Trasporto urbano su ferro e rumore: un fenomeno da non trascurare

Il trasporto pubblico locale su ferro a trazione elettrica ha tanti pregi e nel nostro paese andrebbe maggiormente incentivato e valorizzato perché rappresenta una soluzione ecosostenibile. E’ però un dato di fatto che questi sistemi di trasporto generano rumore e vibrazioni di diversa entità e comunque non trascurabili.

tram-trasporto-pubblico-romaRumore e vibrazioni non possono essere eliminati dal trasporto su ferro in quanto generati proprio dal contatto tra due elementi essenziali del sistema, realizzati dello stesso materiale e fortemente rigidi: ruote e rotaie.

E’ però possibile utilizzare diversi metodi di mitigazione che agiscono sia sull’infrastruttura che sul veicolo, sia al momento della progettazione che della manutenzione di ciò che è  già in esercizio.

La prima vicenda da sottolineare  è che gli aspetti di rumore e vibrazioni devono essere tra gli input già nelle prime fasi progettuali, al fine di ridurre al minimo la loro generazione e propagazione  e limitare l’uso delle barriere o protezioni, troppo spesso considerate come unica soluzione possibile e che invece sono soluzioni da estrema ratio e peraltro anche piuttosto costose.

Il rumore e le vibrazioni generate da un veicolo che si muove su ferro va diviso in due categorie:

1. “groundborne” cioè quello trasmesso attraverso il suolo;

2. “airborne” cioè quello trasmesso attraverso l’aria.

Il primo  è sostanzialmente un fenomeno vibratorio con frequenze tra i  30 a i 200 Hz che genera anche  rumore nelle zone circostanti la sede ferroviaria.

Il secondo è rumore vero e proprio generato più esplicitamente dal veicolo e solamente in piccola parte dall’infrastruttura, che si propaga direttamente nell’aria con  frequenze tra i 400 e i 6000 Hz.

Il primo fenomeno è più importante nelle linee sotterranee, il secondo è prevalente nei nelle linee di superficie o in sopraelevata. Ma nel caso di tracciati che sfiorano edifici sensibili il problema è quasi identico Tram_ATM_storico_1503nei due casi.

Il livello di generazione e di conseguenza il livello di inquinamento, può dipendere da vari fattori: dal carico assiale, dalla composizione del rodiggio, dal tipo di sospensioni, dalla velocità, dal tipo di armamento, dai raggi di curvatura. Nel caso di impianti e veicoli in esercizio da tempo si aggiunge la qualità della manutenzione, l’eventuale circolazione di veicoli diversi e vetusti ecc. Rumore di tipo Airborne

L’airborne si distingue in:

1. frequenze medie dovute al rumore di rotolamento connesso alle  marezzature o più generiche imperfezioni di rotaie e ruote.  Questo tipo di rumore è il più diffuso e problematico, e di più difficile soluzione. Una buona manutenzione di rotaie e cerchioni consente di ridurre drasticamente la generazione di questo tipo di rumore, ma la molatura ha costi notevoli e riduce la vita utile dell’infrastruttura. Ma per i sistemi leggeri  è un metodo molto efficace anche con molature delle rotaie di pochi decimi ogni 12-24 mesi. Lunghi intervalli tra i cicli di molatura invece, portano ad un aumento di rumore, vibrazioni (e quindi anche di rumore di tipo groundborne), diminuzione del livello di servizio e confort passeggeri e la formazione di deformazioni plastiche più profonde delle rotaie, con necessità di interventi molto più massicci.  La molatura è  indubbiamente il primo metodo di lotta al rumore da rotolamento.

2. frequenze alte, associate alle curve di raggio ridotto, per:

a. contatto di bordino su rotaia esterna. Questi fenomeni sono tipici per curve a raggio stretto, con difetto di sopraelevazione. In sostanza, ove la accelerazione non compensata raggiunge valori di limite, il veicolo tende a porsi in condizioni continue di contatto, e questo porta necessariamente a doppio contatto, con strisciamento. Questo fenomeno avviene anche per curve di raggio non strettissimo (per esempio per i tram anche R100m) e può essere contrastato con l’adozione di sistemi di lubrificazione di bordo o di terra;

b. fenomeni di slittamento del cerchione sulla rotaia interna (o bassa), dovuti al calettamento fisso delle ruote sull’asse. In questo caso, che si verifica in campo tramviario per curve inferiori ai 150m, l’unica soluzione trenitaliapossibile è quella di modificare il coefficiente di frizione del cerchione. Tuttavia occorre intervenire senza inficiare la capacità di frenatura del veicolo, e pertanto si utilizzano prodotti ad hoc – detti modificatori di frizione – spesso a base di acqua. In effetti, l’acqua stessa risulta essere il miglior rimedio contro questo tipo di rumore, che quindi tende a scomparire nelle giornate di pioggia o alta umidità;

c. fenomeni di contatto di retro-bordino con la contro-rotaia delle rotaie a gola, questi ultimi sono dovuti essenzialmente ad una eccessiva usura della rotaia esterna (o di guida) o ad un cattivo controllo dello scartamento da parte del sistema di armamento. Il contatto di retro-bordino pone non tanto una questione di rumore, ma di sicurezza. Infatti e’ erroneamente chiamata contro-rotaia, mentre è più calzante il nome inglese di “keeper”, perché ha la funzione di mantenere gli strati stradali di finitura fuori dalla corsa del bordino. Per quanto riguarda il tema del rumore, esistono dispositivi di bordo per ungere il retro-brodino anche se il loro utilizzo in campo tramviario è porta un beneficio ma anche dei rischi per la circolazione stradale;

d. vi sono poi fenomeni di rumore puntuale per giunti, saldature approfondite o sporgenti, deviatoi  o incroci.  Questi ultimi fenomeni sono dovuti appunto ad elementi puntuali e possono essere risolti con una adeguata manutenzione o, nel caso dei giunti isolanti o dei cuori dei deviatoi, con una progettazione adeguata.

Il binario su piastra

Negli ultimi 30 anni si sono diffusi soprattutto nel settore ferroviario classico sistemi di armamento di tipo moderno, in una prima fase con modifica dei materiali ma concezione tradizionale, traverse in cemento, prima monoblocco e poi biblocco, in una seconda fase con il concetto di piastra di armamento. Questi sistemi, dei quali ne esistono diverse tecnologie, la PACT inglese, la STEDEF francese, la RHEDA tedesca, e quella italiana di ITALFERR, sono nate innanzitutto per  contrastare le enormi azioni derivanti dall’aumento della velocità dei convogli, ma anche ridurre gli interventi di manutenzione e  le sospensioni del servizio per la manutenzione stessa.

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Questi sistemi con il tempo sono stati adottati anche per i sistemi urbani, ma con degli  effetti sul rumore abbastanza negativi soprattutto per  le tratte suburbane di tranvie e metropolitane dove la velocità è superiore, fino agli  80 km/h, con binario aperto su piastra in cls. In questi casi si combinano almeno quattro effetti negativi:

1. la velocità elevata con alto rumore di rotolamento;

2. la maggior probabilità di marezzatura dovuta alla rigidezza della piastra ed alla flessibilità dei tappetini sottorotaia,

3. la minor rigidezza degli attacchi per bilanciare la maggior rigidezza della piastra rispetto al ballast e quindi una maggior trasmissione delle vibrazioni all’interno della rotaia,

4. la riflessione del rumore airborne generato da veicolo e armamento, da parte della piastra.

Per ovviare a questi problemi sono sperimentati due sistemi di riduzione del rumore, di cui uno per ridurre la generazione e propagazione, ed uno la trasmissione.

Nel primo caso sono stati utilizzati ammortizzatori da rotaia su un tratto sperimentale di 100m; nel secondo caso sono stati posati materassini fonoassorbenti in gomma riciclata  su 100m di doppio binario. E’ in corso la pianificazione di un ulteriore test con un prodotto in gomma riciclata fonoassorbente migliorato. I sistemi ammortizzatori di rotaia sono largamente disponibili sul mercato e sono ormai standardizzati per diverse 40007tipologie di rotaia. Vengono agganciati intorno all’anima della rotaia, con ganasce metalliche o in materiale sintetico. Hanno un peso notevole, e quindi incrementano la massa sospesa delle rotaie, aumentando la capacità assorbente delle vibrazioni che altrimenti rimarrebbero nelle rotaie. Il costo di questi sistemi e’ significativo e richiedono un programma specifico di ispezioni e manutenzione per non inficiare la sicurezza della circolazione ferroviaria. L’adozione è pertanto limitata alle tratte con particolari necessita’, ad esempio su tratte in prossimità di punti sensibili

Rumore di tipo Groundborne e Vibrazioni

Il groundborne noise e’ invece principalmente dovuto all’interfaccia ruota-rotaia e alle vibrazioni da essa generate e poi trasmesse al terreno.

E’ generalmente associato a sistemi più pesanti da 14-15 tonnellate per asse e a percorsi sotterranei, ove le vibrazioni, se non appropriatamente ammortizzate, vengono trasmesse dalle opere civili sotterranee direttamente agli strati di terreno (o peggio, roccia) e da queste alle fondazioni degli edifici sovrastanti.

Al fine della riduzione del groundborne noise, oltre a quegli interventi prima descritti per limitare l’insorgere di airborne noise, utili anche per quest’altro problema, è utile  separare elasticamente il sistema di armamento dal piano di posa. Questo si ottiene tramite l’utilizzo di materassini, molle, sistemi flottanti o per mantenere la frequenza propria del sistema più bassa possibile ed aumentare l’effetto ammortizzatore, ponendo attenzione però a non  amplificare la risonanza. In campo urbano, nel caso per esempio di binario allettato con rotaie a gola, sono molti oggi i produttori che propongono l’utilizzo di “camicie” in gomma riciclata o non, o di veri e propri blocchetti, da installare alla base e lateralmente alle rotaie a gola.

Un secondo beneficio di questi sistemi risiede nella semplicità di sostituzione di rotaie allettate senza dover necessariamente rimuovere gli strati di pavimentazione stradale o distruggere la soletta strutturale in calcestruzzo. Tuttavia, la stabilità delle rotaie e del giunto strada-rotaia ha dimostrato in molti noti casi di essere il punto debole di questi sistemi, specialmente in sede condivisa con traffico pesante stradale.

Dal punto di vista del rumore, questi sistemi consentono di ottenere risultati solo parziali, se si vogliono ottenere risultati più significativi e mantenere un buono standard di stabilità delle rotaie e del giunto stradale, occorre ricorrere a sistemi flottanti su materassini continui. Esistono infine sistemi di tipo “mass-spring” ove essenzialmente la massa è ancora più elevata

In conclusione è dovere fondamentale  del progettista di individuare lo smorzamento che si vuole ottenere, e scegliere la soluzione che meglio risponda al desiderato, fare dovute simulazioni e prove in corso di costruzione con dei piccoli tratti di prova, e fare eseguire i necessari collaudi sia del materiale che della posa in opera.


About

Classe 1955, è un ingegnere dei trasporti laureato nel 1980 e ha sempre lavorato nel settore. Dirigente Generale dello Stato dal 1998, ha ricoperto vari incarichi di alto prestigio: direttore generale del Trasporto Pubblico Locale, Capo Dipartimento del trasporto aereo e marittimo, Presidente al Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, Commissario Straordinario di governo presso la Presidenza del Consiglio, Direttore dell’Agenzia Nazionale della Sicurezza delle Ferrovie. Appassionato del suo mestiere e di tutto quello che fa cultura, ha avuto tante esperienze anche nel campo della pianificazione territoriale e dei trasporti, negli aspetti gestionali ed economico-finanziari, nei rapporti con la Comunità Europea. Professore a contratto presso l’Università di Roma La Sapienza in corsi e master di Trasporti. BLOGGER DI WILD ITALY


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