Trillingsreductie aan de bron
Het is van essentieel belang om de trillingen aan de bron te verminderen door het garanderen en onderhouden van een precieze spoorgeometrie aan de hand van geavanceerde meting en machinale technologieën, door het garanderen van gladde spoor- en wieloppervlakken zonder onregelmatigheden door het gebruik van optimale sporen met gecontrolleerde lage “ruwheids” groei en geavanceerde remsystemen, door het garanderen van lage dynamische impacts door een optimale voertuigophanging, door een optimaal ontwerp van de spoorinfrastructuur en door optimale technische beschrijving van het voertuig.
Voorts zijn de trillingsreductiemaatregelen ontwikkeld voor spoortransitsystemen, conventionele sporen en hoge snelheidssporen, niet doeltreffend voor vrachttreinen. Aangezien vrachttreinen slechts een primaire (stijve) ophanging hebben, kunnen grote dynamische krachten in de grond worden geleid bij de eerste verticale stijve resonantiefrequentie van het lichaamsvoertuig (rond 10-12 Herz) wanneer deze trillingswijze wordt opgewekt bij de wiel/spoorinterface door wiel/spooronregelmatigheden of door hobbels bij frogs van kruisingen van sporen en wissels.
Het belang van geschikt wiel- en spooronderhoud in het controleren van structuurtrillingsniveaus kan niet sterk genoeg benadrukt worden. Problemen met ruwe wielen of sporen kunnen trillingsniveaus in extreme gevallen verhogen tot 20 dB, die de resultaten van zelfs de meest doeltreffende trillingscontrolemaatregelen teniet doen. Het is zeldzaam dat praktische trillingsreductiemaatregelen meer dan 15 tot 20 dB vermindering zullen leveren. Wanneer er structuurtrillingsproblemen binnen een bestaand spoortransportsysteem zijn, is de beste trillingscontrolemaatregel meestal het uitvoeren van nieuwe of verbeterde onderhoudsprocedures. Het slijpen van ruwe of gegolfde sporen en het in de juiste vorm brengen van de wielen om wheel flats te elimineren en om de wielomtrek te herstellen kan meer trillingsvermindering tot resultaat hebben dan zou kunnen verkregen worden door het volledig vervangen van het bestaande spoorsysteem met een vlottende spoorplaat. Voor vrachttreinen, zijn gladde wielen en sporen de enige praktische oplossing om overdreven trillingen te verhinderen.
Dit is de reden waarom grote nadruk wordt gelegd op het hebben en zo lang mogelijk houden van gladde sporen, correcte spoorgeometrie en gladde wielen. Trillingscontrole aan de bron is een eerste prioriteit. Het is belangrijk om op te merken dat trillingsproblemen in de frequentiewaaier van 0 Herz tot max. 100 Herz gesitueerd zijn. De minimale golflengte van de te overwegen wiel- en spoorruwheid is dan 10 cm wanneer een snelheid van 10 m/s (36 km/h) in aanmerking wordt genomen. Voor hogere snelheden wordt deze golflengte hoger: een golflengte van 25 m in een hoge snelheidsspoor kan belangrijke trillingen produceren bij 4 Herz met een snelheid van 100 km/h. De grondtrillingen bij deze lage frequentie planten zich zeer ver voort, zij kunnen slechts worden gecontroleerd door de juiste spoorgeometrie te verzekeren. De golflengten die moeten worden overwogen voor trillingen zijn aldus 10 cm en hoger. Dit is volledig verschillend dan voor luchtgeluidproblemen. Voor trillingen spreken we daarom veelal over onregelmatigheden en lange golven eerder dan over ruwheid dat vaak geassocieerd wordt met kortere golflengten zoals het geval is bij luchtgeluid problemen.
Volgende technieken worden door D2S gebruikt om trillingen aan de bron te verminderen:
-
onderhoud: Zoals hierboven besproken zijn doeltreffende onderhoudsprogramma’s essentieel om structuurtrilling te controleren. Wanneer de wiel- en spooroppervlakten degraderen kunnen de trillingsniveaus verhogen met 20dB vergeleken met een nieuw of goed onderhouden syteeem. Enkele onderhoudsprocedures die bijzonder doeltreffend zijn om een verhoging van structuurtrilling te voorkomen zijn:
-
Het op regelmatige basis slijpen van de sporen. Het slijpen is in het bijzonder belangrijk voor sporen die onregelmatigheden ontwikkelen die op hun beurt impacts veroorzaken en lage frequentie prikkeling.
-
Het in de juiste vorm brengen van de wielen, zorgen voor een vlot lopend oppervlak en verwijderen van wheel flats. De meest indrukwekkende trillingsvermindering komt voort uit het verwijderen van wheel flats en uit de rondheid.
-
Het invoeren van heruitrustingsprogramma’s voor de voertuigen, in het bijzonder wanneer componenten zoals ophangingssysteem, remmen, wielen, en slip-side detectoren betrokken zullen zijn.
-
Het installeren van wheel-flat detectorsystemen om voertuigen te indentificeren die het meest nood hebben aan het in de juiste vorm brengen van de wielen. Deze systemen worden meer algemeen op spoorwegen en intercity passagierssystemen, maar zijn vrij zeldzaam op transitsystemen.
-
Het installeren van meetapparaten voor wielgeometrie (b.v. laser gebaseerde systemen die bij de ingang van het depot worden geïnstalleerd) met mogelijkheid om rondheid, verschil van wieldiameter van wielen op dezelfde as, wielslijtage, ... te ontdekken.
-
Planning en Ontwerp van speciale spoorsystemen: Een groot percentage van de trillingsimpact van een nieuwe transitfaciliteit wordt vaak veroorzaakt door wielimpacten bij speciale spoorsystemen voor wissels en kruisingen van de sporen. Indien het mogelijk is is de meest doeltreffende trillingscontrolemaatregel het speciale spoorsysteem verplaatsen naar een minder trillinggevoelig gebied. Dit vereist soms een aanpassing van de plaats met verschillende honderden meters en zal geen aanmerkelijke ongunstige invloed hebben op het operationele plan voor het systeem. De zorgvuldige beoordeling van de plaatsing van kruisingen van sporen en wissels tijdens het inleidende technische stadium is een belangrijke stap om het potentieel voor trillingsimpact te minimaliseren. Een andere benadering is het gebruiken van speciale apparaten bij wissels en kruisingen van sporen, speciale “frogs”, die mechanismen bevatten om de openingen af te sluiten tussen doorlopende sporen. Verplaatsbare punten kunnen trillingsniveaus nabij kruisingen van sporen beduidend verminderen. In het 6de FP, heeft het EC onderzoeksproject TURNOUTS met succes oplossingen bekrachtigd om dit probleem te behandelen. De bevindingen van het TURNOUTS project worden beschreven onder de rubriek “onderzoek”.
-
Ontwerpen van het voertuig: Het ideale spoorvoertuig, met betrekking tot het minimaliseren van structuurtrilling, zou een laag niet afgeveerd gewicht moeten hebben, een zachte primaire ophanging, een minimum aan metaal-op-metaal contact tussen bewegende delen van de lorrie en effen wielen die volkomen rond zijn. Een uiterste grens voor de verticale resonantiefrequentie van de primaire ophanging zou in de technische beschrijving van om het even welk nieuw voertuig moeten worden opgenomen.
-
De interactie voertuig/spoor:
Volgende spoorsystemen, maatregelen en technieken warden gebruikt om trillingen aan de bron te verminderen:
-
De lagen onder de Ballast:
Speciale lagen onder de ballast die de bevochtiging en de stijfheid verhogen van de subbasis (asfaltlagen of betonnen lagen) kunnen de trillingsniveaus aan de bron verminderen. Het is geweten dat een stijf spoorbed (b.v. op een rots) lagere trillingen aan de bron voortbrengt. Het gebruik van dit principe in het antitrilling spoorontwerp is eerder nieuw.
-
De ononderbroken ingebedde spoorsystemen voor conventionele spoorsystemen:
Discontinuïteit in de stijfheid van de spoorsteunen leiden tot het opwekken van trilling en dit vooral bij hogere treinsnelheden. Er is een grotere ervaring met ingebedde sporen (ononderbroken ondersteund) voor stedelijk spoor maar er is vrijwel geen ervaring met ingebedde sporen voor conventionele spoorsystemen en voor tunnels.
Trillingsreductie
Het doel van trillingsreductie is de ongunstige invloeden die de structuurtrillingen van het project zullen hebben op inwoners die dichtbij leven tot een minimum te brengen. Omdat structuurtrilling geen algemeen problem is zoals omgevingsgeluid, is de aanpak voor reductie niet altijd goed bepaald. In vele gevallen, worden de zeer dure vlottende vloerplaten (die onderhoud vereisen) gebruikt en dit om geen risico te nemen: over-dimensioning van de reductiemaatregelen is heel normaal. Om te komen tot duurzame reductiemaatregelen met hoge prestaties in verhouding tot de kost is het noodzakelijk om vernieuwende benaderingen te ontwikkelen om de impact te controleren.
-
Indien het spoor en de voertuigen in goede conditie zijn, passen de opties voor verdere verminderingen van de trillingsniveaus (reductiemaatregelen) in één van deze vier categorieën: (1) veranderingen in het spoorsteunsysteem, (2) de bouwwijzigingen, (3) aanpassingen aan de trillingsvoortplantingsweg, en (4) operationele veranderingen.
-
Speciale spoorsteunsystemen: Wanneer de trillingsbeoordeling erop wijst dat de trillingsniveaus overdreven zullen zijn, is het gewoonlijk het spoorsteunsysteem dat wordt veranderd om de trillingsniveaus te verminderen. Vlottende vloerplaten, veerkrachtig gesteunde dwarsbalken, sterk veerkrachtige bevestigingsmiddelen, en ballastmatten worden allen gebruikt om de niveaus van structuurtrilling te verminderen. Om effectief te zijn, moeten elk van deze maatregelen worden geoptimaliseerd voor het frequentiespectrum van de trilling. Het grootste deel van deze relatief normale procedures werden met succes gebruikt op verscheidene metroprojecten. De toepassingen op bovengrondse en verhoogde sporen zijn minder frequent. Dit is omdat de trillingsproblemen voor bovengrondse en verhoogde sporen minder algemeen zijn; de kosten van de trillingscontrolemaatregelen beslaan een hoger percentage van de bouwkosten van bovengrondse en verhoogde sporen; en de blootstelling aan de elementen kan significante ontwerpwijzigingen vereisen.
-
Veerkrachtige bevestigingsmiddelen: veerkrachtige bevestigingsmiddelen worden gebruikt om het spoor aan betonnen spoorvloerplaten vast te maken. De standaard veerkrachtige bevestigingsmiddelen zijn eerder stijf in de verticale richting, gewoonlijk in de orde van grootte van 40 kN/mm (dynamische stijfheid), ofschoon zij wel zorgen voor trillingsvermindering in vergelijking met klassieke stijve bevestigingssystemen. De speciale bevestigingsmiddelen met verticale dynamische stijfheid in de orde van grootte van 8 kN/mm zullen de trilling verminderen met wel 15 dB bij frequenties boven 30 Herz.
-
Ballastmatten: een ballastmat bestaat uit een rubberen of ander type van elastomeer kussen dat onder de ballast wordt geplaatst. De mat moet meestal op een beton- of asfaltlaag worden geplaatst om het meest effectief te zijn. Zij zullen niet zo doeltreffend zijn indien direct geplaatst op de grond of op de subballast. Derhalve komen de meeste toepassingen van de ballastmat voor in metro of verhoogde structuren. Ballastmatten kunnen zorgen voor 10 tot 15 dB vermindering bij frequenties boven 40 Herz. Ballastmatten zijn vaak een goede aanpassingsmaatregel voor bestaande dwarsbalk-en-ballastsporen waar er structuurgeluidproblemen zijn.
-
Veerkrachtig gesteunde dwarsbalken: Het veerkrachtig gesteunde dwarsbalksysteem bestaat uit betonnen of houten dwarsbalken gesteund door een elastomeer kussen. De sporen worden rechtstreeks vastgemaakt aan de dwarsbalken door middel van standaard spoorklemmen. Zij kunnen in betonnen spoorbedden en spoorbeden met ballast worden gebruikt. Bestaande metingsgegevens wijzen erop dat de veerkrachtig gesteunde dwarsbalken zeer effectief kunnen zijn in het verminderen van trilling met lage frekwentie in de orde van grootte van 25 tot 40 Herz.
Dit wordt bevestigd door het EG onderzoeksproject CORRUGATION waar veerkrachtig gesteunde dwarsbalken voor spoor met ballast zijn ontwikkeld voor spoorbedden met ballast, bestaand uit een elastomeer kussen onder de dwarsbalk en een stijve interfaceplaat tussen het elastomeer kussen en de ballast. Deze stijve laag beschermt het elastomeer kussen en geeft een betere ladingsverdeling over de volledige oppervlakte van het elastomeer kussen (het elastomeer is niet langer in direct contact met de ballast).
-
Vlottende vloerplaten: vlottende vloerplaten kunnen zeer doeltreffend zijn bij het controleren van structuurtrilling en structuurgeluid. Zij bestaan in wezen uit een betonnen vloerplaat steunend op veerkrachtige elementen, gewoonlijk rubber of een gelijkaardig elastomeer. De vlottende vloerplaat bestaat in lange platen (semi ononderbroken platen) en in kleine plaatvarianten die b.v. uit 1,5 m lange platen bestaan met 4 of meer rubberen kussens onder elke plaat. De vlottende vloerplaten zijn effectief bij frequenties groter dan hun eerste verticale resonantiefrequentie. De vlottende platen worden ontworpen om een verticale resonantie te hebben in de orde van grootte van 7 tot 20 Herz. Het voornaamste nadeel van vlottende platen is dat zij het duurst zijn van al de maatregelen voor trillingscontrole en dat zij inspectie en onderhoud vereisen. Hun prestaties bij hogere frequenties worden verminderd door secundaire resonanties van de vlottende plaat (geen één vrijheidsgraad systeem).
-
Andere marginale behandelingen: Het veranderen van om het even welke eigenschap van het spoorsteunsysteem kan de niveaus van structuurtrilling veranderen. De benaderingen zoals het gebruiken van zwaarder spoor, dikkere ballast, of zwaardere banden kunnen de trillingsniveaus lichtjes verminderen.
-
Bouwwijzigingen: In sommige omstandigheden, is het praktisch om het beïnvloede gebouw te wijzigen om de trillingsniveaus te verminderen. De trillingsisolatie van gebouwen bestaat fundamenteel uit het steunen van de bouwfundering op elastomeer kussens gelijkend op kussens die bruggen dragen. De trillingsisolatie van gebouwen is zelden een optie voor bestaande gebouwen; de normale toepassingen zijn slechts mogelijk voor nieuwbouw. Deze benadering is bijzonder belangrijk voor faciliteiten voor gemeenschappelijk gebruik zoals bureauruimte boven een transitstation of een terminal. Wanneer trillinggevoelig materiaal zoals elektronenmicroscopen zullen worden aangetast door transittrilling, kunnen specifieke wijzigingen aan de bouwstructuur de meest rendabele methode zijn om de impact te controleren. Bijvoorbeeld, de vloer waarop het trillingsgevoelige materiaal is gevestigd kan worden stijver gemaakt en van de rest van het gebouw worden geïsoleerd om de trilling te verminderen. Een alternatief is dat het materiaal van het gebouw zou kunnen worden geïsoleerd aan een veel kleinere kost.
-
Operationele Veranderingen: De meest voor de hand liggende operationele verandering is het verminderen van de voertuigsnelheid. Het verminderen van de treinsnelheid met een factor twee zal de trillingsniveaus met ongeveer 6 dB verminderen. Andere operationele veranderingen die in speciale gevallen doeltreffend kunnen zijn, zijn:
-
Gebruik van materiaal dat de laagste trillingsniveaus produceert op de gevoeligste lijnen en/of tijdens de nachtelijke uren wanneer de mensen het gevoeligst zijn voor trilling en geluid.
-
Aanpassen van nachtelijke programma's om bewegingen tijdens de gevoeligste uren te minimaliseren.
Alhoewel er duidelijke voordelen zijn voortvloeiend uit snelheidsverminderingen en operationele limieten tijdens de gevoeligste tijdsperiodes, is dit type maatregel gewoonlijk niet praktisch vanuit het standpunt van de dienstvereisten. Verder is het zo dat trillingsvermindering voortvloeiend uit operationele beperkingen ononderbroken controle vereist en als de voertuigexploitanten zich niet houden aan het gevestigde beleid zal de vermindering verloren gaan. D2S adviseert geen operationele limieten als een manier om trillingsimpact te verminderen.
Terug |
CMS Website