Ringonderzoek meten trillingen geeft inzicht in nauwkeurigheid

Gerald van Grunsven, Omgevingsdienst Midden- en West-Brabant, 11 januari 2013

Dit artikel bevat de resultaten van een ringonderzoek betreffende het meten van trillingen. Op initiatief van het bureau Milieumetingen van de provincie Noord-Brabant zijn door 14 deelnemers met in totaal 26 meetsystemen trillingsmetingen verricht aan treinen. Het doel van het onderzoek was de reproduceerbaarheid van trillingsmetingen te bepalen.

Reproduceerbaarheid

Reproduceerbaarheid van meetresultaten is vanuit zowel technisch als juridisch oogpunt van groot belang. Deze relevantie is o.a. zichtbaar in situaties waarbij onderzoek wordt gedaan naar hinder en/of schade vanwege trillingen. Is er daadwerkelijk hinder te verwachten, kan deze onomstotelijk worden aangetoond en kan de veroorzaker van mogelijke schade als gevolg van deze trillingen met succes aansprakelijk worden gesteld? Oftewel de vraag die beantwoord moet worden is: hoe betrouwbaar zijn de meetresultaten? Een discussie over wat nu de “juiste waarde” is kan uitsluitend gevoerd worden op het moment dat er duidelijkheid bestaat over de betrouwbaarheid van de uitgevoerde meting oftewel de meetonzekerheid.

Een belangrijk hulpmiddel in de bepaling van de meetnauwkeurigheid c.q. meetonzekerheid van de resultaten van de (trillings)metingen is het uitvoeren van een ringonderzoek (kringproef). De uitdrukking van de meetnauwkeurigheid (meetonzekerheid) vindt hierbij plaats op basis van een standaard- of relatieve afwijking als resultaat van een serie waarnemingen en hieraan gekoppeld het gewenste betrouwbaarheidsniveau (bijvoorbeeld: 95%). Ten behoeve van de onderlinge vergelijking van meetsystemen en hiermee verkregen meetresultaten wordt gebruik gemaakt van (gestandaardiseerde) Z-scores en procentuele afwijking ten opzichte van de groepsgemiddelde waarde (welke wordt beschouwd als de statistisch werkelijke waarde). De Z-score van een individuele deelnemer weerspiegelt de afwijking uitgedrukt in het aantal standaarddeviaties ten opzichte van de groepsgemiddelde waarde. Een Z-score kleiner dan 1 [--] wordt aangemerkt als “zeer goed”, tussen 1 [--] en 2 [--] als “goed”, tussen 2 [--] en 3 [--] als “matig” en “slecht” als de Z-score > 3 [--]. De Nederlandse SBR-richtlijnen A (schade) en B (hinder) gaan voor wat betreft de relatieve afwijking uit van een (meet)nauwkeurigheid van 10% (95% b.i.).

Metingen aan treinen

Op 27 september 2012 zijn, op initiatief van het bureau Milieumetingen van de provincie Noord-Brabant, op het perron van het Centraal Station ’s-Hertogenbosch gedurende een periode van twee uur door 14 deelnemers (met in totaal 26 meetsystemen) trillingsmetingen verricht aan nagenoeg alle binnenkomende en vertrekkende treinen (maximaal 38 gebeurtenissen). Twaalf meetsystemen betroffen Red Box (fabrikant Syscom), negen meetsystemen waren van van Profound (VIBRA-sbr), één systeem van 01dB (Symphonie) en vier systemen met de aanduiding TRIMA (zelfbouw). De afstand van de opnemers tot de rand van het perron bedroeg 8 meter, de snelheid van de treinen is ingeschat op 20 tot 40 km/uur. Alle meetsystemen zijn ten behoeve van de test opgesteld op één lijn (evenwijdig aan het spoor) en met een tussenafstand van 30 cm. Op deze manier ontstond er voor opnemers eenzelfde afstand tot de trillingsbron. De metingen hadden tot doel het per passage bepalen van de maximale (peak) trillingssterkte Vtop,i [mm/s], maximale effectieve waarde veff,max,i [re 1 mm/s] en fysisch dominante frequentie [Hz].

Resultaten Vtop

Na afloop van de metingen zijn alle resultaten (statistisch) verwerkt om hiermee een uitspraak te kunnen doen over de reproduceerbaarheid van de metingen.

Op basis hiervan kan geconcludeerd worden dat over alle gebeurtenissen (lees: treinpassages), de gemiddelde Z-score van de meting van Vtop (peak) en fysisch dominante frequentie overeenkomstig SBR-richtlijn A ca. 1 [--] bedraagt in zowel het horizontale vlak als in verticale richting. De deelgenomen instellingen scoren hiermee overwegend “zeer goed”. De Z-score per gebeurtenis (afzonderlijke treinpassage) is ca. 2 [--] oftewel ongeveer één standaardafwijking slechter dan de gemiddelde Z-score (kwalificatie: overwegend “goed”). Twee deelnemers c.q. meetsystemen scoren “matig” in (uitsluitend) het horizontale vlak. De fysisch dominante frequentie [Hz] behorende bij Vtop,i wordt door de deelnemers “goed” tot “zeer goed” bepaald (Z-score ≤ 1). De relatieve afwijking (95% c.i.) ten opzichte van de groepsgemiddelde waarde van Vtop (statistisch werkelijke waarde) bedraagt bij het merendeel van de deelnemers 50% of minder in het horizontale vlak en 7% tot 18% in verticale richting. Hiermee wordt de nauwkeurigheidseis van 10% uit SBR-richtlijn A in het horizontale vlak niet gerealiseerd. In verticale richting komt de vastgestelde nauwkeurigheid in het algemeen redelijk tot goed overeen met de bovengenoemde nauwkeurigheidseis.

Resultaten Vmax

Ten aanzien van de metingen van Vmax (effectieve waarde) overeenkomstig SBR-richtlijn B, bedraagt de gemiddelde Z-score over alle gebeurtenissen (treinpassages) in verticale richting 1 [--] tot 2 [--]. De deelgenomen instellingen scoren hiermee “goed” tot “zeer goed”. Ook hier is de Z-score per gebeurtenis (afzonderlijke treinpassage) circa 1 [--] hoger c.q. slechter. De relatieve afwijking (ten opzichte van de groepsgemiddelde waarde) bedraagt 7% tot 23% in verticale richting. In verticale richting komt de in het ringonderzoek gerealiseerde nauwkeurigheid hiermee in het algemeen redelijk tot goed overeen met de eis uit SBR-richtlijn B (10%). De meetresultaten Vmax in horizontale richting zijn niet beoordeeld aangezien Veff,max,i van een gebeurtenis (treinpassage) over het algemeen kleiner is dan de voelbaarheidsgrens van 0,1 [re 1 mm/s] en deze derhalve buiten beschouwing is gelaten.

Verschillen tussen meetsystemen

Er is in het ringonderzoek geen statistisch significant verschil gevonden in de resultaten gevonden met Red Box (Syscom), VIBRA-sbr (Profound), TRIMA (zelfbouw) en Symphonie (01 dB). Daarentegen is er wel een groot verschil vastgesteld in de nauwkeurigheid van de bepaling van de trillingssterkte in het horizontale vlak ten opzichte van de gerealiseerde nauwkeurigheid in verticale richting. In verticale richting komt de vastgestelde nauwkeurigheid redelijk tot goed overeen met de eis uit de SBR-richtlijnen A en B. In de beide horizontale richtingen wordt deze eis ruimschoots overschreden. De nauwkeurigheid van het resultaat van de trillingsmetingen (reproduceerbaarheid) wordt beïnvloed door de meetapparatuur als ook door de bediening hiervan. Echter aangezien de meetapparatuur voldoet aan DIN 45669 (eis uit de SBR-richtlijnen), is het vooralsnog onwaarschijnlijk dat de meetapparatuur de oorzaak is van de relatief grote onderlinge verschillen in de beide horizontale richtingen. Wat resteert is de invloed van de uitvoerder van de metingen (opstellen en bediening meetapparatuur en uitwerking meetdata). Wellicht dat deze laatste conclusie aanleiding kan zijn voor een opvolgend onderzoek?

Meer lezen: Voor het hele rapport kunt u contact opnemen met Gerald van Grunsven van de provincie Noord-Brabant (tot 1 april 2013) en de Omgevingsdienst Midden- en West-Brabant (e-mail: G.Grunsven@omwb.nl). Voor meer informatie zie internet: www.brabant.nl/milieumetingen en www.omwb.nl.