Geluidsemissie railviaduct binnen de perken
De sterkte, hoeveelheid en aard van geluid dat als overlast wordt ervaren, verschilt ongetwijfeld van persoon tot persoon, maar de overheid doet in ieder geval haar best limieten te stellen aan geluidsproductie. Het vergt de nodige expertise om te voorspellen of railviaduct in dat opzicht aan de regelgeving voldoet. Ingenieursbureau Movares heeft die kennis.
Door Rob Sman
Geluidsoverlast is een grote bedreiging voor ons welzijn. Het is een storende factor die op zijn minst ergernis opwekt (de hond van de buren jankt de hele morgen), maar die ook kan leiden tot slecht functioneren als gevolg van slapeloosheid en verstoring van concentratie (onophoudelijk voorbijrazend verkeer op een nabije snelweg). Regelgeving op dit gebied is door de subjectieve factoren een delicate zaak; denk bijvoorbeeld aan de massale klachten betreffende geluidsoverlast door omwonenden van een binnen de normen opererende luchthaven.
Naast de luchtvaart hebben ook het weg- en treinverkeer een groot aandeel in de totale geluidsoverlast, en uiteraard zijn ook hier normen opgesteld. Met name bij bruggen en viaducten is de dreiging de norm te overschrijden groot. Deze objecten kunnen relatief makkelijk in trilling worden gebracht en die trilling kan in de vorm van geluid in alle richtingen afstralen, waarbij de ruimte onder de brug vaak ook nog eens een rol als klankkast speelt en daarmee het geluid versterkt.
Geluidsemissie
In het vorige nummer van BIGnieuws besteedden wij aandacht aan het Startstation E-lijn Den Haag en de prijs die ZJA Zwarts & Jansma Architecten daarmee in de wacht sleepte. In dat artikel wordt vermeld dat het viaduct dat naar dit station leidt bestaat uit een 350 meter lange stalen koker. Gegeven dat dit viaduct zeer dicht langs woongebouwen loopt, moest bijzondere aandacht worden besteed aan de geluidsemissie. Het nodige rekenwerk daaraan is voor ProRail uitgevoerd door Ingenieursbureau Movares, waar men veel expertise heeft op dit gebied. Jerry van Veenendaal en Jacques Montijn zijn beiden projectmanager en consultant en vertellen graag over de problemen en oplossingen betreffende geluidsbeperking bij bruggen en viaducten. Van Veenendaal’s expertise ligt voornamelijk op civiele projecten en hij was projectleider, of zoals hij zelf zegt ‘adviseur van dienst’, voor het project Startstation E-lijn. Montijn is meer gespecialiseerd in staalbouw en werktuigbouw.
De problematiek van geluidsoverlast is natuurlijk niet nieuw. Montijn: “Al vroeg in de jaren negentig is in een samenwerkingsverband met staalbouwer Heerema en leverancier van spoorbouwmaterialen Edilon door Holland Railconsult (dat zich in 2005 zou gaan omdopen tot Movares) een geluidsarme kokerligger ontwikkeld die voor het eerst in Portugal en enkele locaties in Ierland en Nederland met succes is toegepast. Hoewel er sinds die tijd natuurlijk wel technische ontwikkelingen zijn geweest, is er aan de principes van de maatregelen die je kunt nemen om een (stalen) brug stiller te maken niet veel veranderd. Het geluid dat een trein maakt als hij over een brug rijdt is de combinatie van het rolgeluid, het bruggeluid en het aerodynamisch geluid. Het rolgeluid is zeg maar het geluid van de spoorweg, dat ontstaat door het contact tussen wielen, rails en dwarsliggers. Het bruggeluid ontstaat door het contact tussen rail en brug waardoor deze in trilling komt. Deze twee componenten van het geluid kunnen we beïnvloeden door aanpassingen in het ontwerp van de brug; het is ‘gewoon’ een kwestie van zorgen dat er zo min mogelijk trillingen worden overgedragen, en de trillingen die er zijn beïnvloeden, wat doorgaans neerkomt op dempen door middel van massa op de juiste plaats. Maar zo eenvoudig als het klinkt is dat in de praktijk natuurlijk niet.”
Geen beton
Als het moeite kost om een stalen constructie geluidsarm te maken, kun je je afvragen waarom voor Startstation E-lijn niet voor een andere oplossing, beton dus, gekozen is. Van Veenendaal: ”Dat lag in dit geval helemaal aan de architect. De gemeente Den Haag was zeer tevreden met een eerder ontwerp van ZJA Zwarts & Jansma Architecten, namelijk het tramviaduct in de Prinses Beatrixlaan, in de volksmond ‘de netkous’ genoemd. In mijn herinnering was het ook Zwarts & Jansma dat, nadat al allerlei ideeën voor een mogelijke locatie verworpen waren, het wilde plan opperde het station boven het busplatform te bouwen.
Omdat er gebouwd zou gaan worden op het spoorwegstation Den Haag Centraal trad vanzelfsprekend ProRail op als gedelegeerd opdrachtgever namens de gemeente Den Haag, en ProRail heeft ons als ingenieursbureau in de arm genomen voor de technische kant. Toen bleek dat het busplatform ongeschikt was om het nieuwe station te dragen, bleef voor het plaatsen van de kolommen maar een zeer smalle strook naast het busplatform over. Wij hebben toen enkele studies gedaan om te onderzoeken hoe en wat je daar nog zou kunnen bouwen, maar die konden geen van alle de goedkeuring van de architect wegdragen. Het was in hun ogen allemaal te zwaar en te lomp. Hen stond iets lichts, slank en wit voor ogen, als het ware zwevend op zo dun mogelijke paaltjes. Het ontwerp dat zij zelf presenteerden viel bij iedereen in de smaak, maar voor zo’n ontwerp kom je vanzelf op de keuze voor staal. De gemeente echter wilde erg graag iets in beton met het oog op onderhoudskosten. We hebben toen wel onderzocht of het in beton uitgevoerd kon worden, maar de noodzakelijke aanpassingen die dat vergde tastten het oorspronkelijke ontwerp wel zwaar aan; het zag er niet uit!
Uiteindelijk is men, mede dankzij een wethouder die het ontwerp ook prachtig vond, toch gezwicht voor de uitvoering in staal, al bleven aanvankelijk diverse belanghebbenden met hun eigen zorgen zitten. De beheerder vreesde de onderhoudskosten, de buurtbewoners waren bang voor mogelijke geluidsoverlast, en de vervoersmaatschappijen waren bang voor trillingen omdat zij dachten dat de constructie niet stabiel genoeg zou zijn. Daarmee zou ook de werking van wissels in het traject in gevaar komen.”
Trillingen tegengaan
Hierbij zijn we aangekomen bij het punt waar het om draait: het tegengaan van trillingen en geluidsoverlast. Van Veenendaal vervolgt: “De constructie is zwaarder uitgevoerd dan uit oogpunt van sterkte vereist is, waarbij de toegevoegde massa zo verdeeld is dat trillingen worden tegengegaan. Omdat er altijd een risico is dat berekeningen in de praktijk niet tot het gewenste resultaat leiden, zijn er voorzieningen getroffen om naderhand massa te kunnen toevoegen in daartoe al voorbestemde compartimenten, bijvoorbeeld door het storten van beton. De koker is ongeveer anderhalve meter hoog en goed toegankelijk voor dergelijke werkzaamheden. De grote materiaaldikte maakt het wel lastiger om na het lassen nog een strak uiterlijk te hebben, dus heeft de staalbouwer veel aandacht moeten besteden aan de nabewerking. De eis van de beheerder om het viaduct niet gedilateerd uit te voeren heeft een positieve uitwerking op de trillingsdempende eigenschappen van de constructie, want je hebt meer massa aan één stuk.”
Schoonheid en functionaliteit
Het is nu aan Jacques Montijn om uit te leggen hoe het geluid onder controle wordt gebracht: ”De vorm van de doorsnede van de kokerligger combineert eigenlijk heel logisch schoonheid en functionaliteit. Wat je beslist nodig hebt zijn balken die sterk genoeg zijn om het gewicht van de trein op ieder punt van de overspanning te dragen. Logischerwijs zijn die balken recht onder de spoorstaven te plaatsen en ze vormen als het ware het hart.
Bij dit project is aan weerszijden van de sporen over de volledige lengte extra breedte vereist voor looppaden voor inspectie en onderhoud, en natuurlijk de perrons. Je kunt er dan voor kiezen die op horizontale balken aan te brengen en de vorm dan af te werken met dunnere plaat (cladding), of misschien zelfs wel met kunststof panelen, maar in dit geval zijn de platen die het viaduct zijn sierlijke vorm geven een constructief deel van het kokerprofiel. Dit draagt tevens bij aan de gewenste massa van de constructie, en heeft als positief neveneffect een gunstige uitwerking op de onderhoudskosten. De balken die recht onder de spoorstaven liggen hebben een belangrijke rol in het reduceren van het bruggeluid. Ze zijn bijzonder stijf gemaakt door de lijfplaat bijzonder dik uit te voeren en de flenzen dun. Normaal gesproken is de lijfplaat juist dun en zijn de flenzen dikker. Bij het terugdringen van geluid bij bestaande bruggen kan hetzelfde effect bereikt worden door het verlijmen van staalplaten tegen de lijfplaat, met nog een dempende laag bitumen daartussen. Het kiezen van de juiste plaats is daarbij cruciaal.
Wij beschikken over door onszelf ontwikkelde rekenmodellen om de uitwerking van dergelijke maatregelen te voorspellen. Voor dit nieuw te bouwen viaduct gold dat het werkelijk van begin tot eind doorgerekend moest worden omdat de lengtes van de overspanningen onderling verschillen, en het viaduct ook niet overal even breed is. Aan de voet van het viaduct is de hartafstand van de sporen 3,60 meter, maar bij het perron 6,60 meter, en er bevinden zich ook nog wissels in het traject. De diverse secties waaruit het viaduct is samengesteld, verschillen als gevolg van de geluidsbeperkende maatregelen niet alleen van afmetingen maar ook van inwendige structuur.
Speciaal voor dit project hebben we onze rekentools gekalibreerd met uitgebreide proefnemingen op een pas voltooid project in Hengelo, waarbij meetresultaten zijn vergeleken met berekende voorspellingen. Overigens is dat rekenmodel niet iets met 3D-modellen of FEA, maar een systeem om profielen en condities te beschrijven. Bij deze laatste kalibratie zijn weer nieuwe profielen, constructie-elementen en empirische gegevens aan het model toegevoegd, waarmee de mogelijkheden zijn uitgebreid en nauwkeurigheid is verhoogd. Desondanks blijft het spannend om te zien of het ook in je nieuwe project daadwerkelijk klopt, er zit natuurlijk altijd enige spreiding in de uitkomsten. Gelukkig is er tot nu toe geen aanleiding geweest om aanvullende maatregelen te treffen in het viaduct van Startstation E-lijn.”
Laagje kunststof
Over de bevestiging van de spoorstaven, een belangrijke factor in het rolgeluid, is ook nog iets bijzonders te melden. Van Veenendaal: “Vaak zie je bij geluidsarme constructies dat de spoorstaven niet worden bevestigd met bouten, maar worden opgesloten in trillingsdempende kunststof profielen. Deze zogeheten embedded rails zijn hier niet toepasbaar vanwege de aanwezigheid van wissels en allerlei onderdelen van de spoorbeveiliging. De rails worden wel opgelegd op een dun laagje kunststof en de bouten lopen door tot in een dempende laag die in het viaduct is aangebracht, zodat ze toch ten opzichte van het viaduct geïsoleerd zijn. Deze constructie is door onze experts ook aan het rekenmodel toegevoegd. De aanblik van deze bevestigingsmethode is, omdat er natuurlijk ook geen ballastbed wordt toegepast, bijzonder ‘clean’, hetgeen een voordeel is voor onderhoud en inspectie. De rails zelf kunnen hierdoor wel vrijwel ongehinderd geluid afstralen, en daarom zijn glazen geluidsschermpjes geplaatst aan weerszijden van het viaduct.”
Het blijkt mogelijk met de juiste maatregelen en constructies midden in een drukke stad een railverbinding op luttele meters langs een woongebouw te laten lopen zonder dat dat een klachtenregen tot gevolg heeft. Een technische prestatie waar de specialisten die dit kunnen realiseren trots op mogen zijn. Een feit waar Jerry van Veenendaal zichzelf nu, ruim drie jaar na de opening van Startstation E-lijn Den Haag, voortdurend aan herinnert: een foto van Startstation E-lijn Den Haag siert zowel zijn visitekaartje als zijn Windows-desktop. En terecht.
