ITMI20010183A1

ITMI20010183A1 - Dispositivo e metodo di rilevazione della rumorosita' e porosita' degli asfalti

Info

Publication number: ITMI20010183A1
Authority: IT
Inventors: Claudio Osele
Original assignee: A P I C E S R L
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2002-08-01
Also published as: DE60116042T2; EP1229327A2; ES2254302T3; EP1229327B1; DE60116042D1; EP1229327A3

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo:

“DISPOSITIVO E METODO DI RILEVAZIONE DELLA RUMOROSITÀ E POROSITÀ DEGLI ASFALTI”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo e a un metodo di rilevazione della rumorosità e porosità degli asfalti, particolarmente atto ad essere impiegato per monitorare la condizione dell’asfalto costituente il tappeto di usura di strade, autostrade e simili.

La rumorosità data dall’asfalto è attualmente misurata con diversi metodi. E noto un sistema che impiega microfoni posti a distanza prefissata dalla carreggiata autostradale per misurare il rumore prodotto dal traffico. Tale sistema ha il difetto di misurare il rumore in quel determinato momento, in quel sito, con quel traffico e non è in grado di dare indicazioni su quanto influisce il tipo di asfalto nella misura. Con questo sistema viene misurato principalmente il rumore della corsia più vicina al microfono e non si riesce a determinare il rumore delle altre corsie. La prova di misura non è ripetibile in quanto le condizioni “ambientali” non sono ripetibili.

Un altro sistema noto prevede microfoni posti davanti e/o di lato e/o dietro ad una ruota di un carrello insonorizzato per misurare il rumore di rotolamento della ruota. Tale sistema sfrutta carrelli monoruota, non previsti da alcune legislazioni stradali nazionali, quale quella italiana. Tali carrelli monoruota necessitano di scorta adeguata e non possono circolare ad elevata velocità.

Un altro sistema di per sé noto prevede un carrello con altoparlanti che emettono un segnale acustico ad una frequenza nota verso l’asfalto e microfoni che ricevono tale segnale acustico misurando la rumorosità residua. Tale sistema non misura il rumore prodotto, bensì quanto rumore è in grado di assorbire l’asfalto. Inoltre la velocità di campionamento e di acquisizione di dati relativa a tale sistema è molto bassa.

Per misurare la drenabilità e porosità dell’asfalto sono noti diversi metodi. Drenabilità e porosità sono legate tra loro. Infatti non vi può essere drenabilità senza che l’asfalto abbia delle porosità in cui l’acqua può scorrere.

Per misurare la drenabilità di un asfalto si utilizza il sistema comunemente noto con il nome “cilindro belga”. Tale sistema prevede di riempire un cilindro di acqua e posizionarlo sull’asfalto. In questo modo si può misurare il tempo impiegato da una quantità nota d’acqua per defluire dal cilindro, disperdendosi nelle cavità dell’asfalto. Naturalmente per effettuare la misura si deve chiudere la corsia al traffico ed il responso della misura è relativo al solo sito in cui è stata effettuata.

La porosità di un asfalto viene misurata con il sistema detto della “altezza in sabbia”. Tale sistema utilizza un raggio laser per misurare quanto sono profonde le cavità dell’asfalto. Il raggio laser non misura tutto lo strato del drenante contenuto nell’asfalto. Infatti tale misura viene effettuata solo fino alla prima ostruzione trovata dal raggio laser. Quindi tale metodo non è in grado di rilevare se sotto la prima cavità esistono delle altre cavità che consentono drenaggio.

E altresì noto un sistema, ideato dalla stessa richiedente, che prevede di misurare sia la rumorosità che la porosità dell’asfalto ponendo un microfono dietro una ruota di un carrello che si muove velocemente lungo l’asfalto e valutando lo spettro ottenuto dal segnale acustico rilevato dal microfono.

Tale sistema di misura, detto “misura ad alto rendimento”, si basa su un carrello a due ruote, in cui su una ruota del carrello viene posizionato un trasduttore di posizione e sulla ruota destra del carrello viene posizionato un microfono. I dati rilevati dal trasduttore e dal microfono vengono accorpati, compattati e resi disponibili su un foglio di calcolo per avere una misura della rumorosità e porosità dell’asfalto lungo il percorso effettuato dal carrello.

Anche tale sistema presenta degli inconvenienti e limitazioni.

La misurazione di rumorosità e porosità si riferisce ad una striscia di asfalto pari alla larghezza dell’impronta della ruota del carrello e la ruota del carrello viaggia generalmente a circa un metro di distanza dal limite destro della corsia di marcia. L’utente finale utilizza i dati ottenuti da tale sistema e tende a dimenticare le limitazioni precedentemente descritte, conseguentemente considera, come estesa a tutta la carreggiata, la situazione rilevata solo sul lato destro della corsia analizzata. Conseguentemente questo sistema di rilevamento pone incertezze sui dati rilevati.

In Fig. 1 viene mostrato un tratto rettilineo di una sede autostradale che presenta una pendenza trasversale, verso destra, pari al 2,5%. In presenza di asfalto drenante lo scorrimento dell’acqua sposta lo sporco presente nella corsia di sorpasso e nella corsia di marcia, lungo la pendenza, verso la parte più in basso. In alcuni casi lo sporco non defluisce verso l’esterno ma resta sedimentato tra la corsia di marcia e la corsia di emergenza. Poiché il punto di misura è a circa un metro dal ciglio destro della corsia di marcia, la misurazione risulta penalizzata dalla presenza dello sporco. In questo caso lo spettro rilevato dall’ apparecchiatura indicherà una presenza di sporco e quindi una scarsa porosità che corrisponde esattamente alla situazione rilevata.

Dai dati rilevati, la situazione dell’intera carreggiata potrebbe essere:

sporca a destra e pulita a sinistra per il ragionamento appena esposto, oppure

sporca a destra ed anche a sinistra, perché vi è in atto un degrado ed un’usura di tutta la pavimentazione. In questo secondo caso l’occlusione della porosità rilevata sul lato destro andrebbe giustamente estesa a tutta la carreggiata.

In conclusione, considerate le variabili del fenomeno, un solo punto di misura situato sul lato destro della corsia di marcia non si può estendere all’intera carreggiata.

Come mostrato in Fig. 2, durante una curva destrorsa, aumenta la pendenza della carreggiata verso destra ed il problema precedente si ripresenta. Vi è anche il problema che gli autoarticolati tendono a “tagliare la curva” e le orme create dal loro passaggio si concentrano a destra. Sovente esiste anche un appiattimento dell’asfalto operato dall’aumento di carico sulle ruote interne rispetto al raggio di curvatura del veicolo.

La posizione della ruota del carrello in cui è posizionato il microfono di misurazione è tale che lo spettro rilevato dal microfono segnala, anche in questo caso, una occlusione dei pori dell’asfalto, esattamente nel punto di misurazione, ma probabilmente non coincidente con il resto della carreggiata.

Anche in questo caso la situazione va analizzata come in precedenza. La carreggiata potrebbe essere sporca a destra e pulita a sinistra per il ragionamento appena esposto, oppure sporca a destra ed anche a sinistra perché vi è in atto un degrado ed un’usura di tutta la pavimentazione e in questo secondo caso la segnalazione dell’occlusione della porosità rilevata sul lato destro andrebbe giustamente estesa a tutta la carreggiata.

Da tutto ciò si evince che anche in questo caso con un solo punto di misura non vi è la certezza dei dati rilevati ed il fenomeno di chiusura dei pori potrebbe interessare o non interessare tutta la carreggiata.

Come mostrato in Fig. 3, una curva sinistrorsa prevede una pendenza verso sinistra. La corsia di marcia si trova più in alto della corsia di sorpasso e la ruota di misurazione può trovarsi nella zona più pulita del tracciato. In questo caso lo spettro rilevato segnala la presenza di pori aperti nell’asfalto. Tale misura però non è estensibile al resto della carreggiata. Infatti potrebbero esserci dei problemi di chiusura dei pori nella corsia di sorpasso, che si stanno estendendo anche alla corsia di marcia, ma essendoci la misurazione solo al limite destro della corsia di marcia non si è in grado di rilevare il fenomeno.

Scopo della presente invenzione è di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota fornendo un dispositivo di rilevazione della rumorosità e porosità dell’asfalto che sia efficiente, versatile, pratico e di semplice realizzazione.

Questo scopo è raggiunto, in accordo all’invenzione, con le caratteristiche elencate nell’annessa rivendicazione indipendente 1.

Altro scopo della presente invenzione è di fornire un metodo di rilevazione della rumorosità e porosità dell’asfalto che sia preciso ed affidabile.

Questo scopo è raggiunto, in accordo all’invenzione, con le caratteristiche elencate nell’annessa rivendicazione indipendente 8.

Realizzazioni vantaggiose dell’ invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Il dispositivo e metodo di rilevamento della rumorosità e porosità dell’asfalto, secondo l’invenzione, si basano sull’utilizzo di un carrello dotato di due ruote, in cui in una ruota è posizionato un trasduttore di posizione e in ciascuna delle due ruote è posizionato un microfono per la rilevazione del segnale acustico proveniente dal rumore tra ruota e asfalto.

Tal sistema presenta diversi vantaggi.

La misurazione avviene a velocità costante ed il limite massimo della velocità di avanzamento del carrello è dato dal codice stradale.

Non sono necessarie né chiusure temporanee di corsie né scorte al carrello ed il traffico può scorrere normalmente anche durante l’esecuzione della prova non influenzandone il risultato.

In seguito vengono messi in evidenza i vantaggi del sistema di rilevazione a due microfoni secondo l’invenzione rispetto al sistema di rilevazione ad un microfono secondo la tecnica nota.

Nel sistema di rilevazione secondo l’invenzione, il primo microfono è posizionato vicino alla prima ruota di misura del carrello che viaggia a circa un metro di distanza dal limite destro della corsia e il secondo microfono è posizionato vicino alla seconda ruota di misura del carrello che viaggia a circa un metro di distanza dal limite sinistro della corsia. Il risultato più evidente è il raddoppio dei dati ottenuti, poiché i due microfoni rilevano più fonti di rumore distinte e distanziate tra loro.

In caso di dati omogenei, cioè la sovrapposizione delle curve degli spettri ricavati dalle due fonti sonore, è logico pensare che anche la zona tra i due punti misurati si comporti come i due punti misurati. Conseguentemente, in questo caso, la zona di misurazione non è più pari alla larghezza del pneumatico utilizzato, come nella misurazione con un microfono, ma per dati omogenei diventa pari alla distanza tra le estremità delle due ruote. Vale a dire si ottiene una zona di misura larga quasi dieci volte la zona di misura ottenuta con il sistema della tecnica nota.

Per le tre situazioni viste prima, tratto rettilineo, curva destrorsa e curva sinistrorsa, non esiste più differenza di analisi in quanto la misurazione non avviene più sul lato destro, ma anche sul lato sinistro, quindi non vi è più dubbio sull’interpretazione dei dati rilevati.

Se sia il microfono di destra che il microfono di sinistra segnalano nell’asfalto la presenza di pori chiusi, si è in presenza di un degrado riguardante l’intera corsia.

Se sia il microfono di destra che il microfono di sinistra segnalano nell’asfalto la presenza di pori aperti, si è in presenza di una situazione ottimale riguardante l’intera corsia.

Se il microfono di destra segnala nell’asfalto la presenza di pori chiusi e il microfono di sinistra segnala la presenza di pori aperti, si è in presenza di un problema localizzato solo sul lato destro della corsia.

Se il microfono di destra segnala nell’asfalto la presenza di pori aperti e il microfono di sinistra segnala la presenza di pori chiusi, si è in presenza di un problema localizzato sul lato sinistro della corsia non rilevabile con il sistema della tecnica nota che utilizza un solo microfono sulla ruota destra del carrello.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma puramente esemplificativa e quindi non limitativa di realizzazione, illustrata nei disegni annessi, in cui:

la Fig. 1 è una vista schematica mostrante dal retro un’autovettura trascinante un carrello sul quale è montato un dispositivo di rilevazione della rumorosità e porosità dell’asfalto secondo la tecnica nota, l’autovettura e il carrello viaggiano su un tratto rettilineo di autostrada mostrato in sezione;

la Fig. 2 è una vista schematica simile a Fig. 1, in cui l’autovettura e il carrello viaggiano su un tratto di curva destrorsa di autostrada mostrato in sezione;

la Fig. 3 è una vista schematica simile a Fig. 1, in cui l’autovettura e il carrello viaggiano su un tratto di curva sinistrorsa di autostrada mostrato in sezione;

la Fig. 4 è una vista schematica simile a Fig. 1, in cui sul carrello è montato un dispositivo di rilevazione della rumorosità e porosità dell’asfalto secondo l’invenzione;

la Fig. 5 è uno schema a blocchi illustrante la catena di acquisizione dati del dispositivo di rilevazione della rumorosità e porosità dell’asfalto secondo l’invenzione.

Con l’ausilio delle Figg. 4 e 5 viene descritto il dispositivo di rilevazione della rumorosità e porosità dell’asfalto secondo l’invenzione.

In Fig. 4 viene illustrata un’autovettura 1 che viaggia su un fondo stradale 2 sul quale è depositato uno strato di asfalto 3. L’autovettura 1 traina a rimorchio un carrello 4 supportato da due ruote 5, 5’ dotate di pneumatici con una circonferenza di almeno 1,75 metri ed una larghezza pari o superiore a 160 mm per avere una adeguata impronta al suolo. Le due ruote 5, 5’ montano pneumatici identici.

Dietro ad ogni ruota 5, 5’ del carrello è posizionato un microfono 7, 7’ che prevede un trasduttore acustico-elettrico. Il trasduttore acustico-elettrico rileva la pressione acustica relativa al contatto pneumatico - asfalto, trasformando il fenomeno fisico (pressione acustica) in segnale elettronico analogico (segnale acustico).

Le posizioni dei microfoni 7, 7’ rispetto alla fonte del rumore sono identiche. La distanza dei microfoni 7, 7’ dalle rispettive ruote 5, 5’ è tale che la misurazione non è influenzata dalla vicinanza di altre fonti di rumore.

Come mostrato nello schema a blocchi di Fig. 5, le uscite del segnale analogico proveniente dai microfoni 7, 7’ sono collegate a rispettivi preamplificatori di segnale 8, 8’ che consentono di filtrare ed amplificare i segnali elettrici analogici provenienti dai microfoni 7, 7’.

I due preamplificatori di segnale 8, 8’ sono collegati a due canali di ingresso di un analizzatore di spettro multicanale 10 dotato di grande capacità di memoria. In questo modo i segnali elettrici analogici provenienti dai microfoni 7, 7’, filtrati e amplificati dai preamplificatori di segnale 8, 8’, vengono inviati, in tempo reale, all’analizzatore di spettro 10.

Con riferimento a Fig. 4, sulla ruota sinistra 5 del carrello 4 è montato un trasduttore di posizione 6 che è in grado di rilevare l’avanzamento del carrello 4. Il trasduttore di posizione 6 ad ogni giro della ruota 5 trasmette un segnale analogico di on/off. Il trasduttore di posizione 6 rileva i giri della ruota 5 ed in conformità ai giri rilevati emette in uscita un segnale analogico.

Come mostrato nello schema a blocchi di Fig. 5, il trasduttore di posizione 6 è collegato direttamente ad un canale di ingresso dell’analizzatore di spettro 10. In questo modo, l’analizzatore di spettro 10 memorizza il numero di giri compiuti dalla ruota 5 e in base alla circonferenza della ruota 5 si risale alla distanza percorsa dal carrello 4.

I dati acquisiti dall’analizzatore di spettro 10 nel corso della misurazione sono successivamente elaborati al fine di estrarre le informazioni necessarie alla valutazione finale.

Per consentire una corretta valutazione, sia quantitativa sia qualitativa delle emissioni sonore rilevate, i microfoni 7, 7’ sono collegati all’analizzatore di spettro 10 e i dati rilevati non sono memorizzati su supporti di registrazione (DAT o altro) che potrebbero alterare i valori trasmessi.

In particolare, prima di procedere all’ accorpamento dei dati provenienti dal trasduttore 6 con i dati provenienti dai microfoni 7, 7’ per la determinazione dei valori corrispondenti alle progressive chilometriche, vengono effettuati dei controlli. A tale scopo l’analizzatore di spettro 10 prevede dei canali d’ingresso aggiuntivi per l’ingresso di dati provenienti da tali controlli.

In particolare vengono eseguiti i controlli relativi alla:

velocità istantanea di percorrenza del tratto,

presenza o meno di elementi di disturbo (che vengono segnalati sui canali aggiuntivi dell’analizzatore di spettro),

verifica dei capisaldi di riferimento per la sincronizzazione delle progressive stradali.

Successivamente i dati ricevuti dall’analizzatore di spettro 10 vengono compattati, georeferenziati e resi disponibili in formato utilizzabile con fogli di calcolo. Tali dati sono sempre suddivisi per canale di acquisizione e quindi per fonte sonora.

L’analizzatore di spettro prevede un’uscita collegabile ad un processore. In questo modo, per scaricare i dati rilevati, saltuariamente l’analizzatore di spettro può essere collegato ad un processore 11 provvisto di un software atto alla lettura di fogli di calcolo. I fogli di calcolo possono essere visualizzati tramite un video 12 collegato al processore Il e possono essere stampati in formato cartaceo tramite stampante 13 o plotter 14 collegati al processore 11.

Nella singola riga del foglio di calcolo sono disponibili varie informazioni, quelle con maggiore importanza sono:

- la progressiva a cui si riferisce la misura;

- il canale di acquisizione (che identifica la posizione della ruota di misura nell’ambito della corsia);

- lo spettro della misura (espresso in dBa e presente per ciascuna banda di 1/3 d’ottava);

- il livello equivalente pesato “A” (vale a dire pesato secondo il filtro di tipo “A” che assimila la risposta dell’orecchio umano, riducendo gli infrasuoni e gli ultrasuoni acquisiti dalla strumentazione) espresso in dBa; e

- l’indice di porosità.

L’indice di porosità è un indice per valutare l’apertura o la chiusura dei pori dell’asfalto e conseguentemente la sua capacità fonoassorbente.

Un tappeto bituminoso tradizionale a poro chiuso presenta uno spettro con il massimo di intensità centrato tra i 1.250 Hz ed i 1.600 Hz , mentre un tappeto di tipo drenante fonoassorbente, e quindi a poro aperto, presenta il picco a cavallo tra gli 800 Hz ed al massimo i 1.000 Hz.

Tramite elaborazione matematica dei valori numerici acquisiti per ciascun terzo di ottava si ricava un parametro di porosità al quale viene dato un punteggio numerico. Più basso è il punteggio del parametro di porosità, più l’asfalto presenta pori aperti e quindi più è simile ad un tappeto drenante fonoassorbente. Più alto è il punteggio del parametro di porosità, più l’asfalto presenta pori chiusi e quindi più è simile ad un tappeto tradizionale.

La presente descrizione si è riferita specificatamente ad un dispositivo che prevede due microfoni associati rispettivamente alle due ruote di un carrello. Tuttavia si può prevedere anche un carrello o un altro mezzo di locomozione con più di due ruote. In questo caso il dispositivo secondo l’invenzione comprenderà più microfoni associati rispettivamente alle ruote del carrello o del mezzo di locomozione.

Alla presente forma di realizzazione dell’invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio, alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di rilevazione della rumorosità e porosità degli asfalti caratterizzato dal fatto di comprendere: almeno due microfoni (7, 7’) associati rispettivamente ad almeno due ruote (5, 5’) di un mezzo di locomozione (4), in modo da poter rilevare la pressione acustica provocata dal contatto tra i pneumatici delle ruote (5, 5’) e l’asfalto (3) sul quale avanza il mezzo di locomozione, un trasduttore di posizione (6) atto a rilevare l’avanzamento del mezzo di locomozione sull’asfalto (3), e un analizzatore di spettro (10) multicanale collegato alle uscite dei microfoni (7, 7’) e del trasduttore di posizione (6) per analizzare i segnali provenienti dai microfoni (7, 7’) e dal trasduttore di posizione (6) ed emettere in uscita dati relativi alla rumorosità e porosità del tratto di asfalto percorso.
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto mezzo di locomozione è un carrello (4) a due ruote (5, 5’) atto ad essere trainato da un veicolo (1).
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che tra detti microfoni (7, 7’) e detto analizzatore di spettro (10) sono interposti rispettivi preamplificatori di segnale (8, 8’) atti a filtrare e amplificare il segnale proveniente dai microfoni (7, 7’).
4. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto analizzatore di spettro (10) prevede canali di ingresso aggiuntivi per l’ingresso di segnali di controllo ottenuti dal controllo sulla: velocità istantanea di percorrenza del tratto, presenza o meno di elementi di disturbo alla rilevazione della pressione acustica, e verifica dei capisaldi di riferimento per la sincronizzazione delle progressive stradali.
5. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto trasduttore di posizione (6) è associato ad una ruota (5) di detto mezzo di locomozione (4) per rilevare i giri di detta ruota durante il suo avanzamento.
6. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto analizzatore di spettro (10) prevede un’uscita atta ad essere collegata ad un processore (11) per lo scaricamento dei dati provenienti da detto analizzatore di spettro (10).
7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto processore (11) è collegato ad un video (14) per visualizzare i dati relativi alla rumorosità e porosità dell’asfalto e a una stampante (13) o plotter (12) per stampare su supporto cartaceo detti dati relativi alla rumorosità e porosità dell’asfalto.
8. Metodo di rilevazione della rumorosità e porosità degli asfalti comprendente i seguenti passi: rilevamento della pressione acustica relativa al contatto tra asfalto e almeno due pneumatici di un mezzo di locomozione che avanza sull’asfalto, rilevamento del percorso di avanzamento del mezzo di locomozione, e analisi spettrale dei segnali indicativi della pressione acustica rilevata e del percorso di avanzamento effettuato in modo da ottenere dati indicativi della rumorosità e porosità del tratto di asfalto percorso.
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che viene effettuato un controllo sulla: velocità istantanea di percorrenza del tratto, presenza o meno di elementi di disturbo alla rilevazione della pressione acustica, e verifica dei capisaldi di riferimento per la sincronizzazione delle progressive stradali.