studio di pavimentazioni per la riduzione del rumore generato dal traffico stradale

La tesi dottorato è stata finalizzata allo studio di pavimentazioni stradali a bassa emissione sonora in modo da fornire agli enti gestori e ai progettisti delle infrastrutture di trasporto strumenti validi e alternativi per la formulazione di miscele per strati di usura a bassa emissione sonora, senza comprometterne le prestazioni meccaniche e i livelli di aderenza. Allo stesso tempo si è cercato di fornire una migliore comprensione del campo sonoro generato dalla corrente veicolare e caratterizzato da una notevole complessità a causa delle notevoli variabili che governano i fenomeni della generazione e della propagazione del campo sonoro. Una migliore comprensione dei fenomeni coinvolti si rende indispensabile per individuare le più idonee ed efficienti strategie di intervento in grado di soddisfare contemporaneamente le specifiche definite singolarmente dai dispositivi normativi, al fine di ottimizzare le risorse necessarie all’espletamento degli obblighi di legge. In questa tesi l’attenzione è stata riposta nei confronti di quelle caratteristiche delle pavimentazioni che rivestono un ruolo preponderante sul rumore veicolare: la tessitura e la porosità. Attenzione rivolta anche all’effetto combinato della tessitura e dell’assorbimento acustico, i cui effetti in alcune tipologie di pavimentazioni possono contrapporsi, mentre le massime efficienze acustiche per una pavimentazione vanno ricercate proprio nell’ottimizzazione di queste due caratteristiche degli strati superficiali che giocano un ruolo fondamentale sul rumore generato all’interazione pneumatico-pavimentazione. La tesi di dottorato si articola in due parti. Nella prima parte è illustrato lo stato della tecnica delle pavimentazioni a bassa emissione sonora, evidenziando l’influenza delle caratteristiche della tessitura delle superfici chiuse e dell’assorbimento acustico delle pavimentazioni fonoassorbenti sul rumore da rotolamento. L’attenzione è stata rivolta anche all’effetto combinato della tessitura e dell’assorbimento acustico, i cui effetti in alcune tipologie di pavimentazioni possono contrapporsi, mentre le massime efficienze acustiche per una pavimentazione vanno ricercate proprio nell’ottimizzazione di queste due caratteristiche degli strati superficiali che giocano un ruolo fondamentale sul rumore generato all’interazione pneumatico-pavimentazione. Infine, è stata proposta una disamina delle diverse tipologie di pavimentazioni che oggigiorno vengono impiegate per il contenimento del rumore, indicando i problemi connessi alla loro costruzione e manutenzione. Nella seconda parte della tesi viene affrontato lo studio dei seguenti temi: • definizione di una procedura di analisi per la corretta valutazione della macrotessitura delle pavimentazioni stradali. Dato il ruolo preponderante che la macrotessitura svolge sull’interazione pneumatico-piano di via, l’obiettivo è stato quello di individuare un parametro sintetico che sia effettivamente rappresentativo della macrotessitura. Inoltre, è stata individuata fra le possibili metodologie di analisi dei profili stradali quella che consente di ottenere le condizioni di equivalenza tra valori di macrotessitura ottenuti con i metodi volumetrico e profilometrico. Infine, è stata valutata la potenzialità dell’utilizzo di un profilometro mobile per eseguire rilievi di macrotessitura in continuo ai fini sia della pianificazione degli interventi di manutenzione sia dei controlli prestazionali sugli strati finiti dei manti di usura di nuova realizzazione. • Validazione di un modello teorico microstrutturale di previsione delle caratteristiche fonoassorbenti di conglomerati bituminosi ad elevata porosità in funzione delle caratteristiche compositive delle miscele. Questo modello teorico microstrutturale di previsione delle caratteristiche fonoassorbenti si basa su una analogia elettro-acustica, in cui la struttura interna di un conglomerato bituminoso viene schematizzata come una successione di pori ed aperture. Per la calibrazione del modello, sono stati confezionati in laboratorio numerosi provini di conglomerato bituminoso ad elevata percentuale di vuoti aventi diverse composizioni granulometriche e diverse percentuali di bitume. Sui provini così confezionati sono state eseguite le misure di assorbimento acustico con tubo di Kundt ad onde stazionarie e si è proceduto alla stima delle dimensioni dei pori e delle aperture del modello teorico in modo da riprodurre gli assorbimenti misurati. L’obiettivo dello studio è stato quello di determinare delle leggi che mettano in relazione le dimensioni dei pori e delle aperture con le caratteristiche compositive e volumetriche delle miscele. Ciò permette di avere una stima, già in fase di progetto, di quelle che saranno le prestazioni fonoassorbenti dei conglomerati bituminosi in sito, dalla conoscenza delle sole caratteristiche volumetriche e compositive delle miscele, in modo tale da poter intervenire già in questa fase su tali caratteristiche per avere pavimentazioni stradali a bassa emissione sonora. • Studio della possibilità dell’impiego di argilla espansa, in parziale sostituzione degli aggregati naturali, per la realizzazione di strati di usura a bassa emissione sonora in ambito urbano. Con riferimento alle varie soluzioni tecnologiche per la realizzazione di pavimentazioni stradali a bassa emissione sonora, le usure fonoassorbenti a struttura aperta sono quelle che consentono di ottenere una maggiore riduzione dei livelli di rumore emessi dai veicoli stradali, ma tale soluzione si adatta poco al contesto urbano, in cui le basse velocità medie di percorrenza portano ad un rapido intasamento delle usure fonoassorbenti con la necessità di interventi di pulizia e/o di rigenerazione piuttosto costosi e frequenti nel tempo. Per questi motivi è stato posto l’obiettivo di valutare la possibilità di utilizzare percentuali di argilla espansa in sostituzione di aggregati naturali per la realizzazione di strati di usura a bassa emissione sonora di tipo chiuso e di definirne le caratteristiche prestazionali in modo che essi possano costituire una valida alternativa, dal punto di vista della compatibilità ambientale e della economicità, per l’impiego in ambito urbano rispetto all’utilizzo di conglomerati fonoassorbenti a struttura aperta. La caratterizzazione di tale miscela con argilla espansa è avvenuta mediante prove di laboratorio e attraverso la realizzazione di una stesa sperimentale nella città di Pisa che ha permesso di valutare l’evoluzione e la stabilità nel tempo delle sue prestazioni in opera in termini di caratteristiche superficiali (aderenza e tessitura) e prestazioni acustiche. • Studio di una relazione tra parametri di tessitura delle pavimentazioni stradali e rumore da rotolamento. In letteratura tecnica sono presenti varie relazioni tra parametri di tessitura e livelli di rumore. Alcune di queste relazioni si riferiscono al campo della macro e megatessitura (indice di Huschek) mentre altre tengono conto anche del campo delle irregolarità (progetto CEE-TINO). L’obiettivo è stato quello di individuare una relazione tra livelli di tessitura di pavimentazioni stradali di tipo chiuso ed i livelli di rumore da rotolamento registrati con il Close Proximity method (CPX), in modo da individuare quale campo della tessitura fosse correlato positivamente alle emissioni di rumore. Da un’analisi spettrale dei profili stradali acquisiti con profilometro laser su una serie di siti sperimentali sono state determinate le distribuzioni delle ampiezze alle varie lunghezze d’onda. Tali valori sono stati poi correlati a parametri di intensità sonora ricavati su ciascun sito da misure con il metodo CPX