Nuovo metodo sull’impatto acustico prodotto da rumore aereoportuale

di Luciano ROCCO (1), Solange SAURO (2)
(1) Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università degli Studi di Firenze
(2) Libero Professionista

1. PREMESSA
Il problema del rumore aeroportuale si manifestò all’improvviso all’inizio degli anni ’60, in concomitanza con l’entrata in servizio degli aerei con motori a reazione dell’Aviazione civile.
Il motivo che determinò le proteste anche molto dure da parte dei residenti nelle aree in prossimità degli aeroporti è che vennero immessi in servizio un gran numero di questi nuovi aerei con l’emissione del rumore totalmente diverso da quello emesso dai precedenti apparecchi con propulsori a elica.
Il rumore generato da aeromobili nelle fasi di decollo, atterraggio, rullaggio e prove motori investe inevitabilmente i territori circostanti gli aeroporti, disturbando i residenti.
L’inquinamento da rumore aeronautico, emerso fin dagli anni ’60 come il maggiore problema fonte di conflittualità fra le infrastrutture aeroportuali ed i residenti, rimane tuttora nonostante i molti cambiamenti nel frattempo intervenuti. L’abbassamento da 10 a 15 dB dei livelli di rumore dei grandi aeromobili dell’Aviazione commerciale dovuto alla insonorizzazione dei motori turbogetto puro seguita dalla introduzione dei motori a basso Rapporto di Diluizione e quindi da quelli ad Alto Rapporto di Diluizione è un esempio della notevolissima evoluzione che si è verificata nella capacità di rispetto ambientale sotto l’aspetto acustico della flotta aerea. Nel recente passato i motori a getto ad alto rapporto di diluizione di nuova generazione a seguito dello sviluppo di nuove tecnologie tendenti alla riduzione contemporanea del consumo di combustibile, del rumore e delle emissioni gassose potranno consentire ulteriori opportunità per il miglioramento dell’ambiente.

2. METROLOGIA DEL RUMORE AERONAUTICO
A differenza degli altri tipi di rumore urbano il rumore prodotto dal sorvolo di aeromobili proviene dall’alto e pertanto investe gli ambienti abitativi da tutte le parti; ne discende pertanto la necessità di separare il rumore prodotto dagli aeromobili da quello prodotto dalle altri sorgenti di rumore urbano, in particolare dalle sorgenti di superficie, queste ultime causa dominante sulle aree in prossimità delle stesse.
Il rumore prodotto dal sorvolo di aeromobili è inoltre caratterizzato da sporadici eventi sonori durante i quali esso si manifesta superando nettamente quello presente nel resto del tempo e la cui durata intesa come il tempo durante il quale il rumore dell’aeromobile è avvertibile rispetto al rumore di fondo può variare da 10 a 30 secondi per posizioni vicine alle traiettorie di volo fino a circa 100 secondi per posizioni lontane. Per gestione del rumore aeronautico sul territorio si è inteso finora il concetto di mantenere destinazioni d’uso del territorio compatibili con la protezione del benessere e delle persone che vi risiedono.
L’assunto che finora è stato alla base di tale tipo di gestione è che l’effetto dell’eccessivo rumore aeronautico sia correlato al Livello Giorno Notte LDN (media su base energetica dei Livelli istantanei nell’arco delle 24 ore, con penalizzazione per gli eventi serali e notturni), indice prescritto dalla normativa della legislazione europea ed il limite massimo della esposizione giornaliera è stato stabilito in LDN = 60 dBA in ambiente esterno al di sotto del quale si assume che non esistono effetti negativi sulla salute ed il benessere delle persone indotti dal traffico aeroportuale. Tale limite però non è assolutamente in grado di garantire la protezione del sonno e quindi della salute delle persone all’interno delle residenze, in quanto i corrispondenti livelli massimo a finestra chiusa che si raggiungono all’interno delle abitazioni con le normali strutture di confine (finestre e pareti) sono tali da interferire pesantemente con il sonno.
Questa notevole diversità nell’ammontare della interferenza con il sonno indotta dal rumore del traffico aereo dimostra in primo luogo che la reazione di risveglio è di gran lunga la più importante causa di disturbo sulle persone che risiedono in prossimità di un aeroporto ed in secondo luogo che la metrica di esposizione al rumore espressa da LDN non è idonea ad essere correlata con l’interferenza con il sonno.
3. SVILUPPO COERENTE CON L’AUMENTO DELLA DOMANDA
Il problema del rumore ambientale sul territorio in prossimità degli aeroporti limita pesantemente l’espansione del traffico aereo e della attività della infrastruttura, e ciò mentre l’incremento del traffico aereo appare dunque inarrestabile con tassi di crescita globale superiori a quelli di qualsiasi altro comparto produttivo.
È il momento dunque di riconoscere che il problema del rumore in prossimità degli aeroporti non può essere risolto come generalmente fatto finora limitando la capacità operativa e lo sviluppo delle infrastrutture del trasporto aereo, con il risultato finale di spostare da un aeroporto all’altro le conseguenze negative della crescita del traffico aereo e fra le quali quella dell’inquinamento acustico.
Occorre invece considerare come realisticamente inevitabile uno sviluppo coerente con la domanda del mercato di un aeroporto fino alla saturazione della sua capacità operativa e di conseguenza anche inevitabile l’inquinamento acustico dell’ambiente stesso che a tale sviluppo consegue. Su questa base, invece di agire sul contenimento del rumore, che con l’aumento del traffico aereo viene col tempo sistematicamente annullato, occorre vedere se ci sono altre soluzioni atte a risolvere in via definitiva il problema della protezione della salute e del benessere delle persone, non solo come costituenti comunità, ma anche come singoli individui. Occorre pertanto affrontare il problema con una nuova filosofia totalmente diversa sia sotto l’aspetto metrologico che operativo, prendendo in seria considerazione, oltre che le reazioni delle popolazioni esposte al rumore nel loro insieme, anche quelle delle singole persone; ciò richiede per prima cosa di individuare quale sia l’effetto negativo più critico indotto sulle persone dal rumore del traffico aereo.
I vari effetti negativi del rumore prodotti dal traffico aereo sono raggruppabili nei seguenti gruppi ordinati secondo valori decrescenti del livello di rumorosità, oltre i quali gli effetti si manifestano:
• Interferenza con l’ascolto del parlato
• Sensazione generica di disturbo
• Interferenza con il sonno ed il riposo in generale
• Interferenza con il riposo • Effetti indiretti sulla salute.
Tali effetti si manifestano essenzialmente negli ambienti interni quali abitazioni, uffici, ospedali e scuole.
Gli effetti indiretti sulla salute sono in gran parte causati dalle interferenze del rumore con il sonno ed il riposo; quindi, eliminando tale interferenza, automaticamente si eliminano anche tutti gli effetti ad essa connessi; l’interferenza con il sonno peraltro inizia a manifestarsi a livelli molto bassi del rumore ambientale (LAeq ≥ 35 dBA) e dipende soprattutto dall’incremento di livello dovuto ai picchi di rumore.
Per gestione del rumore aeronautico sul territorio si è inteso finora il concetto di mantenere destinazioni d’uso del territorio compatibili con la protezione del benessere e della salute delle persone che vi risiedono.
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L’assunto che finora è stato alla base di tale tipo di gestione è che l’effetto dell’eccessivo rumore aeronautico sia correlato al Livello Giorno Notte LDN (media su base energetica dei Livelli istantanei nell’arco delle 24 ore, con penalizzazione per gli eventi serali e notturni), indice prescritto dalla normativa della legislazione europea ed il limite massimo della esposizione giornaliera è stato stabilito in LDN = 60 dBA in ambiente esterno al disotto del quale si assume che non esistano effetti negativi sulla salute ed il benessere delle persone indotti dal traffico aeroportuale. Tale limite però non è assolutamente in grado di garantire la protezione del sonno e quindi della salute delle persone all’interno delle residenze, in quanto i corrispondenti livelli massimi a finestra chiusa, che si raggiungono all’interno delle abitazioni con le normali strutture di confine durante una operazione di volo sono tali da interferire pesantemente con il sonno.
Che l’interferenza con il sonno sia il più pesante effetto negativo prodotto dalle operazioni di volo in ore notturne, emerge con chiara evidenza dal classico lavoro di T.J. Schultz [1] sulla stima del disturbo prodotto sulle persone dal rumore di tutti i tipi di trasporto di superficie ed aereo. Questa notevole diversità nell’ammontare della interferenza col sonno indotta dal rumore del traffico aereo dimostra in primo luogo che la reazione di risveglio è di gran lunga la più importante causa di disturbo sulle persone che risiedono in prossimità di un aeroporto e in secondo luogo che la metrica di esposizione al rumore espressa da LDN non è idonea ad essere correlata con l’interferenza con il sonno.
Occorre anzitutto analizzare perché l’interferenza con il sonno ed in genere col riposo rappresenta l’effetto più critico prodotto dal rumore del traffico aereo sulle persone. Il rumore prodotto da operazioni di volo di aerei in partenza ed in arrivo in un aeroporto è un rumore marcatamente intermittente, caratterizzato da molto ampie fluttuazioni, essendo costituito da una successione di improvvisi eventi di rumore che emergono per un breve lasso di tempo sul rumore di fondo, raggiungendo un livello massimo molto elevato e che quindi rapidamente decrescono fino a confondersi con il rumore di fondo.
Il profilo temporale di rumore tipico di un sorvolo di aereo è pertanto formato da una rampa di salita molto ripida del livello di pressione sonora fino ad un valore massimo seguito da una rampa di discesa altrettanto ripida; è proprio questo tipo di andamento temporale del rumore, la causa principale della sua interferenza con il riposo notturno, in quanto responsabile del risveglio delle persone durante il loro sonno.

4. LE MISURE DI CONTENIMENTO DEL RUMORE
Ciò premesso, come tutti i problemi di rumore, anche quello che si riferisce al rumore aeronautico può essere affrontato da diverse direzioni adottando varie misure che, a seconda che abbiano effetto sulle sorgenti o sul ricevitore, possono essere classificate in misure di difesa attiva o di difesa passiva, come le seguenti:
Misure di difesa attiva
• Riduzione del rumore alla sorgente, attraverso lo sviluppo di nuovi motori più silenziosi.
• Adozione di procedure antirumore di decollo e di atterraggio.
Misure di difesa passiva
• Restrizioni operative del traffico aeroportuale, limitando il numero dei movimenti giornalieri degli aeromobili più rumorosi, oppure escludendo, i movimenti notturni.
• Vincoli generali sullo sviluppo delle attrezzature aeroportuali in modo da evitare un aumento della capacità operativa di un aeroporto.
• Protezione acustica degli edifici ricettori.
Analizzando nel dettaglio l’efficacia delle singole misure di contenimento del rumore sulla protezione del sonno e del riposo delle persone residenti in prossimità di un aeroporto, emerge quanto segue.
Le principali sorgenti del rumore aeronautico sono costituite dai motori a reazione dei grandi velivoli da trasporto dell’Aviazione Commerciale ed è appunto a seguito della introduzione all’inizio degli anni ’60 sulle principali linee aeree di tale tipo di velivoli equipaggiati con motori turbogetto puro che il problema si è come detto manifestato. Sin da allora la tecnologia aeronautica ha indirizzato i propri sforzi al contenimento delle emissioni del rumore dei motori a getto, sia mediante lo sviluppo di tecniche di insonorizzazione dei motori esistenti, ma soprattutto con la realizzazione di motori di tipo completamente nuovo meno rumorosi, realizzazione sollecitata anche dalla concomitante tendenza a disporre di maggiori spinte e di più elevanti rendimenti. Questa circostanza portò prima alla produzione dei motori turbofan multistadio a basso rapporto di diluizione, poi alla produzione dei motori turbofan monostadio ad alto rapporto di diluizione, questi ultimi addirittura con livelli di emissione sonora inferiori fino a 5 dB ai limiti più stringenti, quelli del Capitolo 3″ dell’Annesso 16, della Certificazione Acustica elaborata dall’ICAO e con una riduzione dunque di circa 15 dB rispetto alla emissione sonora dei motori a reazione della “prima generazione”, i turbogetto puro.
Questo motore rappresentò dunque la “terza generazione” dei motori a getto, capace di erogare con contenuta emissione di rumore elevatissime spinte unitarie fino a 250 kN, con un maggiore rendimento propulsivo. Ciononostante, i grandi velivoli dell’aviazione commerciali equipaggiati con tale tipo di motori continuano ad essere tali da poter ancora interferire abbondantemente con il riposo ed il sonno delle persone. Per quanto riguarda l’evoluzione dei motori aeronautici verso una ulteriore riduzione della loro rumorosità, al momento attuale sono ipotizzabili, con il potenziale tecnologico disponibile, solo ulteriori contenute riduzioni dell’ordine di 3÷4 dB. Tali riduzioni però saranno possibili solo con l’affinamento delle tecniche di insonorizzazione dei motori, dato che l’evoluzione della turbina a gas dei motori aeronautici a getto verso rendimenti propulsivi maggiori e quindi verso più contenute emissioni di rumore, ha raggiunto ormai con i motori a getto di “terza generazione”, un plafond difficilmente superabile; per i prossimi 20 anni, durata della vita operativa minima degli aerei che adesso escono di fabbrica, le persone che risiedono in prossimità degli aeroporti dovranno pertanto ancora convivere con emissioni di rumore dovute al trasporto aereo poco diverse da quelle attuali, né si può sperare di ottenere una soluzione anche parziale al problema della interferenza con il sonno con una riduzione del rumore aeronautico alla sorgente ottenuto mediante l’adozione di procedure antirumore. La protezione acustica in corrispondenza del ricettore, costituito dall’ambiente interno di un edificio, in modo da evitare qualunque interferenza con il sonno ed il riposo dei residenti può essere realizzata, senza particolari problemi tecnici, con le tecnologie di insonorizzazione degli edifici attualmente disponibili. Le strutture di confine con l’esterno andranno dimensionate acusticamente, come nel seguito esposto, in base alla rumorosità esterna, presente o prevista, ed al limite di rumorosità interna atto a proteggere il sonno ed il riposo; ovviamente il dimensionamento va fatto a finestre chiuse e pertanto nella protezione acustica dovrà essere previsto anche un impianto di climatizzazione completo di ventilazione forzata operativo durante tutto l’anno. Tale misura se estesa a tutti i ricettori interessati dal rumore aeroportuale comporta i seguenti vantaggi:
• le persone, sia come singoli che comunità, possono godere della protezione del sonno in qualunque ora del giorno ed in qualunque periodo dell’anno e tale protezione è valida fino al massimo sviluppo della capacità operativa dell’aeroporto;
• la realizzazione della protezione acustica del sonno e del riposo consente automaticamente anche la protezione verso tutti gli altri effetti negativi del rumore, effetti che si manifestano a livelli di rumore più alti di quelli che danno luogo ad interferenza col sonno;
• lo sviluppo naturale dell’aeroporto potrebbe avvenire senza limiti e restrizioni né operative né di tipi di aerei seguendo la domanda di trasporto aereo con notevoli vantaggi economici;
• le procedure antirumore di decollo e di atterraggio, che comunque comportano una riduzione dei margini di sicurezza del volo, non avrebbero più ragione di essere.
5. CALCOLO DELLA PROTEZIONE ACUSTICA DELL’AMBIENTE ABITATIVO INTERNO
Definito il Livello interno ed il Livello esterno per l’ambiente che risulta più esposto al rumore aeronautico, si calcola, mediante le espressioni qui di seguito esposte, il valore limite inferiore dell’Isolamento Acustico normalizzato DnTA in dBA, che devono presentare le strutture di confine per contenere il disturbo da rumore nei limiti assunti [3] con la seguente espressione :
DnTA = LpASmax(esterno) – LpASmax( interno) (dBA )
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A questo punto si passa al calcolo dell’Isolamento acustico normalizzato DnTA delle strutture di confine di progetto o esistenti per poterne confrontare con il valore limite inferiore di Isolamento acustico normalizzato DnTA come sopra determinato. Individuato il livello di rumore massimo nell’ambiente esterno si procede anzitutto a calcolare, sempre per l’ambiente che risulta più esposto, il Potere fonoisolante RA in dBA di ciascuna delle strutture di confine con l’esterno, basandosi su dati sperimentali riportati in certificazioni acustiche di elementi costruttivi di edifici, su dati di letteratura o infine su stime ottenute con il calcolo, integrato o meno con dati sperimentali disponibili per elementi strutturali analoghi; le strutture di confine degli altri ambienti vengono poi acusticamente dimensionate come le strutture dell’ambiente più esposto. I dati delle certificazioni acustiche effettuate in conformità alla normativa UNI EN ISO 717-1 [4] sono quelli più completi poiché consentono di ricavare direttamente col calcolo il Potere fonoisolante RA in dBA; infatti tali certificazioni devono fornire sempre il valore dell’Indice di valutazione del Potere fonoisolante RW in dB, il Termine C di adattamento allo Spettro 1 e il Termine Ctr di adattamento allo Spettro 2 dell’elemento strutturale sperimentato. Il termine C ed il termine Ctr sono stati definiti infatti, per tener conto dell’andamento in frequenza degli spettri di emissione delle più comuni sorgenti di rumore e consentire di scegliere fra i due termini di adattamento allo spettro quello più appropriato; i due spettri sono ponderati A ed il loro livello globale è normalizzato a 0 dBA. Per il rumore aeronautico l’andamento in frequenza dello Spettro 2 caratterizza bene l’emissione di aeromobili con motori a getto ed a elica a lunga distanza e pertanto è indicato per le operazioni di decollo mentre l’andamento dello Spettro 1 va bene per motori a getto a breve distanza e pertanto è più indicato per le operazioni di atterraggio.