RUMORE IN AMBITO FERROVIARIO: CARATTERIZZAZIONE

Associazione Italiana di Acustica
35° Convegno Nazionale
Milano, 11-13 giugno 2008
RUMORE IN AMBITO FERROVIARIO: CARATTERIZZAZIONE
ACUSTICA DELLE SORGENTI E ANALISI DEI CONTRIBUTI
Luca Barbieri (1), Sergio Luzzi (1)
1) Vie En.Ro.Se. Ingegneria, Via Stradivari 23, Firenze
Sommario
In questo lavoro gli autori, partendo da una ricerca bibliografica e da una serie di
studi applicativi da essi condotti sulle linee RFI del Compartimento di Firenze, passano in rassegna un insieme di contributi all’inquinamento acustico delle aree attraversate dalla ferrovia, descrivendone l’importanza relativa nonché le metodiche di valutazione, di mitigazione e di controllo.
1. Introduzione
Se facessimo un sondaggio per definire il “rumore ferroviario” andando a chiedere,
agli intervistati di elencare quali sono i diversi elementi che lo costituiscono, probabilmente otterremmo risposte piuttosto diverse tra loro.
Naturalmente in ognuna delle risposte sarebbe presente il rumore prodotto dai treni
in transito, che rappresenta la sorgente mediamente più disturbante, e che istintivamente viene associata all’attività ferroviaria nel suo complesso.
In realtà sono molte le sorgenti rumorose che possono essere ricondotte all’utilizzo
di una linea ferroviaria, legate alla costruzione, alla manutenzione e all’esercizio
dell’infrastruttura e nell’analisi acustica il concetto di linea si deve estendere alle aree
ove insistono i cantieri per la costruzione e per il mantenimento della linea, ai depositi
per la manutenzione del materiale rotabile, alle sottostazioni elettriche.
Dal punto di vista normativo, la legislazione nazionale nel DPR 459/98 riconduce
il rumore ferroviario a quello prodotto dall’infrastruttura, e definisce con questo termine l’insieme di materiale rotabile, stazioni, scali sottostazioni elettriche ecc. Questa definizione, presente in una legge nazionale e pertanto valida sul territorio italiano, non
corrisponde pienamente alle definizioni equivalenti che si trovano nelle analoghe leggi
di altri paesi della Comunità Europea: la linea di confine che separa ciò che è rumore
ferroviario da ciò che non lo è varia perciò da paese a paese, con la conseguenza che
sorgenti rumorose uguali vengono trattate in maniera diversa nei diversi stati.
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In questa memoria vengono passate in rassegna le diverse sorgenti di rumore che, a
partire dalla realizzazione fisica dell’infrastruttura fino alla normale attività
dell’esercizio ferroviario, contribuiscono alla generazione dell’inquinamento acustico
delle aree attraversate dalla ferrovia, descrivendone l’importanza relativa nonché le
metodiche di valutazione, di mitigazione e di controllo.
2. Il rumore prodotto dal transito ferroviario
Il rumore prodotto dal transito ferroviario rappresenta la principale sorgente di disturbo generato dall’infrastruttura ferroviaria. E’ infatti, ragionando in termini di mappatura acustica, secondo l’approccio della direttiva 2002/49/CE, la sorgente a cui corrisponde il maggior numero di abitanti esposti.
La rumorosità del materiale rotabile è direttamente legata allo stato di manutenzione della ruota e della rotaia; più in generale dipende dalla vetustà dei mezzi e delle
tecnologie utilizzate, soprattutto per quel che riguarda il sistema di frenatura. La consuetudine del lento ricambio dei mezzi rotabili circolanti e della scarsa manutenzione
delle ruote e dei binari, fa sì che l’infrastruttura riesca ad assimilare molto lentamente
le innovazioni tecnologiche per la mitigazione del rumore alla sorgente.
Per tali ragioni gli interventi di mitigazione sono di tipo prevalentemente passivo.
2.1 Metodiche per la valutazione del rumore prodotto dal transito ferroviario
Il rumore prodotto dal transito ferroviario è stato studiato in maniera approfondita
dalla comunità scientifica a livello internazionale negli ultimi decenni ed è quindi naturale che siano state proposte numerose metodologie e procedure per la sua valutazione. L’incremento nelle capacità di calcolo degli elaboratori ha consentito inoltre di
sviluppare appositi software previsionali per la valutazione del contributo rumoroso
prodotto dalla circolazione ferroviaria: tali programmi consentono l’utilizzo dei principali metodi di calcolo utilizzati nei vari paesi comunitari, e permettono di riprodurre
una notevole varietà di scenari di immissione ed emissione rendendo così molto versatili queste applicazioni.
Le metodiche per la valutazione del traffico ferroviario non riguardano però solamente la determinazione di formule empiriche per simulare i fenomeni di propagazione del rumore nella maniera più accurata possibile, ma definiscono anche le procedure
per l’acquisizione dei dati necessari per la corretta modellazione acustica.
Il D.M. 16/03/1998, a cui si affiancano specifiche e disciplinari tecnici di RFI, fissa
i criteri per la corretta effettuazione delle misure del rumore ferroviario e fornisce indicazioni per una precisa e univoca individuazione degli eventi significativi in fase di
post-elaborazione dei dati.
Da quanto sopra esposto si può notare che il rumore prodotto dal transito ferroviario ha suscitato una forte attenzione nella comunità scientifica e negli organi di produzione legislativa, i quali hanno compiuto importanti sforzi per caratterizzare e regolamentare in maniera approfondita questo importante fenomeno.
2.2 Mitigazione e controllo del rumore prodotto dal transito ferroviario
Gli studi condotti per la caratterizzazione dei meccanismi di generazione e propagazione del rumore ferroviario hanno consentito di individuare anche quali sono i
principali fattori che contribuiscono alla generazione del rumore e quali sono le soluzioni che è possibile impiegare per limitare il disturbo prodotto dalla circolazione ferroviaria.
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Tra queste soluzioni la più conosciuta e diffusa, almeno sul territorio nazionale, è
la realizzazione di barriere antirumore da realizzarsi in prossimità della sede ferroviaria: attraverso l’inserzione di barriere vengono infatti intercettati i cammini acustici
che dalla sorgente arrivano al ricettore e il contributo rumoroso risulta pertanto attenuato. Questa soluzione presenta il vantaggio di consentire una significativa attenuazione (insertion loss) che è possibile ottenere in molti scenari di immissione dovuta alle caratteristiche di fonoisolamento di questi dispositivi ma presenta purtroppo anche
una serie di limiti. Il primo di questi è che nei tratti in cui la linea ferroviaria attraversa
centri abitati densamente popolati, in cui sono presenti palazzi di molti piani situati a
ridosso dell’infrastruttura ferroviaria, le barriere non riescono a intercettare efficacemente i cammini acustici diretti verso i piani più alti se non ricorrendo a soluzioni particolarmente impegnative dal punto di vista tecnico e, naturalmente, economico.
Anche nelle situazioni meno gravose, tuttavia, l’impiego di barriere ferroviarie
quale unica soluzione alla riduzione del rumore ha un costo notevole, senza contare il
difficile inserimento ambientale di tali manufatti, specie nelle città storiche e artistiche.
Le ricerca scientifica ha individuato però altre importanti soluzioni per ridurre la
rumorosità prodotta dalla circolazione ferroviaria che possono essere definite “attive”:
tali tecniche infatti vanno ad agire direttamente sugli elementi di generazione del rumore, come ad esempio il contatto fra la ruota e la rotaia, e non più sull’intercettazione
“passiva” delle onde sonore. Tali soluzioni riguardano la molatura delle ruote e delle
rotaie, la sostituzione dei ceppi frenanti classici nei treni merci con altri acusticamente
più performanti, la sostituzione di traverse rigide con traverse bi-blocco, l’inserzione
di smorzatori nella rotaia ecc. Solo giusta combinazione di queste tecniche di mitigazione del rumore può portare alla realizzazione di interventi veramente efficaci, che
garantiscano il raggiungimento del miglior rapporto benefici/costi.
3. Il rumore prodotto dai cantieri
La realizzazione e la manutenzione della linea ferroviaria richiedono l’allestimento
e l’utilizzo di cantieri aventi caratteristiche diverse.
I cantieri per la realizzazione della linea sono veri e propri cantieri edili nei quali la
piattaforma ferroviaria viene realizzata a partire da uno scenario primitivo in ambiente
generalmente rurale.
Tali cantieri possono essere suddivisi in impianti fissi (cantieri industriali e campi
base), e impianti mobili (cantieri necessari per le lavorazioni lungo il tracciato ferroviario).
Fra gli impianti fissi:
- i cantieri industriali contengono gli impianti ed i depositi di materiali necessari per
assicurare lo svolgimento delle attività di costruzione delle opere; sono ubicati in
prossimità degli imbocchi per le tratte in galleria e, per le altre tratte, in vicinanza
alle opere d’arte di maggiore impegno da realizzare;
- i campi base ospitano invece i baraccamenti per l’alloggiamento delle maestranze,
le mense, gli uffici e tutti i servizi logistici necessari per il funzionamento del cantiere.
I cantieri mobili invece sono situati in corrispondenza della linea ferroviaria durante la fase di realizzazione della stessa. In tali cantieri trovano notevole impiego i mezzi
su gomma per il trasporto del materiale da e per il cantiere.
Una volta realizzata la linea ed entrata in esercizio, essa è soggetta ad una periodica manutenzione per permettere la regolare e sicura circolazione dei mezzi sui binari.
In questa fase vengono impiegati alcuni mezzi già utilizzati durante la fase di costru-
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zione della linea, con una certa prevalenza nell’impiego di mezzi su rotaia rispetto ai
mezzi su gomma.
Nei paragrafi che seguono vengono descritte le peculiarità, dal punto di vista acustico, di queste diverse lavorazioni, dei contributi complessivi alla rumorosità
nell’ambiente e delle procedure per la valutazione e la mitigazione del disturbo prodotto da tali attività.
3.1 I cantieri per la costruzione delle infrastrutture ferroviarie
I cantieri per la costruzione delle infrastrutture ferroviarie presentano caratteristiche molto diverse a seconda delle lavorazioni che vengono effettuate e del contesto nel
quale si trovano ad operare.
Le lavorazioni per la realizzazione dell’opera, infatti, possono prevedere attività in
rilevato, in piano o trincea ma molto spesso anche scenari singolari, per la costruzione
di opere d’arte complesse come gallerie o viadotti. Tutto ciò, naturalmente, anche in
presenza di ambienti densamente popolati. Le condizioni peggiori si verificano infatti
nell’allestimento di cantieri per la realizzazione di opere particolarmente lunghe e
complesse in prossimità di zone fortemente urbanizzate. In tali situazioni, infatti, oltre
alla rumorosità intrinseca del cantiere, lo spazio occupato dall’impianto del cantiere
crea forti disagi alla circolazione, e l’aumento di traffico congestionato che ne deriva
diventa esso stesso fonte di rumore, soprattutto nelle ore di punta.
Per quanto riguarda le tipologie delle lavorazioni, quelle che risultano maggiormente impattanti dal punto di vista acustico sono quelle relative alle operazioni di scavo e demolizione. Tali operazioni prevedono infatti l’impiego di dispositivi particolarmente rumorosi in fase di rimozione e smantellamento del materiale originario e un
notevole impiego di mezzi per la raccolta e il trasporto del materiale di resulta alle discariche. A tal proposito, un accorgimento particolarmente opportuno è quello di organizzare le operazioni e il layout di cantiere in modo da evitare il più possibile la sovrapposizione delle attività più rumorose nelle medesime ore della giornata, e predisporre la viabilità dentro e fuori dal cantiere lungo i percorsi meno critici dal punto di
vista acustico.
Nei cantieri aventi durate particolarmente lunghe, l’adozione di un cronoprogramma ottimale dovrebbe riuscire a prevedere che le fasi operative particolarmente rumorose vengano svolte nei mesi autunnali e invernali, nei quali cioè le finestre delle abitazioni vengono tenute prevalentemente chiuse e il disagio prodotto dal cantiere risulta
perciò più contenuto. Nella organizzazione delle fasi operative della lavorazione si
vengono a creare esigenze contrastanti legate alle necessità dell’impresa costruttrice,
che ha necessità di realizzare l’opera nei tempi e nei costi minimi, e quelle dell’ente
preposto alla tutela ambientale, che ha invece il compito di tutelare il benessere dei cittadini.
E’ quindi opportuno che l’organizzazione del cantiere sia il frutto dell’attività congiunta di questi due soggetti, in modo da garantire le esigenze di produttività con il rispetto dei limiti di legge in ambito acustico.
3.2 I cantieri per la manutenzione delle infrastrutture
Quando l’infrastruttura ferroviaria è entrata in esercizio, si rendono necessarie periodicamente le operazioni per la manutenzione e il rinnovamento della linea ferroviaria e tali lavorazioni prevedono l’allestimento di un cantiere ferroviario.
I cantieri per la manutenzione ferroviaria, a differenza di quelli per la realizzazione
dell’infrastruttura, svolgono la loro attività prevalentemente in periodo notturno per e-
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sigenze legate all’interruzione della circolazione e questo naturalmente rappresenta un
elemento di criticità acustica.
Le lavorazioni che vengono eseguite riguardano prevalentemente l’armamento ferroviario e vengono eseguite con macchine da cantiere piuttosto rumorose, in particolare quelle per la sistemazione del ballast ferroviario.
Tali lavorazioni hanno generalmente durate di pochi giorni, per cui la procedura di
ottimizzazione nel cronoprogramma delle lavorazioni non riguarda intere fasi lavorative, come nel caso dei cantieri edili, ma viene fatta per ogni singola sessione di lavoro.
Gli accorgimenti da prendere per la limitazione dell’emissione rumorosa del cantiere
nell’ambiente esterno riguardano pertanto principalmente la durata di impiego dei singoli macchinari, la dislocazione mirata dei dispositivi rumorosi statici (es. gruppi elettrogeni) e altre prescrizioni volte a ridurre ogni possibile rumorosità accessoria.
Data la ciclicità e la sostanziale analogia di molte delle operazioni svolte nei cantieri ferroviari, è possibile pertanto valutare in sede preventiva l’impatto acustico prodotto da una lavorazione di cantiere e, nell’eventualità che si verifichino superamenti
rispetto ai limiti di legge, predisporre la documentazione necessaria per la richiesta di
deroga al comune dove si svolgono le attività di cantiere.
4. Il rumore prodotto dai depositi ferroviari
I depositi ferroviari sono aree di grandi dimensioni, spesso situate nei centri delle
città in vicinanza delle stazioni ferroviarie, dove vengono ricoverati e riparati i mezzi
ferroviari.
Le emissioni rumorose prodotte durante l’attività svolta all’interno dei depositi ferroviari vengono ricondotte molto spesso alla casistica del rumore industriale: è per
questo motivo che alcuni stati membri dell’Unione Europea regolamentano questo tipo
di attività rumorosa con le norme relative all’attività industriale mentre altre fanno riferimento alle norme previste per il rumore ferroviario. Al di là delle norme che vengono impiegate per la sua valutazione, si verifica comunque in molti contesti che la
rumorosità prodotta da questa sorgente è generalmente poco tollerata e sono stati pertanto fatti degli sforzi per cercare di ridurne la portata. A tale scopo è stato promosso
dalla Commissione Europea uno studio destinato a sviluppare dei modelli per ottimizzare il layout e la progettazione, l’organizzazione e la gestione dei depositi ferroviari e
tranviari. Tale programma di ricerca tiene in considerazione aspetti legati alla tipologia
e alla distribuzione delle sorgenti, al loro disturbo e ai vincoli legati alle lavorazioni,
con un approccio integrale al problema.
Per la valutazione dell’effettivo disturbo prodotto dai depositi ferroviari è inoltre
necessario comprendere meglio e definire la relazione tra i risultati ottenuti dai rilievi
strumentali e l’effettivo disturbo arrecato alla popolazione per individuare in modo
opportuno quali sono i limiti acustici da considerare per questa tipologia di sorgente.
5. Il rumore prodotto dagli altoparlanti di stazione
Per gli edifici ricettori posti in prossimità delle stazioni ferroviarie, e in particolar
modo di quelle dove si verifica un consistente traffico di convogli, gli altoparlanti di
stazione costituiscono una sorgente di rumore che è necessario prendere in considerazione.
La valutazione del contributo prodotto da tale tipologia di sorgente tiene conto di
molti fattori, alcuni legati allo scenario di emissione e altri a quello di immissione.
Tra gli elementi che caratterizzano lo scenario di emissione il più significativo è
legato chiaramente alla frequenza e alla durata degli annunci, ma rivestono una certa
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importanza anche la tipologia degli apparecchi impiegati, la loro potenza emissiva e la
loro disposizione all’interno della stazione. Le stazioni più importanti sono chiaramente quelle maggiormente penalizzate perché oltre alla necessità di effettuare annunci
con una frequenza molto elevata presentano un gran numero di apparati diffusori dislocati su un’ampia superficie. In queste stazioni poi il flusso dei passeggeri e le attività di servizio producono quote di rumore che si aggiungono a quella generata dagli altoparlanti.
Gli elementi che caratterizzano lo scenario di immissione sono invece principalmente quelli legati alla presenza di ostacoli e barriere per la libera propagazione della
rumorosità al di fuori del contesto di stazione, in particolar modo quando sono presenti
dei potenziali cammini diretti tra gli altoparlanti e i ricettori.
Compatibilmente con l’esigenza di allestire un sistema di diffusione sonora capace
di coprire tutte le aree e le piattaforme frequentate dai passeggeri, è sicuramente buona
norma cercare di limitare il disturbo prodotto dagli altoparlanti all’esterno della stazione utilizzando dispositivi il più possibile direttivi, potenziando, quando possibile, i sistemi di informazione tramite video e pannelli informativi in aggiunta e, ove necessario e possibile, in sostituzione di quelli vocali.
6. Il rumore prodotto dalle sottostazioni elettriche
Le sottostazioni elettriche sono apparati per la conversione della corrente alternata
presente nella rete elettrica di distribuzione in corrente continua a 3000V necessaria
per l’alimentazione dei motori elettrici dei treni.
Questo processo di conversione coinvolge vari dispositivi che producono emissioni
rumorose anche di significativa entità.
In particolare, i dispositivi maggiormente rumorosi sono i trasformatori di corrente,
che sono caratterizzati tra l’altro da emissioni che presentano una componente tonale a
bassa frequenza, penalizzante per la percezione fisiologica del disturbo da rumore.
Nella caratterizzazione della rumorosità prodotta dalle sottostazioni elettriche occorre tener conto di vari elementi che contribuiscono a definire lo scenario che si presenta; tali elementi sono riconducibili allo scenario di emissione, a quello di immissione e ad altri parametri aggregati.
Lo scenario di emissione è caratterizzato dalla rumorosità prodotta dalla singola
sorgente trasformatore, dall’eventuale presenza contemporanea di più sorgenti, e dalla
variazione di energia sonora prodotta dall’impianto al variare del carico richiesto dalla
sezione di linea servita.
Lo scenario di immissione è relativo invece alla presenza dei ricettori nelle immediate vicinanze dell’impianto, e in particolar modo quelli posti in vicinanza dei trasformatori.
I parametri aggregati sono riconducibili invece alla disposizione dei fabbricati presenti nella sottostazione e al loro effetto schermante, alla presenza di ostacoli naturali
alla libera propagazione acustica nell’ambiente esterno e alla disposizione di altri sorgenti significative quali interruttori ed estrattori.
Per la mitigazione del rumore prodotto dalle sottostazioni elettriche una soluzione
senz’altro efficace è quella di procedere alla carterizzazione dei dispositivi più rumorosi lungo le direzioni di propagazione del rumore maggiormente penalizzanti con elementi scatolari costituiti da pannelli fonoassorbenti.
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7. Il rumore prodotto dai gruppi elettrogeni
I gruppi elettrogeni utilizzati in ambito ferroviario sono apparati per la produzione
di corrente elettrica che entrano in funzione in situazione di mancata erogazione da
parte della rete. Il tempo medio di funzionamento dei gruppi elettrogeni è un elemento
di difficile valutazione per la natura stessa del servizio fornito da tali apparati, che appunto vengono utilizzati in casi particolari.
Nella valutazione del contributo rumoroso prodotto dai gruppi elettrogeni diventa
quindi importante determinare, oltre alle caratteristiche peculiari dei sistemi generatori, anche l’ipotetica durata dell’impiego di tali dispositivi. Il superamento o meno dei
limiti di rumorosità previsti dalla legge, nel caso dei gruppi elettrogeni, dipende infatti
in maniera significativa da quanto questi vengono utilizzati nell’arco della giornata, in
quanto per le sorgenti di tipo ferroviario - nelle quali rientrano appunto i gruppi elettrogeni – si considera la rumorosità assoluta e non quella differenziale.
A tal proposito, è stata condotta in passato una campagna di studio su un numero
significativo di gruppi elettrogeni, che ha consentito di determinare, per ogni singolo
campione, la durata massima di utilizzo a regime dell’apparato affinché fosse garantito
il “non superamento” dei limiti previsti dalla normativa, sia per il periodo di riferimento diurno sia per quello notturno.
8. Conclusioni
La valutazione del rumore ferroviario viene generalmente associata alla determinazione del rumore prodotto dal treno durante il suo transito sulla linea. A questo si possono aggiungere, sia i contributi previsti dalla definizione di rumore ferroviario derivabile da leggi e norme, sia altri contributi prodotti da sorgenti diverse, comunque
connesse con l’esercizio delle linee e con l’utilizzo della ferrovia come sistema di trasporto di passeggeri e merci.
Bibliografia
[1]
Gaetano Licitra, Diego Palazzuoli, “Railway noise mitigation at source: an
overview of possible solutions”, International workshop “Railway noise in
urban areas: possible source noise reduction measures”, Pisa 9-10
Novembre 2006
[2]
Peter Hubner, “Noise abatement on European railway infrastructure: is this
the right direction?”, International workshop “Railway noise in urban
areas: possible source noise reduction measures”, Pisa 9-10 Novembre
2006
[3]
Margreet Beuving, Thijs Hendrikx, Stefano Marucci, “Optimal lay-out for
railway depots”, International workshop “Railway noise in urban areas:
possible source noise reduction measures”, Pisa 9-10 Novembre 2006
35° Convegno Nazionale AIA
L. Barbieri, S. Luzzi
[4]
Paul de Vos, “The challenge of noise reduction in railway system”,
International workshop “Railway noise in urban areas: possible source
noise reduction measures”, Pisa 9-10 Novembre 2006
[5]
Laura Bidini, Massimo Cavicchi, Andrea Poggi, “Esperienze e riflessioni
sulla gestione dell’impatto acustico derivante dai cantieri delle grandi opere
e ruolo dei relativi piani di monitoraggio”, Atti del 34° Convegno Nazionale dell’Associazione Italiana di Acustica – Firenze 13-15 giugno 2007
[6]
Marco Masoero, Carlo Alessandro Bertetti, Laura Mattiuzzo, Marco Fazzone, “Rete fissa di monitoraggio del rumore nell’area di cantiere
S.Ruffillo – Savena – Rastignano della linea ferroviaria alta velocità Bologna – Firenze”, Atti del 34° Convegno Nazionale dell’Associazione Italiana di Acustica – Firenze 13-15 giugno 2007
[7]
Luca Barbieri, Sergio Luzzi, Sara Recenti, Simone Arrigucci, “Metodi per
la valutazione del rumore prodotto da altoparlanti, sottostazioni elettriche e
gruppi elettrogeni in ambito ferroviario”, Atti del 34° Convegno Nazionale
dell’Associazione Italiana di Acustica – Firenze 13-15 giugno 2007