Cumulatie-effecten HOV en treinverkeer

Transcriptie

1 Cumulatie-effecten HOV en treinverkeer Onderzoek bij Pelikaanstraat Opdrachtgever ProRail B.V. Ondertekenaar Movares Nederland B.V. Boon, PM Kenmerk D79-PBO-KA Versie 1.0 Utrecht, 19 juli 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 2/20

3 Samenvatting Ten behoeve van het bestemmingsplan voor de HOV om de Zuid is in november 2009 in opdracht van de gemeente Utrecht een trillingsonderzoek uitgevoerd ter hoogte van Pelikaanstraat 39 in Utrecht. In dit onderzoek is aandacht besteed aan de cumulatie van de HOV met de treinsporen. In dit onderzoek zijn de berekeningen t.b.v. het bestemmingsplan van de HOV uit 2009 geverifieerd met nieuwe metingen en berekeningen. Hierbij is uitgegaan van de gewijzigde sporenlay-out ten gevolge van TB SiU, inclusief de toegevoegde trillingsmaatregel in het spoor ter hoogte van de Pelikaanstaat. (met de wissels uit de drie meest dichtbij gelegen sporen naar het zuiden verplaatst). De invloed van de cumulatie van de trillingssterkte is nader onderzocht met behulp van metingen en berekeningen. Uit het huidige onderzoek blijkt dat ook de herberekening van de cumulatieve trillingssituatie met dezelfde uitgangspunten als gebruikt ten behoeve van het bestemmingsplan voor de HOV, voldoet aan het geldende toetsingskader. Na het toepassen van een trillingsmaatregel bij het TB 2012 voor het definitieve ontwerp van TB SiU, waarbij de wissels in de drie meest dichtbijgelegen sporen naar het zuiden worden verplaatst, voldoet TB SiU aan het geldende toetsingskader, ook wanneer de cumulatie van HOV en treinen wordt meegenomen. 3/20

4 4/20

5 Inhoudsopgave Samenvatting 3 1 Inleiding Aanleiding Doel van dit onderzoek Uitgangspunten 8 2 Toetsingskader Algemeen Verschillende toetsingskaders SBR B richtlijn Algemeen Streefwaarden Beoordeling van trillingsniveaus 11 3 Cumulatieve trillingssterkte Beschrijving doorgerekende ontwerpen Berekening van cumulatie-effecten Gebruikte modellen en berekening Resultaten 16 4 Conclusies 19 Colofon 20 5/20

6 6/20

7 1 Inleiding 1.1 Aanleiding De BRU (Bestuurs Regio Utrecht) is bezig met de voorbereidingen van de aanleg van een trambaan tussen Utrecht Centraal en De Uithof, de zogenaamde HOV om de Zuid. Deze trambaan loopt parallel aan het spoor in het huidige onderzoeksgebied en ligt aan de oostzijde van het spoortracé. Het tracé van de HOV-baan is middels een bestemmingsplan onherroepelijk vastgelegd. Het tracé van de HOV-baan ter hoogte van de Pelikaanstraat is weergegeven in Figuur 1-1. De voorziening voor de HOV is ook aangegeven in de tekeningen in het tracébesluit Sporen in Utrecht. Figuur 1-1 Tracé HOV-baan ter hoogte van de Pelikaanstraat Ten behoeve van het bestemmingsplan is een trillingsonderzoek 1 uitgevoerd ter hoogte van Pelikaanstraat 39 in Utrecht. Bij dit meest zuidelijke deel van de Pelikaanstraat liggen zowel de HOV-baan als de treinsporen en wissels dichtbij de woningen. In het onderzoek t.b.v. het bestemmingsplan is aandacht besteed aan de cumulatie van de HOV met de treinsporen, deze cumulatie is getoetst op de SBR B richtlijn. Omdat in het TB Sporen in Utrecht 2012 (SiU) de verplaatsing van enkele wissels in het spoor ter hoogte de Pelikaanstaat als trillingsmaatregel is toegevoegd wordt in het huidige onderzoek opnieuw deze cumulatie beschouwd aan de hand van het definitieve ontwerp van TB SiU Zie Oskam, W.N., HOV om de Zuid, Trillingsonderzoek bij de Pelikaanstraat, Movares Nederland B.V., kenmerk GEO-WO , 6 november /20

8 De belangrijkste wijzigingen die in de berekeningen zijn gehanteerd, zijn: 1. In de berekeningen van het bestemmingsplan is uitgegaan van een damwand tussen spoor en HOV. Inmiddels is dit een afwerking met geogrids geworden; 2. Wissels in de drie meest dichtbij gelegen sporen worden naar het zuiden verplaatst (voor begraafplaats Soestbergen); 3. Goederentreinen rijden overeenkomstig de trilingsonderzoeken van TB SiU 2012 op het derde spoor (gezien vanaf de woningen) in plaats van op het eerste spoor. 1.2 Doel van dit onderzoek Het doel van dit onderzoek is om, naar aanleiding van de in paragraaf 1.1 genoemde wijzigingen, de cumulatie-effecten van HOV en spoorverkeer op de trillingssituatie opnieuw te bepalen. 1.3 Uitgangspunten In het trillingsonderzoek ten behoeve van de HOV om de Zuid is getoetst op de SBR B richtlijn. Daarom is ook voor het huidige onderzoek voor de cumulatie van HOV en spoor de SBR B richtlijn het geldende toetsingskader. Voor de trillingssterkte van de trams worden de waarden uit het onderzoek van de HOV om de Zuid gebruikt. 8/20

9 2 Toetsingskader 2.1 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 (2002) 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. Dergelijke trillingssterktes treden niet op ten gevolge van de exploitatie van treinen of trams in gebouwen langs de spoor- of trambaan. Ook verstoring van apparatuur is op de gemeten locaties niet aan de orde. In dit onderzoek wordt daarom primair gefocust op de hinder aan personen in gebouwen (SBR B richtlijn). 2.2 Verschillende toetsingskaders In het trillingsonderzoek ten behoeve van het bestemmingsplan van de HOV om de Zuid is gebruik gemaakt van de SBR B richtlijn. De SBR B richtlijn gaat ook in op de cumulatie van verschillende types trillingsbronnen. De algemeen geldende toetsingseisen gelden voor de totale (cumulatieve) trillingssterkte en trillingsintensiteit, de trillingssterktes van afzonderlijke trillingsbronnen worden niet getoetst. Vooruitlopend op toekomstige wetgeving heeft het ministerie van Infrastructuur en Milieu een Beleidsregel Trillingshinder Spoor (BTS 2 ) opgesteld, dat een wijziging van en aanvulling op de SBR B richtlijn is. Deze beleidsregel geeft handvatten voor de toetsing van trillingshinder bij tracébesluiten voor treinverkeer. De belangrijkste verschillen tussen de SBR B richtlijn en de BTS zijn te vinden in een aantal aspecten. De BTS: kent een aanscherping van de definitie van de begrippen nieuwe en bestaande situaties; geeft een nieuwe, gewijzigde procedure om de trillingssterkte v max te bepalen; 2 Gepubliceerd op 18 april 2012 in Staatscourant nr onder nr. IENM/BSK-2012/5478 9/20

10 heeft een andere normstelling voor het al dan niet treffen van maatregelen. Zo kent de BTS een nadere uitwerking en invulling van het stand-still principe van de SBR B (op basis van een voelbaarheidsdrempel); geeft een eerste aanzet voor een doelmatigheidscriterium waarmee kan worden beoordeeld of maatregelen op een bepaalde locatie wel of niet doelmatig zijn. Bij het trillingsonderzoek ten behoeve van het tracébesluit Sporen in Utrecht is gebruik gemaakt van de BTS. De BTS gaat niet in op cumulatie-effecten. Om aan te sluiten bij het eerder uitgevoerde trillingsonderzoek ten behoeve van het bestemmingsplan voor de HOV om de Zuid wordt in dit onderzoek getoetst op de SBR B richtlijn. 2.3 SBR B richtlijn Algemeen De SBR trillingsrichtlijn deel B wordt gebruikt om de streefwaarden ten aanzien van hinder te bepalen. Bij de SBR B richtlijn zijn 3 verschillende streefwaarden gedefinieerd. De betekenis van deze drie streefwaarden is weergegeven in Tabel 2-1. Tabel 2-1 Streefwaarden volgens SBR B richtlijn Streefwaarde A1 A2 A3 Betekenis Streefwaarde voor de trillingssterkte v max Hoogste streefwaarde voor de trillingssterkte v max Streefwaarde voor de trillingsintensiteit v per. v per wordt groter naarmate de trilling vaker per uur optreedt. De gemeten grootheden zijn de effectieve trillingssnelheid v max, een dimensieloze indicatie van de trillingssterkte, en de trillingsintensiteit v per. Conform de richtlijn wordt de effectieve trillingssnelheid bepaald als voortschrijdend gemiddelde per 30 seconden, zie voor de exacte bepaling de SBR B richtlijn. Vervolgens wordt per 30 seconden de maximale waarde van dit voortschrijdend gemiddelde genomen. Op basis van de vijftien hoogst gemeten waarden wordt een statistische berekening uitgevoerd met als resultaat de trillingssterkte die niet wordt overschreden door 95 procent van de passerende treinen. Deze zogenaamde 95 procentswaarde is de v max en wordt gebruikt om te toetsen aan de streefwaarde. Deze bepaling wijkt dus af van de bepaling bij de BTS. De v per geeft een indicatie van de trillingsintensiteit. Deze waarde wordt bepaald door het kwadratisch gemiddelde te nemen van de maximale trillingssterkte per 30 seconden indien deze boven de drempelwaarde van 0,1 valt. Trillingssnelheden onder de 0,1 zijn nauwelijks voelbaar en worden niet meegenomen in de bepaling van de v per. Het kwadratisch gemiddelde wordt vervolgens gecorrigeerd voor de tijd waarin de trillingssnelheden boven de 0,1 uitkomen. Zie voor de exacte bepaling de SBR B richtlijn. 10/20

11 Streefwaarden De streefwaarden in de SBR B richtlijn verschillen over de dag en avond ( uur) en nacht ( uur) en per gebouwfunctie. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen gebouwen met een kritische werkruimte (gevoelige apparatuur e.d.), gezondheidszorg en wonen en tenslotte voor kantoren en gebouwen ten behoeve van bijeenkomsten. Bij elke gebouwfunctie horen andere toegestane trillingsniveaus. Daarnaast wordt onderscheid gemaakt tussen nieuwe en gewijzigde situaties. Omdat er bij de Pelikaanstraat in de huidige situatie al sprake is van trillingen (van treinverkeer), gaat het om een gewijzigde situatie. Per gedeelte van de dag en per gebouwfunctie zijn de waarden voor A1, A2 en A3 weergegeven in Tabel 2-2. Tabel 2-2 Streefwaarden gewijzigde situatie volgens SBR B richtlijn Toetswaarden gewijzigde situatie, herhaald voorkomende trillingen Dag en avond Nacht Gebouwfunctie A1 A2 A3 A1 A2 A3 Gezondheidszorg 0.2 1) Wonen Kantoor Bijeenkomsten Kritische werkruimtes ) Een streefwaarde van 0.2 betekent een waarde kleiner dan Beoordeling van trillingsniveaus Voor het beoordelen van het gemeten maximale trillingsniveau v max moet het schema in Figuur 2-1 worden doorlopen. Figuur 2-1 Stroomschema interpretatie toetsingswaarden A2 en A3 11/20

12 Wanneer de berekende of gemeten trillingssterkte en trillingsintensiteit in de plansituatie niet voldoen aan de streefwaarden A2 resp. A3, voldoet de locatie niet. Als de trillingssterkte en trillingsintensiteit lager zijn dan genoemde streefwaarden, geldt daarnaast de aanvullende eis dat beide grootheden niet groter mogen zijn dan de bijbehorende waarde in de referentiesituatie. De trillingssterkte en trillingsintensiteit behoeven echter niet lager te zijn dan de bijbehorende streefwaarden voor nieuwe situaties. 12/20

13 3 Cumulatieve trillingssterkte 3.1 Beschrijving doorgerekende ontwerpen De trillingssterkte ten gevolge van de exploitatie van de HOV is afzonderlijk beschreven in het trillingsonderzoek ten behoeve van het bestemmingsplan van de HOV om de Zuid. In de huidige berekeningen zijn de uitgangspunten voor het bepalen van de trillingen geactualiseerd ten opzichte van de berekeningen voor het bestemmingsplan van de HOV uit 2009: de goederentreinen rijden op het derde spoor gezien vanaf de woningen (in plaats van op het eerste spoor), het talud wordt uitgevoerd met geogrids (in plaats van met een damwand), bovendien is het effect van de trillingsmaatregel (het verplaatsen van de wissels naar het zuiden, ter hoogte van de begraafplaats Soestbergen) meegenomen, zie ook Tabel Tabel 3-1 Uitgangspunten Ontwerp Talud Dominante spoor Wissels HOV + spoorsituatie 2009 Damwand Spoor 1 Geen wissels meegenomen HOV + TB SiU 2012 incl. verpl. wissels Geogrids Spoor 3 Geen wissels in eerste sporen In het onderzoek ten behoeve van het bestemmingsplan is niet in het midden van de vloer van woningen gemeten, in het huidige onderzoek wel 3. De berekening wordt daarom opnieuw uitgevoerd met behulp van een meting in de woning Pelikaanstraat Berekening van cumulatie-effecten Er is zowel een cumulatie-effect op de trillingssterkte (v max ) als op de trillingsintensiteit (v per ). De cumulatieve trillingsintensiteit van twee trillingsbronnen kan worden berekend door beide intensiteiten energetisch te sommeren. De cumulatieve trillingssterkte is moeilijk te bepalen en hangt af van een groot aantal factoren. Wanneer naar twee trillingsgolven wordt gekeken met identieke amplitude, kan de cumulatieve amplitude van de totale trillingsgolf variëren tussen 0 en 2 keer de trillingssterkte van een individuele trillingsgolf, afhankelijk van het faseverschil. De trillingen van trams en treinen hebben beide een sterk verschillend spectrum aan trillingsgolven, zodat maar een deel van de golven wordt uitgedempt en een deel wordt versterkt. Qua cumulatieve trillingssterkte zullen een zware goederentrein op het tweede spoor en een tram op het meest dichtbij gelegen spoor de hoogste cumulatieve trillingssterkte opleveren. In het onderzoek t.b.v. het bestemmingsplan van de HOV wordt de cumulatieve trillingssterkte bepaald door 10 procent van de trillingssterkte van de maximale passage (tram of trein) bij deze maximale trillingssterkte op te tellen. 3 In het onderzoek ten behoeve van het bestemmingsplan voor de HOV om de Zuid is een meting uitgevoerd op een stijf punt in de woning, waarna een overdrachtsfactor is ingeschat om de trillingssterkte op de vloer te bepalen. In het huidige onderzoek hebben, conform de SBR B en de BTS, metingen plaatsgevonden op het midden van de vloer. 13/20

14 In dit onderzoek is naar een groot aantal metingen gekeken om de cumulatieve effecten te herleiden. Hiervoor is de volgende aanpak gehanteerd: 1. Voor verschillende treintypes op verschillende sporen is de statistische verdeling van de gemeten trillingssterkte bepaald uit een groot aantal metingen; 2. Vervolgens is een groot aantal dubbelpassages (twee verschillende treinen) geselecteerd en is daarvan de trillingssterkte bepaald; 3. Daarnaast is de energetische som van de maximale trillingssterktes van de afzonderlijke treinen bepaald, met behulp van stap 1. Afhankelijk van de spectra van de twee passages, zal de lichtste passage meer of minder bijdragen aan de totale trillingssterkte, volgens de volgende formule: v cumulatief = v + factor v max, 2 max1 2 max,2 Hierbij is v max,1 de hoogste trillingssterkte en v max,2 de laagste trillingssterkte. De factor is hoger naarmate het spectrum van de twee passages meer identiek is. Deze factor is lognormaal verdeeld, voor passagierstreinen (met vrijwel identieke spectra) met een mediaan van 0.56 en een bovengrens (95-procentswaarde van 2.50). Het theoretische maximum (volledige versterking van de trillingsgolven) leidt tot een factor van 3. Omdat de spectra van goederentreinen en trams meer verschillen, wordt de mediaan van de factor voor gelijktijdige passages van trams en goederentreinen op 0.25 gezet en de bovengrens op De cumulatieve trillingssterkte als functie van de trillingssterkte van de trein (bij een trillingssterkte van de tram van 0.34) volgens beide methodes (bestemmingsplan en huidig onderzoek) zijn weergegeven in Figuur 3-1. Om te voorkomen dat een te conservatieve inschatting wordt gemaakt van de cumulatieve trillingssterkte bij een zware goederentrein (bovengrenswaarde voor treinpassages) en een slecht onderhouden tram (bovengrenswaarde voor trampassages) wordt voor de omrekenfactor de mediaan gebruikt, zoals getoond in Figuur 3-1. Overigens is de kans dat een tram en een zware goederentrein tegelijkertijd passeren zeer klein. Merk op dat de berekeningen zijn uitgevoerd voor de maximale trillingssterkte van een tram en de maximale trillingssterkte van een trein. Omdat zware goederentreinen slechts twee- tot viermaal per dag, en vooral s nachts (wanneer er geen trams rijden) passeren, is de kans op een dergelijke hoge cumulatieve waarde zeer klein. Naar verwachting treedt deze waarde slechts eens in de paar dagen op. Bij andere passages (passagierstreinen of lichte goederentreinen en trams tegelijk) zullen aanzienlijk lagere cumulatieve trillingssterktes optreden. De in dit onderzoek gehanteerde berekening is dus conservatief. 14/20

15 Figuur 3-1 Cumulatie-curves 3.3 Gebruikte modellen en berekening Om de invloed van de wijzigingen in taludgeometrie te bepalen is gebruik gemaakt van 3D eindige elementen modellen in Geovib, zie Figuur 3-2. Voor het model van het bestemmingsplan voor de HOV is gebruik gemaakt van damwandprofiel AZ 18. De gegevens van de voor de bodemopbouw gebruikte sonderingen zijn opgenomen in het Trillingsonderzoek Pelikaanstraat 4, opgesteld voor het TB Sporen in Utrecht In de modellen is een trillingssignaal gegenereerd ter plaatse van het spoor, waarbij het signaal is gemeten in de gemodelleerde woning. Vervolgens is het tertsbandspectrum van het trillingssignaal van de plansituatie gedeeld op het spectrum van de referentiesituatie, deze verhouding is verrekend met de gemeten trillingssterkte voor elke gepasseerde trein. Over de gehele dataset is vervolgens conform de BTS de trillingssterkte v max en de trillingsintensiteit v per bepaald. 4 Zie Boon, ir. P.M., Trillingsonderzoek Pelikaanstraat, Sporen in Utrecht, km tot km 36.93, Movares Nederland B.V., D79-PBO-KA , versie 1.1, 23 mei /20

16 Figuur 3-2 Gebruikte modellen. Links de huidige situatie (spoor 1), midden de situatie uit het bestemmingsplan t.b.v. de HOV (met damwand) en rechts de plansituatie ( met geogrids) 3.4 Resultaten De maximale trillingssterkte in de woning Pelikaanstraat 39 is weergegeven in Tabel 3-2. Voor de bepaling van de trillingsintensiteit v per is uit het bestemmingsplan de meest conservatieve vloerfactor (overdracht tussen maaiveld en fundering) van 3 gebruikt. De resultaten zijn getoetst op de SBR B en de BTS. Tabel 3-2 Resultaten voor trillingssterkte en trillingsintensiteit Referentiesituatie 2009 (trein) Plansituatie v max v per Cumulatief Voldoet aan Ontwerp v max v per Tram Trein Tram Trein v max v per SBR B BTS Bestemmingsplan HOV ja ja HOV + spoorsituatie ja ja HOV + TB SiU 2012 incl. verpl. wissels ja ja Het verschil tussen het bestemmingsplan van de HOV om de Zuid en het bestemmingsplan HOV met aangepaste meting komt doordat voor het huidige onderzoek een meting op het midden van de vloer is uitgevoerd. In het onderzoek voor het bestemmingsplan van de HOV om de Zuid is gebruik gemaakt van een meting op maaiveld en deze waarde is vermenigvuldigd met een conservatieve overdrachtsfactor. De in het nieuwe onderzoek uitgevoerde meting is betrouwbaarder. Op deze wijze is dus een reproductie verkregen van de resultaten uit het bestemmingsplan met behulp van de nieuwe meting. Voor de huidige berekeningen is voor de waarde van de trillingsintensiteit van de trams een overdrachtsfactor van 2 aangehouden (v per van 0.05). Deze overdrachtsfactor resulteert in een goede overeenkomst tussen de op het midden van de vloer gemeten waarden en de geprognosticeerde waarden. Het trillingsonderzoek geeft aan dat met de genomen trillingsmaatregel (verplaatste wissels) wordt voldaan aan de BTS. 16/20

17 Overeenkomstig het onderzoek behorende bij het bestemmingsplan HOV is onderzocht of de gecumuleerde situatie wijzigt. Dit blijkt niet het geval te zijn. 17/20

18 18/20

19 4 Conclusies In dit onderzoek zijn de berekeningen t.b.v. het bestemmingsplan van de HOV geverifieerd met nieuwe metingen en berekeningen. De invloed van de cumulatie van de trillingssterkte is nader onderzocht met behulp van metingen. Uit het huidige onderzoek blijkt dat ook de herberekening van de cumulatieve trillingssituatie met dezelfde uitgangspunten als gebruikt ten behoeve van het bestemmingsplan voor de HOV, voldoet aan het geldende toetsingskader. Na het toepassen van een trillingsmaatregel bij het TB 2012 voor het definitieve ontwerp van TB SiU, waarbij de wissels in de drie meest dichtbijgelegen sporen naar het zuiden worden verplaatst, voldoet TB SiU aan het geldende toetsingskader, ook wanneer de cumulatie van HOV en treinen wordt meegenomen. 19/20

20 Colofon Opdrachtgever ProRail B.V. Uitgave Movares Nederland B.V. Divisie Infra Geo Engineering & Ondergrondse Inrichting Daalse Kwint G 3.00 Postbus GW Utrecht Telefoon Ondertekenaar Boon, PM Adviseur Projectnummer RL Opgesteld door Boon, PM 20/20