Reduceren van trillingen en geluid afkomstig van spoorinfrastructuur in een stadsomgeving

Transcriptie

1 Reduceren van trillingen en geluid afkomstig van spoorinfrastructuur in een stadsomgeving Bert Stallaert D2S International CSJ244, Antwerpen, 26 februari Overzicht Trillingen Basisbegrippen Meting Wetgeving Modellering Voorbeelden van mitigerende maatregelen Geluid Basisbegrippen Meting Wetgeving Modellering Mitigerende maatregelen CSJ244, Antwerpen, 26 februari

2 Deel 1 - Trillingen Basisbegrippen CSJ244, Antwerpen, 26 februari Propagatie van trillingen in gebouwen Trillingen Structuurgeluid CSJ244, Antwerpen, 26 februari

3 Trillingsgeneratie CSJ244, Antwerpen, 26 februari Basisbegrippen Trillingsbeweging van de grond X A t [s] x ( t), amplitude A V B t [s] dx v ( t) =, amplitude B dt B = A.ω 1 ω = 2π f 1. 1 B ω 1 ω k ω = m = = f1 50 Hz 317 CSJ244, Antwerpen, 26 februari

4 Basisbegrippen Amplitude met: = 20 *log Lv 10 L v het snelheidsniveau in decibel v de snelheidsamplitude v ref de referentie-snelheidsamplitude Bij uitdrukken van een grootheid in decibel, moet steeds een referentie gespecifieerd worden. Aanvaarde referenties voor trillingssnelheid zijn: 1*10-6 in/s in de VS 1*10-8 m/s in Duitsland 5*10-8 m/s in Frankrijk 1*10-9 m/s elders (ISO) v v ref CSJ244, Antwerpen, 26 februari Menselijke gewaarwording Richtwaarden 0.1 mm/s Gevoelsgrens mm/s Zwak voelbaar > 0.8 mm/s Voelbaar > 1.6 mm/s Duidelijk voelbaar 0.1 mm/s = 100 db (ISO) CSJ244, Antwerpen, 26 februari

5 Deel 1 - Trillingen Meting CSJ244, Antwerpen, 26 februari Trillingsmeting Locatie Hinder: plaats van meeste hinder Structurele schade: op structurele elementen CSJ244, Antwerpen, 26 februari

6 Trillingsmeting Evaluatie V5 [KBF] Tijdsdomein - frequentiedomein KBF (KBFmax: 0.22) OVERALL LEVEL [db] 1/3 OCTAVE BAND RMS LEVEL [db] Level versus time sum /3 OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY [Hz] CSJ244, Antwerpen, 26 februari Max.Spectrum V db(re.1e-009m/s) V db(re.1e-009m/s) Point : Overall TIME [s] 1/3 OCTAVE BAND RMS LEVEL [db] Leq.Spectrum V1 db(re.1e-009m/s) V2 db(re.1e-009m/s) V /115.0 db(re.1e-009m/s) V2 87.7/100.5 db(re.1e-009m/s) Point : Overall/SEL 40 sum /3 OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY [Hz] Deel 1 - Trillingen Wetgeving CSJ244, Antwerpen, 26 februari

7 Wetgeving Hinder voor personen in gebouwen Structurele schade Apparatuur Structuurgeluid CSJ244, Antwerpen, 26 februari Courante criteria - hinder DIN [1] ISO [1] [2] BS 6472 (vibration dose value) [1] [2] FTA (APTA) criteria (US)(ook voor structuurgeluid) [1] [1] vereist meting binnenin het gebouw tijdens voertuigpassage [2] indicatieve limieten Limieten zijn afhankelijk van Type gebouw Activiteit Dag / nacht Gebruik van 100 db criterium (gevoelsgrens) voor residentiële gebowen, aangezien hogere limieten aanleiding geven tot voelbare trillingen CSJ244, Antwerpen, 26 februari

8 DIN KB waarde Elke 30 seconden: maximale waarde Specifieke aspecten spoorvoertuigen CSJ244, Antwerpen, 26 februari DIN CSJ244, Antwerpen, 26 februari

9 Structurele schade DIN Amplitude (mm/s) Maximum Gebouwtypes: 1 industrieel 2 woningen 3 gevoelige gebouwen CSJ244, Antwerpen, 26 februari Apparatuur FTA CSJ244, Antwerpen, 26 februari

10 FTA criteria (hinder / structuurgeluid) CSJ244, Antwerpen, 26 februari Deel 1 - Trillingen Modellering CSJ244, Antwerpen, 26 februari

11 ISO Richtlijnen voor trillingsstudie Beïnvloedende parameters: identificatie van relevante parameters verzamelen van waarden Evaluatiecriteria: nationale normen of richtlijnen definitie van evaluatie site(s) en te meten parameter(s) Metingen: keuze van een predictiemodel en inputparameters verzamelen van site-afhankelijke informatie voor model, rekening houdend met criteria Predictie: evaluatie van te verwachten niveau(s) Evaluatie: toetsing van predictie aan criteria bepalen van performantie van mitigerende maatregelen Mitigerende maatregelen: bepalen van mogelijke mitigerende maatregelen algemeen ontwerp van geselecteerde oplossing kosten/batenanalyse Oplossing: gedetailleerde ontwerpstudie uitvoering van de oplossing en meting van de performantie CSJ244, Antwerpen, 26 februari Beschrijving van de bron 1. voertuigsnelheid v 2. massa voertuig, m C 3. massa bogie, m B 4. niet-afgeveerde massa, m W 5. wielruwheid 6. railruwheid 7. impedantie van de rail 8. equivalent model van rail support 9. equivalent model van spoorbed / tunnel 10. impedantie van de ondergrond CSJ244, Antwerpen, 26 februari

12 Invloedsfactoren 1. bron 2. propagtie 3. ontvanger De componenten van bron / propgatie / ontvanger zijn onderling afhankelijk. CSJ244, Antwerpen, 26 februari Invloedsfactoren - bron CSJ244, Antwerpen, 26 februari

13 Invloedsfactoren - propagatie CSJ244, Antwerpen, 26 februari Invloedsfactoren - ontvanger CSJ244, Antwerpen, 26 februari

14 Modellering General vibration assessment (FTA) Eenvoudige benadering Globale niveaus Invloedsfactoren: compensatie op globaal niveau Gedetailleerde studie Modellering van bron / propagatie / ontvanger Spectrale analyse CSJ244, Antwerpen, 26 februari General vibration assessment (FTA) CSJ244, Antwerpen, 26 februari

15 General vibration assessment (FTA) CSJ244, Antwerpen, 26 februari General vibration assessment (FTA) CSJ244, Antwerpen, 26 februari

16 Frankrijk Afstand spoor / gebouwen Vereiste trillingsisolatie in vergelijking met stijf betonspoor 12 m - > 7 m - < 12 m 10 db 7 m 20 db CSJ244, Antwerpen, 26 februari Gedetailleerde trillingsanalyse voorbeeldstudie Clementinalaan Gent CSJ244, Antwerpen, 26 februari

17 Methodologie gedetailleerde trillingsanalyse Het weerhouden spoorsysteem voor de Clementinalaan is het CDM modulix systeem Volgende stappen werden uitgevoerd ter bepaling van de te verwachten trillingsniveaus bij doortocht van de Hermelijntram (= tram Siemens MGT6)op de referentiesnelheid: trillingsmetingen bij trampassage op voorziene spoorsysteem op bestaande referentielokatie (Albertlaan) karakterisering van het spoorbevestigingssysteem op deze lokatie Identificatie van het krachtspectrum van deze tram/spoor combinatie opmeten van grondkarakteristieken (Clementinalaan) berekenen van de te verwachten trillingsniveaus (grond en woningen) CSJ244, Antwerpen, 26 februari Trillingsmetingen bij trampassage op referentielokatie Passages van trams Op verschillende afstanden van buitenste rail Frequentiespectra Gemiddelde en maximale spectra db re.1e-9m/s B853 De Lijn Gent Estimation of Fv Hermelijn AVERAGED Measured Lv MAX f rom f ile: av gsb.mat 1m 4.4m 8.4m 12.4m 16.4m 20,4m L v K 1/3 OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY (HZ) db re.1e-9m/s AVERAGED Measured Fv LEQ 1m 4.4m 8.4m 12.4m 16.4m 20,4m K 1/3 OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY (HZ) CSJ244, Antwerpen, 26 februari

18 Opmeten transfertfuncties in zelfde meetpunten op referentielokatie TM line Vibration level due to impakt force F2F1 F2A08B08 1m 4.8m 6.74m 10.12m 10.12m 30 (db re.1e-9m/s/n) /3 OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY (HZ) CSJ244, Antwerpen, 26 februari Equivalente dynamische kracht (wiel/rail)voor de tram-spoorcombinatie op ref. snelheid L = L F v TM line B853 De Lijn Gent Estimation of Fv Hermelijn Calculated Fv MAX f rom: av gsb.mat and TMLF2.mat 1m 4.8m 6.7m m av erage 50 db re.1n K 1/3 OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY (HZ) Calculated Fv LEQ 1m 4.8m 6.7m 10.1m av erage 50 db re.1n K 1/3 OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY (HZ) CSJ244, Antwerpen, 26 februari

19 Meting van transferfuncties tussen bron en receptiepunten in Clementinalaan CSJ244, Antwerpen, 26 februari Ontvanger Koppeling en amplificatie Voor typische woningen Albertlaan-Clementinalaan (oudere herenhuizen) Grond-structuur koppeling Amplificatiecurve CSJ244, Antwerpen, 26 februari

20 Ontvanger Voor standaard gebouw (Kortrijksesteenweg) (recentere appartementsgebouwen) koppeling [db] amplificatie [db] /3 octaafband RMS niveau [db] /3 octaafband RMS niveau [db] /3 octaafband centrum frequentie [Hz] 1/3 octaafband centrum frequentie [Hz] Grond-structuurkoppeling Amplificatiecurve CSJ244, Antwerpen, 26 februari Berekening van te verwachten trillingsniveaus in Clementinalaan met voorziene tram-spoor simulatie voorziene afstand tussen sporen en gevels TML-functie gebruikt voor simulatie toelaatbare afstand [m] [m] Recht spoor 40 km/h ~11.8 S1 16 Wissel 30 km/h ~11.8 S1 18 Recht spoor 40 km/h ~11.8 S2 17 Recht spoor 40 km/h ~6.5 S3 9 CSJ244, Antwerpen, 26 februari

21 Geselecteerde trillingsreducerende oplossing: vlottende spoorbaan 20 Vibration level due to impakt force LIc19c20 10 Insertion loss 0 (db re.1e-9m/s/n) /3 OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY (HZ) CSJ244, Antwerpen, 26 februari Berekende trillingsniveaus met vlottende spoorbaan simulatie voorziene afstand tussen sporen en gevels TML-functie gebruikt voor simulatie toelaatbare afstand [m] [m] Recht spoor 40 km/h ~11.8 S1 9 Wissel 30 km/h ~11.8 S1 11 Recht spoor 40 km/h ~11.8 S2 10 Recht spoor 40 km/h ~6.5 S3 4 CSJ244, Antwerpen, 26 februari

22 Deel 1 - Trillingen Voorbeelden van mitigerende maatregelen CSJ244, Antwerpen, 26 februari Specifieke wiel/rail fenomenen Wiel Flats Onrondheid slijpen / draaien CSJ244, Antwerpen, 26 februari

23 Specifieke wiel/rail fenomenen Rail golfslijtage: oplossing: slijpen CSJ244, Antwerpen, 26 februari Specifieke wiel/rail fenomenen Wissels Trillingen +10dB in vergelijking met recht spoor solution: Floating slab or : 1. moveable point frog CSJ244, Antwerpen, 26 februari

24 Specifieke wiel/rail fenomenen 2. hybride wissels (ingebed met discrete fixatiepunten) CSJ244, Antwerpen, 26 februari Specifieke wiel/rail fenomenen 3. ingebedde wissel (prefab zonder discrete fixatie) Elastisch vulmateriaal CSJ244, Antwerpen, 26 februari

25 Rolexcitatie Redenen voor hoge trillingsniveaus: Kleine afstand tussen spoor en gebouw Hoge transmissie in de grond licht gebouw Hoge koppeling tussen grond en gebouw Hoge amplificatie van trillingen in gebouw Voertuig gerelateerd : hoge snelheid, hoge dynamische excitatie CSJ244, Antwerpen, 26 februari Rolexcitatie Oplossingen voor trillingsproblemen: Ballastspoor: Elastic rail fixation (ERF) Under sleeper pad Ballast mat Floating slabbed (FST) Betonspoor: Elastic rail fixation (ERF) Superelastic rail fixation (SRF) Floating slab (FST) CSJ244, Antwerpen, 26 februari

26 Trillingsmitigerende maatregelen Basisprincipe F m k c F t CSJ244, Antwerpen, 26 februari Undersleeper mat/ballast mat (Brussels) CSJ244, Antwerpen, 26 februari

27 ERF Embedded PREFARAIL System PREFARAIL NP4aS - CLASSIC PREFARAIL NP4aS - COMFORT PREFARAIL UIC60 - CLASSIC - 1/20 PREFARAIL2 NP4aS - COMFORT CSJ244, Antwerpen, 26 februari ERF - PREFARAIL CSJ244, Antwerpen, 26 februari

28 ERF - PREFARAIL Installation CSJ244, Antwerpen, 26 februari ERF - PREFARAIL Installation on site CSJ244, Antwerpen, 26 februari

29 ERF - PREFARAIL CSJ244, Antwerpen, 26 februari ERF Single Elastic Direct Rail Fixation (DS ISO RAIL) CSJ244, Antwerpen, 26 februari

30 ERF Single Elastic Direct Rail Fixation CSJ244, Antwerpen, 26 februari ERF Double Elastic Direct Rail Fixation CSJ244, Antwerpen, 26 februari

31 ERF - Double Elastic Direct Rail Fixation -Site View CSJ244, Antwerpen, 26 februari ERF - Paris, RATP tunnel L13 - Brussels Erasme metro - booted sleeper tracks CSJ244, Antwerpen, 26 februari

32 FST Design Athens metro Case CSJ244, Antwerpen, 26 februari FST Development and Implementation Elastomer testing in lab Plates with elastic strips CSJ244, Antwerpen, 26 februari

33 FST Athens Metro Site View CSJ244, Antwerpen, 26 februari FST - Athens tramway Continuous mat CSJ244, Antwerpen, 26 februari

34 FST Antwerp Tramway Discrete elastomer pads CSJ244, Antwerpen, 26 februari FST Brussels South HST-station Transversal strips CSJ244, Antwerpen, 26 februari

35 FST Brussels South, HST-station CSJ244, Antwerpen, 26 februari FST - Brussels metro Lifting of slab cast on site Installation of longitudinal elastomer CSJ244, Antwerpen, 26 februari 2015 strips under slab 70 35

36 FST - Paris - SNCF Discrete pads Tunnel section CSJ244, Antwerpen, 26 februari SRF Brussels tram tracks CSJ244, Antwerpen, 26 februari

37 SRF - Metro New York City CSJ244, Antwerpen, 26 februari SRF - Metro New York City Comparison after installation of SRF plates CSJ244, Antwerpen, 26 februari

38 SRF Milano metro CSJ244, Antwerpen, 26 februari SRF Brussels Metro insertion loss CSJ244, Antwerpen, 26 februari

39 References Transit Noise and Vibration Impact Assessment, FTA-VA , May 2006 High-speed Ground Transportation Noise and Vibration Impact Assessment, DOT/FRA/ORD- 12/15, September 2012 Railway Noise and Vibration Mechanisms, Modelling and Means of Control, David Thompson, ISBN-13: , 2009 Schall- und Erchütterungsschutz im Schienenverkerh, Friedrich Krüger et.al., ISBN13: , 2006 CSJ244, Antwerpen, 26 februari Deel 2 - Geluid Basisbegrippen CSJ244, Antwerpen, 26 februari

40 Geluid CSJ244, Antwerpen, 26 februari Decibel [db] p L p = 20log p p0 = 2 * Pa CSJ244, Antwerpen, 26 februari

41 Octaafbanden [Hz] CSJ244, Antwerpen, 26 februari Wegingscurven: A CSJ244, Antwerpen, 26 februari

42 Soort geluid continu geluid intermitterend geluid (T > 2 s) impulsachtig geluid (T < 2 s) tonaal geluid (Δoct > 5 db) CSJ244, Antwerpen, 26 februari Equivalent continu A-gewogen geluidsdrukniveau L Aeq,T L Aeq, T T meetperiod P A (t) A-gewogen veranderlijke geluidsdruk referentiegeluidsdruk P 0 () t 2 1 P A = 10log dt T P0 L p L Aeq t CSJ244, Antwerpen, 26 februari

43 Niveau dat N% van de tijd wordt overschreden L AN,T L 1 i 10 L AN, T = 10log10 Fi F i L i percentage van de tijd dat het geluidsdrukniveau in klasse i ligt geluidsdrukniveau in db(a) overeenkomend met klasse i CSJ244, Antwerpen, 26 februari Deel 2 - Geluid Meting CSJ244, Antwerpen, 26 februari

44 Emissie van het voertuig ISO 3095 (2013) Passage constante snelheid specifiek spoor (en ruwheid) Specifieke meetopstelling en parameters CSJ244, Antwerpen, 26 februari Standaard parameter L Aeq L paeq, T T 2 1 p = A 10log T p 0 () t 2 0 dt SEL TEL = T 2 1 p A 10 log T0 0 p T 2 = 1 p A 10 log Tp 0 p () t 2 0 () t 2 0 dt dt T 0 : 1 sec T p : passagetijd CSJ244, Antwerpen, 26 februari

45 Ontvanger (imissie) Niveau voor de gevel: Inclusief reflectie van gevel ( 3 db op 2m) Zonder reflectie ( = invallende golf) Grootheid: L Aeq,1h L Aeq,6-22h and L Aeq,22-6h L den L max? CSJ244, Antwerpen, 26 februari L den (day, evening, night) [db] Gewogen gemiddelde volgens EC directieve L den = 10log *10 Lday *10 Levening *10 Lnight L day L evening L night A-gewogen lange termijn gemiddelde, bepaald over alle dagperiodes van een jaar A-gewogen lange termijn gemiddelde, bepaald over alle avondperiodes van een jaar A-gewogen lange termijn gemiddelde, bepaald over alle nachtperiodes van een jaar CSJ244, Antwerpen, 26 februari

46 Deel 2 - Geluid Wetgeving CSJ244, Antwerpen, 26 februari Wetgeving Belgie: ontvanger Spoorverkeer: geen Vaste installaties (depot, ): regionaal, geklasseerde instellingen Milieu-convenant (Brussels gewest): NMBS: L Aeq,7-22u : 70 (drempel), 65 (doel) dba L Aeq,22-7u : 65 (drempel), 60 (doel) dba MIVB/ delijn: (franse wetgeving) L Aeq,6-22u : 68 (standard), 63 (gevoelig) dba L Aeq,22-6u : 63 (standard), 58 (gevoelig) dba CSJ244, Antwerpen, 26 februari

47 Wetgeving Belgie: ontvanger Milieukwaliteitsnormen Vlaanderen: referentiewaarden Principiële referentiewaarden Gedifferencieerde referentiewaarden L den L night Bonus rail Beleid bonus L den L night Nieuwe woonontwikkeling Nieuwe spoorwegen Bestaande spoorwegen CSJ244, Antwerpen, 26 februari Deel 2 - Geluid Modellering CSJ244, Antwerpen, 26 februari

48 Geluidskartering - stappen Verzamelen van de invoergegevens Voor bronemissiemodellen Voor overdrachtsmodellen Uit de gegevens een model aanmaken Geluidskaart berekenen Resultaten analyseren Presentatie van de resultaten CSJ244, Antwerpen, 26 februari Verzamelen van de gegevens voor emissiemodel spoorwegverkeer CSJ244, Antwerpen, 26 februari

49 Verzamelen van de gegevens voor de propagatie modellen CSJ244, Antwerpen, 26 februari Uit de gegevens een model aanmaken Samenvoegen van GIS gegevens en attributen IMMI is een verticaal GIS: Speciaal voor berekening van lawaaikaarten Verwerkt geografische gegevens Verwerkt alle akoestische en andere noodzakelijke attributen CSJ244, Antwerpen, 26 februari

50 Geluidskaart berekenen Raster definiëren Voor L den /L night op 4 m hoogte CSJ244, Antwerpen, 26 februari Geluidsbelastingskaarten L day L evening L night + L DEN CSJ244, Antwerpen, 26 februari

51 Oppervlakte in diverse geluidscontouren CSJ244, Antwerpen, 26 februari Het aantal blootgestelde personen CSJ244, Antwerpen, 26 februari

52 Outputdata Geluidskaarten Gevelniveaus Statistische resultaten: Oppervlakte in diverse geluidscontouren Aantal blootgestelde personen Aantal woningen/scholen/ziekenhuizen in diverse geluidscontouren CSJ244, Antwerpen, 26 februari Deel 2 - Geluid Mitigerende maatregelen CSJ244, Antwerpen, 26 februari

53 Mitigerende maatregelen Bron Snelheid Railruwheid Propagatie Geluidsschermen CSJ244, Antwerpen, 26 februari Bron Gevoeligheidsanalyse (WR-Noise software) Tramway Voertuigsnelheid: 20 km/h => 80 km/h db Rail pad loss factor: 10% => 50% -1.4 db Aslast: 8 T/as => 12 T/as -0.9 db Stijfheid continue oplegging: 15kN/mm => 60kN/mm db Railruwheid - ISO => ISO + 10dB: +6.9 db ISO + 5 db: +2.9 db ISO - 5 db: -1.5 db ISO - 10 db: -2.2 db Wheel roughness - ISO => ISO - 5dB: -2.1dB CSJ244, Antwerpen, 26 februari

54 Bron Gevoeligheidsanalyse (WR-Noise software) Metro Voertuigsnelheid: 60 km/h => 100 km/h +7.3 db Aslast: 10 T/axle => 14 T/axle db Railruwheid - ISO => ISO +10 db: +7.0 db ISO + 5 db: +3.0 db ISO - 5 db: -1.6 db ISO - 10 db: db Wielruwheid: ISO => ISO - 5dB: db CSJ244, Antwerpen, 26 februari Invloed van railruwheid (na slijpen) 120 Transit vibration exposure levels before and after grinding (7.5 m) Before grinding After grinding TEL [db(re.1e-009m/s)] db 3 db Vehicle speed [km/h] 100 Transit noise exposure levels before and after grinding (7.5 m) Before grinding After grinding TEL [db(a) (re. 2e-005Pa)] db(a) 7.9 db(a) Vehicle speed [km/h] CSJ244, Antwerpen, 26 februari

55 Propagatie: schermwerking Hoog potentieel Beperkt toepasbaar in stedelijke omgeving CSJ244, Antwerpen, 26 februari Schermwerking - voorbeeld Verschil CSJ244, Antwerpen, 26 februari

56 Vragen? CSJ244, Antwerpen, 26 februari