Carel Ostendorf (DPA Cauberg-Huygen), 27 november 2015

Zijn we met V_maxBTS op het goede spoor?

Na jaren te gast te zijn geweest in Nieuwegein, waren we in 2015 voor het eerst op bezoek bij de Expo in Hoevelaken. Intiemer en beter passend bij de huidige omvang van GTL, op loopafstand gelegen van Hoevelaken “Centraal” en goed bereikbaar via de weg. Het tweedaagse programma bevatte 24 verschillende sessies die verdeeld waren over drie zalen en de foyer. Op dinsdag 3 november was de sessie “Spoortrillingen” die naadloos overliep in de sessie “Spoorgeluid en –trillingen”. Drie lezingen behandelden het onderwerp spoortrillingen.

Deze lezing werd gegeven door Irene van Kamp van het RIVM en ging over het onderzoek dat RIVM in opdracht van het ministerie van I&M heeft uitgevoerd naar hinder door spoortrillingen. Het rapport “Wonen langs het spoor” is openbaar beschikbaar via de website van RIVM.

Bij het begin van haar lezing bekende Irene dat zij voor aanvang van het onderzoek het beeld had dat hinder en slaapverstoring vooral door geluid, bijvoorbeeld van wegverkeer, veroorzaakt werd en dat railverkeer daar geen relevante rol in speelde. Na uitvoering van het onderzoek, heeft zij haar beeld bijgesteld. Het aantal gehinderden door trillingen als gevolg van treinen is veel groter dan gedacht en met name het goederenverkeer speelt een belangrijke rol in de slaapverstoring. Dat laatste was dan weer niet zo’n grote verrassing.

Het onderzoek betrof heel Nederland en bestond uit de analyse van ingevulde vragenlijsten die gestuurd zijn naar 16.000 adressen die binnen 300 meter van het spoor lagen (uiteindelijk 4927 deelnemers), de berekening van trillingsniveaus door middel van het SRM-T rekenmodel en de bepaling van de relaties tussen de blootstelling en het effect op de hinder en de slaapverstoring.

Een belangrijk onderdeel uit het onderzoek betreft de blootstellingsmaat. Welke maat is de beste voorspeller voor hinder? Internationaal worden verschillende maten gebruikt en is van eenheid weinig sprake. In Nederland gebruiken we de maximale trillingssterkte V_max en de gemiddelde trillingssterkte V_per. Uit een analyse van TNO bleek dat ook de RMS waarde (een gemiddelde trillingsversnelling over 24 uur) relatief goed zou correleren met de hinder. In het RIVM onderzoek is gebruik gemaakt van V_max, de RMS en aanvullend de afstand tot het spoor als hindermaat. In haar presentatie toonde Irene de resultaten voor de drie hindermaten door middel van grafieken.

Uit de grafiek met de relatie tussen de RMS waarde en de hinder bleek duidelijk dat de goederentreinen de meeste hinder veroorzaakten. Een RMS waarde van 0,1 gaf 30% ernstig gehinderden door goederentreinen en maar circa 4% door personentreinen. Het RIVM onderzoek leverde een lineaire relatie op tussen hinderbeleving en de RMS waarde terwijl het in Europees verband uitgevoerde CargoVibes onderzoek een meer exponentiele relatie toonde. Dit verschil wordt naar verwachting veroorzaakt door de drie specifieke onderzoekslocaties die in CargoVibes zijn gebruikt waarbij met name voor de locatie in Polen hoge trillingsniveaus relatief weinig hinder veroorzaakte. De door RIVM gerapporteerde relatie past beter bij Nederland.

De tweede grafiek gaf de relatie tussen de hinder en de afstand. De beoordelingsmaat “afstand” is eenvoudig te bepalen en makkelijk te begrijpen en als zodanig interessant voor onderzoekers. Het percentage ernstig gehinderden van 30% als gevolg van railverkeer in het algemeen, blijkt bij een afstand van circa 75 meter te liggen. Deze bevinding week sterk af van het resultaat uit een meta analyse van TNO uit 2013 waar de 30% waarde op een afstand van circa 25 meter lag. Er werd in de grafiek geen onderscheid gemaakt tussen de hinder door personen en goederentreinen.

Tot slot de grafiek met de relatie tussen V_max en de hinder. Ook hier een lineair verband waarbij een V_max van 0,1 (de gemiddelde voelbaarheidsgrens voor de trillingssterkte) veroorzaakt door een goederentrein zorgt voor circa 25% ernstig gehinderden. De personentrein die met 0,1 voorbij rijdt, veroorzaakt maar 5% ernstig gehinderden. Opvallend is ook dat een V_max van 0,01 als gevolg van een goederentrein nog altijd voor circa 13% ernstig gehinderden zorgt terwijl deze trillingssterkte ruim onder de voelbaarheidsgrens ligt. Betekent een goederentrein zien al dat er hinder is?

Alle drie de gebruikte blootstellingsmaten blijken een significante relatie met de hinderbeleving te hebben maar de relatie is zwak. Met andere woorden: ongeacht welke maat er gekozen wordt, bij iedere maat is sprake van een grote spreiding in het percentage gehinderden. Irene gaf niet aan of de ene maat veel beter is dan de andere.

Irene ging tijdens haar lezing ook nog in op verschillende factoren die de resultaten van het onderzoek kunnen hebben beïnvloed. Haar presentatie en de RIVM rapportage bieden hierover de nodige informatie.

Deze vraag vormde voor Herke Stuit van Movares het vertrekpunt voor zijn presentatie. Het antwoord: veel langer dan we nu meestal doen!

In de Beleidsregel trillinghinder spoor (BTS) wordt de V_maxBTS bepaald om de blootstelling aan trillingen voor en na een wijziging aan het spoor met elkaar te kunnen vergelijken. Het is dan van belang dat de parameter waarop deze vergelijking wordt gebaseerd, niet (veel) varieert als er geen verandering plaatsvindt. Onze “gewone” V_max is sterk afhankelijk van een incidentele treinpassage want het is de hoogste trillingssterkte over alle treinpassages in een week. Als de V_max veroorzakende trein in de ene week wel rijdt en in de andere week niet, dan kan V_max al sterk afwijken zonder dat er werkelijk iets veranderd is aan het spoor. Dat maakt de V_max ongeschikt als vergelijkingswaarde. Daarom is V_maxBTS geïntroduceerd.

Deze statistisch berekende maximale trillingssterkte is ontwikkeld om op een reproduceerbare wijze situaties met elkaar te kunnen vergelijken. De methode gaat uit van een minimale meetduur van 1 week waarin de maximale trillingssterkte voor iedere treinpassage wordt meegenomen in de berekening. Uit deze dataset van maxima wordt een statistisch maximum V_maxBTS berekend en een onzekerheidsmaat R. Als R kleiner is dan 10% (en dat is het streven in de BTS) dan geldt dat V_maxBTS voor de ene dataset met 95% zekerheid niet meer dan 10% af zal wijken van het maximum dat wordt berekend op basis van een andere dataset die is verzameld op dezelfde meetpunten maar in een andere meetweek. Met andere woorden: als voldaan wordt aan de onzekerheidsmaat R uit de BTS dan zal V_maxBTS in de ene week niet meer dan 10% afwijken van een V_maxBTS uit een andere week en daarmee wordt de V_maxBTS veel minder beïnvloed door incidentele uitschieters.

Op basis van twee meetcampagnes van Movares rond het spoor in Utrecht heeft Herke onderzocht of V_maxBTS inderdaad zo goed reproduceert als de bedoeling is. Op de eerste locatie is 14 weken gemeten waarbij in het totaal ruim 16.000 treinen zijn gepasseerd waarvan het percentage goederentreinen 6,5% bedroeg. De tweede locatie kende een meetduur van 26 weken waarbij 73.600 treinen zijn gepasseerd en het aandeel goederentreinen ruim 16% bedroeg.

Voor de locatie waar 26 weken is gemeten varieert V_maxBTS voor de 26 opeenvolgende weken sterk. De verhouding tussen de hoogste en laagste V_maxBTS bedraagt 1,7 en maar de helft van de 26 berekende R waarden is kleiner dan de gewenste 10%. Vervolgens berekent Herke de V_maxBTS over een steeds groter aantal weken (meer treinen in de dataset) en komt zo uit op een minimale meetduur van 15 weken waarbinnen de verhouding tussen de hoogste en laagste V_max kleiner is dan de gewenste factor 1,1 (10%).

Het is interessant om te weten hoe groot deze factor is als alleen de meetweken worden beschouwd die uit zichzelf al een R waarde hebben die kleiner is dan 10%. Is er dan ook zo’n groot verschil tussen de hoogste en de laagste V_maxBTS? Helaas gaat Herke daar niet op in. Evenmin geeft hij aan of er in de meetperiode bijzondere omstandigheden zijn geweest die gezorgd hebben voor perioden met niet representatieve omstandigheden in de treinenloop.

Ook voor de tweede locatie blijken de V_maxBTS waarden per week tot een grote spreiding en is een meetduur van minimaal 6 weken nodig.

Herke droeg ook alternatieve grootheden aan om te gebruiken in plaats van V_maxBTS voor de vergelijking tussen de trillingssterkte “voor” en “na” een verandering aan het spoor. Een alternatief is om in de berekening van V_maxBTS onderscheid te maken tussen goederen en reizigerstreinen. Een logische gedachte: niet alleen is de statistische berekening dan gebaseerd op hetzelfde type treinen maar uit het RIVM onderzoek blijkt ook dat de hinderbeleving tussen beide type treinen sterk verschilt. Als de berekeningen herhaald werden met deze splitsing dan liep de meettijd terug van 15 weken naar 6 weken.

De Vibration Dose Value (VDV) bleek echter het snelst een resultaat te geven. Eén week meten was genoeg. Moeten we voor de beoordeling van het effect op de trillingen door een verandering aan het spoor dan overstappen op de VDV? We bleven met vragen achter na de lezing van Herke.

De laatste specifieke lezing over spoortrillingen kwam voor rekening van Hans van Leeuwen van DGMR. Hij gaf een lezing over de ervaringen die hij had opgedaan bij het meten van treintrillingen in 18 woningen.

Het eerste deel van zijn lezing bestond uit een introductie van het meetsysteem van Sensornet. Dit meetsysteem meet niet alleen gelijktijdig de trillingsniveaus op verschillende locaties maar koppelt ook beeld en audio van de treinpassage aan de trillingsniveaus zodat onderscheid kan worden gemaakt tussen treintrillingen en stoortrillingen en per treinpassage een identificatie van het type trein kan worden gemaakt. De meetgegevens zijn direct in te zien via internet. In het meetproject zijn metingen uitgevoerd op maaiveld, op de fundering van de woning en op het vloerveld van de woning.

In dit project heeft Hans bij de analyse van de meetresultaten gekeken naar de berekende V_maxBTS en de “gewone” gemeten V_max, zoals we die kennen uit de SBR richtlijn B. Hierbij is onderscheid gemaakt tussen de resultaten op maaiveld, de fundering en op de vloer.

Op maaiveldniveau bleek op 3 van de 16 meetposities geen verschil tussen V_max gemeten en V_maxBTS berekend. Voor 10 locaties was V_max gemeten hoger dan V_maxBTS en voor 3 locaties was V_maxBTS hoger dan de gemeten V_max. Het grootste verschil tussen beide waarden bedroeg een factor 2.

Op funderingsniveau was het beeld iets verschillend: op 5 van de 18 locaties geen verschil, op 12 locaties was V_max hoger dan V_maxBTS en op 1 locatie was V_maxBTS hoger dan V_max. Het grootste verschil bedroeg een factor 1,4.

Hoe anders was dit op vloerniveau. De waarde voor V_maxBTS is op dit niveau berekend op basis van de meting op de fundering en de gemeten overdrachtsfunctie H_gebouw. Vanuit de BTS methodiek is het namelijk toegestaan om een H_gebouw te berekenen op basis van 24 uur meten op zowel de fundering als de vloer en vervolgens de rest van de meetperiode alleen te meten op de fundering. De trillingssterkte op de vloerveld kan vervolgens berekend worden op basis van de trillingssterkte op de fundering en de overdracht H_gebouw. Op vloerniveau bleek dat voor 2 van de 17 locaties geen verschil optrad tussen V_max en V_maxBTS, voor 7 locaties was V_max groter dan V_maxBTS en voor 8 locaties was V_maxBTS groter dan V_max. Het grootste verschil tussen beide waarden bedroeg ruim een factor 2.

Hans liet niet zien wat het verschil was tussen de V_maxBTS berekend op basis van de gemeten waarde op het vloerveld en de berekende V_maxBTS op basis van de gemeten waarde op de fundering en de verrekening van H_gebouw. Die laatste vergelijking is interessant omdat hierin de invloed van de overdracht H_gebouw zichtbaar wordt.

Hans concludeerde wel dat de berekening van H_gebouw beter moet om ongewenste verschillen te vermijden. In de huidige methodiek wordt de H_gebouw berekend voor een maatgevende trillingsrichting en dan gebruikt voor alle trillingsrichtingen ongeacht of die richting nu dominant is of niet.

De slotconclusie van Hans was dat V_maxBTS relatief hoge waarden geeft in vergelijking tot de gemeten V_max. Mogelijk speelt de H_gebouw hier een belangrijke rol in. Nader onderzoek is volgens Hans dan ook nodig.

Ter afsluiting

Spoortrillingen metend Nederland is nu ruim een jaar bezig met de huidige vorm van V_maxBTS en er ontstaan nu bruikbare datasets die op de juiste manier zijn gemeten. Dit betekent dat er ervaring ontstaat met het gedrag van V_maxBTS in verschillende situaties. Het is zinvol om deze datasets te gebruiken in een Monte Carlo achtig onderzoek om de gevoeligheden van de V_maxBTS te leren kennen.

In de nabije toekomst zullen bovendien de eerste oplevertoetsen worden uitgevoerd. De meting waarbij de situatie na verandering aan het spoor opnieuw wordt gemeten en daarna wordt vergeleken met de situatie voor verandering. Dat is niet alleen een test voor de robuustheid van V_maxBTS maar ook voor de combinatie van meten en rekenen (voorspellen trillingssterkte op basis van rekenmodel). De komende tijd moeten we zien of we met de V_maxBTS al het eindstation hebben bereikt of dat er nog een tussenstop nodig is.

Link naar Alle presentaties congres GTL 2015