi)
(14.1)
dove Si è la superficie i-esima avente coefficiente di trasmissione sonora τi = 10 –Ri/10 . Nel caso di due soli componenti la (14.1) diventa: R wris = 10 lg [(S1 + S2)/(S1 ⋅ τ1 + S2 ⋅ τ2) 170
(14.2)
Se la finestra suddetta fosse aperta risulta τ = 1 e pertanto: R wris = 10 lg [(8,2 + 1,8)/(8,2 ⋅ 10 –54/10 + 1,8 ⋅ 1)] = 7,4 dB Nel grafico di figura 14.2.1, per una parete a due componenti, sono riportati i valori R wris in funzione della differenza dei livelli e del rapporto tra le superfici. Un altro aspetto fondamentale, che discende da quanto sopra detto, è quello relativo alla permeabilità all’aria degli infissi: la mancanza di tenuta è da porsi direttamente in relazione allo scadimento delle prestazioni fonoisolanti. L’influenza di piccole aperture e giochi di battuta troppo elevati devono pertanto essere attentamente valutati.
Figura. 14.2.1 Potere fonoisolante risultante in una parete contenente una apertura 171
Le dimensioni della fessura sono poi discriminanti al fine di lasciar passare o meno determinate frequenze. Se immaginiamo i suoni costituiti da sfere il cui diametro sia la lunghezza d’onda del suono stesso, abbiamo che le sfere piccole corrispondono alle alte frequenze e viceversa per le sfere più grandi: la fessura perciò lascerà passare le sfere più piccole (alta frequenza) ma non quelle grandi (bassa frequenza) (v. figura 14.2.2).
Fig. 14.2.2 Nel diagramma di figura 14.2.3 è possibile determinare l’attenuazione di buchi e fessure di piccole dimensioni a partire dalle dimensioni delle stesse e della lunghezza d’onda del suono incidente. L’esame del grafico mostra che in determinate situazioni non solo l’attenuazione della fessura è nulla, ma finanche negativa, ovvero si ha un incremento dell’energia sonora trasmessa per effetto della diffrazione. Gli effetti del fenomeno della diffrazione sono schematizzati in figura 14.2.4.
172
173
Fig. 14.2.4
Ricerche condotte in merito ai fenomeni di diffrazione per aperture circolari di ampiezza molto piccola hanno mostrato valori del potere fonoisolante addirittura di – 10 dB in corrispondenza di valori d/λ = 0,0016, mentre per aperture rettangolari (fessure di porte e finestre) sono stati misurati valori anche di – 20 dB per d/λ < 0,0016: in altri termini per queste circostanze, al fine di poter assumere un potere fonoisolante nullo per le fessure, occorre fare riferimento ad un'area equivalente ben maggiore dell'area effettiva della fessura stessa (Cocchi 1989). Ad esempio il potere fonoisolante di una parete di mattoni della superficie di 12 m² con una porta in legno di 2 m² può veder ridotto, a certe frequenze, il suo potere fonoisolante da 31,5 a 17 dB lasciando una fessura di 1 mm lungo il telaio della porta.
174
14.2.1 Porte L'isolamento ai suoni aerei offerto dalle porte dipende oltre che dal tipo di porta e telaio, anche dalle modalità di installazione. Tabella 14.2.1.1 Indice di valutazione del potere fonoisolante Rw (dB) per alcuni tipi di porta
Tipo di porta A corpo cavo spess.45 mm A corpo cavo spess.45 mm A corpo solido spess.45 mm In acciaio a corpo cavo spess.45 mm Porta acustica spess. 45 mm Porta acustica spess. 100 mm Porta doppia (cad.7 kg/m²) in legno a corpo cavo con intercapedine di 100 mm Porta doppia (cad.20 kg/m²) in legno a corpo cavo con intercapedine di 100 mm
Peso
Rw
Rw
(kg/m²)
(non a tenuta)
7 12 20 25 40 115
17 20 20 20 22
(a perfetta tenuta) 20 24 26 27 38 53 26
23
35
Nella Tab. 14.2.1.1 sono riportati alcuni valori dell'indice di valutazione del potere fonoisolante per alcune tipiche porte interne nell'eventualità che il perimetro della battuta tra porta e telaio sia privo di materiali di tenuta; inoltre detti valori sono validi per una tolleranza totale di battuta (o gioco) tra la porta ed il telaio di 6 mm in senso verticale, e di 3 mm in senso trasversale. Tolleranze maggiori a quelle indicate comporteranno un peggioramento nella capacità isolante. A meno che il gioco di battuta tra porta e telaio non sia ridotto, ovvero non siano ridotte le fessure che mettono in comunicazione diretta gli ambienti separati dalla porta, l'uso di porte più pesanti o di più elaborata concezione (es. multistrato con interposto materiale fonoassorbente), quali quelle indicate nella suddetta Tabella, non comporterà significativi miglioramenti nelle prestazioni acustiche. Nella Tabella 14.2.1.1. sono anche mostrati i miglioramenti ottenibili alle varie frequenze quando si effettua il sigillamento della battuta lungo tutto il perimetro (tenuta perfetta). Tale sigillatura può essere facilmente ottenuta mediante l'uso di appositi profilati o nastri autoadesivi in gomma o neoprene, comunemente commercializzati a questo scopo, che vengono compressi nella battuta tra porta e telaio. Nelle figure 14.2.1.1 e 14.2.1.2 sono riportate le prestazioni, in termini di potere fonoisolante, di porte, in metallo e legno, con battute dotate di guarnizioni per migliorarne la tenuta; in fig. 14.2.1.3 è rappresentata una tipica porta acustica ed in fig 14.2.1.4 sono indicate alcune soluzioni a confronto di porte a battuta semplice e doppia; infine in fig. 14.2.1.5 è rappresentato il particolare costruttivo di una tipica porta acustica.
175
Fig. 14.2.1.1
Fig. 14.2.1.2 a) Potere fonoisolante di porta in legno
176
infisso vuoto: 20 dB infisso pieno: 22 dB
infisso vuoto: 15 dB infisso pieno: 18 dB
Fig. 14.2.1.2 b) Potere fonoisolante di porte in legno piene/vuote.
È importante sottolineare che il telaio dovrà essere fissato alla muratura in modo tale da evitare cretti o cavità che possano costituire un facile veicolo di trasmissione sonora. Per le porte sussiste la problematica di poter effettuare una adeguata sigillatura del fondo delle stesse mediante compressione del sigillante su di una battuta (v. fig. 14.2.1.2 a). Infatti la battuta, essendo necessariamente sporgente dal pavimento, costituisce un pericolo alla circolazione delle persone; per questo generalmente si ricorre a dispositivi "fondoporta" che si attivano automaticamente alla chiusura della porta, che pur non efficaci come in presenza di battuta, possono tuttavia costituire un sensibile miglioramento delle prestazioni nei confronti di porte che ne sono prive. Un'altra soluzione, tuttavia ancor meno efficace, consiste nell'applicare al fondo porta un materiale gommoso che faccia battuta per attrito sul pavimento (v. bavetta in neoprene di fig. 14.2.1.1). Se si soddisfano i migliori criteri di sigillatura lungo i bordi sopra illustrati, è possibile ottenere un indice di valutazione del potere fonoisolante di 30 dB utilizzando una singola porta pesante (v. fig. 14.2.1.3). Analogamente all'isolamento offerto da pareti, le prestazioni sono in tal caso correlate alla massa superficiale, alla presenza di materiale fonoassorbente all'interno della porta, alla rigidezza ed allo smorzamento del materiale costituente la porta, ed infine dalle modalità di congiunzione tra le facce della porta. Per particolari situazioni che richiedono l'uso di porte dotate di elevati poteri fonoisolanti, si ricorre alla fabbricazione di porte speciali che possono offrire poteri fonoisolanti dell'ordine di 40 dB ed oltre, al pari delle murature (v. figura 14.2.1.4).
177
Figura 14.2.1.3
178
BATTUTA SEMPLICE
BATTUTA DOPPIA
F ig. 14.2.1.4 Prestazioni acustiche di porte in legno in funzione della battuta e delle modalità costruttive
179
battuta a tenuta in gomma
materiale a forte densità lamina di piombo materiale fonoassorbente
telaio
Figura 14.2.1.5. Schema di porta in legno di tipo acustico
14.2.2 Doppie porte L'installazione di una seconda porta, con una distanza tra le porte di almeno 10 cm 43 , può fornire un sensibile miglioramento dell'isolamento acustico, particolarmente elevato con sigillatura lungo i bordi (v.Tab.14.2.2.1). Ulteriori miglioramenti sono ottenibili con soluzioni tipo quella di figura 14.2.2.1, dove la separazione delle porte è proseguita nella muratura e nel solaio del pavimento.
43
La distanza minima tra le due porte è da porsi in relazione con la frequenza di risonanza del sistema accoppiato porta - intercapedine - porta. A questo proposito si rimanda al paragrafo relativo alla valutazione d el contributo di contropareti.
180
Fig. 14.2.2.1 Porta doppia su doppia parete.
14.2.3 Porte esterne L'installazione e la costruzione delle porte esterne è generalmente differente da quelle interne; infatti le porte esterne includono spesso una soglia e sono usualmente dotate di nastro sigillante contro le infiltrazioni d'aria esterna lungo tutto il perimetro. I materiali costituenti i nastri di tenuta per limitare le infiltrazioni d'aria esterna non sono specificatamente progettati per l'isolamento acustico, ma tuttavia risultano egualmente efficaci nel ridurre l'immissione di rumorosità esterna; inoltre, per motivi di sicurezza, spesso sono dotate di lamine metalliche in acciaio, o sono comunque piene e quindi di peso più elevato di quelle interne. Le porte esterne presentano pertanto prestazioni acustiche normalmente superiori di quelle interne.
14.2.4 Finestre Molte delle osservazioni fatte per le porte valgono anche per le finestre ed in particolare per quanto riguarda gli effetti della tenuta delle battute nei confronti dell'infiltrazione di aria esterna che, in assenza di materiale sigillante, può limitare fortemente le prestazioni all'isolamento sonoro indipendentemente dalla tipologia del componente finestrato.
181
In alternativa è possibile pensare a finestre a percorso acustico indiretto (trappola acustica) che consentono di ventilare gli ambienti e nel contempo di ridurre la rumorosità immessa dall’esterno rispetto a finestre tradizionali. (v. fig. 14.2.4.1).
Fig. 14.2.4.1
Per finestre comuni (telaio di superficie inferiore al 25% della vetratura) il potere fonoisolante è sostanzialmente da attribuire alla massa superficiale complessiva m’ (kg/m²) della vetrata e pertanto calcolabile con le relazioni di cui alla figura 14.2.4.2 (validità per m’ < 60 kg/m²) dove: a) b) c) d) e)
vetro comune; vetro doppio unito al perimetro con materiale elastico; vetro stratificato; vetro doppio (normale + stratificato); vetro doppio stratificato.
Si è accennato dell'influenza della tenuta all'aria nei confronti delle prestazioni di fonoisolamento per gli infissi, siano essi finestre o porte. In particolare tale influenza si esplica soprattutto sulle alte frequenze mentre le trasmissione dei suoni di bassa frequenza risulta pressoché inalterata, risultando in ogni caso molto elevata.
182
ig. 14.2.4.2 Taluni ricercatori (Sabine e Lacher) assumendo che il potere fonoisolante della fenditura sia nullo indipendentemente dalla frequenza e l'energia sonora trasmessa attraverso la fenditura di un divisorio sia proporzionale al rapporto della loro area, hanno stabilito un metodo approssimato per il calcolo del potere fonoisolante Rw di una finestra dotata di una fenditura aperta (v. fig. 14.2.4.3 ): Rw = 10 lg [ (100/d). (S/L) ]
dB
(14.2.4.1)
dove d = altezza della fenditura in mm S = superficie della finestra in m² L = lunghezza totale della fenditura in m Esaminando il suddetto grafico si rileva che il potere fonoisolante aumenta all'aumentare di S/L, ed in particolare che aumentando di un fattore 10 tale rapporto, si incrementa analogamente di circa 10 dB il potere fonoisolante; viceversa all'aumentare dell'altezza della fenditura di un fattore 10 si ha una analoga riduzione del potere fonoisolante.
183
Fig. 14.2.4.3
Empiricamente si può stimare la caduta di isolamento del serramento in funzione della classe di permeabilità all’aria definita secondo la norma UNI nel modo seguente: Classe A1 à perdita di Rw compresa tra 0 e 2 dB; Classe A2 à perdita di Rw compresa tra 2 e 5 dB; Classe A3 à perdita di Rw compresa tra 5 e 8 dB; In generale si rileva che le prestazioni dei componenti finestrati migliorano passando da infissi dotati di vetro singolo, a quelli con vetri stratificati, fino a raggiungere valori massimi per i doppi infissi. La prestazione di un vetrocamera composto da due lastre di vetro semplici separate da un'intercapedine spessa qualche millimetro (6 - 15) corrisponde all'incirca a quella di un vetro semplice di spessore uguale alla somma degli spessori delle due lastre. Questo perché intercapedini d'aria così sottili, imposte da esigenze strutturali degli infissi e da esigenze di isolamento termico (all'aumentare dello spessore dell'intercapedine aumentano i moti convettivi), risultano molto rigide per quanto concerne la trasmissione dei rumori e quindi fanno in modo che le due lastre si comportino in modo solidale. In generale, le prestazioni acustiche di vetrate possono variare da un indice di valutazione del potere fonoisolante di circa 15-20 dB per le finestre a vetro singolo con scarsa tenuta all'aria, fino a valori di 40-46 dB per finestre con telaio metallico e guarnizioni di tenuta con doppi e tripli vetri. 184
14.2.5 Finestre con vetro singolo L'isolamento sonoro offerto dalle finestre apribili è talvolta variabile, particolarmente alle alte frequenze, in dipendenza delle fessure che si hanno in corrispondenza della battuta perimetrale tra telaio e controtelaio. L'andamento del potere fonoisolante in funzione della frequenza mostra un sostanziale accordo con la "legge di massa" alle frequenze mediane, mentre risulta superiore alle basse frequenze e per piccole dimensioni delle vetrature, a causa degli effetti di smorzamento dei bordi. L’aumento del potere fonoisolante al raddoppiare della massa è di circa 4 dB. Particolarmente scadente è il potere fonoisolante in corrispondenza della frequenza di coincidenza f c (o frequenza critica), che per i vetri può essere calcolata mediante le seguenti relazioni, dove s è lo spessore del vetro (m) (Beranek 1960) : f c = 12,4/s (Hz)
angolo di incidenza tra 75° e 90 °
f c = 24,8/s (Hz)
angolo di incidenza di 45°
f c = 49,6/s (Hz)
angolo di incidenza di 30°
Per incidenza sonora diffusa, la frequenza di coincidenza dei vetri, come di altri materiali, può essere calcolata in funzione della loro massa superficiale a partire dai valori riportati in appendice. In generale, si osserva che all'aumentare dello spessore del vetro si abbassa la frequenza di coincidenza e ciò può costituire un problema quando l'abbassamento viene ad interessare le frequenze medio alte verso le quali l'orecchio è più sensibile e richiede pertanto valori maggiori del potere fonoisolante. Per i comuni spessori dei vetri, gli effetti della coincidenza si rivelano alle alte frequenze con la caduta repentina del potere fonoisolante anche di 15-20 dB; tale effetto può tuttavia essere attenuato dall'uso di vetri stratificati che incrementano lo scarso smorzamento interno del vetro (v. fig. 14.2.5.1) (Calderaro), migliorando le prestazioni dei vetri singoli di circa 7-11 dB. Analogamente si può agire sul sistema di fissaggio dei vetri, utilizzando guarnizioni in gomma o neoprene che hanno un elevato potere di smorzamento.
185
Fig. 9.2.1.1
I vetri stratificati sono costituiti da lastre di vetro unite mediante interposizione di uno strato smorzante (es.butyral polivinilico). In tal modo si aumenta lo spessore e quindi la massa superficiale complessiva della vetrata senza abbassare la frequenza critica. La perdita di isolamento si verifica ovviamente anche in corrispondenza delle frequenze di risonanza del componente finestrato. Nel caso specifico dei vetri, la frequenza di risonanza fondamentale f 0 può essere calcolata mediante la seguente relazione (Beranek 1960): fo = 2500 s [ 1/a² + 1/b² ] (Hz) con s, a, b rispettivamente spessore, larghezza ed altezza del vetro (m). Tale relazione corrisponde a quella riportata sui metodi di calcolo del potere fonoisolante di pareti semplici, ponendo la velocità di propagazione delle onde longitudinali nel vetro pari a 5600 (m/s) ed m=n = 1 (pria frequenza di risonanza o frequenza di risonanza fondamentale). Per i comuni vetri le frequenze di risonanza cadono normalmente al di sotto dei 100 Hz, per cui gli effetti sono trascurabili.
14.2.6 Finestre con vetri doppi uniti al perimetro e doppie finestre L'isolamento sonoro offerto dalle finestre con doppi vetri dipende fortemente dalla distanza intercorrente tra le lastre di vetro. In fig. 14.2.6.1 è mostrato l'incremento del potere fonoisolante nel passare da una intercapedine di 12 mm ad una di 100 mm; mentre per valori superiori (200, 186
400 mm) l'incremento dell'isolamento acustico si fa meno evidente. Sensibili miglioramenti si possono avere disponendo lungo il perimetro dell'intercapedine del materiale fonoassorbente (v. fig. 14.2.6.2).
Fig. 14.2.6.1
Solitamente le finestre con vetri doppi sono commercializzate con spessori dell'intercapedine eguali o inferiori a 12 mm, in funzione delle prestazioni termiche; infatti valori superiori dello spessore dell'intercapedine non migliorano sensibilmente le prestazioni termiche a causa dell'instaurarsi di maggiori scambi termici convettivi tra le lastre vetrate. Per intercapedini di spessore inferiore a 12 mm, il valore dell'isolamento sonoro offerto è eguale, o inferiore, a quello di vetrature a lastra singola a parità di massa superficiale complessiva. La maggiore limitazione ai valori dell'indice di valutazione del potere fonoisolante è dovuta agli effetti della risonanza congiunta delle due lastre vetrate a causa della ristretta intercapedine d'aria, particolarmente rilevanti nel campo di frequenze compreso tra 200 e 400 Hz. Miglioramenti significativi possono tuttavia ottenersi aggiungendo ad una finestra con doppio vetro, un ulteriore componente vetrato posto ad una distanza non inferiore a 50 mm (tripli vetri). Speciali componenti finestrati possono usarsi dove la riduzione della rumorosità diviene indispensabile; in tal caso possono usarsi finestre con doppi vetri e con battute sigillate, con intercapedine d'aria tra le lastre compresa tra 50 e 100 mm. In tal caso si riducono gli effetti della risonanza congiunta delle lastre, sopra evidenziati, grazie alla maggiore distanza intercorrente tra le stesse; intercapedini con spessore > 100 mm rendono trascurabili gli effetti di risonanza in quanto questi si manifestano a frequenze molto basse (solitamente minori di 80 Hz). I valori del potere fonoisolante che possono ottenersi con tali soluzioni variano da circa 36 a 46 dB (tripli vetri) come indicato nella Tabella 14.2.6.1. Altro aspetto da prendere in esame sono le modalità di congiunzione delle lastre lungo i bordi e l'installazione delle stesse nel telaio. In generale per l’unione al perimetro delle lastre vetrate è consigliabile l'utilizzo di componenti a base di elastomeri in luogo di componenti rigidi metallici.
187
14.2.6.2
Altro accorgimento per migliorare le prestazioni di isolamento ai suoni aerei è quello di utilizzare pannelli vetrati aventi spessore differente, in modo da minimizzare la caduta di isolamento per effetto della coincidenza; infatti le due lastre avendo spessori differenti hanno anche valori diversi della frequenza di coincidenza e la riduzione dell'attenuazione per tale effetto risulta meno evidenziata.
Tabella 14.2.6.1 Potere fonoisolante di finestre a tenuta Vetro singolo (spess. mm)
Vetro doppio* (spess. mm) 3-6 -3
Vetro triplo* (spess. mm)
2 3 ÷ 4 5 ÷ 6 10 6 (stratificato) 10 (stratificato)
* in grassetto lo spazio tra i vetri
188
2-10 -2 4-10 -2
2-50 -2 3-50 -3 5-50 -5 2-50 -6 6-100-6
3-6 -3-50 -2 3-6 -3-50 -6 3-6 -3-100 -6
Rw (dB) 26 27 28 29 30 32 33 36 38 40 41 44 46
Ulteriori miglioramenti possono ottenersi, analogamente alle finestre con vetro singolo, utilizzando vetri stratificati. In merito alle possibili soluzioni applicative, una tecnica abbastanza economica da adottare nelle abitazioni è quella di attenuare il rumore facendogli subire ripetute riflessioni attraverso un percorso indiretto, come mostrato in fig. 14.2.6.1. Anche il materiale del telaio può influenzare le prestazioni; ad esempio il legno rispetto al metallo, a parità di condizioni presenta un potere fonoisolante di circa 2-4 dB superiore (v. figure 14.2.6.3 e 14.2.6.4).
Fig. 14.2.6.3
In definitiva, i principali fattori da valutare in relazione al comportamento acustico delle finestre si possono riassumere nei termini seguenti: Massa superficiale (spessore) . In genere la migliore combinazione resa/convenienza è data da spessori di 4-6 mm; spessori maggiori portano ad ulteriori guadagni di non più di 2 dB. Larghezza della cavità tra doppi vetri . Il valore preferibile è tra 200 e 300 mm; è comunque indispensabile, per avere un effetto nel fonoisolamento alle medie e alte frequenze, uno spessore di almeno 100 mm. Ciò impone quasi sempre la presenza di un doppio telaio.
189
Fig. 14.2.6.4
Rivestimento fonoassorbente. L'applicazione di uno strato di 25 mm di rivestimento fonoassorbente ai bordi della cavità tra due lastre aumenta l'isolamento medio di circa 2 dB poiché assorbe l'energia del campo riverberante che si forma all'interno della cavità stessa. Smorzamento. La vibrazione delle lastre può essere smorzata da un bloccaggio ai bordi mediante l'applicazione di opportune guarnizioni o usando vetri laminati con strati di materiale resiliente; per i doppi vetri è spesso utile usare lastre di spessori diversi per non avere la stessa frequenza di coincidenza o disporre le lastre in modo non parallelo. Separazione meccanica. Occorre evitare ponti acustici sia tra i vetri che tra i telai delle finestre e le pareti (v. figura 14.2.6.5) Chiusura a tenuta. Occorre eliminare, tra vetro e telaio e tra telaio e parete, ogni fessura che potrebbe derivare da tolleranza eccessiva, difetti di lavorazione o di montaggio, stress termico o deterioramento per invecchiamento. Dimensioni del vetro. Vetri più piccoli subiscono una minor perdita di isolamento nella regione della frequenza di coincidenza.
190
Fig. 14.2.6.5 Finestre con doppi vetri e finestra doppia scorrevole
191
APPENDICE PROPRIETÀ FISICHE DI ALCUNI MATERIALI DI COMUNE IMPIEGO IN EDILIZIA Le tabelle che seguono riportano i valori di alcune proprietà fisiche di materiali di comune impiego nell'edilizia. I dati sono ripresi da differenti fonti, riportate in nota. Le notevoli differenze talvolta riscontrate nel valore della velocità dell'onda longitudinale (c L) sono dovute al fatto che tale parametro differisce se misurato in una struttura bidimensionale (trave) o tridimensionale (volume). I valori superiori si riferiscono quasi sempre alla trasmissione in elementi tridimensionali. È possibile comunque ricavare il valore di c L a partire da quelli di E, ρ e ν mediante la formula 6. Nel caso di travi, si può trascurare la contrazione trasversale eliminando dalla formula 6 il coefficiente di Poisson. Le unità di misura, quando necessarie, sono quelle del Sistema Internazionale. densità Materiale
Materiali strutturali Calcestruzzo denso gettato Calcestruzzo alleggerito Calcestruzzo aerato da autoclave Mattoni
ρ
mod. Young E (N/m2)
coeff. Poisson
smorz. int.
ν
vel. long. cL (m/s)
η
prod. m'⋅ f c kg Hz/m2
1900 ÷3400
2.5 ÷2.61x 1010
≈ 0,2
3100 ÷3500
0.004 ÷0.02
43000
1300
0.38x1010
≈ 0,2
1700
0.015
44200
600÷650
0.2x10 10
≈ 0,2
1400 ÷1700
0.01
21450
(3) (4) (5) (7)
1900 ÷2300
1.6x10 10
≈ 0,2
2500 ÷3000
0.01 ÷0.02
34700 ÷ 58600 23200
(1) (2) (3) (4) (1) (4)
(kg/m3)
Blocchi per muratura
750
≈ 0,2
Parete in mattoni forati da 12 cm inton. Intonaco
1250
≈ 0,2
Lastra di gesso spessa 1.25 ÷5 c m
650
192
1700
0.44x1010
0.005 ÷0.02 2068
fonte (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (3) (4) (5) (7)
(4) (8) (9)
1600
0.005 ÷0.05
24500
(1) (2) (3)
6800
0.01÷0.03
20000
(1) (6)
densità
mod. Young E (N/m2)
coeff. Poisson
7700 ÷7800
19.5 ÷21x 1010
0.28 ÷0.31
2700
7.1÷7.2x101
0.33 ÷0.34
1800 ÷2300
0.77x1010
Gomma dura
1100
Gomma morbida
950
0.2÷0.23x 1010 0.0005x 1010
Materiale
ρ
3
(kg/m )
Altri materiali edili Acciaio Alluminio Asfalto
Legno di abete Marmo Piombo Plexiglas ® (metacrilato di metile) Sabbia asciutta Sughero Vetro
400 ÷700
0
ν
0,4
smorz. int.
prod. m'⋅ f c kg Hz/m2
fonte
5050 ÷6100 0.0001 ÷0.01
96100 ÷ 99300
(1) (2) (3) (5) (6)
5150 ÷6300 0.0001 ÷0.01
32400 ÷ 34700
(1) (2) (3) (5) (6) (3)
49610
(3) (6)
59090
(6)
η
1900
0.38
1450 ÷2400
1
1050
1 ÷5x1010
2600 3,8x10 10 11000÷ 1.58 ÷1.7x 11300 1010 1150 ÷1190 0.373 ÷0.56x 1010
vel. long. cL (m/s)
2500 ÷3800
0.008 ÷0.04
4880
(1) (3)
0,3 0.43 ÷0.44
1200 ÷2050
0.01 ÷0.015
0,4
1800 ÷2200
0.02 ÷0.04
605000 ÷ 615850 35400
(1) (2) (3) (6) (1) (2) (3)
100 ÷170
0.06 ÷0.12
1500
≈0.003x
120 ÷250
0.0025 ÷ 0,003x10 10
0,4
430 ÷500
0.13 ÷0.17
32675
(3) (4) (6)
2300 ÷2500
6 ÷6.76 x1010
0.24
4900 ÷5600
0.001 ÷0.01
30500 ÷ 38000
(1) (2) (3) (5) (6)
1010
(3)
Fonte dei dati: (1) A.A.V.V., Noise and vibration control engineering, princip les and applications, edited by Beranek L.L., Vér I.L, John Wiley & Sons, inc., New York, 1992, pp. 348 ÷349, il coefficiente di smorzamento interno si riferisce alla frequenza di 1000 Hz; (2) BERANEK L.L., Noise and vibration control , 1971, pp. 308 ÷309; (3) CREMER L., HECKL M., Structure−borne sound , Spinger-Verlag, second edition; pp. 234 ÷ 242, la velocità dell'onda longitudinale si riferisce in questo caso a strutture a tr ave; (5) CRAIK R.J.M., OSIPOV A.G., “Structural isolation of walls using elastic interlayers", in A.A., 46 , 1995, pp. 233249; (6) FAHY F., Sound and structural vibration, Academic Press inc. ltd, London, 1985, p. 154; (7) NORTON M. P., Fundamentals of noise and vibration analysis for engineers , Cambridge University Press, 1989, appendix 4; (8) Pr EN 12354, pr EN 12354-1, Building acoustics; estimation of acoustic performance of buildings from the performance of products, part1, CEN/TC126/WG2, 1997; (9) SEMPRINI G., Statistical energy analysis: valutazione dell'energia sonora trasmessa attraverso strutture complesse, tesi di dottorato, Università degli Studi di Bologna, 1993; dati sperimentali; (9) Università degli Studi di Parma, Dip. Ing. Industriale, Relazione tecnica sulle misure di potere fonoisolante eseguite su divisori in laterizio verticali ed orizzontali , Parma, 1991; dati sperimentali.
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RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI V. Calderaro, “Comportamento termo acustico degli infissi”, ESA ed., Roma, 1981. L. Rocco “Fondamenti di acustica ambientale” Alinea Ed.,Firenze, 1984. G. Pagliarini, R. Pompoli "Indice di valutazione del potere fonoisolante di pareti doppie: influenza del rapporto delle masse superficiali", in Rivista italiana di acustica, vol. VIII n°4 1984. Assal J.R, Zaveri K. “Acoustic noise measurements” Bruel & Kjaer, Naerum, Danimarca,1988. D. Bertoni, A. Franchini, M. Magnoni “Il rumore urbano e l’organizzazione del territorio” Pitagora Editrice, Bologna, 1988. Cocchi “Inquinamento da rumore” Maggioli Ed., Rimini, 1989. AA.VV. “Rumore e vibrazioni - Effetti, valutazione e criteri di difesa” Vol.1, Maggioli Ed., Rimini,1990. M.E. Schaffer “ Guida pratica al controllo del rumore e delle vibrazioni” PEG Ed., Milano, 1993. G. Mucci, L. Rocco “ Barriere antirumore per il traffico stradale” Maggioli Ed., Rimini, 1993. M.Filippi (a cura di) “Manuale sulla qualità fisico - tecnica dell’ambiente costruito” Vol. II -C IV Simulazione dell’ambiente acustico con sorgenti sonore esterne” CNR - Progetto Finalizzato Edilizia, Milano, 1994. Cocchi, A. Farina, P. Fausti, R. Pompoli, G. Semprini “Prestazioni acustiche dei solai in laterizio” in Costruire in Laterizio n°38/94, Ed. PEG, Milano, Maggio 1994. G.F. Cellai, G. Raffellini “L’isolamento acustico di divisori in laterizio forato: verifiche sperimentali e metodi previsionali” in Costruire in Laterizio n°40/94, Ed. PEG, Milano, Luglio-Agosto 1994. G.F. Cellai “Il benessere acustico per una migliore qualità della vita” in Edificio Tecnologico, n°5-6/97, Ed. EPC, Roma, Maggio-Giugno 1997. E. Cirillo “Acustica Applicata”, McGraw - Hill Ed., Milano, 1997. M. Cozzi, S. Ghiacci, M. Masini “Manuale per la realizzazione dei piani urbani del traffico” Sole 24 Ore - Pirola Ed., 1997. L. Rocco, S. Sauro “Gli indici a singolo numero per la qualificazione acustica degli edifici e dei componenti di edifici” in Atti della Giornata di Studio Eurocodici per la protezione acustica degli edifici” , Collegio degli Ingegneri di Firenze, 5.12.1997 Cocchi, A. Di Bella, P. Romagnoni, R. Zecchin “La legge quadro sull’inquinamento acustico” in CDA n°6/98, Ed. Miller Freeman, Milano, Giugno 1998. Pompoli R., Secchi S., "Prestazione acustica: confronto tra pareti in laterizio e pareti in lastre di gesso rivestito", in Costruire in laterizio, pp. 448-453, nov. dic. 1998 RIFERIMENTI LEGISLATIVI E NORMATIVI Pr EN 12354, Building acoustics; estimation of acoustic performance of buildings from the performance of products, CEN, 2000. DIN 4109, Schallschultz im Hochbau, 1989; D.P.C.M. 5/12/97 Determinazione dei requisiti acustici passivi degli edifici, in G.U. 297, 22-12-97; EN ISO 11654, Acoustics - rating of sound absorption; ISO 140-3, Acoustics - measurements of sound insulation in buildings and of buildings elements, part 3: laboratory measurements of airborne sound insulation of building elements;
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