RIVAS - onderzoek maatregelen trillingen spoorverkeer

Gerard Busscher, DPA Cauberg-Huygen BV, 27 november 2013

Op donderdag 21 november heeft in Brussel de afsluitende conferentie plaatsgevonden van het Europese onderzoek RIVAS (Railway Induced Vibrations Abatement Solutions). Het RIVAS onderzoek is uitgevoerd onder het 7e kaderprogramma van de Europese Commissie en heeft zich de afgelopen 3 jaar gericht op maatregelen om trillingen in de omgeving van spoorlijnen te reduceren. Hoewel Nederlandse partijen nauwelijks hebben deelgenomen aan het onderzoek, is het resultaat van het onderzoek ook voor de Nederlandse situatie zeer interessant.

Op de conferentie is in principe het complete scala aan mogelijke maatregelen aan bod gekomen. De maatregelen richtten zich daarbij op bestaande spoorlijnen waardoor meer ingrijpende maatregelen aan het spoor (zoals een betonnen trog of een ‘floating slab’) en maatregelen aan gebouwen (zoals trillingsgeïsoleerde opstelling of verzwaring van vloeren) buiten beschouwing zijn gelaten. Wel zijn maatregelen onderzocht aan de treinen, aan de wiel-spoor interactie, aan het spoor en aan de overdracht door de bodem. Daarnaast is afstemming geweest over hoe de maatregelen in technische zin beoordeeld moeten worden.

Concreet is een aantal interessante maatregelen in beeld. Onderstaande lijst geeft een summiere samenvatting van de belangrijkste en meest relevante maatregelen. Opgemerkt wordt dat voor de meeste spoortrajecten in Nederland sprake is van hinder door relatief laagfrequente trillingen (4 – 20 Hz). Een belangrijke reden daarvoor is de relatief slappe bodem. Bij de effectbepaling van een maatregel in de Nederlandse situatie dient rekening te worden gehouden met deze frequenties.

Maatregelen aan de treinen:

  • Verlaging van de onafgeveerde massa. Bij locomotieven van met name goederentreinen is de onafgeveerde massa van de wielen en/of het wielstel relatief hoog omdat de motor erin is geïntegreerd. Deze grote massa leidt tot een hoge dynamische belasting op het spoor. Verlaging van de onafgeveerde massa leidt tot een verlaging van deze belasting en daarmee tot een verlaging van de trillingen in de omgeving. Daarnaast leidt het tot een vermindering van de slijtage aan wiel en rail. Het gaat echter om een maatregel die vraagt om het herontwerp van locomotieven. Bestaande locomotieven kunnen hierop niet worden aangepast. Deze maatregel zal dus pas op langere termijn effect kunnen hebben als de fabrikanten van locomotieven rekening gaan houden met de maatregel.

Maatregelen aan de wiel-rail interactie:

  • De belangrijkste mogelijke maatregel hierin is een intensivering van het onderhoudsprogramma. Het vaker slijpen van spoor en wiel zorgt voor een reductie van de dynamische belastingen op het spoor en daarmee voor een reductie van trillingen in de omgeving en ook voor een langere levensduur van de wielen. De maatregel is echter pas effectief als het onderhoudsprogramma wordt toegepast op alle wielen van alle treinen die passeren. Om dat te kunnen bewaken is een uitbreiding en intensivering van de (nu al aanwezige) trillingsmonitoringsystemen nodig. De huidige systemen richten zich vooral op het beheersen van onderhoudskosten van het rijdend materieel en het spoor. Bij een uitbreiding zou ook de trillingsbelasting op de omgeving meegenomen kunnen worden. Het lastige is natuurlijk de handhaving; hoe voorkom je dat de wagon of locomotief met dat ene slechte wiel over het spoor rijdt, of er in ieder geval zo snel mogelijk vanaf wordt gehaald en wordt gerepareerd.
     
  • Voor de rail geldt daarbij aanvullend dat - voor grotere golflengtes - de stijfheid van de ondersteuning van de rail belangrijk is. Variatie van deze stijfheid door bijvoorbeeld een ‘hangende dwarsligger’ (die onbelast niet meer op het ballast rust) kan bijvoorbeeld leiden tot een verhoging van de trillingen in de omgeving. Om de kwaliteit van het bestaande spoor op dat punt te verbeteren, kan ‘tamping’ worden toegepast. Daarbij wordt de dwarsligger gelift, uitgelijnd en wordt de ballast onder de dwarsligger opnieuw verdicht. Een dergelijke maatregel leidt tot reductie van de dynamische belasting op het spoor en daarmee tot een reductie van trillingen in de omgeving. Meetresultaten wijzen uit dat dit geldt voor lage frequenties maar niet per definitie voor hogere frequenties (> 60 Hz). Dat heeft waarschijnlijk te maken met zetting van het ballastbed (verder onderzoek vindt nog plaats). Ook op dit aspect zouden bestaande monitoringsystemen moeten worden uitgebreid.

Maatregelen aan het spoor

  • De onderzochte maatregelen beperken zich tot trillingsisolatie van de rail of de dwarsligger (‘Under Rail Pads’ en ‘Under Sleeper Pads’). Vooral hoogfrequent (> 60 Hz) is effect van deze maatregelen te verwachten. Bij lagere frequenties kan versterking van trillingen optreden. Voor de Nederlandse situatie, waarin over het algemeen sprake is van dominante frequenties die lager zijn, zal een dergelijke maatregel naar verwachting voor trillingen weinig effectief zijn. Deze maatregel wordt bijvoorbeeld wel toegepast als aanvullende maatregel bij ‘sporen in Arnhem’ omdat daar een ‘rommelend’ geluid is ontstaan na het construeren van een geluidscherm in de grond (zie artikel ProRail van 11 oktober 2013). Waarschijnlijk is hier sprake van relatief hoge trillingsfrequenties (> 60 Hz) waarbij eerder geluidhinder ontstaat dan trillingshinder. Het effect van de maatregel is echter nog niet bekend.

Zoals genoemd zijn ingrijpende maatregelen niet aan bod gekomen. Voor nieuwe lijnen zijn er dan ook zeker maatregelen te overwegen die niet in RIVAS zijn behandeld. Voorbeelden van dergelijke maatregelen zijn ‘floating slab’ constructies (met een trillingsgeisoleerde, zwevende betonplaat) of een zware betonnen trog waarin het spoor wordt aangelegd.

Maatregelen in de overdracht tussen spoor en woning

  • Bij maatregelen in de overdracht gaat het vooral om het toepassen van trillingsisolerende (zachte) of trillingswerende (harde) schermen. Omdat in Nederland in het algemeen sprake is van een relatief zachte bodem, is het toepassen van trillingsisolerende schermen in veel gevallen niet of beperkt effectief voor lage frequenties. Een groot deel van de trillingen zal onder het scherm passeren en zich opnieuw aan het oppervlak manifesteren. Het toepassen van trillingswerende schermen is mogelijk effectiever maar ook hiervan is niet in alle gevallen een grote trillingsreductie te verwachten. De rekentechnische resultaten van dit deel van het onderzoek, worden (onder het RIVAS project) binnenkort nog gevalideerd met metingen.

Wel of geen maatregelen

Bij besluitvorming rondom spoorse wijzigingen moet worden afgewogen of maatregelen nodig zijn en zo ja of ze voldoende doelmatig zijn. Dat geldt zowel voor besluitvorming waarin getoetst wordt aan de SBR richtlijnen, als voor besluitvorming waarin getoetst wordt aan de Beleidsregel Trillingshinder Spoor  BTS. Over de BTS is door de Raad van State gesteld dat deze vooralsnog ongeschikt is als beoordelingskader (zie artikel Carel Ostendorf van 30 oktober 2013). Het valt echter te verwachten dat de opvolger van BTS (waar op dit moment aan wordt gewerkt) een vergelijkbare formulering zal bevatten waarbij de doelmatigheid van maatregelen moet worden afgewogen tegen de kosten.

Daarnaast wordt in opdracht van ProRail op dit moment onderzoek uitgevoerd naar maatregelen aan het spoor om een dergelijke beoordeling ook daadwerkelijk uit te kunnen voeren. Het nu lopende onderzoek moet een catalogus van maatregelen opleveren waarin de doelmatigheid van verschillende maatregelen tegen de kosten kunnen worden afgewogen. Het resultaat van dat onderzoek zal waarschijnlijk aansluiten bij de algemene resultaten van het RIVAS onderzoek. Of een dergelijk generiek overzicht van maatregelen voldoende is om voor specifieke locaties een afdoende afweging van belangen te maken, zal zich in de toekomst moeten bewijzen. In veel gevallen zal aanvullend, locatie-specifiek onderzoek nodig zijn en doelmatige maatregelen zullen waarschijnlijk bestaan uit een pakket aan verschillende maatregelen op de verschillende deelgebieden om voldoende effectief te kunnen zijn. Sommige van die maatregelen zullen veel tijd vergen en een reductie van trillingen op korte termijn voor situaties waarin nu hinder bestaat, is dan ook nog niet te verwachten.

Naast onderzoek naar technische maatregelen wordt op dit moment ook onderzoek uitgevoerd door het RIVM naar de normering van trillingen (zie artikel van het RIVM op 1 oktober 2013). Het mag duidelijk zijn dat ook deze normering van invloed is op de beoordeling van de maatregelen. Of deze normering gelijk is aan de huidige normering conform de SBR-richtlijn deel B (gebaseerd op een maximale trillingssterkte Vmax en een gemiddelde trillingssterkte Vper) is nog onbekend maar te verwachten valt dat een andere normering wel vergelijkbaar zal zijn aan de huidige. Ook op dit terrein is internationaal al het nodige aan onderzoek gedaan. Onder andere in het project Cargovibes (ook uitgevoerd onder het 7e kaderprogramma) waarin naast maatregelen ook de normering aan bod komt. Van dat betreffende project worden in maart 2014 de resultaten gepresenteerd.

Meer informatie: Rivas