Trillingsonderzoek Rijndijk

Transcriptie

1 Trillingsonderzoek Rijndijk Sporen in Utrecht, km 37.8 tot km 38.2 Opdrachtgever ProRail Ondertekenaar Movares Nederland B.V. ir. P.M. Boon Kenmerk D79-PBO-KA Versie 1.0 Utrecht, 29 juni 2012 Vrijgegeven 2012, Movares Nederland B.V. Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van Movares Nederland B.V.

2 2/38

3 Samenvatting In het kader van het project Sporen in Utrecht (SiU) legt ProRail nieuwe sporen aan in de regio Utrecht. In het kader van dit project worden nieuwe sporen en wissels aangelegd, kunstwerken gebouwd en wijzigt het spoorgebruik. Deze maatregelen hebben invloed op de trillingssterkte ten gevolge van passerende treinen in de gebouwen in de nabijheid van het spoor. In het in dit rapport beschreven onderzoek wordt een nauwkeurige prognose gemaakt voor de trillingssituatie voor gebouwen in het deelgebied Rijndijk, tussen km 37.8 en km Het doel van dit onderzoek is het vaststellen van de toekomstige trillingssterktes in woningen in het deelgebied Rijndijk en het, indien nodig, ontwerpen van maatregelen voor deze locaties om de trillingssterkte te reduceren. In dit onderzoek zijn metingen uitgevoerd om de trillingssterkte vóór de wijziging in sporenlay-out vast te stellen. In dit onderzoek worden de resultaten van deze metingen gepresenteerd. Middels een aantal verschillende onderzoeken is het effect van de diverse wijzigingen vastgesteld en een prognose gemaakt voor de trillingssituatie in de plansituatie. Uit deze prognose blijkt dat de meetlocaties voldoen aan de grenswaarden uit de BTS. Met behulp van trillingsmodellen zijn de trillingssterktes in de overige woningen in dit deelgebied vastgesteld. Uit de uitgevoerde onderzoeken blijkt dat maatregelen in dit onderzoeksgebied niet nodig zijn. 3/38

4 4/38

5 Definities In onderstaand overzicht zijn een aantal veel gebruikte definities binnen dit trillingsonderzoek nader toegelicht. Begrip Omschrijving Referentiesituatie Situatie voor aanvang van de werkzaamheden t.b.v. Sporen in Utrecht, d.d Tussensituatie Tijdelijke situatie Plansituatie Situatie na realisatie van alle werkzaamheden in het kader van Sporen in Utrecht v max v per SBR B-richtlijn BTS TB Trillingssterkte, gedefinieerd door de BTS-richtlijn. Maatstaf voor maximaal ervaren trillingssterkte Trillingsintensiteit, gedefinieerd door de SBR B-richtlijn. Maatstaf voor tijdsgemiddelde van trillingssterkte. Richtlijn t.b.v. het beoordelen van trillingshinder. Beleidsregel Trillingshinder Spoor, beleidsregel t.b.v. het beoordelen van trillingshinder ten gevolge van treinverkeer, opgesteld door het ministerie van Infrastructuur en Milieu. Gepubliceerd op 18 april 2012 in Staatscourant nr onder nr. IENM/BSK-2012/5478 Tracébesluit 5/38

6 6/38

7 Inhoudsopgave Samenvatting 3 Definities 5 1 Inleiding Aanleiding Doel van het onderzoek Opzet van het onderzoek Toegepaste richtlijnen en uitgangspunten 9 2 Situatiebeschrijving onderzoeksgebied Algemene beschrijving Beschrijving referentiesituatie Uitgangspunten Spoorgebruik en spoorligging Beschrijving plansituatie Uitgangspunten Wijzigingen ten opzichte van de referentiesituatie Spoorgebruik en spoorligging Snelheidsprofiel Wijzigingen in treinintensiteit 15 3 Toetsingskader trillingshinder Algemeen BTS Normstelling in de BTS Beoordeling van trillingssterktes volgens BTS Beoordeling in huidige onderzoek 19 4 Resultaten trillingsmetingen Rijndijk Rijndijk Bepaling toeslagfactoren en trillingsmodel Prognosemodel Invloed spoorafstand Bepaling gewijzigde trillingssterkte en trillingsintensiteit 30 6 Trillingsberekening voor referentiesituatie Rijndijk Rijndijk Trillingsprognose voor plansituatie Rijndijk Rijndijk Conclusies 37 7/38

8 Colofon 38 Bijlage I Gegevens metingen Bijlage II Locatie-onafhankelijke parameters in prognosemodel 8/38

9 1 Inleiding 1.1 Aanleiding In het kader van het project Sporen in Utrecht legt ProRail nieuwe sporen aan in de regio Utrecht. Naast de aanleg van nieuwe sporen en het bouwen of aanpassen van kunstwerken, worden wissels verwijderd, sporen verwijderd of verlegd en wijzigt het spoorgebruik. Al deze maatregelen kunnen invloed hebben op de trillingssterkte ten gevolge van passerende treinen in gebouwen in de nabijheid van het spoor. In het huidige onderzoek wordt een nauwkeurige prognose gemaakt voor de gebouwen in het deelgebied Rijndijk. 1.2 Doel van het onderzoek Het doel van dit onderzoek is het vaststellen van de toekomstige trillingssterktes in gebouwen in het deelgebied Rijndijk en het, indien nodig, ontwerpen van maatregelen voor deze locaties om de trillingssterkte te reduceren. 1.3 Opzet van het onderzoek Om maatregelen te ontwerpen is het nodig om inzicht te krijgen in de trillingssterktes in de referentie- en plansituatie. De opzet van dit onderzoek is daarom als volgt: 1. Vaststellen van de trillingssterktes in de referentiesituatie in een aantal representatieve gebouwen in het onderzoeksgebied; 2. Prognosticeren van trillingssterktes in de plansituatie in deze gebouwen. Wanneer uit de prognose blijkt dat er aanvullende maatregelen nodig zijn op deze locatie, dan worden de volgende stappen nog ondernomen: 1. Indien nodig inventarisatie van opties voor trillingsreductie door interviews met experts en brainstorms; 2. Inschatting van de effectiviteit van de maatregelen uit stap 1 op basis van expert judgment; 3. Nauwkeuriger modelmatige bepaling van de effectiviteit van de meest effectieve maatregelen uit stap 2; 1.4 Toegepaste richtlijnen en uitgangspunten Voor dit onderzoek en het bepalen van de relevante grootheden wordt gebruik gemaakt van de Beleidsregel Trillingshinder Spoor (BTS). 9/38

10 10/38

11 2 Situatiebeschrijving onderzoeksgebied In dit onderzoek worden twee situaties onderscheiden conform de BTS: 1. Referentiesituatie: de situatie voor de verlegging van de (in dienst zijnde) sporen. Feitelijk is dit in Omdat de twee sporen richting Houten op deze locatie al verplaatst waren ten tijde van de metingen (2011), wordt een berekening gemaakt voor de referentiesituatie; 2. Plansituatie: de situatie zoals beschreven in de tekeningen van het tracébesluit Sporen in Utrecht. 2.1 Algemene beschrijving In dit onderzoek zijn de woningen aan de Rijndijk opgedeeld in verschillende secties, zie Figuur 2-1. De gebouwen in eenzelfde sectie zijn bouwkundig en qua ligging ten opzichte van het spoor grotendeels gelijk, zodat trillingsprognoses en maatregelen kunnen worden ontworpen waarbij slechts één situatiemodel behoeft te worden opgesteld. De trillingssterkte door spoor- en wegverkeer zal per sectie grotendeels gelijkwaardig zijn, hoewel de hoogte van de verdieping waarop de trillingen worden gemeten wel van invloed is. Figuur 2-1 Sectie-indeling 11/38

12 De omschrijving van het type bebouwing is weergegeven in Tabel 2-1. Tabel 2-1 Omschrijving bebouwing per sectie Sectienummer Type bebouwing Aantal Meetlocatie A Bungalow 1 B Vrijstaande woning 1 23 C Bungalow 1 27 D Vrijstaande woning Beschrijving referentiesituatie Uitgangspunten De tekeningen van de situatie uit 2009 zijn vergeleken met de situatie ten tijde van de metingen (najaar 2011). De ligging van de in de dienstregeling van 2011 in gebruik zijnde sporen is gewijzigd ten opzichte van 2009, de twee meest ver weg gelegen sporen liggen tijdens de metingen dichterbij de woningen. Daarom wordt de referentiesituatie berekend vanuit de metingen Spoorgebruik en spoorligging Het spoorgebruik in de referentiesituatie is weergegeven in Figuur 2-2. In deze situatie rijden goederentreinen op alle sporen. Het onderzoeksgebied is weergegeven middels een rode cirkel. Figuur 2-2 Lijnvoeringsschema in de referentiesituatie In de tekeningen in het tracébesluit is de referentiesituatie weergegeven. De afstand tot het spoor is een dominerende factor in de trillingssterkte in een gebouw. Daarnaast is de bouwkundige staat van de woning en de aanwezigheid van kunstwerken en puntbronnen (ES-lassen, voegen en wissels) van belang voor de hoogte van de trillingssterkte. Op basis van deze overwegingen en de overweging 12/38

13 van een representatieve spreiding in meetpunten zijn uiteindelijk de meetlocaties geselecteerd zoals weergegeven in Tabel 2-1. In Tabel 2-2 is de minimale afstand opgenomen van de sectie tot de hartlijn van het spoor of het puntstuk van de wissel, indien deze afstand kleiner is dan 100 meter. Tabel 2-2 Minimale afstand tussen sectie en spoor of wissel (indien kleiner dan 100 meter) in referentiesituatie Sectienummer Afstand tot spoor (m) Afstand tot wissel (m) A B C D Beschrijving plansituatie Uitgangspunten Voor de prognose van de plansituatie is gebruik gemaakt van de in Tabel 2-3 weergegeven documenten. Er is gerekend met het ontwerp zoals opgenomen in het tracebesluit. Tabel 2-3 Gebruikte documenten voor plansituatie [1] Tekeningen VleuGel/RSS, Movares, GP121410A28BNS , 7 juni 2007 (toegevoegd in het tracébesluit) [2] NEN 6740: Wijzigingen ten opzichte van de referentiesituatie Ten opzichte van de referentiesituatie treden de volgende wijzigingen op: 1. Sporen worden verwijderd, verplaatst en gebouwd; 2. Wissels worden verwijderd, verplaatst en gebouwd; 3. Treinintensiteit gaat omhoog; 4. Treinsnelheid wijzigt Spoorgebruik en spoorligging Het spoorgebruik in de plansituatie is weergegeven in Figuur 2-3. Met behulp van deze lijnvoeringsschema s in de referentie- en plansituatie is per trein en treintype het te berijden spoor vast te stellen. 13/38

14 Figuur 2-3 Lijnvoeringsschema in de plansituatie De spoorligging in de plansituatie is weergegeven in de tekeningen in het tracébesluit. Ook de posities van wissels zijn in deze tekeningen aangegeven. De minimale afstand tot sporen en wissels in de referentie- en plansituatie is samengevat in Tabel 2-4. Tabel 2-4 Afstand tot dichtstbijzijnde sporen en wissels (indien kleiner dan 100 m) Referentiesituatie (2009) Plansituatie Meetlocatie Spoor (m) Wissel (m) Spoor (m) Wissel (m) Rijndijk Rijndijk Snelheidsprofiel Het snelheidsprofiel ten gevolge van Sporen in Utrecht wijzigt voor een aantal treinen ten opzichte van de referentiesituatie door de wijziging in spoorgebruik en seinplaatsing. De snelheidsprofielen in de referentie- en plansituatie zijn weergegeven in Figuur 2-4. Treinen in zuidelijke richting gaan harder rijden, de snelheid van de overige treinen blijft vrijwel gelijk. De onderzoekslocatie bevindt zich tussen de verticale zwarte lijnen. 14/38

15 Figuur 2-4 Snelheden per spoor Wijzigingen in treinintensiteit De treinintensiteiten zoals vermeld in het TB gelden voor de plansituatie, na realisatie van Sporen in Utrecht. Voor de referentiesituatie (2007) zijn de in het TB vermelde intensiteiten van 2005 voldoende representatief. Ten tijde van de metingen ten behoeve van dit trillingsonderzoek (2011) waren de intensiteiten licht gewijzigd ten opzichte van 2005 (meer sprinters). Voor de plansituatie worden de intensiteiten van TB SiU (2020 MAX scenario) gebruikt, zie het tracébesluit Sporen in Utrecht en het bijbehorende geluidsonderzoek. 15/38

16 16/38

17 3 Toetsingskader trillingshinder 3.1 Algemeen Treinverkeer, maar ook bouwwerkzaamheden en wegverkeer, kunnen aanleiding geven tot trillingen in gebouwen. Deze trillingen kunnen leiden tot hinder of schade. De Duitse DIN (1999) norm beschrijft criteria voor het meten en beoordelen van trillingen. De Nederlandse SBR richtlijn is hierop gebaseerd. De SBR richtlijn is in Nederland de meest gebruikte richtlijn voor het beoordelen van trillingen en bestaat uit 3 delen: Deel A: schade aan gebouwen; Deel B: hinder voor personen in gebouwen; Deel C: verstoring van apparatuur. De sterkte van trillingen ten gevolge van treinverkeer zijn te gering om schade aan gebouwen te veroorzaken. Op afstanden groter dan 10 meter vanaf de spoorbaan is de trillingssnelheid, gemeten aan de fundering, zonder uitzondering kleiner dan 2 mm/s. Voor de meeste woningen (categorie 2 conform de SBR A richtlijn) wordt een ondergrens voor de trillingssnelheid van 5 mm/s aangehouden. Onder deze grens is de kans op schade kleiner dan 1 procent. Omdat dergelijke trillingssterktes niet optreden, wordt in het vervolg van dit rapport niet op mogelijke schade-effecten ingegaan. Toetsing aan de SBR A-richtlijn heeft daarom niet plaatsgevonden. Ook verstoring van apparatuur is in het onderzoeksgebied niet aan de orde. In dit onderzoek wordt daarom primair gefocust op de hinder aan personen in gebouwen. 3.2 BTS Tot op heden zijn er nog geen richtlijnen voor trillingshinder vastgelegd in wetgeving, zoals dat bijvoorbeeld voor geluidhinder wel het geval is. Vooruitlopend op toekomstige wetgeving heeft het ministerie van Infrastructuur en Milieu een Beleidsregel Trillingshinder Spoor (BTS) opgesteld, dat een wijziging van en aanvulling op de SBR B richtlijn is. In de BTS wordt onderscheid gemaakt tussen nieuwe en bestaande situaties, waarbij de grenswaarden voor nieuwe situaties strenger zijn dan voor bestaande situaties. Het project Sporen in Utrecht valt onder bestaande (gewijzigde) situaties. BTS artikel 1 spreekt van een bestaande situatie als een referentiesituatie waarin reeds sprake is van trillingen als gevolg van railverkeer. De BTS maakt daarnaast onderscheid tussen de dag- en avondperiode en de nachtperiode. Hierbij geldt dat de grenswaarden van de trillingssterktes gedurende de nacht lager zijn dan die gedurende de dag en avond. Om de trillingssterkte in een woning te bepalen dient de effectieve trillingssnelheid v eff gemeten te worden in een woning. Deze effectieve trillingssnelheid wordt 17/38

18 bepaald als voortschrijdend gemiddelde per 30 seconden. Vervolgens wordt per 30 seconden de maximale waarde van dit voortschrijdend gemiddelde genomen. De BTS schrijft voor dat hierna 2 procent van de goederentreinen en 2 procent van de reizigerstreinen verwijderd dient te worden uit de dataset, met als doel om te voorkomen dat niet-representatieve uitschieters de bepaling van de trillingssterkte domineren. Van alle overblijvende treinpassages wordt de maximaal optredende trillingssterkte bepaald, dit is de v max die gebruikt wordt voor toetsing. 3.3 Normstelling in de BTS De grenswaarden in de BTS verschillen over de dag en avond ( uur) en nacht ( uur) en zijn verschillend per gebouwfunctie. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen gebouwen met een kritische werkruimte (gevoelige apparatuur e.d.), gezondheidszorg en wonen en kantoren en gebouwen ten behoeve van bijeenkomsten. Bij elke gebouwfunctie horen andere toegestane trillingssterktes, zie Tabel 3-1. Tabel 3-1 Normstelling bestaande situatie volgens BTS Dag en avond Nacht Gebouwfunctie A1 A2 A3 A1 A2 A3 Gezondheidszorg en wonen Onderwijs, kantoor en bijeenkomsten Kritische ruimte Beoordeling van trillingssterktes volgens BTS Voor het beoordelen of een bepaalde locatie voldoet aan de grenswaarde in de BTS, moet het schema in Figuur 3-1 worden doorlopen. In een tracébesluit kunnen maatregelen ter voorkoming of beperking van de trillingshinder met betrekking tot de waarde van v max achterwege blijven indien wordt voldaan aan één van de twee volgende condities: 1. De waarde van v max in de plansituatie is lager dan A1; 2. De toename in trillingssterkte in de plansituatie ten opzichte van de referentiesituatie is 30 procent of minder. In Figuur 3-1 zijn de toetsingsblokken in rood en groen weergegeven. Groen voldoet aan de BTS en behoeft geen trillingsmaatregelen. Rood voldoet niet aan de BTS. Voor dit onderzoek worden de waarden van de nachtsituatie gehanteerd, omdat goederentreinen (die de hoogste trillingssterktes hebben) ook s nachts rijden. Omdat de nachtperiode bepalend is, is het gebruikelijk om de waarde van de nacht ook voor de dag op te leggen indien er geen onderscheid is tussen de trillingsbronnen in beide periodes. 18/38

19 Figuur 3-1 Stroomschema interpretatie grenswaarden A1 en A3 De meetlocaties hebben de bestemming wonen, waarbij de te hanteren waarden voor A1, A2 en A3 respectievelijk 0.2, 0.4 en 0.1 zijn (waarden horen bij gebouwfunctie Gezondheidszorg en wonen gedurende de nacht, zie Tabel 3-1). De dag en avond kennen minder strenge waarden, maar omdat goederentreinen (die de hoogste trillingssterktes hebben) ook s nachts rijden en de nachtperiode daarmee bepalend is, is het gebruikelijk om de waarde van de nacht ook voor de dag op te leggen. 3.5 Beoordeling in huidige onderzoek Het voorliggend trillingsonderzoek bestaat uit vier hoofddelen: 1. Een meting om de trillingssterkte in de referentiesituatie vast te stellen. Wanneer er reeds wijzigingen in de spoorlay-out of de taludgeometrie hebben plaatsgevonden, worden de metingen gecorrigeerd voor deze wijzigingen; 2. Het vaststellen van toeslagfactoren waarmee de wijzigingen in infrastructuur en materieelparameters in de referentie- en plansituatie kunnen worden gemodelleerd; 3. Het maken van een betrouwbare berekening voor de plansituatie en indien nodig voor de referentiesituatie aan de hand van de toeslagfactoren; 4. Toetsen op de grenswaarden en indien noodzakelijk maatregelen voorstellen. De resultaten van de metingen zijn getoetst aan de BTS. Op locaties waar na ingebruikname van het project sprake is van een waarneembare toename van het trillingsniveau (v max neemt in de toekomst toe met meer dan 30 % ten opzichte van de referentiewaarde) zijn trillingsmaatregelen ontworpen. 19/38

20 20/38

21 4 Resultaten trillingsmetingen Dit hoofdstuk bevat de resultaten van de trillingsmetingen. Er is op twee locaties gemeten. Elke meetlocatie wordt toegelicht middels een foto, een beschrijving van de meetpunten, een schets van de omgeving inclusief sporen en wissels en een overzicht van de resultaten per sensor. Voor de resultaten per sensor wordt de trillingssterkte bepaald conform de BTS. Daarnaast wordt per sensor de trillingsintensiteit gedurende de dag (7.00 tot uur), avond (19.00 tot uur) en nachtperiode (23.00 tot 7.00 uur) weergegeven. De legenda van de situatieschetsen is weergegeven in Figuur 4-1. Figuur 4-1 Legenda bij situatieschetsen Per meetlocatie wordt een tabel getoond met de berekende waarden waarop wordt getoetst. Een voorbeeldtabel is weergegeven in Tabel 4-1. Tabel 4-1 Voorbeeldtabel 5 H1 5 H2 5 V 6 H1 6 H2 6 V V max V per treinen dag V per treinen avond V per treinen nacht V per alles dag V per alles avond V per alles nacht De tabel bevat per sensor en per meetrichting de volgende waarden, van boven naar beneden: 1. v max : maximaal gemeten trillingssterkte gedurende de meetperiode. Conform de meetprocedure uit de BTS zijn de twee procent hoogste passages per categorie (passagierstreinen, goederentreinen) uitgefilterd om extreme uitschieters weg te filteren; 2. v per treinen dag : trillingsintensiteit ten gevolge van treinen gedurende de dag (van 7.00 tot uur); 3. v per treinen avond : trillingsintensiteit ten gevolge van treinen gedurende de avond (van tot uur); 4. v per treinen nacht : trillingsintensiteit ten gevolge van treinen gedurende de nacht (van tot 7.00 uur); 5. v per alles dag : trillingsintensiteit van alle trillingsbronnen bij elkaar (treinen, bussen, auto s, overig) gedurende de dag (van 7.00 tot uur); 6. v per alles avond : trillingsintensiteit van alle trillingsbronnen bij elkaar (treinen, bussen, auto s, overig) gedurende de avond (van tot uur); 7. v per alles nacht : trillingsintensiteit van alle trillingsbronnen bij elkaar (treinen, bussen, auto s, overig) gedurende de nacht (van tot 7.00 uur). 21/38

22 Er is onderscheid gemaakt tussen treinen en alle trillingsbronnen (treinen, auto s, bussen) om de invloed van treinen in de trillingsintensiteit te duiden. Doorgaans worden de trillingsintensiteit ten gevolge van treinverkeer (door de combinatie met geluid ten gevolge van treinen) als hinderlijker ervaren dan de trillingsintensiteit van trillingsbronnen als bussen. Er zijn metingen verricht op de locaties Rijndijk 23 en Rijndijk 27. Overige gegevens van de metingen zijn weergegeven in Bijlage I. 22/38

23 4.1 Rijndijk 23 Rijndijk 23 is een tweelaagse woning, zie Figuur 4-2. Voor de woning liggen twee sporen zonder wissels (sporen Utrecht Arnhem), verderop liggen de sporen Utrecht Houten). Figuur 4-2 Rijndijk 23 Er zijn drie sensoren geplaatst, buiten, op de begane grond en op de eerste verdieping. 1. Sensor 3_1 op de terrasvloer buiten; 2. Sensor 11 op een stijf punt in de hoek van de woonkamer op de begane grond; 3. Sensor 12 in het midden van de vloer van de slaapkamer op de eerste verdieping. Een overzicht van de meetlocatie en de posities van de opnemers is weergegeven in Figuur 4-3. De metingen zijn verricht op 20 december en 21 december /38

24 Figuur 4-3 Situatieschets Rijndijk 23 In hoofdstuk 6 is per spoor een grafiek opgenomen met daarin de trillingssterkte per treinpassage. Gebaseerd hierop is de totale trillingssterkte in de tussensituatie vastgesteld. Deze trillingssterktes zijn weergegeven in Tabel 4-2. Deze tabel bevat daarnaast de trillingsintensiteit gedurende de dag (7.00 tot uur), avond (19.00 tot uur) en nacht (23.00 tot 7.00 uur). Tabel 4-2 Trillingssterktes Rijndijk H1 11 H2 11 V 12 H1 12 H2 12 V 3_1 V V max V per treinen dag V per treinen avond V per treinen nacht /38

25 4.2 Rijndijk 27 Rijndijk 27 is een bungalow met alleen bewoning op de begane grond, zie Figuur 4-4. Voor de woning liggen twee sporen zonder wissels (sporen Utrecht Arnhem), verderop liggen de sporen Utrecht Houten) Figuur 4-4 Rijndijk 27 Er zijn drie sensoren geplaatst, buiten en op de begane grond: 1. Sensor 3_1 buiten, aan de spoorzijde van de woning; 2. Sensor 3_2 op een stijf punt in de woning; 3. Sensor 5 in het midden van het vloerveld aan de spoorzijde van de woning. Een overzicht van de meetlocatie en de posities van de opnemers is weergegeven in Figuur 4-5. De metingen zijn verricht op 12 en 13 oktober /38

26 Figuur 4-5 Situatieschets Rijndijk 27 In hoofdstuk 6 is per spoor een grafiek opgenomen met daarin de trillingssterkte per treinpassage. Gebaseerd hierop is de totale trillingssterkte in de tussensituatie vastgesteld. Deze trillingssterktes zijn weergegeven in Tabel 4-3. Deze tabel bevat daarnaast de trillingsintensiteit gedurende de dag (7.00 tot uur), avond (19.00 tot uur) en nacht (23.00 tot 7.00 uur). Tabel 4-3 Trillingssterktes Rijndijk 27 5 H1 5 H2 5 V 3_2 V 3_2 H1 3_1 H1 3_1 H2 3_1 V V max V per treinen dag V per treinen avond V per treinen nacht /38

27 5 Bepaling toeslagfactoren en trillingsmodel In dit hoofdstuk wordt het trillingsmodel, waarbij vanuit de situatie ten tijde van de metingen terug wordt gerekend naar de referentiesituatie en vooruit naar de plansituatie, weergegeven. Ook de voor dit onderzoek bepaalde toeslagfactoren worden weergegeven. 5.1 Prognosemodel De trillingssterkte op een bepaalde positie in de ruimte wordt bepaald door een groot aantal factoren. In grote lijnen kan een trilling worden omschreven door: v () r = Fbron ( m as, c k, Vtrein, c r, z) H situatie H geometrie H () r H bf H fw H wv Hierin is v de trillingssnelheid in m/s en r de afstand. Wanneer alle fysische aspecten aan de rechterzijde van de vergelijking bekend zijn, kan in principe dus de trillingssnelheid op een bepaalde positie worden bepaald. Deze trillingssnelheid is frequentie-afhankelijk en wordt gerepresenteerd middels een tertsbandspectrum. De grootheden aan de rechterzijde zijn: F bron is een bodemonafhankelijke equivalente treinbelasting, deze is afhankelijk van de rijsnelheid V trein, de afvering c k, de aslast m as, de wielrondheid c r en de spoorligging of zetting z. H situatie is een correctiefactor voor de bovenbouwsituatie (wissel, duiker, etc.). H geometrie is een correctiefactor voor de opbouw van de onderbouw. H(r) is de verzwakking voor de bodem voor r > r referentie. Gewoonlijk wordt hiervoor de Barkan-vergelijking gehanteerd. Deze Barkan-vergelijking luidt: r r ( ) () 0 α e r = r 0 H r Hierin is r 0 een referentieafstand waarop het referentietrillingsniveau v(r 0 ) wordt vastgesteld. α is de dempingsconstante van de bodem (1/m), deze verschilt per grondsoort. n is een coëfficiënt die de geometrische uitbreiding weergeeft. α en n zijn frequentie-afhankelijk, n is daarnaast ook afstandsafhankelijk. H bf is de overdrachtsfactor van de bodem naar de fundering. H fw is de overdrachtsfactor van de fundering naar de wand. H wv is de overdrachtsfactor van de wand naar de vloer. De factoren H fw en H wv worden over het algemeen samengenomen voor de bepaling van trillingshinder, zodat er geen onderscheid tussen wand en vloer bepaald hoeft te worden. n 27/38

28 De bepaling van de diverse factoren vindt in dit onderzoek plaats via tertsbandspectra. Uit diverse onderzoeken blijkt dat het tertsbandspectrum van een treinpassage slechts verandert met de afstand tot de bron, de treinsnelheid, de aslast en de wielrondheid. De overdracht (als tertsbandspectrum) tussen maaiveld en fundering en tussen fundering en midden vloerveld is voor elke trein identiek. Elke factor wordt daarom als tertsbandspectrum bepaald. In het onderzoeksgebied veranderen een aantal van de grootheden in de trillingsvergelijking. Ten gevolge van de uitbreiding van het aantal sporen in het project Sporen in Utrecht treden de volgende wijzigingen op: 1. Wissels worden geplaatst of verwijderd, zodat H situatie verandert; 2. Sporen worden verplaatst of toegevoegd, zodat de afstand tussen de woning en het spoor wijzigt. Hierdoor wijzigt H(r); 3. De geometrie van het talud wordt gewijzigd ten gevolge van de uitbreiding van de sporen. Er worden damwanden aan weerszijden van de Kruisvaart geplaatst; 4. Lichte wijziging in treinsnelheid ten gevolge van gewijzigde seinplaatsing; 5. Treinintensiteit wijzigt (heeft alleen invloed op v per ). De invloed van deze wijzigingen is nader onderzocht. De locatieafhankelijke factoren worden in de volgende paragrafen toegelicht, algemene factoren zoals de invloed van wissels en treinsnelheid zijn weergegeven in Bijlage II. Een aantal factoren, zoals aslast, afvering, wielonrondheid en overdracht in de woning tussen fundering en vloerniveau wijzigen niet in dit project. De invloed hiervan is dan ook niet onderzocht. De betrouwbaarheid van het model en de gevolgen daarvan op de toetsing wordt nader toegelicht in het rapport Trillingsonderzoek Sporen in Utrecht 1. 1 Stuit, dr. ir. H.G. en ir. P.M. Boon, Trillingsonderzoek Sporen in Utrecht, Tracedeel Utrecht Centraal (km 35.20) Houten (km 5.50/39.25), Movares Nederland B.V., Kenmerk D79-PBO-KA , Versie 2.0, 9 mei /38

29 5.2 Invloed spoorafstand De overdracht van trillingen door de bodem kan worden beschreven met behulp van de Barkan vergelijking. De Barkan vergelijking wordt voor de prognoses in dit onderzoek alleen gebruikt om relatieve veranderingen van sporen en wissels te beschrijven. Omdat het in vrijwel alle gevallen om kleine veranderingen gaat, heeft de Barkan vergelijking en de nauwkeurigheid van de parameters daarin slechts een beperkte invloed op het eindresultaat. De parameter n voor doorgaand spoor is bepaald uit metingen op maaiveldniveau. De gehanteerde curve voor de parameter n is onafhankelijk van de locatie, zie Bijlage II. Naast de gewijzigde spoorafstand door andere spoorligging verandert voor een deel van de treinen de spoorafstand aanzienlijk doordat deze treinen in de toekomst op andere sporen gaan rijden. Bij het maken van de prognose voor de plansituatie wordt hierbij gebruik gemaakt van de sporenlay-out uit het tracébesluit. De dempingsfactor voor de bodem α in de Barkan-vergelijking is weergegeven in Figuur 5-1. Deze factor is bepaald uit valproefmetingen. Figuur 5-1 Dempingsfactor α 29/38

30 5.3 Bepaling gewijzigde trillingssterkte en trillingsintensiteit Met behulp van de hiervoor bepaalde toeslagfactoren kan met behulp van de in het begin van dit hoofdstuk gegeven vergelijking de trillingssterkte per trein worden bepaald. Het signaal van de trillingsbron kan als volgt worden bepaald vanuit een meting: v situatie = v H, meting bron ( v v ) H ( f ) H( r) meting situatie situatie Hierin is v situatie de trillingssnelheid in een gewijzigde situatie als functie van de frequentie en r de afstand. Wanneer alle toeslagfactoren aan de rechterzijde van de vergelijking bekend zijn, kan deze gewijzigde trillingssnelheid worden bepaald met behulp van de gemeten trillingssnelheid v meting. De overige grootheden aan de rechterzijde zijn als volgt gedefinieerd als verhouding tussen de gewijzigde en gemeten situatie: v meting is de gemeten trillingssterkte; H bron is een correctiefactor voor de snelheidswijziging; H situatie is een correctiefactor voor de wissels; H is een toeslagfactor voor de verzwakking door de bodem. Deze factor is gedefinieerd middels de Barkan vergelijking. Het correctiesignaal als tertsbandspectrum wordt vervolgens vermenigvuldigd met het smalbandige spectrum van elke treinpassage. Door dit gecorrigeerde smalbandige spectrum terug te rekenen naar een trillingssignaal als functie van de tijd, kan de trillingssterkte in de gewijzigde situatie conform de BTS worden bepaald. Omdat het tertsbandspectrum alleen een amplitude- en geen fasecorrectie kent, zal er een verschil zijn tussen de uitkomst van de berekening en de werkelijke waarde van v max in de plansituatie. Uit uitgebreide analyses blijkt dat er een variatie is van maximaal +/- 10 procent in v max. Voor de bepaling van de parameter v per is de treinintensiteit van belang. Een wijziging in treinintensiteit zorgt voor een wijziging in de trillingsintensiteit v per. De nieuwe waarde van v per kan worden berekend met behulp van de volgende vergelijking: v per, situatie = vper, meting n n situatie meting Hierbij is n de treinintensiteit in treinen per periode (dag, avond, nacht). 30/38

31 6 Trillingsberekening voor referentiesituatie In dit hoofdstuk worden met behulp van de in het voorgaande hoofdstuk afgeleide toeslagfactoren en de aldaar beschreven methodiek vanuit de situatie van de metingen voor elke woning de waarden voor v max en v per berekend voor de referentiesituatie. 6.1 Rijndijk 23 Bij Rijndijk 23 wijzigt alleen de ligging van de twee meest veraf gelegen sporen. Als gevolg van deze verandering wijzigt de trillingssterkte en trillingsintensiteit. De waarden in de referentiesituatie per sensor zijn weergegeven in Tabel 6-1. Voor de sensor buiten (3_1) is geen prognose gemaakt. Tabel 6-1 Trillingssterktes Rijndijk 23, referentiesituatie 11 H1 11 H2 11 V 12 H1 12 H2 12 V Toetswaarde V max V per treinen dag V per treinen avond V per treinen nacht De trillingssterktes per treinpassage voor de referentiesituatie en de situatie tijdens de metingen zijn weergegeven in Figuur 6-1 voor de sensor en richting met de hoogste trillingssterkte. Er is weinig verschil tussen beide situaties, een aantal treinen geeft in de referentiesituatie lagere trillingssterktes doordat deze verder weg rijden (sporen richting Houten). Figuur 6-1 Treinpassages in referentie- en tussensituatie 31/38

32 6.2 Rijndijk 27 Bij Rijndijk 27 wijzigt alleen de ligging van de twee meest veraf gelegen sporen. Als gevolg van deze verandering wijzigt de trillingssterkte en trillingsintensiteit. De waarden in de referentiesituatie per sensor zijn weergegeven in Tabel 6-2. Voor de sensor buiten (3_1) is geen prognose gemaakt. Tabel 6-2 Trillingssterktes Rijndijk 27, referentiesituatie 5 H1 5 H2 5 V 3_2 V 3_2 H1 Toetswaarde V max V per treinen dag V per treinen avond V per treinen nacht De trillingssterktes per treinpassage voor de referentiesituatie en de situatie tijdens de metingen zijn weergegeven in Figuur 6-2 voor de sensor en richting met de hoogste trillingssterkte. Er is weinig verschil tussen beide situaties, een aantal treinen geeft in de referentiesituatie lagere trillingssterktes doordat deze verder weg rijden (sporen richting Houten). Figuur 6-2 Treinpassages in referentie- en tussensituatie 32/38

33 7 Trillingsprognose voor plansituatie In dit hoofdstuk worden met behulp van de in het hoofdstuk 5 afgeleide toeslagfactoren en de aldaar beschreven methodiek vanuit de situatie van de metingen voor elke woning de waarden voor v max en v per berekend voor de plansituatie. 7.1 Rijndijk 23 Bij Rijndijk 23 treedt een aantal wijzigingen op: 1. Sporen worden verplaatst; 2. Wissels worden verplaatst; 3. Treinintensiteit wijzigt; 4. Snelheid van treinen wijzigt. Als gevolg van deze veranderingen wijzigen de trillingssterkte en de trillingsintensiteit. De nieuwe waarden per sensor zijn weergegeven in Tabel 7-1. Tabel 7-1 Trillingssterktes Rijndijk 23, plansituatie Begane grond 1 e verdieping 11 H1 11 H2 11 V 12 H1 12 H2 12 V V max V per treinen dag V per treinen avond V per treinen nacht Er zijn geen overschrijdingen op deze locatie. Voor de maximale sensor en richting zijn de waarden van v max en v per weergegeven in Tabel 7-2 in de referentiesituatie, de situatie van de metingen en de plansituatie. De toetswaarden zijn gebaseerd op de referentiesituatie. In de plansituatie voldoen de waarden van v max en v per aan de BTS. Tabel 7-2 Vergelijking situaties Rijndijk 23 Toetswaarde Referentiesituatie Tussensituatie Plansituatie v max v per Er is weinig verschil tussen de referentie- en plansituatie. Een aantal sporen komt dichterbij te liggen, een aantal sporen komt verder weg te liggen. Doordat er geen goederentreinen meer rijden over het meest dichtbijgelegen spoor, neemt de trillingssterkte licht af. Passagierstreinen op het meest dichtbijgelegen spoor geven in de toekomst wel hogere trillingssterktes dan in de referentiesituatie, omdat dit spoor dichterbij deze woning komt te liggen. De trillingssterktes per treinpassage voor de tussen- en plansituatie zijn weergegeven in Figuur 7-1 voor de sensor met de maximale trillingssterkte. 33/38

34 Figuur 7-1 Treinpassages in tussen- en plansituatie Voor de situatie na Sporen in Utrecht zijn geen maatregelen nodig. 34/38

35 7.2 Rijndijk 27 Bij Rijndijk 27 treedt een aantal wijzigingen op: 1. Sporen worden verplaatst; 2. Wissels worden verplaatst; 3. Treinintensiteit wijzigt; 4. Snelheid van treinen wijzigt. Als gevolg van deze veranderingen wijzigen de trillingssterkte en de trillingsintensiteit. De nieuwe waarden per sensor zijn weergegeven in Tabel 7-1. Tabel 7-3 Trillingssterktes Rijndijk 27, plansituatie Begane grond Begane grond 5 H1 5 H2 5 V 3_2 V 3_2 H1 V max V per treinen dag V per treinen avond V per treinen nacht Er zijn geen overschrijdingen op deze locatie. Voor de maximale sensor en richting zijn de waarden van v max en v per weergegeven in Tabel 7-2 in de referentiesituatie, de situatie van de metingen en de plansituatie. De toetswaarden zijn gebaseerd op de referentiesituatie. In de plansituatie voldoen de waarden van v max en v per aan de BTS. Tabel 7-4 Vergelijking situaties Rijndijk 27 Toetswaarde Referentiesituatie Tussensituatie Plansituatie v max v per Er is weinig verschil tussen de referentie- en plansituatie. Een aantal sporen komt dichterbij te liggen, een aantal sporen komt verder weg te liggen. Doordat er geen goederentreinen meer rijden over het meest dichtbijgelegen spoor, neemt de trillingssterkte licht af. Passagierstreinen op het meest dichtbijgelegen spoor geven in de toekomst wel hogere trillingssterktes dan in de referentiesituatie, omdat dit spoor dichterbij deze woning komt te liggen. De trillingssterktes per treinpassage voor de referentie- en plansituatie zijn weergegeven in Figuur 7-1 voor de sensor met de maximale trillingssterkte. 35/38

36 Figuur 7-2 Treinpassages in referentie- en plansituatie Voor de situatie na Sporen in Utrecht zijn geen maatregelen nodig. 36/38

37 8 Conclusies In onderzoeksgebied Rijndijk zijn metingen uitgevoerd om de trillingssterkte vóór de wijziging in sporenlay-out vast te stellen. In dit onderzoek worden de resultaten van deze metingen gepresenteerd. Middels een aantal verschillende onderzoeken is het effect van de wijzigingen op deze locatie vastgesteld. Met behulp van deze effecten is een prognose gemaakt voor de plansituatie na Sporen in Utrecht. Uit de prognose van de trillingssterkte voor de plansituatie blijkt dat er geen overschrijdingen van toetswaarden zullen optreden in de plansituatie. Op basis van deze overwegingen zijn er voor de situatie na ingebruikname van Sporen in Utrecht geen maatregelen nodig op deze locatie. 37/38

38 Colofon Opdrachtgever ProRail Uitgave Movares Nederland B.V. Divisie Infra Geo Engineering & Ondergrondse Inrichting Daalse Kwint G 3.00 Postbus GW Utrecht Telefoon Telefax Ondertekenaar ir. P.M. Boon Adviseur Dynamica en Modellering Projectnummer RL /38

39 Bijlage I Gegevens metingen De gegevens van de voor dit onderzoek uitgevoerde metingen zijn weergegeven in Tabel I-1. Alle metingen zijn uitgevoerd door Movares Nederland B.V. Tabel I-1 Gegevens metingen Meting Onderzoek Start meting Einde meting Uitgevoerd door Metingen t.b.v. wissels 4 maart maart maart :00 9:00 12:00 4 maart maart maart :30 11:00 15:30 Ir. P.M. Boon M. van Dokkum Ir. P.M. Boon Rijndijk december :00 21 december :00 Ir. P. Bouwma Rijndijk oktober :00 13 oktober :30 Ir. T. Meeuws

40

41 Bijlage II Locatie-onafhankelijke parameters in prognosemodel In het prognosemodel wordt gebruik gemaakt van een aantal locatie-onafhankelijke parameters: 1. De relatie tussen treinsnelheid en trillingssterkte; 2. De geometrische uitbreidingsfactor n in de Barkan-vergelijking; 3. De invloed van wissels en (zettingsverschillen) bij kunstwerken. Bovenstaande parameters worden in deze bijlage nader toegelicht. Treinsnelheid De relatie tussen treinsnelheid en trillingssterkte is tot een ruime marge van de kritische treinsnelheid lineair. Door middel van het uitvoeren van een meting gedurende langere tijd is deze aanname geverifieerd. In Figuur II-1 is de trillingssterkte per treinpassage, in drie verschillende meetrichtingen en voor verschillende treintypes, weergegeven als functie van de treinsnelheid in m/s. Voor passagierstreinen en lichte goederentreinen is een duidelijk lineair verband zichtbaar tussen trillingssterkte en treinsnelheid, alleen bij volle kalktreinen is deze relatie minder duidelijk zichtbaar. In dit onderzoek wordt voor alle treintypes een lineair verband aangenomen tussen de trillingssterkte en de treinsnelheid.

42 Figuur II-1 Relatie tussen trillingssterkte en treinsnelheid voor, van boven naar beneden, VIRM s, SLT s, volle erstreinen, volle kalktreinen en overige goederentreinen.

43 Geometrische uitbreidingsfactor In het prognosemodel wordt een frequentie-afhankelijke Barkanvergelijking gebruikt. De geometrische uitbreidingsfactor is zowel frequentie- als afstandsafhankelijk. De gehanteerde Barkanvergelijking luidt: V ( r, f ) = V ( r f ) 0, n r0 r ( r, f ) e α ( r )( r r ) De geometrische uitbreidingsfactor is bepaald uit metingen op meerdere locaties, en is verschillend voor verschillende types bronnen. De gebruikte formule voor de geometrische uitbreidingsfactor luidt: n ( ) 2 p( f ) ( r, f ) = r In deze formule is p een frequentie-afhankelijke machtsfactor die experimenteel wordt bepaald, uit bijvoorbeeld valproeven of maaiveldmetingen aan treinpassages. Voor treinen en puntbronnen (zoals wissels en kunstwerkovergangen) zijn de geometrische uitbreidingsfactoren als functie van de frequentie en de afstand weergegeven in Figuur II-2. Vooral voor doorgaand spoor is er een sterke frequentie-afhankelijkheid, voor puntbronnen minder. 0 Figuur II-2 Geometrische uitbreidingsfactor voor doorgaand spoor (links) en voor puntbronnen (rechts)

44 Invloed wissels en kunstwerken De invloed van wissels en kunstwerken wordt verrekend met behulp van toeslagfactoren op het trillingssignaal van een doorgaande trein. Omdat de staat van onderhoud van wissels sterk wisselend is, is de spreiding in de wisseltoeslag ook erg groot, zie Figuur II-3. De invloed van wissels is vooral groot in het frequentiegebied van 6 tot 12 Hz. Figuur II-3 Toeslagfactor voor wissels en kunstwerken De invloed van kunstwerken is iets kleiner dan de invloed van wissels, en sterk afhankelijk van de kwaliteit van de overgang van aardebaan naar kunstwerk. Voor nieuw aangelegd spoor is de invloed erg klein, en is de weergegeven toeslagfactor conservatief. Voor spoor dat al geruime tijd op een locatie ligt, en waar nog geen onderhoud aan heeft plaatsgevonden, kan de toeslagfactor sterk oplopen.