Parlement en Wetenschap
Deze publicatie is gemaakt in het kader van de samenwerking tussen de Tweede Kamer, de KNAW, NWO, VNSU en de Jonge Akademie. Auteur: Dr. ir. Michaël Steenbergen, vakgroep Railbouwkunde van de faculteit Civiele Techniek, TU Delftmaart 2014
Centrale vraagstelling
a. Wat is de oorzaak van geluid- en trillingshinder? b. Hoe kunnen we dit meten?
c. Welke maatregelen kunnen we nemen aan de infrastructuur respectievelijk aan het rijdend materi-eel en betreft dit proven technology?
Hoe ontstaat hinder door trillingen en geluid?
Wanneer treinen over de railinfrastructuur rijden, kan in de gebouwde omgeving hinder ontstaan ten gevolge van geluid en trillingen.
De trillingen in de bodem ontstaan ten gevolge van een aantal aspecten inherent aan het trein-baan-systeem; ze worden uitgestraald naar de omgeving en kunnen daar hinder veroorzaken. Deze aspec-ten zijn:
- de last van de trein beweegt t.o.v. een vast punt langs de baan
- de baan is niet-uniform qua eigenschappen (variabele bodemgesteldheid, aanwezigheid dwarslig-gers, constructieovergangen, kruisingen, wissels enz.)
- de baan is geometrisch niet vlak (b.v. als gevolg van zettingen), en hetzelfde kan gelden voor het loopvlak van het wiel dat afwijkt van de cirkelvorm (bijvoorbeeld wanneer vlakke plaatsen aanwezig zijn na slippen of blokkeren van het wiel).
Geluid ontstaat als gevolg van de treinbeweging; er zijn twee hoofdzakelijke componenten: geluid dat ontstaat door interactie met de baan (rolgeluid, kent verschillende typen) en door interactie met de omgevende lucht (rijgeluid of aerodynamisch geluid). Daarnaast zijn er componenten als remgeluid en motorgeluid. De geluidsproductie is vaak sterk snelheidsafhankelijk; zo produceert een hogesnel-heidstrein relatief zeer veel rijgeluid.
Er is onderscheid tussen geluid (of geluidsemissie) enerzijds en geluidshinder anderzijds; tussen trillingen (trillingsemissie) enerzijds en trillingshinder anderzijds. De geluidsemissie zelf is,
evenals de trillingsemissie, een objectief kwantificeerbare fysische grootheid. Dit geldt niet voor de hinder, die een persoonlijke, subjectieve component heeft bij de ontvanger: de perceptie. Dit leidt tot complexiteit.
Meten en normering
Zowel voor specifieke metingen van geluid als van trillingen bestaan zowel erkende technieken als internationaal gestandaardiseerde ISO-meetprotocollen; de metingen zijn door specialistische bureaus relatief eenvoudig uit te voeren. Hiermee is iets te zeggen over de blootstelling aan geluid of trillingen bij de ontvanger; te onderscheiden van de hinder.
Over hinder is t.a.v. geluid meer bekend (o.a. in het kader van industrieel geluid en vlieggeluid) en is ook betere benchmarking beschikbaar dan t.a.v. trillingen; zo wordt geluid in de context van hinder onderscheiden in tonaal en niet-tonaal.
Bij trillingshinder speelt, naast de subjectieve component, de vraag voor discussie: welke, waar meet-bare parameter is representatief te achten t.a.v. hinder? Is dit bijvoorbeeld een extreme waarde van
een optredende snelheid of versnelling, of juist een tijdgemiddelde, en zo ja, welke; op welke plaats en positie moet gemeten worden (is dit b.v. op funderingsniveau of op de eerste etage)?
Bij het beoordelen van schade-effecten als gevolg van trillingen zijn gemakkelijker uitspraken te doen, omdat hier eveneens sprake is van een objectief fysisch effect met een oorzaak-gevolgrelatie. In deze laatste context wordt in Nederland de z.g. SBR-richtlijn (delen A en B) gebruikt (opgesteld door Stichting Bouwresearch). Deze richtlijn deelt bouwwerken in in klassen, en geeft bijbehorende karak-teristieke grenswaarden aan voor de trilsnelheid m.b.t. schade. Dit toetsinstrument is een niet-binden-de richtlijn; niet-binden-desondanks wordt ze echter ook door niet-binden-de Raad van State en in niet-binden-de jurispruniet-binden-dentie gebruikt, bij afwezigheid van wetgeving. De SBR-richtlijn gaat echter niet verder dan: wanneer waarde X wordt gemeten, treedt wel/geen schade op; zij doet geen uitspraken over de input: over de trillingsbron, over hoe de trillingswaarden zijn verkregen, over het effect van bepaalde maatregelen, en over instrumenten voor trillingsprognose; ze is in die zin vaak onderwerp van discussie, zeker wanneer haar toepassing breder wordt getrokken dan schade.
Maatregelen en invloeden
Een scala van maatregelen is bekend om geluid en trillingen te mitigeren. Onderscheiden worden: bronmaatregelen, maatregelen t.a.v. de overdracht tussen bron en ontvanger, en maatregelen t.a.v. de ontvanger. Elk van deze maatregelen kan een bepaald effect sorteren op technisch vlak. De reële vraag is echter vaak complexer, omdat een technisch effectieve of meest economische maatregel niet altijd toegepast kan worden vanwege verschillende belangen of rechten in een specifieke situatie. Zo kan een spoorvervoerder niet zonder meer ingrijpen in aangrenzende bebouwing, ook wanneer hinder daar het eenvoudigste is aan te pakken. Daarin speelt nog extra mee dat de in Nederland gehanteerde bouwnormen geen specifieke eisen kennen t.a.v. dynamische belastingen (dit zijn: tijd-variabele belastingen) zoals deze kunnen optreden door passerende treinen (of door processen als heien, gaswinning, passeren van zwaar wegverkeer etc.); de normbelastingen zijn statisch. Dit is een aandachtspunt in gebieden met potentiële trillingshinder. In landen als Japan, waar dynamische belastingen (aardbevingen) veel belangrijker zijn in het ontwerp van civiele constructies en gebouwen, is hier veel meer aandacht voor.
Voor het tegengaan (mitigatie) van geluidshinder zijn als principe-oplossingen mogelijk, mede afhan-kelijk van de oorzaak van de geluidsemissie: geometrisch onderhoud van spoor (ligging) en wielen; onderhoud van de wielkwaliteit (ruwheid, vlakke plaatsen, geometrie van het dwarsprofiel), smeren van het wiel-railcontact, railslijpen (akoestisch slijpen en profielslijpen), geluidschermen, dempen (rail- en wieldempers), gevelisolatie (bebouwing) en aanpassen van de treinsnelheid. Dit zijn ‘proven technologies’ te noemen in de zin dat hun werking, zowel in principe als kwantitatief, bekend is. Het probleem schuilt meer in de toepassing: het eenduidig en correct vaststellen van de bron van de geluidshinder, waarbij in complexere situaties combinaties van maatregelen nodig kunnen zijn. Voor mitigatie van trillingen zijn als principe-oplossingen mogelijk: onderhoud van de wielkwaliteit (geen onrondheden), bewaken/onderhoud van de baangeometrie (en/of wisselgeometrie), aanpas-sing van de eigenschappen van de baan (b.v. bodemverbetering), afschermen (b.v. door middel van diepwanden of anders gevulde schachten), dempen (trillingsenergie dissiperen, b.v. door z.g. under-sleeperpads (absorberende matten onder de dwarsliggers)), isoleren (van de baan of van bouwwer-ken), aanpassen snelheid materieel, aanpassen configuratie en/of aslast (belasting) van het rollend materieel. Afhankelijk van de specifieke situatie zijn een of meerdere oplossingen geschikt.
Ten aanzien van geluid zijn bekende maatregelen eerder proven technology te noemen dan ten aan-zien van trillingen, waar wel specifieke ervaringen zijn opgedaan, maar die moeilijk te generaliseren zijn. Een belangrijke reden is dat geluid zich doorgaans voortplant via de lucht, een homogeen medi-um. Voor trillingen ligt dit veel complexer, zowel qua ontstaan als qua overdracht naar de
Bij het voorspellen en verminderen van trillingshinder, is een belangrijk aspect het kenmerken van de bron. Het bijbehorend onderzoek is vaak ingewikkeld en kostbaar, en vraagt enerzijds geavanceerde kennis, op het kruisvlak tussen dynamica, geotechniek en materiaalkunde, die niet breed beschikbaar is, en anderzijds een uitgebreide parameterstudie met veldmetingen. Deze investeringen passen vaak niet in projectbudgetten, wat ervoor zorgt dat maatregelen niet of niet gericht genomen kunnen worden. Wanneer problemen dan ontstaan tijdens exploitatie is het te laat voor ontwerpaanpassingen en kan het nodig zijn alsnog relatief veel kostbaardere maatregelen te nemen.
In deze context kan het zinvol zijn een soort quickscan t.a.v. geluids- en trillingshinder te ontwerpen, in de tijd gekoppeld aan het ontwerp- en exploitatieproces van railinfrastructurele projecten, om zo te borgen dat eenvoudig voorzienbare problemen in een vroeg stadium aan de orde komen. Dit zou gekoppeld moeten zijn aan juridisch bindende regelgeving die gelijke tred houdt met het ontwerppro-ces. Dit heeft ook zijn invloed op het projectbudget (tijdige raming) en daarmee op het hele project-verloop. Van een dergelijke quickscan zijn geen buitenlandse ervaringen beschikbaar; het betreft daarnaast een probleemveld met veel specifiek Nederlandse aspecten.
Mitigatie van trillingen is recentelijk Europabreed onderzocht in een recent afgerond grootschalig onderzoeksproject, RIVAS (Railway Induced Vibration Abatement Solutions)1, binnen het 7th European
Framework Programme. Ook dit programma beperkt zich echter tot de fysische kant van de trilling zelf, gaat niet in op de hindercomponent, en geeft geen instrumenten of kader voor toetsing in het ontwerpproces. Een tweede (nog lopend) Europees programma is CargoVibes2, gericht op het
be-strijden van trilllingshinder door goederenvervoer over de Europese corridors. Ook dit programma is gericht op de fysische aspecten; daarnaast is er enige aandacht voor de perceptiekant.
Complicerende factoren
In Nederland blijken trillingsproblemen vaak zeer specifiek te zijn. Dit hangt onder meer samen met twee factoren: enerzijds concentreert het westen van het land de logistieke behoeften, anderzijds treedt juist hier een enorme variabiliteit op van de bodemeigenschappen (slappe bodems). Dit be-moeilijkt het vaststellen van standaardoplossingen. Met name laagfrequente trillingen (lager dan orde 40 Hz), die zich over grote afstanden kunnen voortplanten, blijken lastig te dempen.
Een extra complicerende factor ten aanzien van het voorafgaande is de scheiding in Nederland tussen beheer van de railinfrastructuur (ProRail) en haar exploitatie door de nationale en internationale ver-voerders. Wanneer vanuit technisch oogpunt een bepaalde vorm van hinder eenduidig is te herleiden tot een exploitant, wil dat niet zeggen dat er juridische (wettelijke, contractuele) middelen zijn om de hinder bij deze veroorzaker, aan de bron en in het materieel, te bestrijden. In de praktijk betekent dit dat voorkomende vormen van hinder, zowel ten aanzien van geluid als van trillingen, op een oneigen-lijke (en dus kosteninefficiënte) manier moeten worden bestreden. Wanneer bijvoorbeeld een zware buitenlandse goederentrein periodiek over een lijn rijdt met slecht onderhouden wielen, en hierdoor overlast veroorzaakt op gebied van geluid en trillingen bij omwonenden, is de infrabeheerder toch probleemeigenaar.
Samenvattend kan gesteld worden dat de grootste uitdagingen niet liggen op puur technisch vlak alleen, maar op de implementatie van deze technische kennis in ontwerp en exploitatie van civieltech-nische projecten: procedureel (wie zet wanneer welke stap), contractueel (wie is wanneer verantwoor-delijk waarvoor) en juridisch (wie handhaaft en op basis waarvan).
1 Zie voor een overzicht de projectwebsite: http://www.rivas-project.eu/ 2 Zie de projectwebsite: http://www.cargovibes.eu/Home
De Jonge Akademie, KNAW, NWO en VSNU bemiddelen tussen parlementaire kennisvraag en wetenschappelijk kennisaanbod. De informatie in dit document is afkomstig van een vooraanstaande wetenschapper, maar niet door de wetenschapsorganisaties geverifieerd.
Literatuur
- Bracciali, M. Pippert, S. Cervello, Railway noise: the contribution of wheels, Lucchini, 2009. - Nederland betaalbaar stiller – van symptoombestrijding naar innovatieve oplossingen; de
resultaten van vijf jaar innovatieprogramma Geluid. Ministeries V&W en VROM, ProRail en Rijkswaterstaat, 2007.
