La bonifica acustica degli edifici siti in zona Malpensa

Un ampia serie di interventi sono stati ipotizzati per risolvere il problema dell’inquinamento acustico nella zona limitrofa al nuovo scalo di Malpensa.Come è noto, il rinnovamento dell’Aeroporto Intercontinentale Malpensa 2000, ha comportato notevoli cambiamenti nella consistenza e nell’utilizzo delle opere aeroportuali. La realizzazione del nuovo terminal, la costruzione di una seconda pista di decollo/atterraggio e il trasferimento di un notevole numero di voli dall’Aeroporto Forlanini di Linate, hanno modificato, talvolta in misura consistente, il profilo di rumorosità nelle zone abitate che sono in prossimità dell’aeroporto.

Alla Regione Lombardia si è posto pertanto il problema di limitare il più possibile il conseguente disagio degli abitanti di tale zona ed è previsto un apposito Accordo di Programma, che introdurrà una serie di misure di protezione di tali soggetti, che vanno, dagli interventi di mitigazione del rumore, da effettuarsi sugli edifici da essi abitati o da essi utilizzati a scopo sociale, alla delocalizzazione per i casi in cui il disagio rilevato sia ritenuto insostenibile.

Obiettivi della bonifica acustica

La collaborazione tra la Regione Lombardia, Assessorato al Territorio ed Edilizia Residenziale e l’ICITE, nasce in questo quadro di riferimento ed è indirizzata a mettere a punto, attraverso uno studio teorico ed una campagna sperimentale, un repertorio di soluzioni tecniche di intervento sugli edifici esistenti, le cui prestazioni di mitigazione acustica siano quantizzabili.

Tale repertorio potrà pertanto consentire a chi dovrà progettare un intervento di bonifica acustica su un edificio sito in tale zona, la scelta della soluzione ottimale, in funzione delle caratteristiche di livello del rumore aeroportuale della zona e del tipo e delle caratteristiche tecniche dell’edificio sul quale si deve intervenire.

Si tratta di uno strumento di notevole ausilio alla progettazione, in quanto lo sviluppo della conoscenza della progettazione delle prestazioni acustiche dell’edificio, e della conseguente scelta di materiali e tecnologie adatti allo scopo, è ancora in divenire e non vi è ancora in questo settore la presenza di documenti di riferimento per il progettista civile, se si eccettua un pacchetto di norme internazionali, che tuttavia, dati i contenuti tecnici si indirizzano assai più agli specialisti della disciplina.

Si tratta inoltre di uno strumento che ha validità generale, potendo essere utilizzato in qualsiasi situazione analoga a quella che si verifica presso Malpensa e che potrebbe avere un carattere evolutivo, nell’ipotesi che si desideri mantenerlo aggiornato, considerando i materiali e le tecnologie di intervento che perverranno sul mercato dei prodotti della costruzione.

Da un punto di vista temporale, l’elaborazione del manuale contenente il repertorio di soluzioni tecnologiche di bonifica acustica, adottabili per gli edifici localizzati in prossimità a sedi aeroportuali, è prevista per la fine di settembre del 2000.

Prima fase: verifica delle prestazioni acustiche

Per raggiungere tale obiettivo si è previsto di agire secondo un programma impostato secondo i criteri qui di seguito presentati. In accordo con i referenti della Regione Lombardia sono stati individuati degli edifici pubblici (scuole e asili) situati in zone caratterizzate da livelli di rumore aeroportuale di 60 e 65 dB(A): tali edifici diventeranno dimostrativi per le tipologie di intervento acustico ritenute più idonee ad abbattere in maniera significativa il disturbo dovuto al rumore dei sorvoli.

La prima fase del lavoro consiste in una verifica preventiva delle prestazioni acustiche dei singoli edifici, in particolare l’ICITE eseguirà le seguenti analisi:

• la verifica delle caratteristiche costruttive dell’immobile, eseguita sulla base di elaborati tecnici e di sopralluoghi e rilievi fotografici in loco;
• la misura in opera delle condizioni iniziali di prestazione acustica.

Tali misurazioni saranno effettuate per tipologie e destinazioni d’uso significative e comprenderanno la determinazione dei seguenti parametri significativi:

• l’isolamento acustico globale di facciata;
• il potere fonoisolante apparente degli elementi edilizi coinvolti nella trasmissione del rumore; in particolare finestre, vetrate, lucernari, pareti cieche esterne, divisori e tramezzi, coperture esterne;
• il tempo di riverberazione laddove possa influire negativamente sul comfort acustico ambientale.

Tutti i parametri valutati rispettano le definizioni previste dalle normative tecniche di più recente approvazione e sono compatibili con quelli previsti dalle legislazioni vigenti in ambito di inquinamento acustico.

Le misurazioni di isolamento di facciate vengono effettuate utilizzando come sorgente il rumore provocato dal sorvolo degli aeromobili in partenza e/o in decollo dall’aeroporto; i risultati serviranno anche per fornire una stima del disturbo arrecato dal rumore aeroportuale in diverse situazioni climatiche, topografiche e di traffico aereo.

Essi verranno inoltre messi in relazione con i dati acustici acquisiti dalla rete di monitoraggio predisposta dalla Provincia di Varese e dal PMIP di Varese.

L’analisi di previsione teorica tramite un modello matematico fornirà le grandezze acustiche rilevanti degli edifici a partire dalle grandezze caratteristiche dei componenti e utilizzeranno i dati ottenuti sia in opera sia in laboratorio.

Seconda fase: l’intervento di bonifica

La seconda fase prevede la definizione e la realizzazione dell’intervento di bonifica acustica. Per gli edifici su cui si è deciso di intervenire, l’ICITE provvederà a redigere uno o più progetti di intervento di protezione acustica predisposti sulla base delle misurazioni e delle previsioni teoriche acquisiti nel corso delle fasi precedenti.

Il progetto tipo distinguerà, per tipologia di intervento, le azioni riguardanti le parti opache e quelle riguardanti le parti trasparenti; le modalità di intervento previste sono le seguenti:

• interventi di rifacimento o sostituzione in toto di elementi o strutture inadeguate a garantire una protezione acustica sufficiente (per esempio delle coperture);
• interventi migliorativi su elementi già esistenti (per esempio sostituzione della sola vetrazione o delle guarnizioni degli infissi);
• interventi suppletivi (applicazione di strati aggiuntivi e altri).

A completamento dello studio si valuteranno la quantificazione dimensionale dell’intervento suddiviso per tipologie, la tempistica dell’intervento e i costi.

Sulla base di tali progetti verranno realizzati gli interventi sugli edifici prescelti, curando in modo particolare la fase della posa in opera decisiva per assicurare l’efficacia desiderata della prestazione acustica.

I controlli “in campo”

Contemporaneamente alla fase realizzativa l’ICITE effettuerà misure in campo a consuntivo atte a quantificare il più possibile l’apporto dei singoli interventi migliorativi; ciò apporterà ulteriori informazioni sul peso da attribuire ai singoli elementi (finestre, pareti cieche, solai e coperture, eventuali prese d’aria) sull’intervento nella sua globalità.

Lungo tutto il corso del lavoro l’ICITE effettuerà delle prove di laboratorio per la caratterizzazione acustica dei materiali e dei sistemi che saranno oggetto dell’intervento dimostrativo e di quelli che comunque saranno scelti per il manuale delle soluzioni tecnologiche.

Cenni sulle caratteristiche del rumore da aeromobile e relative problematiche

La specificazione delle prestazioni tecnologiche degli elementi che devono fornire le soluzioni in grado di garantire un’adeguata protezione non può prescindere da uno studio di tutte le problematiche legate alla particolare sorgente disturbante costituita dal rumore di tipo aeroportuale.

L’aereo produce un rumore particolare e diverso dalle altre sorgenti di rumore, per esempio rumore di traffico, relativamente ad ampiezza, spettro e durata. Generalmente la propagazione del suono avviene dall’alto verso il basso ed il suono varia a seconda di due variabili, vale a dire la posizione del ricevente e la posizione del velivolo.

Il periodo di tempo durante il quale è identificabile la presenza del rumore dell’aereo rispetto al rumore di fondo viene definito durata di evento sonoro di sorvolo. Tale durata risulta pertanto influenzata dal livello del rumore di fondo presente al momento e può variare da una trentina di secondi per posizioni molto prossime alla linea di volo sino a 2-3 minuti per posizioni molto lontane.

La riduzione ovvero il mantenimento del rumore aeronautico entro ragionevoli limiti di accettabilità può essere effettuato ricorrendo a diversi metodi operativi, che diminuiscano da un lato il fono-inquinamento alla sorgente e dall’altro attuino misure di protezione delle comunità interessate dal fenomeno. In tale ottica risulta importante considerare in primo luogo le principali sorgenti di rumore aereo e le loro conseguenze sul tipo di disturbo arrecato.

Le sorgenti del rumore

Le sorgenti principali del rumore causato da aeromobili convenzionali sono il flusso aerodinamico e i sistemi di propulsione. Il primo viene definito anche rumore della struttura dell’aereo e viene prodotto dal flusso d’aria sulla fusoliera, dalle sue cavità, dalle superfici di controllo e dai carrelli d’atterraggio.

Per tale motivo esso risulta responsabile del contributo dominante del disturbo all’interno dell’aeroplano stesso, mentre diventa di entità trascurabile rispetto al rumore dei motori per quanto riguarda la prossimità degli intorni dell’aeroporto. La preponderanza della sorgente di rumore dovuto ai sistemi di propulsione impiegati influisce sul tipo di disturbo arrecato all’esterno.

Il tipo di rumore prodotto può essere distinto in tre parti a seconda della sua produzione, ossia il rumore generato dall’aria entrante nel motore, il rumore generato dalle vibrazioni della struttura del motore e il rumore dovuto all’alta velocità dei gas di scarico, chiamato anche rumore aerodinamico del getto.

Nel caso di aerei con motore a turboreazione di tipo turbo-jet, il rumore deriva in misura preponderante da quest’ultima fonte, mentre per quanto riguarda i turbo-fan il disturbo arrecato si riferisce essenzialmente alla struttura del motore, in particolare all’elica con compressore e alla rotazione della turbina.

La propulsione, comprensiva del rumore dei gas di scarico, risulta la fonte principale di rumore anche per quanto riguarda gli aerei ad elica, azionati da turbine a gas ovvero da motori a pistone, in particolare in dipendenza della velocità periferica della pala a parità di spinta.

Considerando il rumore prodotto dagli aerei in sorvolo, lo spettro del rumore generato varia durante il passaggio secondo un livello che aumenta fino ad un massimo in corrispondenza della verticale.

Il rumore presenta componenti predominanti alle alte frequenze nella fase di avvicinamento e componenti predominanti alle basse frequenze in fase di allontanamento. Un turbo-jet che si muove verso l’osservatore produce inizialmente un rumore provocato dal compressore, mentre sulla verticale risulta decisiva l’incidenza del rumore dei gas di scarico, che diventa massima poco dopo il superamento della verticale stessa.

Al contrario, un aereo a turbo-fan viene sentito come rumore del fan in arrivo e soprattutto oltre la verticale finché si inizia a sentire il rumore del getto di scarico dei gas.

Decollo e atterraggio: l’effetto dell’attenuazione

Inoltre vanno anche considerati altri due fattori influenzanti la diversità del rumore percepito nelle varie zone: la diversità dello spettro tra operazioni di decollo e di atterraggio e l’effetto di attenuazione dell’atmosfera.

Per quanto riguarda la diversità dello spettro tra operazioni di decollo e di atterraggio, in figura 1 sono mostrati a titolo esemplificativo gli spettri a 1/3 di banda di ottava per il decollo di un aereo commerciale a reazione comandato da quattro motori a turbo-fan, misurate a 5500 m dall’inizio del decollo con l’aereo ad un’altezza di circa 350m. 

All’approssimarsi dell’aereo vi è una componente alle alte frequenze (2000 Hz), dovuta all’aria che entra nel motore. Al passaggio sulla verticale, tale componente inizia a diminuire, mentre aumentano quelle a bassa frequenza (sotto i 500 Hz) e al contempo è presente una componente ad alta frequenza prodotta dagli scappamenti del fan (3150 Hz).

Dopo il passaggio dell’aereo il rumore presenta come dominante le basse frequenze dovute allo scappamento dei gas di scarico, dalle quali dipende anche la sua lunga persistenza nel tempo.

Per il medesimo aereo in fase di atterraggio, la durata del rumore risulta minore di quella di decollo. Le alte frequenze sono più pronunciate sia in avvicinamento che sulla verticale, in quanto l’aereo si trova più vicino al suolo, mentre le componenti a bassa frequenza sono minori in seguito ai minori valori di potenza del motore, producendo così meno rumore.

L’effetto di attenuazione dell’atmosfera assume importanza in quanto il rumore che si propaga all’aperto decresce di intensità con l’aumento della distanza tra sorgente e ricevente. In figura 2 sono schematizzati i valori approssimativi di dispersione del rumore di aeromobile.

Tale attenuazione viene misurata in dB e dipende dall’incidenza di diversi meccanismi, principalmente la divergenza geometrica a partire dalla sorgente, l’assorbimento di energia acustica da parte dell’aria, la presenza di vegetazione, le condizioni meteorologiche come vento e gradienti di temperatura e la presenza di barriere naturali e artificiali.

L’attenuazione dovuta alla divergenza geometrica a partire dalla sorgente è di circa 6 dB al raddoppio della distanza.  La potenza sonora generata dai motori del velivolo si ripartisce sulla superficie di una sfera in rapporto alla direttività della sorgente stessa e, aumentando il raggio della sfera con la propagazione dell’onda, l’energia si diluisce su una superficie sempre maggiore, con conseguente riduzione del livello sonoro lungo l’asse che collega la sorgente al ricettore. La direttività dei motori e la traiettoria della sorgente fanno sì che nel punto di osservazione non cambi solo il livello durante il sorvolo, ma anche lo spettro.

L’attenuazione dovuta all’assorbimento di energia acustica da parte dell’aria in cui le onde sonore si propagano dipende dal fatto che essa venga gradualmente trasformata in energia termica soprattutto attraverso meccanismi di vibrazione delle molecole di ossigeno, provocando il cosiddetto assorbimento atmosferico. L’assorbimento risulta tanto più elevato se la frequenza del rumore si avvicina alla frequenza di rilassamento delle molecole, la quale dipende dalla temperatura e dall’umidità dell’aria ed è proporzionale alla distanza intercorrente tra sorgente e ricevitore.

L’attenuazione dovuta alla presenza di vegetazione risulta sensibile quando sia la sorgente che l’osservatore si trovano a distanza ridotta dal suolo. Alberi e vegetazione bassa forniscono infatti una leggera attenuazione per effetto schermo, mentre per frequenze inferiori ai 1000Hz contribuiscono essenzialmente per effetto suolo, rendendo il terreno più poroso con le radici.

Al contrario, fattori come vento, gradienti di temperatura e turbolenze atmosferiche possono influire in maniera rilevante attraverso le loro fluttuazioni. In particolare, la velocità del vento cresce normalmente con la quota e l’osservatore in direzione del vento riceve alti livelli sonori, mentre in caso contrario il rumore potrà subire un’attenuazione fino a 20 dB. I gradienti di temperatura influiscono in quanto la velocità del suono è una funzione crescente con la temperatura dell’aria.

La turbolenza atmosferica è invece spesso localizzata in prossimità dello strato di inversione termica e, combinata con questo, produce una rifrazione del raggio sonoro. Si può ottenere un’attenuazione anche tramite barriere naturali o artificiali, interponendo un qualsiasi corpo solido relativamente opaco alla trasmissione sonora che impedisca la vista in linea retta da sorgente a ricevente; in questo caso l’effetto migliore si raggiunge impiegando materiali fonoassorbenti con superficie rivolta verso la sorgente e alla sommità della barriera.

Ricerca Futuro n°14, dicembre 1999

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