Reduceren van trillingen en geluid afkomstig van spoorinfrastructuur in een stadsomgeving

Reduceren van trillingen en geluid afkomstig van spoorinfrastructuur in een stadsomgeving Bert Stallaert D2S International [email protected] www.d2sint.com

CSJ244, Antwerpen, 26 februari 2015

1

Overzicht

Trillingen

Basisbegrippen Meting Wetgeving Modellering Voorbeelden van mitigerende maatregelen

Geluid

Basisbegrippen Meting Wetgeving Modellering Mitigerende maatregelen


2

1

Deel 1 - Trillingen Basisbegrippen


3

Propagatie van trillingen in gebouwen

Trillingen Structuurgeluid


4

2

Trillingsgeneratie


5

Basisbegrippen

Trillingsbeweging van de grond X

A

t [s]

V

x(t), amplitude A

dx , amplitude B dt B = A.ω1 ω1 = 2π .f1

v(t) =

B

t [s]

ω1 =

B ω1 CSJ244, Antwerpen, 26 februari 2015

ω

k 108 = = 317 m 1000

f1 ≅ 50 Hz 6

3

Basisbegrippen

Amplitude

⎛ v Lv = 20 * log10 ⎜⎜ ⎝ vref

met:

⎞ ⎟⎟ ⎠

Lv

het snelheidsniveau in decibel

v

de snelheidsamplitude

vref de referentie-snelheidsamplitude

Bij uitdrukken van een grootheid in decibel, moet steeds een referentie gespecifieerd worden. Aanvaarde referenties voor trillingssnelheid zijn: 1*10-6 in/s in de VS 1*10-8 m/s in Duitsland 5*10-8 m/s in Frankrijk 1*10-9 m/s elders (ISO)


7

Menselijke gewaarwording

Richtwaarden 0.1 mm/s

Gevoelsgrens

0.2 - 0.4 mm/s

Zwak voelbaar

> 0.8 mm/s

Voelbaar

> 1.6 mm/s

Duidelijk voelbaar

0.1 mm/s = 100 dB (ISO)


8

4

Deel 1 - Trillingen Meting


9

Trillingsmeting

Locatie Hinder:

plaats van meeste hinder Structurele schade: op structurele elementen


10

5

Trillingsmeting Evaluatie - frequentiedomein OVERALL LEVEL [dB]

Tijdsdomein

0.2 KBF (KBFmax: 0.22)

0.18 0.16

Lev el v ersus time

V1 dB(re.1e-009m/s) V2 dB(re.1e-009m/s) 0

0.12 140

0.1 0.08

0.04 0.02 0

0

50

100

150

200

250

300

350

2

4

6

8

10 TIME [s]

Max.Spectrum

140

12

14

16

18

V1 111.5 dB(re.1e-009m/s)

135

V1 102.1/115.0 dB(re.1e-009m/s)

130

V2 95.6 dB(re.1e-009m/s) Point : Ov erall

130

V2 87.7/100.5 dB(re.1e-009m/s) Point : Ov erall/SEL

125

120

120

115

115

110 105 100 95 90 85 80 75 70 65

110 105 100 95 90 85 80 75 70 65

60

60

55

55

50

50

45 40 sum

20

Leq.Spectrum

135 125

0.06 1/3 OCTAVE BAND RMS LEVEL [dB]

V5 [KBF]

0.14

120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50

1/3 OCTAVE BAND RMS LEVEL [dB]

45 4 8 16 31.5 63 125 250 1/3 OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY [Hz]

40 sum


4 8 16 31.5 63 125 250 1/3 OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY [Hz]

11

Deel 1 - Trillingen Wetgeving


12

6

Wetgeving

Hinder voor personen in gebouwen Structurele schade Apparatuur Structuurgeluid


13

Courante criteria - hinder

DIN 4150-2 [1] ISO 2631-1 [1] [2] BS 6472 (vibration dose value) [1] [2] FTA (APTA) criteria (US)(ook voor structuurgeluid) [1] [1] vereist meting binnenin het gebouw tijdens voertuigpassage [2] indicatieve limieten

Limieten zijn afhankelijk van

Type gebouw Activiteit Dag / nacht

Ö Gebruik van 100 dB criterium (gevoelsgrens) voor residentiële gebowen, aangezien hogere limieten aanleiding geven tot voelbare trillingen


14

7

DIN4150-2

KB – waarde Elke 30 seconden: maximale waarde Specifieke aspecten spoorvoertuigen


15

DIN4150-2


16

8

Structurele schade – DIN4150-3

Amplitude (mm/s) Maximum Gebouwtypes: 1

– industrieel 2 – woningen 3 – gevoelige gebouwen


17

Apparatuur – FTA


18

9

FTA criteria (hinder / structuurgeluid)


19

Deel 1 - Trillingen Modellering


20

10

ISO 14837-1 Richtlijnen voor trillingsstudie

Beïnvloedende parameters: identificatie van relevante parameters verzamelen van waarden

Evaluatiecriteria: nationale normen of richtlijnen definitie van evaluatie site(s) en te meten parameter(s)

Metingen: keuze van een predictiemodel en inputparameters verzamelen van site-afhankelijke informatie voor model, rekening houdend met criteria

Evaluatie: toetsing van predictie aan criteria bepalen van performantie van mitigerende maatregelen

Mitigerende maatregelen: bepalen van mogelijke mitigerende maatregelen algemeen ontwerp van geselecteerde oplossing kosten/batenanalyse

Oplossing: gedetailleerde ontwerpstudie uitvoering van de oplossing en meting van de performantie

Predictie: evaluatie van te verwachten niveau(s)


21

Beschrijving van de bron 1.

voertuigsnelheid v

2.

massa voertuig, mC

3.

massa bogie, mB

4.

niet-afgeveerde massa, mW

5.

wielruwheid

6.

railruwheid

7.

impedantie van de rail

8.

equivalent model van rail support

9.

equivalent model van spoorbed / tunnel

10.

impedantie van de ondergrond


22

11

Invloedsfactoren

1. 2. 3.

bron propagtie ontvanger

De componenten van bron / propgatie / ontvanger zijn onderling afhankelijk.


23

Invloedsfactoren - bron


24

12

Invloedsfactoren - propagatie


25

Invloedsfactoren - ontvanger


26

13

Modellering

“General vibration assessment” (FTA) Eenvoudige

benadering Globale niveaus Invloedsfactoren: compensatie op globaal niveau

Gedetailleerde studie Modellering

van bron / propagatie / ontvanger Spectrale analyse


27

General vibration assessment (FTA)


28

14



29



30

15

Frankrijk Afstand spoor / gebouwen

Vereiste trillingsisolatie in vergelijking met stijf betonspoor

≥ 12 m

-

> 7 m - < 12 m

10 dB

≤7m

20 dB


31

Gedetailleerde trillingsanalyse voorbeeldstudie Clementinalaan Gent


32

16

Methodologie gedetailleerde trillingsanalyse Het weerhouden spoorsysteem voor de Clementinalaan is het CDM modulix systeem Volgende stappen werden uitgevoerd ter bepaling van de te verwachten trillingsniveaus bij doortocht van de Hermelijntram (= tram Siemens MGT6)op de referentiesnelheid:

trillingsmetingen bij trampassage op voorziene spoorsysteem op bestaande referentielokatie (Albertlaan)

karakterisering van het spoorbevestigingssysteem op deze lokatie

Identificatie van het krachtspectrum van deze tram/spoor combinatie

opmeten van grondkarakteristieken (Clementinalaan)

berekenen van de te verwachten trillingsniveaus (grond en woningen)


33

Trillingsmetingen bij trampassage op referentielokatie

05B853 De Lijn Gent Estimation of Fv Hermelijn AVERAGED Measured Lv MAX f rom f ile: av gsB.mat 120 1m 4.4m 8.4m 12.4m 16.4m 20,4m

110 100

dB re.1e-9m/s

Passages van trams Op verschillende afstanden van buitenste rail Frequentiespectra Gemiddelde en maximale spectra

90 80 70 60

Lv

50 40

8

16

31.5 63 125 250 1/3 OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY (HZ)

500

1K

AVERAGED Measured Fv LEQ 120 1m 4.4m 8.4m 12.4m 16.4m 20,4m

110 100

dB re.1e-9m/s

90 80 70 60 50 40


8

16


500

1K

34

17

Opmeten transfertfuncties in zelfde meetpunten op referentielokatie TMline Vibration level due to impakt force F2F1 F2A08B08 60 1m 4.8m 6.74m 10.12m 10.12m

50 40

(dB re.1e-9m/s/N)

30 20 10 0 -10 -20 -30

1

2

10 10 1/3 OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY (HZ)


3

10

35

Equivalente dynamische kracht (wiel/rail)voor de tram-spoorcombinatie op ref. snelheid 05B853 De Lijn Gent Estimation of Fv Hermelijn

LF = Lv − TMline

Calculated Fv MAX f rom: av gsB.mat and TMLF2.mat 80 1m 4.8m 6.7m 10.1m av erage

70 60

dB re.1N

50 40 30 20 10 0

8

16


500

1K

Calculated Fv LEQ 80 1m 4.8m 6.7m 10.1m av erage

70 60

dB re.1N

50 40 30 20 10 0


8

16


500

1K

36

18

Meting van transferfuncties tussen bron en receptiepunten in Clementinalaan


37

Ontvanger

Koppeling en amplificatie

Voor typische woningen Albertlaan-Clementinalaan (oudere herenhuizen)

Grond-structuur koppeling CSJ244, Antwerpen, 26 februari 2015

Amplificatiecurve 38

19

Ontvanger

Voor standaard gebouw (Kortrijksesteenweg) (recentere appartementsgebouwen) amplificatie [dB]

koppeling [dB]

12 1/3 octaafband RMS niveau [dB]

-4 -6 -8 -10 -12

10 8 6 4 2

80

100

63

50

40

25

31.5

12.5

9

10

8

7

6

5

4

3

2

1

20

0

-14

16

1/3 octaafband RMS niveau [dB]

0 -2

1/3 octaafband centrum frequentie [Hz]

1/3 octaafband centrum frequentie [Hz]

Grond-structuurkoppeling

Amplificatiecurve


39

Berekening van te verwachten trillingsniveaus in Clementinalaan met voorziene tram-spoor simulatie

voorziene afstand tussen sporen en gevels

TML-functie gebruikt voor simulatie

[m]

toelaatbare afstand

[m]

Recht spoor 40 km/h

~11.8

S1

16

Wissel 30 km/h

~11.8

S1

18

Recht spoor 40 km/h

~11.8

S2

17

Recht spoor 40 km/h

~6.5

S3

9


40

20

Geselecteerde trillingsreducerende oplossing: vlottende spoorbaan

V ibration level due to im pak t forc e

LIc 19c 20

20 Ins ertion los s

10 (dB re.1e-9m/s/N)

0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 10

1

2

10 1/3 O CTA V E B A ND CE NTE R F RE Q UE NCY (HZ)


10

3

41

Berekende trillingsniveaus met vlottende spoorbaan

simulatie

voorziene afstand tussen sporen en gevels

TML-functie gebruikt voor simulatie

[m]

toelaatbare afstand

[m]

Recht spoor 40 km/h

~11.8

S1

9

Wissel 30 km/h

~11.8

S1

11

Recht spoor 40 km/h

~11.8

S2

10

Recht spoor 40 km/h

~6.5

S3

4


42

21

Deel 1 - Trillingen Voorbeelden van mitigerende maatregelen


43

Specifieke wiel/rail fenomenen

Wiel “Flats”

Î

slijpen / draaien

Onrondheid


44

22


Rail

golfslijtage: oplossing: slijpen


45


Wissels

Trillingen +10dB in vergelijking met recht spoor solution: Floating slab or : 1. “moveable point frog”


46

23

Specifieke wiel/rail fenomenen 2.

“hybride” wissels (ingebed met discrete fixatiepunten)


47

Specifieke wiel/rail fenomenen 3.

“ingebedde” wissel (prefab zonder discrete fixatie) Elastisch vulmateriaal


48

24

Rolexcitatie

Redenen voor hoge trillingsniveaus: Kleine

afstand tussen spoor en gebouw Hoge transmissie in de grond “licht” gebouw Hoge koppeling tussen grond en gebouw Hoge amplificatie van trillingen in gebouw Voertuig gerelateerd : hoge snelheid, hoge dynamische excitatie


49

Rolexcitatie

Oplossingen voor trillingsproblemen: Ballastspoor:

Elastic rail fixation (ERF) Under sleeper pad Ballast mat Floating slabbed (FST) Betonspoor: Elastic rail fixation (ERF) Superelastic rail fixation (SRF) Floating slab (FST)


50

25

Trillingsmitigerende maatregelen

Basisprincipe F

m

k

c

Ft


51

Undersleeper mat/ballast mat (Brussels)


52

26

ERF – Embedded PREFARAIL System

PREFARAIL – NP4aS CLASSIC

PREFARAIL– UIC60 CLASSIC - 1/20


PREFARAIL – NP4aS COMFORT

PREFARAIL2 – NP4aS COMFORT

53

ERF - PREFARAIL


54

27

ERF - PREFARAIL Installation


55

ERF - PREFARAIL Installation on site

1

3

5

2

4

6


56

28

ERF - PREFARAIL


57

ERF – Single Elastic Direct Rail Fixation (DS ISO RAIL)


58

29

ERF – Single Elastic Direct Rail Fixation


59

ERF – Double Elastic Direct Rail Fixation


60

30

ERF - Double Elastic Direct Rail Fixation -Site View


61

ERF - Paris, RATP tunnel L13 - Brussels Erasme metro - booted sleeper tracks


62

31

FST – Design – Athens metro Case


63

FST – Development and Implementation Elastomer testing in lab

Plates with elastic strips


64

32

FST – Athens Metro – Site View


65

FST - Athens tramway Continuous mat


66

33

FST – Antwerp Tramway Discrete elastomer pads


67

FST – Brussels South HST-station

Transversal strips


68

34

FST – Brussels South, HST-station


69

FST - Brussels metro

Lifting of slab cast on site


Installation of longitudinal elastomer strips under slab 70

35

FST - Paris - SNCF

Discrete pads

Tunnel section


71

SRF – Brussels tram tracks


72

36

SRF - Metro New York City


73

SRF - Metro New York City Comparison after installation of SRF plates


74

37

SRF – Milano metro


75

SRF – Brussels Metro – insertion loss


76

38

References

Transit Noise and Vibration Impact Assessment, FTA-VA-90-1003-03, May 2006 High-speed Ground Transportation Noise and Vibration Impact Assessment, DOT/FRA/ORD12/15, September 2012 Railway Noise and Vibration – Mechanisms, Modelling and Means of Control, David Thompson, ISBN-13:978-0-08-045147-3, 2009 Schall- und Erchütterungsschutz im Schienenverkerh, Friedrich Krüger et.al., ISBN13:978-3-8169-2494-4, 2006 CSJ244, Antwerpen, 26 februari 2015

77

Deel 2 - Geluid Basisbegrippen


78

39

Geluid


79

Decibel [dB] Lp = 20 log

p p0

p0 = 2 * 10 −5 Pa


80

40

Octaafbanden [Hz] 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 CSJ244, Antwerpen, 26 februari 2015

81

Wegingscurven: A


82

41

Soort geluid

continu geluid intermitterend geluid impulsachtig geluid tonaal geluid

(T > 2 s) (T < 2 s) (Δoct > 5 dB)


83

Equivalent continu A-gewogen geluidsdrukniveau LAeq,T LAeq, T

⎧⎪ 1 ⎛ P (t ) ⎞2 ⎫⎪ = 10 log⎨ ∫ ⎜⎜ A ⎟⎟ dt ⎬ ⎪⎭ ⎪⎩ T ⎝ P0 ⎠

T meetperiod PA(t) A-gewogen veranderlijke geluidsdruk P0 referentiegeluidsdruk Lp LAeq

t CSJ244, Antwerpen, 26 februari 2015

84

42

Niveau dat N% van de tijd wordt overschreden LAN,T Li ⎧ 1 ⎫ LAN,T = 10 log10 ⎨ Fi10 10 ⎬ ∑ ⎩100 ⎭

Fi percentage van de tijd dat het geluidsdrukniveau in klasse i ligt Li geluidsdrukniveau in dB(A) overeenkomend met klasse i


85

Deel 2 - Geluid Meting


86

43

Emissie van het voertuig

ISO 3095 (2013) Passage constante

snelheid specifiek spoor (en ruwheid) Specifieke meetopstelling en parameters


87

Standaard parameter LAeq ⎛ 1 T p2 (t ) ⎞ LpAeq,T = 10 log⎜⎜ ∫ A 2 dt ⎟⎟ ⎝ T 0 p0 ⎠ ⎛ 1 SEL = 10 log ⎜⎜ ⎝ T0

∫

⎛ 1 TEL = 10 log ⎜ ⎜T ⎝ p

∫

T

0

T

0

p 2A (t ) dt p 20

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

p 2A (t ) ⎞⎟ dt ⎟ p 20 ⎠

T0: 1 sec Tp: passagetijd


88

44

Ontvanger (imissie)

Niveau voor de gevel: Inclusief

reflectie van gevel ( 3 dB op 2m) Zonder reflectie ( = invallende golf)

Grootheid: LAeq,1h LAeq,6-22h

and LAeq,22-6h

Lden Lmax?


89

Lden – (day, evening, night) [dB]

Gewogen gemiddelde volgens EC directieve L den = 10 log

1 ⎛⎜ 12 * 10 24 ⎜⎝

L evening + 5

L day 10

+ 4 * 10

10

Lnight +10

+ 8 * 10

10

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

Lday

A-gewogen lange termijn gemiddelde, bepaald over alle dagperiodes van een jaar

Levening

A-gewogen lange termijn gemiddelde, bepaald over alle avondperiodes van een jaar

Lnight

A-gewogen lange termijn gemiddelde, bepaald over alle nachtperiodes van een jaar


90

45

Deel 2 - Geluid Wetgeving


91

Wetgeving Belgie: ontvanger

Spoorverkeer: geen Vaste installaties (depot, …): regionaal, geklasseerde instellingen Milieu-convenant (Brussels gewest):

NMBS:

LAeq,7-22u: 70 (drempel), 65 (doel) dBA LAeq,22-7u: 65 (drempel), 60 (doel) dBA

MIVB/ deLijn: (franse wetgeving)

LAeq,6-22u: 68 (standard), 63 (gevoelig) dBA LAeq,22-6u: 63 (standard), 58 (gevoelig) dBA


92

46

Wetgeving Belgie: ontvanger

Milieukwaliteitsnormen Vlaanderen: referentiewaarden Principiële referentiewaarden

Gedifferencieerde referentiewaarden

Lden

Lnight

Bonus rail

Beleid bonus

Lden

Lnight

Nieuwe woonontwikkeling

55

45

+7

-

62

52

Nieuwe spoorwegen

55

45

+7

+5

67

57

Bestaande spoorwegen

65

55

+3

+5

73

63


93

Deel 2 - Geluid Modellering


94

47

Geluidskartering - stappen

Verzamelen van de invoergegevens Voor

bronemissiemodellen Voor overdrachtsmodellen

Uit de gegevens een model aanmaken Geluidskaart berekenen Resultaten analyseren Presentatie van de resultaten


95

Verzamelen van de gegevens voor emissiemodel spoorwegverkeer


96

48

Verzamelen van de gegevens voor de propagatie modellen


97

Uit de gegevens een model aanmaken

Samenvoegen van GIS gegevens en attributen IMMI is een verticaal GIS: Speciaal

voor berekening van lawaaikaarten Verwerkt geografische gegevens Verwerkt alle akoestische en andere noodzakelijke attributen


98

49

Geluidskaart berekenen

Raster definiëren Voor Lden/Lnight

op 4 m hoogte


99

Geluidsbelastingskaarten

Lday – Levening – Lnight + LDEN


100

50

Oppervlakte in diverse geluidscontouren


101

Het aantal blootgestelde personen


102

51

Outputdata

Geluidskaarten Gevelniveaus Statistische resultaten: Oppervlakte

in diverse geluidscontouren Aantal blootgestelde personen Aantal woningen/scholen/ziekenhuizen in diverse geluidscontouren


103

Deel 2 - Geluid Mitigerende maatregelen


104

52

Mitigerende maatregelen

Bron Snelheid Railruwheid …

Propagatie Geluidsschermen


105

Bron

Gevoeligheidsanalyse (WR-Noise software) Tramway

Voertuigsnelheid: 20 km/h => 80 km/h +21.5 dB Rail pad loss factor: 10% => 50% -1.4 dB Aslast: 8 T/as => 12 T/as -0.9 dB Stijfheid continue oplegging: 15kN/mm => 60kN/mm -0.16 dB

Railruwheid - ISO => ISO + 10dB: +6.9 dB ISO + 5 dB: +2.9 dB ISO - 5 dB: -1.5 dB ISO - 10 dB: -2.2 dB

Wheel roughness - ISO => ISO - 5dB: -2.1dB


106

53

Bron

Gevoeligheidsanalyse (WR-Noise software) Metro

Voertuigsnelheid: 60 km/h => 100 km/h +7.3 dB Aslast: 10 T/axle => 14 T/axle -0.74 dB

Railruwheid - ISO => ISO +10 dB: +7.0 dB ISO + 5 dB: +3.0 dB ISO - 5 dB: -1.6 dB ISO - 10 dB: -2.26 dB

Wielruwheid: ISO => ISO - 5dB: -2.04 dB


107

Invloed van railruwheid (na slijpen) Transit vibration exposure levels before and after grinding (7.5 m) Before grinding

After grinding

110 3 dB 100 10 dB

90 80 70 15

25

35

45

55

Transit noise exposure levels before and after grinding (7.5 m)

65

Vehicle speed [km/h]

Before grinding

After grinding

100 TEL [dB(A) (re. 2e-005Pa)]

TEL [dB(re.1e-009m/s)]

120

90 7.9 dB(A) 80

2.5 dB(A)

70 60 50 15

25

35

45

55

65

Vehicle speed [km/h]


108

54

Propagatie: schermwerking

Hoog potentieel Beperkt toepasbaar in stedelijke omgeving


109

Schermwerking - voorbeeld


Verschil

110

55

Vragen?


111

56

Reduceren van trillingen en geluid afkomstig van spoorinfrastructuur in een stadsomgeving

Recommend Documents