Herstructurering Kolpingbuurt te Nijmegen Te verwachten trillingniveaus als gevolg van railverkeer Rapportnummer H 5756-2-RA d.d. 2 december 2016
Herstructurering Kolpingbuurt te Nijmegen Te verwachten trillingniveaus als gevolg van railverkeer opdrachtgever Talis Woondiensten rapportnummer H 5756-2-RA datum 2 december 2016 referentie TKe/EdV/HT/H 5756-2-RA verantwoordelijke ir. A.C.R. Kessen opsteller ing. E. de Vries +31 24 3570763 e.devries@peutz.nl peutz bv, postbus 66, 6585 zh mook, +31 24 357 07 07, mook@peutz.nl, www.peutz.nl kvk 12028033, opdrachten volgens DNR 2011, lid NLingenieurs, btw NL.004933837B01, ISO-9001:2008 mook zoetermeer groningen düsseldorf dortmund berlijn leuven parijs lyon H 5756-2-RA 2
Inhoudsopgave 1 Inleiding 4 2 Metingen 5 2.1 Algemeen 5 2.2 Meetinstrumenten 6 2.3 Meetresultaten 6 3 Beoordeling 3.1 Meting 3.2 Geprojecteerde woningen 4 To e t s i n g 9 9 11 13 4. 1 To e t s i n g s k a d e r 13 4. 2 To e t s i n g 13 5 Mogelijke maatregelen 15 5.1 Reductiedoelstelling 15 5.2 Mogelijk te treffen maatregelen 15 5. 3 Vo o r l i g g e n d e s i t u a t i e 16 6 Conclusie 18 H 5756-2-RA 3
1 Inleiding In opdracht van Talis te Nijmegen is een onderzoek verricht inzake te verwachten trillingniveaus vanwege railverkeer in geprojecteerde woningen en appartementen van de Kolpingbuurt te Nijmegen. Het onderzoek dient ter onderbouwing van een bestemmingsplanwijziging in verband met de voorgenomen herstructurering van de wijk, waarbij diverse nieuwe woonblokken gerealiseerd worden. De nieuwe woonblokken zijn gesitueerd tot op zeer korte afstand van de spoorlijn Oss Nijmegen. In figuur 1.1 is de situering van het plangebied weergegeven. Binnen het plangebied wordt een deel van de bestaande woningen gerenoveerd en een deel van de woningen gesloopt. Ook worden diverse nieuwe woonblokken gerealiseerd. De nieuwe woonblokken zijn in geel aangegeven in figuur 1.1. f1.1 Situering plangebied. Het onderzoek bezit een in eerste instantie indicatief karakter. Doel van het onderzoek is te bezien in hoeverre te hanteren streefwaarden mogelijk worden overschreden. Indien onverhoopt sprake mocht blijken van mogelijke overschrijdingen zal worden bezien of deze normaliter met te treffen maatregelen kunnen worden weggenomen. Voor de beoordeling van de in de woning te verwachten trillingen is, zoals gebruikelijk, uitgegaan van de streefwaarden voor de maximaal optredende trillingssnelheden zoals opgenomen in de Richtlijn deel B Hinder voor personen in gebouwen door trillingen, Meeten beoordelingsrichtlijn van de Stichting Bouwresearch (SBR) van augustus 2006. H 5756-2-RA 4
2 Metingen 2.1 A l g e m e e n De metingen hebben tot doel inzicht te verkrijgen met betrekking tot de trillingniveaus vanwege railverkeer. Ter hoogte van het plangebied is sprake van een tweetal sporen. Vanaf 8 november tot en met 22 november 2016 zijn binnen het plangebied onbemande trillingmetingen verricht. Hierbij is op de keldervloer van het buurtcentrum 'De Inloop' aan de Kolpingstraat 2A te Nijmegen gemeten. Dit buurtcentrum ligt op de dezelfde afstand tot het spoor als het dichtstbijgelegen geprojecteerde woonblok (blok 33), zoals te zien in figuur 2.1. f2.1 Woonblok 33 en buurtcentrum 'De Inloop' Verder zijn op 8 november metingen verricht op de bodem ter hoogte van de dichtstbij het spoor gelegen gevel van het buurtcentrum. Deze metingen zijn verricht om de demping van de trillingsnelheid in de bodem naar het fundament te bepalen. Figuur 2.2 toont de ligging van de meetlocaties. H 5756-2-RA 5
f2.2 Ligging meetlocatie meetlocatie bodem Ko lp in gs t * richting Oss * richting Nijmegen meetlocatie buurtcentrum ra at Hierbij is in de twee horizontale richtingen, aangeduid met X (parallel aan het spoor) en Y (loodrecht op het spoor), en de verticale richting, aangeduid met Z, gemeten. Met betrekking tot de metingen is aansluiting gezocht bij de SBR Richtlijn deel B (Hinder voor personen in gebouwen). 2.2 M e e t i n s t r u m e n t e n De metingen zijn uitgevoerd met behulp van trillingmeetsystemen, fabrikaat SYSCOM, type MR2002-CE. Analyses zijn uitgevoerd met evaluatiesoftware, fabrikaat Ziegler Consultants, type VIEW2002. 2.3 M e e t r e s u l t a t e n Voor de beoordeling in relatie tot mogelijke trillinghinder is de maximale trillingsterkte V max (dimensieloos) bepaald overeenkomstig SBR richtlijn B (De conform SBR B gewogen waarde over het frequentiegebied van 1 tot 80 Hz). Conform deze richtlijn geldt dat de grootste trillingsterkte in een tijdsinterval van 30 seconde wordt bepaald. H 5756-2-RA 6
De onbemande metingen die verricht zijn op de keldervloer geven inzicht in de optredende trillingen over langere tijd. Illustratief toont figuur 2.3 een overzicht van de gemeten maximale trillingsterktes V max in verticale richting. f2.3 Optredende maximale trillingsterkte op het fundament van het buurtcentrum, verticale richting maximale trillingsterkte [-] 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 09-11-16 00:00 11-11-16 00:00 13-11-16 00:00 15-11-16 00:00 08-11-16 00:00 10-11-16 00:00 12-11-16 00:00 14-11-16 00:00 datum en tijd maximale trillingsterkte [-] 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 16-11-16 00:00 18-11-16 00:00 20-11-16 00:00 22-11-16 00:00 15-11-16 00:00 17-11-16 00:00 19-11-16 00:00 21-11-16 00:00 23-11-16 00:00 datum en tijd Op basis van het gemeten tijdsignaal en de bijbehorende frequenties is vastgesteld of de meetwaarden zijn toe te wijzen aan passerende treinen of verstoringen. Om onderscheid te maken tussen passagierstreinen en goederentreinen is gekeken naar de tijdsduur van het signaal, de frequentie-inhoud van signaal en het moment van passeren. H 5756-2-RA 7
Naast de onbemande duurmetingen zijn trillingmetingen uitgevoerd om de demping van de trillingsnelheid in de bodem naar het fundament vast te stellen. Op 8 november zijn metingen uitgevoerd waarbij gelijktijdig in de bodem en op het fundament van het buurtcentrum de trillingsnelheid als gevolg van passerende trein is gemeten. Figuur 2.4 toont de trillingdemping van bodem naar fundament. Deze demping is bepaald op basis van een achttal treinpassages. Deze demping is gegeven in db waarbij 20 db overeenkomt met een factor 10 verschil tussen boden en fundament en 10 db met een factor 3 verschil. f2.4 Trillingdemping van bodem naar fundament Trillingdemping bodem-fundament in db 30,0 x richting y richting z richting 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 tertsbandfrequentie in Hz H 5756-2-RA 8
3 Beoordeling 3.1 M e t i n g Op basis van de meetresultaten op het fundament volgt dat de hoogste trillingsterktes bepaald worden door goederentreinen. Hierbij is het opvallend dat de hoogste waarden zijn opgetreden vanwege een passage op 15 november 2:16 uur en op 22 november 2:15 uur, naar verwachting een wekelijks passerende goederentrein. Tabel 3.1 toont voor de horizontale X-, Y- en verticale Z-richting de gemeten maximale trillingsterkte in het fundament als gevolg van de zeven maatgevende treinpassages. t3.1 Optredende maximale trillingsterkte in het fundament buurtcentrum Tijdstip treinpassage Maximale trillingsterkte in het fundament X Y Z 9 november 6:09 uur 0,05 0,08 0,15 14 november 19:05 uur 0,05 0,08 0,14 15 november 2:17 uur 0,07 0,13 0,23 16 november 16:04 uur 0,06 0,10 0,15 16 november 17:19 uur 0,06 0,06 0,15 22 november 1:37 uur 0,06 0,12 0,21 22 november 2:17 uur 0,06 0,11 0,21 In horizontale richting treden de hoogste trillingsterktes op met maximale trillingsterktes tot 0,13 als gevolg van een goederentrein. In verticale richting is sprake van een maximale trillingsterkte tot 0,23 als gevolg van een goederentrein. Passagierstreinen resulteren in een maximale trillingsterkte tot 0,08 in horizontale richting en 0,14 in verticale richting. Ten behoeve van een beoordeling dient inzicht te worden verkregen in de spectrale inhoud van de optredende trillingsterktes. Figuren 3.1 t/m 3.3 tonen de spectrale verdeling van de 7 maatgevende treinpassages voor de horizontale X en Y en de verticale Z richting. H 5756-2-RA 9
f3.1 Spectrale verdeling van de optredende trillingsterktes als gevolg van de treinpassages (horizontale X richting) maximale trillingsterkte 1,000 9 november 6:09 uur 14 november 19:05 uur 15 november 2:17 uur 16 november 16:04 uur 16 november 17:19 uur 22 november 1:37 uur 22 november 2:17 uur 0,100 0,010 0,001 0 10 20 30 40 50 tertsbandfrequentie in Hz 60 70 80 90 f3.2 Spectrale verdeling van de optredende trillingsterktes als gevolg van de treinpassages (horizontale Y richting) maximale trillingsterkte 1,000 9 november 6:09 uur 14 november 19:05 uur 15 november 2:17 uur 16 november 16:04 uur 16 november 17:19 uur 22 november 1:37 uur 22 november 2:17 uur 0,100 0,010 0,001 0 10 20 30 40 50 tertsbandfrequentie in Hz 60 70 80 90 H 5756-2-RA 10
f3.3 Spectrale verdeling van de optredende trillingsterktes als gevolg van de treinpassages (verticale Z richting) maximale trillingsterkte 1,000 9 november 6:09 uur 14 november 19:05 uur 15 november 2:17 uur 16 november 16:04 uur 16 november 17:19 uur 22 november 1:37 uur 22 november 2:17 uur 0,100 0,010 0,001 0 10 20 30 40 50 tertsbandfrequentie in Hz 60 70 80 90 De figuren 3.1 t/m 3.3 tonen dat als gevolg van een treinpassage sprake is van verhoogde trillingniveaus in een frequentiegebied tussen ca. 6 en 12,5 Hz en rond de 40 Hz. 3.2 G e p r o j e c t e e r d e w o n i n g e n De aangegeven trillingsterkten zijn gemeten op het fundament van het buurtcentrum 'De Inloop'. In eerste instantie is verondersteld dat de fundering van de voorziene nieuwbouw trillingtechnisch vergelijkbaar zal zijn met de fundering van het buurtcentrum. Gezien het indicatieve karakter van het huidige onderzoek is de beoordeling beperkt tot de dichtstbij het spoor gelegen bouwdelen van het bouwplan. Deze bouwdelen betreffen appartementen van 4 bouwlagen in woonblok 33 die voorzien zijn op ca. 14 m afstand tot het spoor. Deze appartementen zijn op vergelijkbare afstand tot het spoor gelegen als het buurtcentrum waar de metingen zijn verricht, zodat de meetwaarden niet gecorrigeerd hoeven te worden voor de meetafstand tot het spoor. Om de gemeten trillingsterkten vervolgens te kunnen beoordelen dienen de waarden op het fundament nog gecorrigeerd te worden voor mogelijke opslingering van (vrij overspannen) vloervelden. Hierbij is de mogelijke opslingering voor de voorziene appartementen beperkt tot de verticale richting. In horizontale richting wordt geen relevante opslingering verwacht. H 5756-2-RA 11
De opslingering van vloerdelen hangt af van eventuele samenvallende vloerresonanties met het excitatiespectrum van de treinpassages en kan circa een factor 3 bedragen. De meetwaarden zoals genoemd in paragraaf 3.1 in combinatie met de aangegeven versterkingen resulteren in een maximaal te verwachten trillingsterkte in woningen van 0,7 in verticale richting en 0,1 in horizontale richting. H 5756-2-RA 12
4 To e t s i n g 4.1 T o e t s i n g s k a d e r Zoals eerder aangegeven is bij de beoordeling aansluiting gezocht bij de richtlijn B Hinder voor personen in gebouwen van de Stichting Bouwresearch (SBR B). Tabel 4.1 toont de van toepassing zijnde streef- en grenswaarden conform de SBR B (nieuwe situaties, herhaald voorkomende trillingen). t4.1 Overzicht streefwaarden conform SBR B dag en avond woning A1 [-] 0,1 A2 [-] 0,4 nacht A3 [-] 0,05 A1 [-] 0,1 A2 [-] 0,2 A3 [-] 0,05 Volgens de SBR dient de maximale trillingssterkte V max in eerste instantie getoetst te worden aan A1. Indien hieraan voldaan wordt is sprake van een acceptabele situatie. Indien niet wordt voldaan aan A1 dient de maximale trillingssterkte getoetst te worden aan A 2. Bij overschrijding van A 2 is sprake van een conform de SBR hinderlijke situatie. In het geval dat wordt voldaan, dient de trillingssterkte over de beoordelingsperiode voor de betreffende ruimte (Vper) getoetst te worden aan A 3. Bij overschrijding van A 3 is wederom sprake van een conform de SBR hinderlijke situatie. Opgemerkt wordt dat de streefwaarden van de SBR in principe in het onderhavige geval geen wettelijke grenswaarden zijn. Volledigheidshalve nog de kanttekening dat het voldoen aan de streefwaarden van de SBR niet inhoudt dat geen sprake zal zijn van voelbare trillingen. De waarde van 0,1 wordt normaliter gezien als de voelbaarheidsgrens. Een streefwaarde van V max van 0,2 in woningen sluit derhalve niet uit dat bepaalde passages voelbaar kunnen zijn. 4.2 T o e t s i n g Voor woningen geldt een zogenaamde onderste streefwaarde A 1 van 0,1. Deze waarde zal, gezien de optredende maximale trillingsterkte tot ten hoogste 0,7 in de geprojecteerde woning, worden overschreden. Bij overschrijding van de onderste streefwaarde wordt in eerste instantie toetsing aan de bovenste streefwaarde A 2 relevant. Omdat ook in de nacht sprake is van passerende treinen geldt een maatgevende A2 van 0,2. Ook deze waarde zal worden overschreden waarmede sprake is van een trillingtechnisch niet zonder meer inpasbare situatie. H 5756-2-RA 13
Hoewel toetsing van de trillingsterkte V per daarmede in principe niet meer aan de orde is, is volledigheidshalve wel de Vper bepaald teneinde inzicht te verkrijgen in de wenselijke reducties. Op basis van de tijdens de metingen geregistreerde passages en de daarbij behorende maximale trillingsterkte is de trillingsterkte V per bepaald en deze bedraagt 0,11. Hiermee wordt de streefwaarde van 0,05 overschreden. H 5756-2-RA 14
5 Mogelijke maatregelen 5.1 R e d u c t i e d o e l s t e l l i n g In principe zijn voor nieuwbouwwoningen nabij spoorwegen technieken beschikbaar die bescherming bieden tegen trillingen. In het onderhavige geval zal evenwel in eerste instantie het probleem verder ingekaderd dienen te worden waarbij onder andere bezien zal dienen te worden hoever het probleem zich fysiek uitstrekt. In het onderhavige geval is sprake van woningbouw die is voorzien op korte afstand van het spoor. Met een te verwachten trillingsterkte V max in woningen van maximaal ca. 0,7 bij een na te streven waarde van 0,2, en een te verwachten V per van maximaal ca. 0,11 bij een streefwaarde van 0,05, kan worden geconcludeerd dat in de woningen een reductiedoelstelling met circa een factor 3 à 4 aan de orde is. Gezien onze ervaring met vergelijkbare projecten kan in eerste instantie worden opgemerkt dat een dergelijke doelstelling als realiseerbaar kan worden gekwalificeerd. 5.2 M o g e l i j k t e t r e f f e n m a a t r e g e l e n Om de trillingen vanwege passerende treinen met een factor 3 à 4 te reduceren dienen maatregelen te worden getroffen. In principe kan onderscheid worden gemaakt in bronmaatregelen, overdrachtsmaatregelen of maatregelen bij de ontvanger. Bronmaatregelen zijn meestal het meest effectief, echter in de praktijk bij bestaand spoor vaak niet meer realistisch. Hierbij kan worden gedacht aan een verend materiaal onder het ballastbed, onder de dwarsliggger, of een verende oplegging van het gehele systeem (floating slab track). In de overdracht kan worden gedacht aan toepassing van stijve constructies in de bodem tussen spoor en gebouw (schermen zoals diepwand, jetgrouten wand e.d.), al dan niet bekleed met een extra slappe laag. Ook een onderbreking van de bodem zal trillingen reduceren, denk aan sleuven e.d.. Bij dergelijk oplossingen (zowel stijve wand als sleuf ) speelt een belangrijke rol bij welke frequenties de trillingen zich voordoen. Hoogfrequent zijn dergelijke maatregelen vaak al effectief met relatief beperkte diepten. Bij meer laagfrequente trillingen kan het zijn dat dergelijke maatregelen pas zinvol worden met diepten tot 15 à 20 m, soms zelfs nog meer. H 5756-2-RA 15
Als maatregelen aan het gebouw zelf kan worden gedacht aan het optimaliseren van het vloerontwerp. Bij verticale trillingen is vloergedrag vaak mede bepalend. Verstijven door toepassing dikkere vloeren, kleinere overspanningen e.d. kunnen dan bijdragen aan verlaging van de trillingniveaus. De eigenfrequentie van vloeren dient daarbij uit de buurt te liggen van de aangeboden trillingen. Het is niet altijd zo dat verstijven beter is. Soms kan het verlagen van de eigenfrequentie, dus een slappere vloer, juist verbetering bieden. Om horizontale trillingen te reduceren kan in het constructieve ontwerp worden gedacht aan verstijven van de constructie (meer constructieve delen, constructief zware kernen enz.). Ook kan worden gedacht aan het toepassen van een zwaarder fundament. Hierdoor wordt een grotere impedantiesprong gecreëerd tussen bodem en gebouw waarmee de trillingen vanuit de bodem minder makkelijk het gebouw in komen. In principe kan worden gesteld dat des te stijver en zwaarder het fundament wordt uitgevoerd des te meer de trillingniveaus worden gereduceerd. Verder wordt ook het volledig afveren van gebouwen toegepast. De mogelijkheden worden ook hier in sterke mate bepaald door de 'probleemfrequenties'. Trillingen van 10 à 15 Hz en hoger kunnen in het algemeen op deze wijze nog effectief worden gereduceerd. Als de trillingen laagfrequenter zijn dan wordt het problematisch. Afveren kan soms geschieden op discrete oplegpunten (poeren, paalkoppen e.d.) danwel door het dubbel uitvoeren van fundaties (fundatie - verende laag - fundatie met daarop gebouw). Dimensioneren en optimaliseren van maatregelen vindt meestal plaats middels een dynamisch rekenmodel (eindige elementen methode) waarbij zowel aanstoting, bodem en geprojecteerd gebouw gemodelleerd worden. Aanstoting en bodem worden dan gebaseerd op de trillingmetingen ter plaatse aangevuld met bodemeigenschappen ontleend aan sonderingen. Het gebouw wordt op basis van de dan beschikbare bouwkundige en constructieve opzet gemodelleerd. Zo kunnen in eerste aanleg de te verwachten trillingen in het gebouw meer in detail in kaart gebracht worden en kunnen vervolgens ook eventuele maatregelen worden doorgerekend. Dergelijke berekeningen zijn evenwel pas mogelijk en zinvol indien de opbouw van de woningen verder bekend is en zullen derhalve normaliter pas in een later stadium verricht kunnen worden. 5.3 V o o r l i g g e n d e s i t u a t i e Van de bovenstaande maatregelen is het optimaliseren van het vloerontwerp in de meeste gevallen het meest eenvoudig. Uitgaande van de situatie dat in woonblok 33 een optimaal vloerontwerp kan worden gerealiseerd, zullen de vloeren de trillingen in het geheel niet versterken. Hiermee zal sprake zijn van een maximale trillingsterkte tot 0,23. Deze waarde overschrijdt nog steeds de streefwaarde van 0,2. Hierbij wordt opgemerkt dat voor de huidige beoordeling is verondersteld dat de fundering van woonblok 33 trillingtechnisch vergelijkbaar is met de fundering van het buurtcentrum waar de metingen zijn verricht. H 5756-2-RA 16
Indien de uiteindelijke fundering van woonblok 33 trillingtechnisch enigszins beter is dan de fundering van het buurtcentrum, kan in combinatie met een optimaal vloerontwerp wel worden voldaan. In figuur 2.4 van hoofdstuk 2 is de demping van de trillingsnelheid getoond van de bodem naar het fundament van het buurtcentrum. Deze waarden kunnen worden benut bij het dimensioneren van een zwaardere fundering. Gezien de hoogte van de optredende trillingen kan worden gesteld dat ook de overige woonblokken, met name de eerstelijnsbebouwing tot het spoor, niet zondermeer zullen voldoen aan de streefwaarden van de SBR. Ten opzichte van de beschouwde appartementen liggen de overige woonblokken op iets grotere afstand van het spoor, hetgeen trillingtechnisch gunstig is. Demping van bodem naar fundament is bij woningen in het algemeen wat geringer dan bij appartementen. Wij verwachten dat de uiteindelijke trillingniveaus in de overige woonblokken daarmee van dezelfde orde van grootte zijn als de trillingniveaus in de appartementen. De verwachting is dat bij deze woonblokken ook middels maatregelen kan worden voldaan aan de streefwaarden. H 5756-2-RA 17
6 Conclusie Op basis van de verrichte metingen kan worden geconcludeerd dat de in het kader van trillinghinder in woningen na te streven waarden zoals aangegeven in de Richtlijn deel B Hinder voor personen in gebouwen door trillingen, Meet- en beoordelingsrichtlijn van de Stichting Bouwresearch (SBR) van augustus 2006 zullen worden overschreden. Op basis van het onderhavige onderzoek kan worden geconcludeerd dat, teneinde te voldoen aan de gehanteerde criteria, de trillingniveaus in de hoogste belaste woningen met een factor van 3 à 4 dienen te worden gereduceerd. Op basis van ervaring dient de situatie beoordeeld te worden als kritisch maar zeer wel technisch oplosbaar is. De exacte maatregelen kunnen pas in een later stadium worden gedimensioneerd. Middels deze maatregelen kan een acceptabel woonklimaat worden gewaarborgd zodat qua trillingen geen belemmeringen bestaan om het bestemmingsplan vast te stellen. Mook, Dit rapport bevat 18 pagina's H 5756-2-RA 18