TPG locatie Nijmegen; verkennend trillingsonderzoek Datum 19 november 2010 Referentie 20080985-07
Referentie 20080985-07 Rapporttitel TPG locatie Nijmegen; verkennend trillingsonderzoek Datum 19 november 2010 Opdrachtgever Contactpersoon Gemeente Nijmegen Korte Nieuwstraat 6 6511 PP NIJMEGEN De heer E. Leijenaar Behandeld door De heer ir. G.H.J. Busscher Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs BV Wilhelm Röntgenstraat 4 8013 NE ZWOLLE Postbus 1590 8001 BN ZWOLLE Telefoon 038-4221411 Fax 038-4223197 Bladzijde 1
Inhoudsopgave 1 Inleiding 3 1.1 Algemeen 3 1.2 Plan van Aanpak 3 1.3 Grenswaarden ter voorkoming van schade 3 1.4 Streefwaarden ter voorkoming van hinder 4 2 Metingen 5 2.1 Uitvoering 5 2.2 Resultaat van de metingen 6 3 Prognose en toetsing trillingsniveaus 7 3.1 Schade 7 3.2 Hinder 7 3.3 Nadere bespreking van de resultaten 8 4 Mogelijke maatregelen 9 4.1 Verzwaren van fundament/gebouwstructuur 9 4.2 Ontkoppeling spoorbed - gebouwfundament 9 4.3 Toepassen van trillingsisolatie 10 5 Conclusie 11 Bijlagen Bijlage I Trillingsspectra TPG locatie Nijmegen; 20080985-07/ATr Bladzijde 2
1 Inleiding 1.1 Algemeen In opdracht van de Gemeente Nijmegen is een trillingstechnisch onderzoek uitgevoerd ten behoeve van het project Doornroosje-TPG locatie te Nijmegen. Het plan omvat de nieuwbouw van circa 300 studenteneenheden en het poppodium Doornroosje. Vanwege de zeer korte afstand tot de spoorlijn is mogelijke hinder en schade in de nieuw te bouwen woningen ten gevolge van trillingen niet zonder meer uit te sluiten. Daarnaast is vanuit een goede ruimtelijke ordening mogelijke trillingshinder een aandachtspunt. De doelstelling van het onderzoek is om vast te stellen of op basis van de bouwlocatie en de vorm van de nieuw te bouwen woningen en gebouwen aanvullende maatregelen in het nog op te stellen bouwkundig ontwerp nodig zijn. Indien sprake blijkt te zijn van een trillingstechnisch kritische situatie zullen deze maatregelen globaal geschetst worden, zodat deze kunnen worden opgenomen in het Technisch Programma van Eisen voor het ontwerp. Voorliggend rapport geeft een samenvatting van de resultaten van het onderzoek 1.2 Plan van Aanpak Het onderzoek wordt uitgevoerd door ter plekke trillingsmetingen te verrichten. Op basis van deze trillingsmetingen wordt een prognose gemaakt van de trillingsniveaus die in de toekomstige bebouwing zijn te verwachten. Deze trillingsniveaus worden beoordeeld aan de hand van SBR meet- en beoordelingsrichtlijn delen A: Trillingen: schade aan gebouwen en B: Trillingen: hinder voor personen in gebouwen. Op deze wijze wordt de situatie ter plaatse op een verantwoorde wijze ingeschat en worden onbekende parameters als bodemgesteldheid en spoorbaankenmerken zoveel goed mogelijk geëlimineerd. Ten aanzien van SBR richtlijnen geldt dat deze geen wettelijke grondslag heeft. Wel is in de afgelopen jaren de nodige jurisprudentie ontstaan en zijn de genoemde grens- en streefwaarden algemeen geaccepteerd. 1.3 Grenswaarden ter voorkoming van schade De SBR-richtlijn A stelt een grenswaarde voor de trillingssnelheid. Bij overschrijding van deze grenswaarde is er kans op schade is aan de gebouwen door trillingen. De grenswaarde V r is afhankelijk van het type trillingsbron en het soort bouwwerk. In deze situatie is er sprake van herhaald-kortdurende trillingen (weg- en railverkeer) en een categorie 1 bouwwerk, in goede staat verkerende onderdelen van de draagconstructie, indien deze bestaan uit beton of hout. Conform de richtlijn is de grenswaarde V r in deze situatie minimaal 13,3 mm/s. Voor trillingsfrequenties hoger dan 10 Hz gelden hogere grenswaarden. Bladzijde 3
Conform SBR-richtlijn A wordt V d, de rekenwaarde van de trillingssnelheid, getoetst aan de grenswaarde V r. V d is de geprognosticeerde trillingssnelheid op het fundament, vermenigvuldigd met een veiligheidsfactor γ v. De veiligheidsfactor γ v is afhankelijk van het soort uitgevoerde meting/prognose. Met een trillingsmeting op het maaiveld in drie richtingen wordt eveneens in drie richtingen de trillingssnelheid op het fundament geprognosticeerd. Hierbij is er sprake van een indicatief uitgevoerde prognose. Voor dit type prognose geldt een veiligheidsfactor γ v van 1,6. 1.4 Streefwaarden ter voorkoming van hinder De SBR-richtlijn B maakt onderscheid in type trillingsbron en functie van het gebouw. In dit geval is sprake van herhaald voorkomende trillingen en gebouwfunctie kantoor en wonen. Ter voorkoming van hinder door trillingen gelden voor nieuwe situaties de streefwaarden zoals aangegeven in tabel 1.1. Tabel 1.1: SBR-streefwaarden ter voorkoming van hinder in nieuwe situaties Gebouwfunctie Dag- en avondperiode (7:00 19:00 en 19:00 23:00) Nachtperiode (23:00 7:00) A 1 A 2 A 3 A 1 A 2 A 3 Kantoor 0,15 0,6 0,07 0,15 0,6 0,07 Wonen 0,1 0,4 0,05 0,1 0,2 0,05 De toetsing houdt in dat sprake is van hinder voor personen door trillingen wanneer: de maximale trillingssterkte V max hoger is dan A 2 óf; de maximale trillingssterkte hoger is dan A 1 én de trillingssterkte over de beoordelingsperiode V per hoger is dan A 3. V per is de over de gehele beoordelingsperiode, kwadratisch gemiddelde waarde van de maximale trillingssterkte. In alle andere gevallen is er conform de SBR-richtlijn geen sprake van hinder voor personen door trillingen. De voelbaarheidsgrens voor trillingen ligt op een trillingssterkte V max van 0,1. Bladzijde 4
2 Metingen 2.1 Uitvoering De trillingsmetingen zijn uitgevoerd op 4 november 2010, tussen circa 9:00 en 13:00. Daarbij is gemeten op een 4-tal locaties op het voormalige TPG terrein. Zie voor een overzicht figuur 2.1. 1 2 3 4 Figuur 2.1: Overzicht van meetposities Meetpunten 1 en 2 zijn in de nog resterende bebouwing geplaatst. Meetpunten 3 en 4 op het maaiveld ; het parkeerterrein buiten het gebouw. Op elke positie is de trillingssnelheid gemeten in 3 richtingen: evenwijdig aan het spoor, dwars op het spoor en verticaal. De metingen zijn uitgevoerd met 4 Redbox systemen van Syscom. Tijdens de metingen is de trillingssterkte gemeten per 30 seconden conform SBR-richtlijn deel B en is ook de trillingssnelheid geregistreerd. Daarnaast zijn continu tijdsignalen opgeslagen op basis waarvan de spectrale inhoud van de trillingen is bepaald voor die treinen die de sterkste trillingen hebben veroorzaakt. Bladzijde 5
2.2 Resultaat van de metingen Onderstaande tabel 2.1 geeft een overzicht van de gemeten trillingssnelheden (V top ) voor die passages die de sterkte trillingen veroorzaakten op de 4 meetposities. De trillingssnelheid is benodigd voor de toetsing met betrekking tot mogelijke schade door trillingen (SBR-A). De hoogste waarden in de tabel (per richting) zijn geel gemarkeerd. In tabel 2.2 daaronder is de trillingssterkte (V max )weergegeven voor diezelfde treinpassages. De trillingssterkte is benodigd voor de toetsing met betrekking tot mogelijke hinder door trillingen (SBR-B). Tabel 2.1: Gemeten trillingssnelheid V top (schade) voor de passages met de sterkste trillingsniveaus Trillingssnelheid V top [mm/s] Evenwijdig aan het spoor Dwars op het spoor Verticaal 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 9:46-0,32 0,33 0,91-0,70 0,35 0,89-1,47 0,74 0,35 10:01-0,21 0,30 0,89-0,40 0,34 1,15-0,85 0,79 0,53 11:20-0,27 0,34 0,71-0,53 0,36 1,17-1,20 0,77 0,47 12:28 0,12 0,10 0,35 0,87 0,19 0,13 0,44 1,50 0,23 0,29 0,92 0,60 Tabel 2.2: Gemeten trillingssterkte V max (hinder) voor de passages met de sterkste trillingsniveaus Trillingssterkte V max [-] Evenwijdig aan het spoor Dwars op het spoor Verticaal 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 9:46 0,04 0,13 0,11 0,47 0,08 0,28 0,11 0,47 0,10 0,60 0,25 0,13 10:01 0,04 0,09 0,12 0,50 0,09 0,18 0,11 0,67 0,07 0,33 0,26 0,19 11:20 0,05 0,11 0,11 0,38 0,13 0,22 0,11 0,59 0,11 0,43 0,25 0,17 12:28 0,04 0,11 0,15 0,39 0,08 0,22 0,14 0,67 0,10 0,45 0,36 0,25 De tijdstippen genoemd in bovenstaande tabellen zijn de tijdstippen waarop de hoogste trillingssterktes optreden. Het gaat in alle gevallen om stoppende en vertrekkende passagierstreinen. De rijsnelheid ter plekke is erg laag. Er hebben tijdens de meetsessie geen passages van goederentreinen plaatsgevonden. De figuren in bijlage I laten de gemeten trillingsspectra zien van de bovengenoemde passage. Bladzijde 6
3 Prognose en toetsing trillingsniveaus 3.1 Schade Ter beoordeling van mogelijke schade aan het gebouw als gevolg van trillingen, wordt een beoordeling gemaakt van de trillingssnelheden die zijn gemeten op het op dit moment aanwezige deel van het gebouw waarop is gemeten (meetpunten 1 en 2). Tabel 2.1 laat zien dat de hoogst gemeten trillingssnelheid V top 1,47 mm/s bedraagt (gemeten op meetpunt 2 om 9:46). Conform de SBR-richtlijn deel A dient een veiligheidsfactor van 1,6 te worden toegepast om tot de rekenwaarde van de trillingssnelheid V d te komen van 2,35 mm/s (zie ook hoofdstuk 1.3). Deze rekenwaarde van de trillingssnelheid dient getoetst te worden aan de rekenwaarde van de grenswaarde V r. Voor dit project geldt dat de V r gelijk is aan 13,3 mm/s (zie hoofdstuk 1.3). Als de rekenwaarde van de trillingssterkte, V d = 2,35 mm/s, wordt getoetst aan de rekenwaarde van de grenswaarde, V r = 13,3 mm/s, blijkt dat deze ruimschoots voldoet. Er is derhalve geen sprake van kans op schade aan het gebouw door trillingen. Het fundament van de nieuwe bebouwing zal afwijken van het fundament van de bestaande bebouwing. Naar verwachting zal het nieuwe fundament zwaarder zijn dan de op dit moment nog resterende fundamenten. Het nieuwe gebouw met zijn nieuwe fundament zal zich dynamisch anders gedragen dan de huidige fundamenten. De verwachting is echter dat trillingsniveaus lager zullen zijn dan op de huidige fundamenten. In combinatie met de ruime marge in de toetsing geldt dan ook dat voor de het nieuw te bouwen gebouw op deze locatie geen schade door trillingen is te verwachten. 3.2 Hinder Ter beoordeling van hinder is het nodig een prognose te maken van trillingsniveaus die te verwachten zijn in het toekomstige gebouw. De metingen zijn uitgevoerd op relatief stijve punten van de huidige bebouwing en er moet rekening gehouden worden met versterking van trillingsniveaus door met name resonantie van vloeren. Onderstaande tabel 3.1 geeft een overzicht van de te verwachten trillingssterkte op de vloeren in het toekomstige gebouw. Tabel 3.1: Overzicht van te verwachten trillingssterkte V max in toekomstige gebouw Trillingssterkte V max [-] Evenwijdig aan het spoor Dwars op het spoor Verticaal 9:46 0,11 0,28 1,2 1,3 10:01 0,12 0,18 0,7 0,8 11:20 0,11 0,22 0,9 1,0 12:28 0,15 0,22 1,2 1,4 De waarden in bovenstaande tabel dienen getoetst te worden aan de streefwaarden zoals genoemd in hoofdstuk 1.4. De meest bepalende streefwaarde is in dit geval de A 2 streefwaarde: Deze ligt voor de dag- en avondperiode op 0,4 en voor de nachtperiode op 0,2. Bladzijde 7
In tabel 3.1 is te zien dat deze waarden ruimschoots overschreden worden door de verwachtte trillingsniveaus in verticale richting. Er is conform de SBR richtlijn dus hinder als gevolg van trillingen te verwachten. Ter beoordeling van deze overschrijdingen gelden nog de volgende opmerkingen: De SBR-richtlijn vermeld tevens streefwaarden ter voorkoming van hinder in bestaande situaties. De achtergrond hiervan is dat in verloop van tijd enige gewenning optreedt. De A 2 streefwaarde ligt in dat geval op 0,8 gedurende de dag- en avondperiode en op 0,4 gedurende de nachtperiode. Ook deze streefwaarden worden overschreden. De SBR-richtlijn vermeldt in bijlage 5 een nadere kwalificatie van de hinder. Een trillingssterkte van 0,2 tot 0,8 leidt volgens die kwalificatie tot matige hinder en een trillingssterkte van 0,8 tot 3,2 (waarvan hier sprake is) leidt tot een kwalificatie hinder. 3.3 Nadere bespreking van de resultaten De nabijheid van het station en het spoor leiden tot een hele specifieke situatie: De lage rijsnelheid van alle treinen leidt ertoe dat slechts heel beperkt sprake is van aanstoting van laagfrequente trillingen (5 20 Hz). De dominante trillingsfrequentie is voor deze locatie 30 tot 50 Hz. De nabijheid van het spoor leidt er in dit geval toe dat het gebouw is gefundeerd in het talud van het spoorbed. Dat betekent dat de wand van het gebouw, aan de zijde van het spoor, heel direct wordt aangestoten door trillingen van de passerende trein. Het effect hiervan is te zien in het beperkte verschil tussen de trillingsniveaus op het maaiveld en de trillingsniveaus in het gebouw. Normaal gesproken is sprake van een zekere demping door de massa van het gebouw waardoor de trillingsniveaus in het gebouw over het algemeen veel lager zijn dan op het maaiveld (zeker bij relatief hoge frequenties als 40 Hz). In dit geval is dat niet zo omdat het gebouw al heel dicht bij het spoor wordt aangestoten. Daarnaast wordt opgemerkt dat de prognose geldig is voor het gedeelte van het gebouw dat het dichtst op de spoorbaan ligt. In het andere deel van het gebouw is normaal gesproken een (beperkt) lager trillingsniveau te verwachten. Bladzijde 8
4 Mogelijke maatregelen 4.1 Verzwaren van fundament/gebouwstructuur Een mogelijke maatregel om trillingen in het gebouw te reduceren is het verzwaren van de gebouwstructuur of het fundament. Gezien de mate van overschrijding is de verwachting dat hiermee onvoldoende resultaat kan worden bereikt en dat daarmee niet kan worden voldaan aan de streefwaarden ter voorkoming van trillingshinder. 4.2 Ontkoppeling spoorbed - gebouwfundament De meest effectieve maatregel ter reductie van de trillingsniveaus is het gebouwfundament te ontkoppelen van het spoorbed. Zie onderstaande figuur 4.1 voor een schets. Toekomstig gebouw Perron en spoorbed Open ruimte Niet gekoppeld Figuur 4.1: Schets van ontkoppeling tussen spoorbed en gebouwfundament Op basis van de beschikbare meetdata is een bepaald dat als gevolg van deze maatregel de maximale trillingsniveaus afnemen tot een trillingsterkte V max van circa 0,2 0,3. Als deze waarde wordt getoetst aan de streefwaarden zoals genoemd in hoofdstuk 1.4 dan geldt dat nog steeds sprake is van hinder door trillingen omdat de A 2 streefwaarde (0,2) gedurende de nacht mogelijk overschreden wordt. Om daarnaast te voldoen aan de A 3 streefwaarde (0,05) dient het aantal passages van treinen dat een trillingssterkte van 0,2 veroorzaakt, beperkt te blijven tot maximaal 7 per uur. De mate van overschrijding is beperkt: Er is conform de SBR-richtlijn sprake van hinderkwalificatie matige hinder. De streefwaarden ter voorkoming van hinder in bestaande situaties (A 2 gedurende de nacht 0,4) worden naar verwachting niet overschreden. De A 3 streefwaarde voor bestaande situaties (0,15) wordt pas overschreden als het aantal treinen dat een trillingssterkte van 0,2 veroorzaakt, meer bedraagt dan circa 60 treinen per uur. Aanvullend onderzoek kan in meer detail duidelijk maken welke trillingssterkte daadwerkelijk te verwachten is bij het toepassen van deze maatregel. Uit een dergelijk onderzoek wordt ook duidelijk welke aanvullende maatregelen eventueel nog nodig zijn om de trillingsniveaus verder te verlagen. Mogelijke aanvullende maatregelen die daarbij in beeld zijn, zijn het verzwaren van het fundament of het verzwaren van de vloeren. Bladzijde 9
4.3 Toepassen van trillingsisolatie Als alternatieve maatregel is het mogelijk een trillingsgeïsoleerd gebouw toe te passen. Een mogelijke positie voor de trillingsisolatie is het op niveau 15 meter in modellen A en B (juist boven de ruimte voor Doornroosje ) of op niveau 9 meter in model C (juist boven de fietsstalling). In modellen A en B moet er dan wel beoordeeld worden of de geprognostiseerde trillingsniveaus voor het gebruik door Doornroosje wel acceptabel zijn. Welke trillingsniveaus resulteren in het gedeelte van het gebouw dat verder van het spoor is gelegen is op grond van de op dit moment beschikbare gegevens lastig de voorspellen. Het hangt tevens af van de gebouwstructuur waarbij met name de aanwezigheid van dilataties tussen verschillende delen van het gebouw van belang kan zijn. De trillingsisolatie van (een gedeelte van) het gebouw kan plaatsvinden met relatief eenvoudige trillingsisolatoren. Als een afveerfrequentie van 10 20 Hz wordt toegepast is sprake van een verwachte trillingsterkte van 0,15 tot 0,25. Dat betekent dat dezelfde overwegingen gelden als bij toepassing van de ontkoppeling (hoofdstuk 4.1). Een verdere verlaging van de afveerfrequentie (6 8 Hz) leidt tot een reductie tot onder de voelbaarheidsgrens voor personen. Hinder is in dat geval dan ook niet meer te verwachten. De genoemde afveerfrequenties zijn te realiseren door het toepassen van rubber isolatoren (matten of pads). De onderbouw en bovenbouw dient ter plaatse van de isolatoren voldoende stijf en zwaar te zijn om lokale resonanties te voorkomen (deze verminderen de effectiviteit van de isolator). Op basis van aanvullend onderzoek kan in meer detail het effect van de maatregel worden beoordeeld (ook voor de delen van het gebouw verder van het spoor). Bladzijde 10
5 Conclusie Op basis van het uitgevoerde onderzoek kunnen de volgende conclusies getrokken worden: Bij ongewijzigd ontwerp zonder speciale voorzieningen is géén schade aan het gebouw als gevolg van trillingen te verwachten. Bij ongewijzigd ontwerp zonder speciale voorzieningen is wel trillingshinder voor personen in het gebouw te verwachten. De streefwaarden ter voorkoming van hinder worden ruim overschreden (factor 7). Mogelijke aanvullende maatregelen zijn het ontkoppelen van het spoorbed van het gebouwfundament of het isoleren van het woongedeelte boven Doornroosje of boven de fietsenstalling. In beide gevallen is sprake van een drastische reductie van trillingsniveaus waardoor het naar verwachting mogelijk is trillingshinder te voorkomen. Om dit zeker te stellen wordt aanbevolen vervolgonderzoek te verrichten ten behoeve van verdere detaillering van de maatregelen. Naar verwachting is het niet mogelijk om met beperkte bouwkundige maatregelen (zoals verzwaren van fundament of vloer) de trillingsniveaus afdoende te reduceren. Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs BV De heer ir. G.H.J. Busscher Senior Projectleider Bladzijde 11
Bijlage I Trillingsspectra verkennend trillingsonderzoek 19-11-2010 G. Busscher