Soroll i vibracions induïdes per infraestructures ferroviàries

Predicció i control de vibracions de ferrocarril

Predicció i control de les vibracions i el soroll reradiat asl edificis induït per les infrastructures ferroviàries o activitats de construcció.

Què és?

Les infraestructures de transport existents al territori són una font de soroll i vibracions que afecta al benestar de les persones que viuen a prop d’aquestes. Si per una banda el control de soroll d’infraestructures és una temàtica àmpliament treballada i solucionada, per l’altra banda el problema vibratori ha restat tradicionalment en un segon terme, però ha començat a prendre importància una vegada el problema del soroll s’ha anat solucionant,  sigui amb soterraments de vies, amb la inclusió de pantalles acústiques, paviments acústics, etc... Concretament, en els últims anys ha pres especial importància l’impacte vibratori d’infraestructures ferroviàries degut a l’aparició de línies d’alta velocitat.

Experiència en el camp

El LEAM treballa ja des de fa 10 anys en la fenomenologia associada a l’impacte vibratori d’infraestructures ferroviàries. En aquest context, el grup ha realitzat gran quantitat d’estudis d’avaluació d’aquest impacte per a diferents empreses i administracions, i també ha format o forma actualment part de projectes de recerca enfocats a la predicció d’aquest impacte, com són el projecte CATdBTren  i el projecte RECYTRACK, entre d’altres.

Avaluació de l’impacte vibratori

Pel que fa a l’avaluació de l’impacte vibratori, el LEAM disposa de la instrumentació necessària per realitzar aquests estudis tot realitzant campanyes de mesures experimentals (LMS Pimento com a equip multicanal i acceleròmetres sísmics i piezoelèctrics principalment) així com programes informàtics interns específicament dissenyats per a la realització del post-processat dels senyals adquirits segons la normativa i els estàndards vigents.

Figura 1. Avaluació de l'impacte vibratori.

Predicció de l’impacte vibratori

Pel que fa a la predicció de l’impacte vibratori, el LEAM ha focalitzat la seva investigació en l’obtenció d’un model capaç d’obtenir una primera aproximació de les isòfones de vibració provocades per una infraestructura ferroviària amb molt poc cost computacional i, sobretot, d’enginyeria [1,2]. La implementació numèrica d’aquest model permet calcular l’impacte vibratori d’una infraestructura de nova implantació a partir de conèixer les principals propietats mecàniques de tots els sistemes que conformen el problema: vehicle, superestructura, terreny. També es pot utilitzar per determinar els nivells de vibració als quals estaran sotmesos futurs edificis que es vulguin construir a prop d’una infraestructura ferroviària ja existent. S’està treballant també en un model similar per infraestructures soterrades [3].

Figura 2. Impacte vibraori de línies de ferrocarril.

LEAM is also working on a model able to perform similar predictions in the case of underground infrastructure [5]. The specific case of a tunnel with an inner floor partition has been recently studied in detail [6,7], which is the solution in some streches of new metro line (L9) of Barcelona's metro network.

Figure 3. Tunnel with inner floor partition in L9 of Barcelona's metro network.

Additionally, LEAM is developing an in-situ dynamic characterization system for railway superstructures, which will allow us to determine the dynamic properties of the ground-superstructure system.

LEAM has also the capacity to perform detailed studies of the vibration impact using the finite and boundary element methods (FEM and BEM, respectively) with a 2.5D FEM/BEM code completely developed in the lab. LEAM has used this technology in several projects about vibratory impact assessment of specific new railway lines, and for characterize specific isolation measures, such as vibration isolation screens, under-ballast elastomeric mats, isolated blocks, under-rail elastomeric pads, etc...

Figure 4. Mesh geometry of a 2.5D FEM/BEM model used to predict the vibration isolation efficiency of a composite vibration isolating screen used to isolate a building structure from an underground railway line.

The group has also the capacity to carry out full 3D studies using a 3D FEM/BEM an in-house solver, which has a higher computational efficiency in the case of this specific problem than typical commercial 3D FEM solvers, such NASTRAN, ANSYS or ABAQUS.

References

[1] R. Arcos. A model for railway induced ground vibrations in the frame of preliminary assessment studies. PhD thesis, Universitat Politècnica de Catalunya, 2011.

[2] R. Arcos, J. Romeu, A. Balastegui, and T. Pàmies. Determination of the near field distance for point and line sources acting on the surface of an homogeneous and viscoelastic half-space. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 31(7):1072–1074, 2011.

[3] R. Arcos, J. Romeu, A. Clot, and M. Genesca. Some analytical aspects of viscoelastic Lamb's problem for improving its numerical evaluation. Wave Motion, 50(2):226–232, 2013.

[4] R. Arcos, A. Clot, J. Romeu and S.R. Martín. Fast computation of an infinite, longitudinally-varying and harmonic strip load acting on a viscoelastic half-space. European Journal of Mechanics - A/Solids, 43:58-67, 2014.

[5] A. Balastegui, R. Arcos, J.I. Palacios and J. Cardona. Surface vibration pattern induced by underground trains. In Proceedings of 37th International Congress and Exposition on Noise Control Engineering, 2008. Internoise 2008 Conference, Shangai, China.

[6] A. Clot, J. Romeu, R. Arcos and S.R. Martín. A power flow analysis of double-deck circular tunnel embedded in a full-space. Soid Dynamics and Earthquake Engineering, 57:1-9, 2014.

[7] A. Clot. A dynamical model of a double-deck circular tunnel embedded in a full-space. PhD thesis, Universitat Politècnica de Catalunya, 2014.