2. Τα φάσµατα δονήσεων των συστηµάτων ΤΡΑΜ Νάντης & Παρισίων (γραµµή Τ2)

Transcript

1 Καταγραφή & αξιολόγηση δονήσεων σε συστήµατα επιφανειακού ΤΡΑΜ στη Νάντη, Παρίσι (Τ2) & Μιλάνο για τον καθορισµό του φάσµατος δονήσεων του ΤΡΑΜ της Αθήνας ρ. Κων/νος ΒΟΓΙΑΤΖΗΣ Πολ.Μηχ. ΕΜΠ Εντ. Επικ. Καθ. Πολυτεχνικής Σχολής Πανεπιστηµίου Θεσσαλίας, Βόλος Νικόλαος ΗΛΙΟΥ Επικ. Καθ. Πολυτεχνικής Σχολής Πανεπιστηµίου Θεσσαλίας, Βόλος Χαράλαµπος ΜΟΥΖΑΚΗΣ Λέκτορας ΕΜΠ, Αθήνα ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στα πλαίσια της παροχής ερευνητικών υπηρεσιών σε θέµατα θορύβου και δονήσεων από την κατασκευή και λειτουργία του Τραµ της Αθήνας το Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας εκπόνησε µία σειρά ερευνητικών εργασιών µε σκοπό να εξασφαλίσει την πλήρη και ολοκληρωµένη καταγραφή και τον καθορισµό του φάσµατος δονήσεων από την λειτουργία του αναµενόµενου συρµού ΤΡΑΜ τύπου SIRIO/ANSALDOBREDA στην Αθήνα. Η έρευνα περιλαµβάνει ειδικές µετρήσεις δονήσεων σε επιφανειακά συστήµατα ΤΡΑΜ υπό λειτουργία στην Ευρωπαϊκή Ένωση και πιο συγκεκριµένα στην Νάντη, στο Παρίσι και στο Μιλάνο. Η εκτέλεση των µετρήσεων αυτών σε διάφορες συνθήκες έδρασης τροχιάς και τυπολογίας συρµών αποτέλεσε το βασικό αρχείο πραγµατικών δεδοµένων εκποµπών δονήσεων που επέτρεψε την ολοκληρωµένη συναξιολόγηση και την διαµόρφωση του πλέον αντιπροσωπευτικού φάσµατος που θα ληφθεί υπόψη στις σχετικές µελέτες εφαρµογής της αντιδονητικής προστασίας από την λειτουργία του ΤΡΑΜ της Αθήνας. Στο παρόν άρθρο παρουσιάζονται τόσο τα αναλυτικά αποτελέσµατα των µετρήσεων in situ (στα ανωτέρω συστήµατα) κατά την λειτουργία των συρµών σε συνθήκες χωρίς αντιδονητική προστασία όσο και η τελική επιλογή του αναµενόµενου αντιπροσωπευτικού φάσµατος του Αθηναϊκού συρµού και η σύγκριση και αξιολόγηση του µε τα καταγεγραµµένα φάσµατα των τραµ της Νάντης Παρισίων και Μιλάνου

2 1. Γενικά - Εισαγωγή Το σχετικό ερευνητικό πρόγραµµα που εκτελέσθηκε από το Συγκοινωνιακό Τοµέα του τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Θεσσαλίας για λογαριασµό της Κ/Ξ κατασκευής του Τραµ Αθήνας TΕΡΝΑ-IMPREGILO και προβλέπει την πλήρη και ολοκληρωµένη καταγραφή και καθορισµό του φάσµατος δονήσεων από τη λειτουργία συρµού ΤΡΑΜ τύπου SIRIO/ANSALDOBREDA. Το ερευνητικό πρόγραµµα περιλάµβανε την εκτέλεση ειδικών µετρήσεων ταχύτητας δονήσεων, µε κατάλληλο σύστηµα καταγραφής, σε υπό λειτουργία συρµό στο Μιλάνο Ιταλίας, την ανάλυση τους και στην συνέχεια την συναξιολόγηση του τελικά µετρηθέντος φάσµατος δονήσεων µε το αντίστοιχο φάσµα του τραµ της Νάντης και Παρισίων που ελήφθησαν υπόψη στις αρχικές µελέτες της ΤΡΑΜ ΑΕ. 2. Τα φάσµατα δονήσεων των συστηµάτων ΤΡΑΜ Νάντης & Παρισίων (γραµµή Τ2) 2.1 Το Τραµ της Νάντης Για τον καθορισµό του φάσµατος της ταχύτητας δόνησης σε πλάκα έδρασης ΩΣ από τη λειτουργία του τραµ, στα πλαίσια σχετικής µελέτης της ΤΡΑΜ ΑΕ (ΕΤ&Τ Σύµβουλοι Μηχανικοί ΕΠΕ [1]) & ( ρ. Βογιατζής Κ. [2]) διεξήχθησαν µετρήσεις στη Νάντη της Γαλλίας κατά τη λειτουργία του τραµ. Επελέγησαν δυο διαφορετικές θέσεις όπου οι ράγες εδράζονται πάνω σε πλάκα από σκυρόδεµα που είναι θεµελιωµένη πάνω στο έδαφος. Οι καταγραφές αυτές αναλύθηκαν σε 1/3 της οκτάβας και υπολογίστηκαν οι ταχύτητες δόνησης σε δυο διαφορετικές θέσεις της γραµµής του τραµ της Νάντης. Χρησιµοποιήθηκαν τα επιταχυνσιόµετρα της Wilcoxon Research. Τα επιταχυνσιόµετρα αυτά έχουν µεγάλη ευαισθησία 100V/g. Tα σήµατα αφού ενισχύθηκαν και καταγράφηκαν στο ψηφιακό καταγραφικό DAT οκτώ καναλιών της TEAC. Οι θέσεις όπου έγιναν οι καταγραφές είναι οι Recteur Schmitt (θέση 1) και Chaines des Anglais (θέση 2) που παρουσιάζονται στις φωτογραφίες στην συνέχεια. Θέση 1: Recteur Schmitt Θέση 2 : Chaines des Anglais

3 Τα σήµατα που καταγράφηκαν αναλύθηκαν σε 1/3 της οκτάβας στο εύρος των συχνοτήτων 10 έως 200 Hz, Για κάθε διέλευση τραµ υπολογιζόταν ο γραµµικός µέσος όρος της επιτάχυνσης δόνησης για 32 δευτερόλεπτα. Η ταχύτητα δόνησης υπολογίστηκε από την επιτάχυνση λαµβάνοντας υπόψη την ακόλουθη σχέση µεταξύ ταχύτητας και επιτάχυνσης στην κεντρική συχνότητα κάθε 1/3 της οκτάβας. Εξίσωση (1) Ταχύτητα re 10-9 m/sec=επιτάχυνση re 10-6 g logf Όπου f είναι η κεντρική συχνότητα κάθε 1/3 της οκτάβας. Αυτή η σχέση βασίζεται στη µετατροπή επιτάχυνσης σε dβ re 10-6 g σε ταχύτητα db re 10-9 m/sec. Στο Σχεδιάγραµµα 1 στην συνέχεια παρουσιάζεται το σύνολο των µετρήσεων συµπεριλαµβανοµένου του θορύβου βάθους στο φάσµα συχνοτήτων Hz /3 OCTAVE BAND RMS VELOC. db re 10E-9 m/sec K OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY--Hz Σχεδιάγραµµα 1: Καταγραφές διελεύσεων συρµών του τραµ της Νάντης 2.2 Το Τραµ Παρισίων (γραµµή Τ2) Σκοπός των µετρήσεων αυτών (ΕΤ&Τ Σύµβουλοι Μηχανικοί ΕΠΕ [1]) & ( ρ. Βογιατζής Κ. [2]) είναι η καταγραφή της ταχύτητας δόνησης πάνω στην υποδοµή ballast από τη λειτουργία του τραµ. Για το λόγο αυτό διεξήχθησαν µετρήσεις στο Παρίσι της Γαλλίας κατά τη λειτουργία του τραµ στην γραµµή Τ2. Οι καταγραφές αυτές αναλύθηκαν σε 1/3 της οκτάβας και υπολογίστηκαν οι

4 ταχύτητες δόνησης. Οι µετρήσεις πραγµατοποιήθηκαν στην θέση Musée des Sevres της γραµµής Τ2 του τραµ του Παρισιού. Στη θέση αυτή καταγράφηκε πάνω στην υποδοµή ballast η επιτάχυνση µε τη χρήση επιταχυνσιοµέτρων. Χρησιµοποιήθηκε επίσης επιταχυνσιόµετρο της Wilcoxon Research. Tα σήµατα ενισχύθηκαν και καταγράφηκαν στο ψηφιακό καταγραφικό DAT οκτώ καναλιών της TEAC. Η θέση όπου έγιναν οι καταγραφές παρουσιάζονται στην φωτογραφία στην συνέχεια. Musée de Sevres (Παρίσι Γραµµή Τ2) Τα σήµατα που καταγράφηκαν αναλύθηκαν ως ανωτέρω σε 1/3 της οκτάβας στο εύρος των συχνοτήτων 10 έως 200 Hz. Στο σχεδιάγραµµα 2 παρουσιάζεται το σύνολο των µετρήσεων συµπεριλαµβανοµένου του θορύβου βάθους στο φάσµα συχνοτήτων Hz /3 O C TAVE BA ND R M S VELO C. db re 10E-9 m /sec Σχεδιάγραµµα 2 : K OCTAVE BAND CENTER FREQUENCY--Hz Καταγραφές διελεύσεων συρµών του τραµ της γραµµής Τ2 στο Παρίσι

5 3. Το φάσµα δονήσεων του συρµού Sirio Ansaldobreda 3.1 Περιγραφή µετρήσεων Στην συνέχεια δίνεται περιγραφή των µετρήσεων & του εξοπλισµού που χρησιµοποιήθηκε στο Μιλάνο (8-10 Φεβρουαρίου 2003) για τις µετρήσεις του συρµού Sirio Ansaldobreda ( ρ. Βογιατζής Κ. [3]). Είδος & Θέση µέτρησης :Οι µετρήσεις ταχύτητας δόνησης και επιτάχυνσης έγιναν για διάφορες ταχύτητες κίνησης συρµού ο οποίος διατέθηκε από την ΑΤΜ Μιλάνου για την απρόσκοπτη προσοµοίωση διελεύσεων. Επιλέχθηκαν τρεις βασικές ταχύτητες κίνησης 20,30, και 40 χλµ/ώρα καθώς και µία µέγιστη (περίπου χλµ/ώρα) ώστε να διερευνηθούν οι δονήσεις όχι µόνο σε συνθήκες εµπορικής ταχύτητας τους συστήµατος της Αθήνας αλλά και σε συνθήκες δυσµενούς σεναρίου. Οι µετρήσεις έγιναν σε δύο θέσεις πλησίον της σιδηροτροχιάς σε στρωτήρα από σκυρόδεµα και σε πλάκα από σκυρόδεµα χωρίς µέτρα αντικραδασµικής στήριξης της, σε γραµµή του συστήµατος η οποία διατέθηκε αποκλειστικά για τις µετρήσεις κατά τις πρωινές ώρες µε συνθήκες εξαιρετικά χαµηλού περιβαλλοντικού θορύβου. Όπως διαπιστώθηκε οι συνθήκες έδρασης του ανωτέρω συστήµατος δεν ήταν αντίστοιχες αυτής της Nάντης (κατά τις αρχικές µετρήσεις της ΤΡΑΜ ΑΕ δηλ. pose classique η ενθυλάκωση τροχιάς σε πλάκα σκυροδέµατος σηµαντικού πάχους), δεν υπήρξε όµως δυνατότητα περαιτέρω προσέγγισης της στήριξης αυτής στο Μιλάνο Συρµός : Ο συρµός που διατέθηκε για τις µετρήσεις σύµφωνα µε τις δηλώσεις των Ιταλών υπεύθυνων ήταν παρόµοιος αυτού της Αθήνας µε εξαίρεση το µήκος (που όµως δεν επηρεάζει σηµαντικά τις αναλύσεις εφόσον τα «φορία» η bogies και η «ελαστικά ανηρτηµένη µάζα» η unsprung mass του συστήµατος είναι ίδια. Όργανα µέτρησης : Χρησιµοποιήθηκαν επιταχυνσιόµετρα WILCOXON µε ευαισθησία 1000V/g και κατάλληλους ενισχυτές, µε δυνατότητα να καταγράφουν επιταχύνσεις στο εύρος συχνοτήτων από 10 έως 200Hz. Καταγραφικό σηµάτων: Οι δονήσεις κάθε διέλευσης του συρµού κατεγράφησαν µε τη χρήση ψηφιακού καταγραφικού TEAC DAT Recorder. Αναλυτής σηµάτων & Φάσµατα ταχύτητας δόνησης : Τα σήµατα αναλύθηκαν στην συνέχεια µε 1/3οκταβικό αναλυτή Β & Κ 2130 και για κάθε διέλευση συρµού υπολογίσθηκαν τα φάσµατα της ταχύτητας δόνησης ανά ένα τρίτο της οκτάβας από Hz. Οι µονάδες της ταχύτητας δόνησης των τελικών διαγραµµάτων 1/3οκταβικής ανάλυσης είναι dbref 10-9 m/sec, πλήρως συµβατά µε τα αντίστοιχα του τραµ της Νάντης Στην συνέχεια δίνονται φωτογραφικές απεικονίσεις των θέσεων µετρήσεων και του εξοπλισµού. ιακρίνεται η ιδιοµορφία στήριξης και το set-up του εξοπλισµού.

6 Θέσεις επιταχυνσιοµέτρων στο σύστηµα ΑΤΜ του Μιλάνου Θέση καταγραφικού εξοπλισµού 3.2 Παρουσίαση µετρήσεων & συγκριτική αξιολόγηση Τα αποτελέσµατα των σχετικών αναλύσεων των διελεύσεων του συρµού για ταχύτητες 20, 30 και 40 χλµ/ώρα (18 συνολικά διελεύσεις) παρουσιάζονται στο σχεδιάγραµµα 3 στην συνέχεια από κοινού µε την διακύµανση του φάσµατος της Νάντης (µέσο και ελάχιστο) σε dbref 10-9 m/sec και για το φάσµα από 10 έως 200 Ηz (τριτοοκταβική ανάλυση). Παρατηρώντας το σχεδιάγραµµα στην συνέχεια διαπιστώνουµε ότι : 1. Το σύνολο των διελεύσεων του Συρµού Sirio Ansaldobreda παρουσιάζει δονήσεις στην περιοχή των Hz εξαιρετικά µειωµένες συγκρινόµενες µε τις αντίστοιχες εκποµπές δονήσεων του συρµού της Νάντης, του οποίου η διακύµανση ελάχιστου και µέσου φάσµατος παρουσιάζεται επίσης στο σχεδιάγραµµα Αντίθετα το σύνολο των διελεύσεων του συρµού Sirio Ansaldobreda και µάλιστα µε µικρή διαφοροποίηση ανά ταχύτητα παρουσιάζει εξαιρετικά αυξηµένες εκποµπές ακουστικής ενέργειας στις µεσαίες και υψηλές συχνότητες και πιο συγκεκριµένα από Hz. Οι σηµαντικές αυτές εκποµπές οφείλονται βασικά στο γεγονός ότι η στήριξη της σιδηροτροχιάς στις µετρήσεις του Μιλάνου παρουσιάζει σηµαντικές διαφοροποιήσεις από αυτήν των µετρήσεων της Νάντης. Πιο συγκεκριµένα πρόκειται για µία στήριξη µορφής στρωτήρων ενσωµατωµένων σε πλάκα σκυροδέµατος µάλλον ιδιαίτερα εύκαµπτης. Η στήριξη της σιδηροτροχιάς σε στρωτήρες

7 υπό µορφή δοκού, και όχι του εγκιβωτισµού της σε πλάκα οπλισµένου σκυροδέµατος σηµαντικούς πάχους περίπου 30 cm όπως της Νάντης και κατ επέκταση όπως και της Αθήνας (συνεχής στήριξη), συντελεί σηµαντικά στην παραγωγή δονήσεων σηµαντικού εύρους στις συχνότητες από Hz. 3. Για την πληρέστερη σύγκριση των δύο φασµάτων έγινε προσπάθεια θεωρητικής προσοµοίωσης του φάσµατος του συρµού Sirio Ansaldobreda στις συνθήκες της Νάντης. Η προσοµοίωση αυτή βασίστηκε σε µετρήσεις που διαθέτει ο τοµέας µας τόσο από το ΤΡΑΜ της Νάντης όσο και από τα ΤΡΑΜ της Ορλεάνης και Παρισίων για συνθήκες που προσοµοιάζουν την συνθήκη µέτρησης του Μιλάνου. Με την προσέγγιση αυτή κατέστη δυνατή η διόρθωση και προσαρµογή του µεσαίου φάσµατος των µετρήσεων του Μιλάνου σε συνθήκες παρόµοιες του φάσµατος της Νάντης. Η νέα αυτή 1/3 οκταβική ανάλυση παρουσιάζεται µε µαύρη επισήµανση στο σχεδιάγραµµα 3 επίσης. 4. Συµπεράσµατα - Προτάσεις Με βάση την ανάλυση ανωτέρω συνάγονται τα παρακάτω: 1. Ο συρµός Sirio/Ansaldobreda παρουσιάζει µείωση εκποµπών θορύβου στις µεσαίες συχνότητες από Hz και τάση σηµαντικών εκποµπών στις συχνότητες Hz σε σχέση µε το φάσµα του ΤΡΑΜ της Νάντης. 2. Η µελέτη εφαρµογής των αντικραδασµικών λύσεων, τόσο σε υφιστάµενες, όσο και σε νέες θέσεις θα πρέπει να λάβει υπόψη για λόγους αποτελεσµατικότερης προστασίας το συνορθωµένο φάσµα του Μιλάνου όπως αυτό προσαρµόστηκε για τις συνθήκες της Νάντης και της Αθήνας (εγκιβωτισµός σε πλάκα οπλισµένου σκυροδέµατος) 3. Στον πίνακα 1 στη συνέχεια δίνονται οι τιµές του προβλεπόµενου φάσµατος ανά συχνότητα. Πίνακας : Φάσµα ταχύτητας δόνησης συρµού Sirio/Ansaldobreda Ηz 10 12, , db ref 10-9 m/sec 99,8 97, ,8 86,3 84,6 83,5 85,5 88,5 91,

8 110, , 00 db ref 10-9 m/s 90,00 80,00 70, , , ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ Hz passby 1 / 20 km/hr passby 3 / 20 km/hr passby 5 / 20 km/hr passby 1 / 30 km/hr passby 3 / 30 km/hr passby 5 / 30 km/hr passby 1 / 40 km/hr passby 3 / 40 km/hr passby 5 / 40 km/hr Nantes - ΜΕΓΙΣΤΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΥΣΑ Paris - ΜΕΓΙΣΤΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΥΣΑ Milano average spectra Milano average spectra adapted to Nantes conditions passby 2 / 20 km/hr passby 4 / 20 km/hr passby 6 / 20 km/hr passby 2 / 30 km/hr passby 4 / 30 km/hr passby 6 / 30 km/hr passby 2 / 40 km/hr passby 4 / 40 km/hr passby 6 / 40 km/hr Nantes - average spectra Paris -average spectra Milano min spectra test = aver/max Nantes Σχεδιάγραµµα 3

9 5. Παραποµπές [1] ET&T Σύµβουλοι Μηχανικοί ΕΠΕ, Ειδική Οριστική µελέτη θορύβου και δονήσεων από την λειτουργία του ΤΡΑΜ της Αθήνας, Μετρήσεις ονήσεων & καθορισµός συναρτήσεων µεταφοράς ταχύτητας δόνησης από πηγή σε δέκτη & φάσµατος δονήσεων διέλευσης συρµού ΤΡΑΜ, 117 σελ., Μάιος 2001 [2] ρ. Βογιατζής Κ, ρ. Μουζάκης Χ., Καταγραφή δονήσεων από την λειτουργία συστήµατος ΤΡΑΜ στη Γαλλία στα πλαίσια της Αντιδονητικής µελέτης του ΤΡΑΜ Αθηνών, ιεθνές συνέδριο Προστασίας και αποκατάστασης του περιβάλλοντος VI, Σκιάθος, 7 σελ., Ιούλιος 2002 [3] ρ. Βογιατζής Κ, Ηλιού Ν., Μέτρηση και καθορισµός φάσµατος δονήσεων συρµού ΤΡΑΜ τύπου SIRIO/ANSALDOBREDA, κατά την λειτουργία του, Ερευνητικό Πρόγραµµα Τµήµατος Πολ. Μηχανικών Πολυτεχνικής Σχολής Πανεπιστηµίου Θεσσαλίας, 10 σελ., Φεβρουάριος 2003 SUMMARY In the frameworks of research services supply on noise and vibration from the construction and operation of the TRAM of Athens, the University of Thessaly designed a series of research work in order to ensure a full and complete recording and determination of the spectrum of vibration from the operation of the expected Athen s TRAM bogie type SIRIO/ANSALDOBREDA. The research includes specific vibration velocity measurements on surface in proximity to the tracks of several operational TRAM systems in European Union and more specifically in Nantes, Paris and Milan. These measurements took place in different conditions of track work and typology of train bogies and represented the basic data of vibration transmission. The above measurements led to a full co-evaluation and configuration of the best representing spectrum for vibration velocity that will be taken into account in the relevant studies of implementation of the anti-vibration protection mitigation measures from the operation of TRAM of Athens. This article presents the detailed results of the in situ measurements (at the tram systems mentioned above) during operation, in conditions without antivibration protection, as well as the final approach of the most representing spectrum of vibration velocity for Athen s Tram and the comparison with the recorded spectrums of Nantes, Paris and Milan together with its evaluation.