ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ LRT ΣΕ ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ

Transcript

1 ΜΑΡΤΙΟΣ-ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 1 Γ. ΑΕΡΟΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΟΣ ΚΑΙ ΕΔΑΦΟΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΟΣ ΘΟΡΥΒΟΣ ΑΠΟ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ LRT ΣΕ ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ (ΠΡΟΒΛΕΨΗ-ΛΟΓΙΣΜΙΚΑ-ΜΕΤΡΑ ΜΕΙΩΣΗΣ) Dr PATRICK VANHONACKER Θα αναφερθώ στα συστήματα LRT, το τραμ και το μετρό και ειδικότερα στην απομόνωση των δονήσεων, που προέρχονται από τη λειτουργία και επίσης τις εφαρμογές που έχουν γίνει εδώ στην Αθήνα στο σύστημα του τραμ αλλά και στο σύστημα του μετρό. Οι εφαρμογές στο σύστημα του τραμ, στην πραγματικότητα έγιναν από τον καθηγητή κ. Βογιατζή, ενώ στο σύστημα του μετρό έχουμε δουλέψει μαζί για περισσότερα από δέκα χρόνια, για την ανάπτυξη ενός νέου πολύ αποτελεσματικού και οικονομικού συστήματος, για τα οποία θα σας δείξω κάποια από τα αποτελέσματα. Έτσι, μιλώντας για δονήσεις και εδαφομεταφερόμενο θόρυβο ή για θόρυβο, ο οποίος παράγεται από τις δονήσεις, εννοούμε ουσιαστικά το πρόβλημα των δονήσεων, την κίνηση και επιτάχυνση του τραμ και του μετρό. Αυτές οι δονήσεις μεταφέρονται στο έδαφος και φτάνουν στα θεμέλια, παράγοντας δονήσεις μέσα στο κτίριο, αλλά και έναν υπόκωφο θόρυβο, ο οποίος είναι ιδιαίτερα ενοχλητικός για τους ανθρώπους που ζουν μέσα, άνωθεν ή κοντά σε ένα μετρό. Το πρόβλημα από το τραμ, είναι λίγο πολύ το ίδιο. Πρόκειται για αερομεταφερόμενο θόρυβο, ένα θόρυβο δηλαδή, που προέρχεται απευθείας από την κοντινότερη επιφάνεια που συνδέεται με το κτίριο αλλά και για εδαφομεταφερόμενο - δομόφερτο θόρυβο, λόγω των δονήσεων που πηγαίνουν στο έδαφος, στα θεμέλια και στο κτίριο. Έτσι, και τα δυο προβλήματα συνδέονται, μετρό και τραμ, και επιβάλλουν να παρέχουμε κάποιες μονώσεις δονήσεων για κτίρια που βρίσκονται κοντά. Ο χώρος εμπειρίας που πρέπει να εξασφαλισθεί για να αναληφθεί μια τέτοια ανάλυση

2 ΜΑΡΤΙΟΣ-ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 2 αφορά στο χώρο των μετρήσεων. Η αμερικανική τεχνική και τα σχετικά στοιχεία δίνουν τη δυνατότητα σχεδιασμού συστημάτων τροχιάς, τα οποία παρέχουν την απαιτούμενη μόνωση δονήσεων. Παράδειγμα της μόνωσης δονήσεων, με αποτελέσματα μετρήσεων θορύβου και δονήσεων είναι ο καινούριος υβριδικός τύπος οχήματος. Η δυναμική ανάλυση των υποδομών, είναι απαραίτητη. Έστω ότι είχαμε μια τυπική ανάλυση δοκιμής μιας γέφυρας, στην οποία εφαρμόστηκε μια αμερικανική προσομοίωση για ανάλυση στοιχείων και συγκρίναμε τους υπολογισμούς των μετρήσεων έτσι ώστε να βελτιστοποιήσουμε τους τυπικούς υπολογισμούς. Μετράμε και συγκρίνουμε με τα θεωρητικά αποτελέσματα ώστε να προσδιορίσουμε τη δομική συμπεριφορά των κατασκευών. Αυτές οι τεχνικές χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό νέων συστημάτων τροχιάς με την απαιτούμενη μόνωση δονήσεων για τις οποίες θα σας δώσω μόνο μια ιδέα θεωρίας, γιατί είναι σημαντικό, να εξηγήσω το πρόβλημα. Έχουμε μια σχετική αναφορά εδώ. Εχουμε μία επιφάνεια εδάφους ή τσιμέντου και ένα τροχό που τρέχει στην επιφάνεια αυτή και παράγει δονήσεις, στην περιοχή μεταξύ της ρόδας περίπου στα 60 herzs, οι οποίες μεταφέρονται στο έδαφος. Έτσι έχουμε ένα εύρος, ένα υψηλό εύρος, ένα μεταφερόμενο στο έδαφος εύρος και η συχνότητα με την οποία μεταφέρεται είναι ακριβώς η ίδια με την υψηλή συχνότητα, γεγονός το οποίο σημαίνει ότι αν έχουμε 60 herzs εδώ στην πηγή, βρίσκουμε επίσης 60 herzs στο έδαφος και στο κτίριο. Δεν υπάρχει αλλαγή στη συχνότητα αλλά βέβαια το εύρος μπορεί να είναι διαφορετικό. Εάν θέλουμε να μειώσουμε το εύρος, το οποίο μεταφέρεται στο έδαφος, πρέπει να τοποθετήσουμε ένα φίλτρο. Ένα φίλτρο, το οποίο σε όρους δονήσεων είναι σύστημα μάζας ελατηρίου, που το ονομάζουμε συνήθως πλωτή πλάκα. Τα χαρακτηριστικά του φίλτρου είναι πολύ απλά συχνότητα συντονισμού, η οποία πρέπει να είναι πολύ πιο κάτω από την υψηλή συχνότητα. Έτσι, το ζήτημα είναι απλό. Σχεδιάζουμε ένα σύστημα, το οποίο έχει συχνότητα συντονισμού την οποία να μπορούμε εύκολα να υπολογίσουμε. Εάν είναι για παράδειγμα

3 ΜΑΡΤΙΟΣ-ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 3 20 herzs, έχουμε ένα αποτελεσματικό φίλτρο για να μειώσει φιλτράροντας το εύρος των διεγερμένων δονήσεων οι οποίες είναι στα 60 herzs, για αποτελεσματική μόνωση των δονήσεων. Έτσι, βλέπουμε ότι συχνότητα διέγερσης έχει μειωθεί. Έχουμε μεν μια μεταφορά της ίδιας συχνότητας στο έδαφος, αλλά τώρα αυτή είναι σημαντικά μειωμένη με την εισαγωγή ενός τέτοιου φίλτρου. Αυτό που μπορούμε επίσης να κάνουμε, αντί να εισάγουμε ένα τέτοιο μεγάλο σύστημα, είναι να χρησιμοποιήσουμε τη σκληρότητα της ανάρτησης για τη δημιουργία ενός φίλτρου. Όμως έτσι θα έχουμε ένα πρόβλημα. Πρέπει να δημιουργήσουμε μια συχνότητα, η οποία να είναι κάτω από την υψηλή συχνότητα τα 60 hrzs. Αυτό σημαίνει ότι εδώ χρειαζόμαστε χαμηλή σκληρότητα και χαμηλή συχνότητα μεταξύ των διεπιφανειών. Αλλά εάν η σκληρότητα είναι πολύ χαμηλή, η παραμόρφωση γίνεται πολύ μεγάλη. Τι σημαίνει αυτό; Σημαίνει ότι το σύστημα θα είναι ασταθές. Έτσι, το γενικό συμπέρασμα είναι ότι χρειαζόμαστε πολύ καλή μόνωση δονήσεων και χρειαζόμαστε πιθανότατα μια αποτελεσματική πλωτή πλάκα, (ελατηριακή μάζα), ενώ εάν θέλουμε μέτρια μόνωση δονήσεων, μπορούμε να το επιτύχουμε με το να εισαγάγουμε μαλακότερες αναρτήσεις αλλά πρέπει να είμαστε προσεχτικοί. Δεν πρέπει να είναι πολύ μαλακές, γιατί το σύστημα θα είναι ασταθές σε σχέση με τη ρόδα. Υπάρχουν δυο λύσεις: πλωτή πλάκα, ελατηριακή μάζα και μετά η μαλακότερη ανάρτηση. Αυτά θεωρητικά, αλλά πρακτικά; Έχουμε ουσιαστικά ένα μεγάλο σύστημα μάζας ελατηρίων και έχουμε εδώ ένα πλήρες επιφανειακό στρώμα που είναι το μαλακό υλικό. Μπορούμε επίσης αντί να χρησιμοποιήσουμε την πλήρη επιφάνεια, να χρησιμοποιήσουμε διαμήκη στρώματα, εγκάρσια στρώματα, ανεξάρτητα μονοπάτια και μπορούμε επίσης να χρησιμοποιήσουμε ελατήρια. Θα σας αναφέρω τι έχει γίνει στις επεκτάσεις του μετρό. Υπάρχουν δυο νέες γραμμές, οι οποίες έχουν επεκταθεί. Σε αυτές τις επεκτάσεις, στις περισσότερες εκ των οποίων έχουμε σχεδιάσει πλωτές πλάκες σε κρίσιμες περιοχές, όπου έχουμε αλλαγή (κλειδί) και αλλάζουμε από την μια γραμμή στην άλλη, έχουμε έντονες δονήσεις και εκεί έχουμε τοποθετήσει μια σχεδιασμένη πλωτή πλάκα για να μειώσουμε τις δονήσεις. Έχουμε κάνει πλήρη δυναμική ανάλυση για να δούμε εάν πρέπει να υποστηρίξουμε

4 ΜΑΡΤΙΟΣ-ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 4 την πλήρη διασταύρωση, κάτι που σημαίνει μεγάλο μήκος, ή αν μπορούμε να περιορίσουμε την πλωτή πλάκα μόνο στο κεντρικό τμήμα έτσι ώστε να μειώσουμε το κόστος. Δεν ήταν όμως δυνατό να μειώσουμε την πλωτή πλάκα, έτσι ώστε να καταλήξουμε σε μια μικρή, καθώς εδώ έχουμε κάποια αποτελέσματα. Αυτά είναι τα επίπεδα δονήσεων ανά συχνότητα. Αν έχουμε μια ελεύθερη πλωτή πλάκα, η οποία -σε υψηλότερες συχνότητες, π.χ. ξεκινώντας από τα 20 herzs - παρουσιάζει μια πολύ μεγάλη μείωση των επιπέδων δονήσεων συγκρίνοντας τα με μια «μη ελαστική» λύση, όπου δεν έχουμε πλωτή πλάκα καθόλου. Αυτό είναι σημαντικό. Ξεκινάμε το φιλτράρισμα από τα 20 herzs, που σημαίνει ότι στα 40 herzs, και στα 60 herzs έχουμε ήδη μια αρκετά μεγάλη μείωση δονήσεων και αυτές οι δονήσεις παράγουν θόρυβο και τα αυτιά είναι ευαίσθητα ξεκινώντας από τα 50 herzs και πάνω. Αντιλαμβανόμαστε λοιπόν ότι αυτό είναι κατάλληλο για εφαρμογή. Μερικώς η πλωτή πλάκα δεν είναι καλή, γιατί ακόμα έχουμε υψηλές δονήσεις, ειδικά όταν το όχημα δεν είναι στην πλωτή πλάκα, και για αυτό έχει αποφασιστεί να τοποθετηθεί μια πλωτή πλάκα κάτω από το συνολικό μήκος κάθε αλλαγής. Στη συνέχεια, έχουμε εκπονήσει μια μελέτη σκοπιμότητας και ένα λεπτομερές σχέδιο, πως να σχεδιάσουμε αυτές τις πλωτές πλάκες. Έχουμε χρησιμοποιήσει ελαστικές λωρίδες κάτω από την πλήρη πλωτή πλάκα, που καλύπτει και τις δυο γραμμές και το κλειδί, απαραίτητο για να απομονώσουμε τις διασταυρώσεις, έτσι ώστε πηγαίνοντας από τη μια γραμμή στην άλλη, να έχουμε μια πλήρη απόσβεση και στις δύο τροχιές. Επίσης έχουμε επιπλέον κάποια πλευρικά στηρίγματα (αποσβεστήρες) τα οποία είναι για την σεισμική δραστηριότητα. Δεν είναι πολύ ακριβή πλάκα, σε ότι αφορά τα ελαστομερή υλικά της μόνωσης των δονήσεων, γιατί δεν είναι ένα πλήρες υλικό αυτό που χρησιμοποιείται αλλά περιορισμένης επιφάνειας λωρίδες. Στην πραγματικότητα, οι λωρίδες οι οποίες χρησιμοποιούνται, έχουν τοποθετηθεί πάνω σε ειδικά «panels», τοποθετημένα στο τσιμέντο, στο πάτωμα στο κάτω σημείο του τούνελ και στη στήριξη του τσιμέντου. Μετά από την υλοποίηση, οι δυο γραμμές είναι στην πλωτή πλάκα και τη διασταύρωση, όπου αλλάζουμε από την μια γραμμή στην άλλη.

5 ΜΑΡΤΙΟΣ-ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 5 Αυτή ήταν μια σημαντική επιτυχία, αφού είχαμε αποτελέσματα από τις δονήσεις, οι οποίες μετριόνταν στην επιφάνεια του εδάφους, σε κτίριο το οποίο ήταν πάνω από το τούνελ ακριβώς στην περιοχή της πλωτής πλάκας και της διασταύρωσης με τιμές κάτω από 70 db. Θα πρέπει να γνωρίζετε ότι τα 100 dβ είναι το όριο της ανθρώπινης αντίληψης, έτσι στα 100 dβ αρχίζουμε να νιώθουμε τις δονήσεις, αλλά εδώ είμαστε μόνο στα 70 dβ, έτσι έχουμε ένα περιθώριο περίπου 30 dβ και έναν παράγοντα του 10 κάτω από την ανθρώπινη αντίληψη. Χρειαζόμαστε ένα μικρό περιθώριο, γιατί αυτό είναι ένα νέο σύστημα και δεν είναι απόλυτα σίγουρο τι θα γίνει στο μέλλον. Το σύστημα, η κυκλοφορία στη διασταύρωση (κλειδί) περνώντας από πάνω του, αναμένεται να υποβαθμίσει λίγο την απόδοση του διαχρονικά. Ετσι χρειαζόμαστε ένα περιθώριο. Η αποτελεσματικότητα μιας τέτοιας πλωτής πλάκας είναι ιδιαίτερα καλή -και θα έλεγα- ότι αυτή η πλωτή πλάκα, είναι ίσως, σε σχέση με την οικονομική απόδοση, η καλύτερη διαθέσιμη στην Ευρώπη. Το έχω δει αυτό και στις Ηνωμένες Πολιτείες, είναι μια πολύ τεταμένη πλάκα με χαμηλή χρήση υλικών, έτσι η οικονομική απόδοση είναι πολύ υψηλή και αυτό συμβαίνει λόγω του καλού σχεδιασμού και την εμπειρία του καθηγητή κ. Βογιατζή και τη δική μας που δουλεύοντας μαζί για αρκετό καιρό καταφέραμε να βελτιστοποιήσουμε αυτή τη λύση. Είναι μια σχετικά περιορισμένη πλάκα και όμως πολύ αποτελεσματική. Το ίδιο ακριβώς είδος λύσης έχει χρησιμοποιηθεί στο τραμ, φυσικά όχι σε τούνελ αλλά στην επιφάνεια στη συγκεκριμένη περίπτωση. Όπως γνωρίζετε το τραμ πηγαίνει κατά μήκος της ακτής και μετά εισέρχεται στο κέντρο της πόλης και στην πλατεία Συντάγματος. Το τμήμα της πλωτής πλάκας με το υλικό που έχει χρησιμοποιηθεί είναι ένα πλήρες στρώμα, το οποίο έχει τοποθετηθεί για προστασία, και μετά έχει πέσει το τσιμέντο. Αυτή είναι δουλειά του καθηγητή κ. Βογιατζή. Στη συνέχεια έχουμε πολλά εναλλακτικά είδη πλωτών πλακών, απλά θα σας παρουσιάσω κάποια παραδείγματα μερικών πιο παλιών συστημάτων με τα οποία έχουμε δουλέψει. Έχουμε μεγάλης ταχύτητας γραμμές, όπου έχουμε πλάκες σε μεταλλικές κατασκευές, σε σταθμούς, με εγκάρσιες εγκαταστάσεις των ελαστικών υλικών, αυτό είναι μετά την

6 ΜΑΡΤΙΟΣ-ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 6 εγκατάσταση. Έχουμε επιπλέον το μετρό των Βρυξελών στο οποίο έχουμε πλωτές πλάκες και αυτό είναι ένα άλλο παράδειγμα της πλωτής πλάκας, το οποίο είναι φτιαγμένο ξεχωριστά στο Παρίσι. Έχει τοποθετηθεί ελαστομερές υλικό, σε ξεχωριστά θεμέλια - κολώνες, έχουμε δηλαδή, ελαστικά θεμέλια. Στη συνέχεια μεγάλες πλωτές πλάκες και μια μεγάλη διασταύρωση. Αυτή είναι η πιο ακριβή πλωτή πλάκα στην Ευρώπη. Έχουμε δυο παραδείγματα: το πιο ακριβό εδώ και μετά το πιο οικονομικό και αποτελεσματικό το οποίο έχει τοποθετηθεί στην Αθήνα. Έτσι όλα εξαρτώνται από το σχεδιασμό και το πόσο προσεγμένος είναι. Έχουμε το τραμ του Bordeaux. Υπάρχουν αρκετά παραδείγματα εγκατάστασης της πλωτής πλάκας σαν ένα πολύ αποτελεσματικό μέσο μείωσης των δονήσεων. Έχουμε επίσης, δυνατότητα να πάμε σε μια άλλη λύση, στην ελαστική στήριξη των γραμμών όταν δεν χρειαζόμαστε ένα πολύ υψηλό φίλτρο, αλλά ένα μέτριο φίλτρο δονήσεων. Παράδειγμα το τραμ της Αθήνας, όπου έχουμε τη λύση εφαρμογής ελαστομερούς υλικού γύρω από την ράγα. Υπάρχουν διαφορετικές δυνατότητες ελαστικότητας. Όταν έχουμε τέτοια ελαστικότητα έχουμε μια μάζα της γραμμής, όπου μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα φίλτρο για δονήσεις αλλά πρέπει να προσέχουμε γιατί εάν είμαστε πολύ ελαστικοί, η παραμόρφωση της γραμμής θα μπορούσε να είναι πολύ υψηλή, όταν το όχημα περνάει. Έτσι είναι αναγκαίος ο κατάλληλος σχεδιασμός. Το σύστημα αυτό έχει αναπτυχθεί σε συνεργασία με την εταιρεία CDM, η οποία δραστηριοποιείται σε αυτόν τον τομέα. Χρησιμοποιούν ένα φυσικό προϊόν, (scrap rubber material) και το τελικό προϊόν χρησιμοποιείται για την ενθυλάκωση της τροχιάς. Τα υλικά αυτά εξυπηρέτησαν στην πραγματικότητα, έδωσαν τη ζητούμενη ελαστικότητα, την απαραίτητη απόσβεση, και επίσης την απαραίτητη σταθερότητα για τη γραμμή. Όλοι οι αναγκαίοι έλεγχοι έχουν γίνει σε εργαστήρια σε Πανεπιστήμιο. Αντιπροσωπευτικά δείγματα ελέγχονται στο εργαστήριο για τη στατική και δυναμική τους συμπεριφορά, με μαθηματικές προσομοιώσεις. Όλα τα αποτελέσματα είναι καλά γιατί θέλουμε το τραμ, θέλουμε ασφάλεια και θέλουμε 30 χρόνια λειτουργίας κάτω από καλές συνθήκες.

7 ΜΑΡΤΙΟΣ-ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 7 Η διαδικασία, όπου το ελαστικό υλικό περιβάλλει τη ράγα στο εργοτάξιο, έγινε στην Αθήνα για παράδειγμα στο τραμ της Αθήνας, μετά η γραμμή συναρμολογείται με το ελαστικό υλικό γύρω της, το τσιμέντο τοποθετείται σε μια ή δυο φάσεις, μάλλον σε δυο φάσεις και μετά στην επιφάνεια μπορεί να τοποθετηθεί πράσινο, ή τσιμέντο, ή άσφαλτος. Η γραμμή έχει πολύ καλή απόδοση στη μόνωση των δονήσεων λόγω της συνεχούς ελαστικής του υποστήριξης, η οποία είναι στην πραγματικότητα μια πολλή αποδοτική λύση. Στην περίπτωση συνδυασμού πλωτής πλάκας και ελαστικής στήριξης της τροχιάς τα τελικά αποτελέσματα είναι καλύτερα, έχουμε χαμηλότερη δόνηση. Στο Παρίσι ξεπερνάμε τα 100 dβ, το όριο της ανθρώπινης αντίληψης και ο κόσμος εκεί υποφέρει από τις δονήσεις και το θόρυβο που προέρχεται από το τραμ. Εδώ έχει γίνει μια πολλή καλή δουλειά, από τον καθηγητή Βογιατζή και την ομάδα του έτσι ώστε να έχουμε ένα μοντέρνο και όχι ακριβό, πολύ αποτελεσματικό σύστημα στήριξης γραμμών του τραμ. Υπάρχουν και άλλα παραδείγματα. Στην πραγματικότητα δουλεύουμε, κάνουμε ανάλυση μετρήσεων, σχεδιάζουμε συστήματα σε πολλά μέρη του κόσμου, στο Σαν Φρανσίσκο, τη Νέα Υόρκη με πολύ αποτελεσματικές λύσεις και εξασφαλίζεται η μόνωση των δονήσεων όπου είναι αναγκαία. Έτσι, τα πάντα συνηγορούν σε μια καλή ανάλυση, στη σωστή αναγνώριση του προβλήματος και στο βαθμό που χρειάζεται να γίνει η μόνωση (χαμηλό, μέτριο ή υψηλό). Από τη στιγμή που γνωρίζουμε τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των επιφανειών και των τούνελ, σχεδιάζουμε αποτελεσματικά τις κατάλληλες λύσεις στο μικρότερο δυνατό κόστος. Το μήνυμα είναι: όλα είναι δυνατά, αλλά ένας καλός σχεδιασμός πάντα οδηγεί σε χαμηλό κόστος και αποτελεσματικότητα.

8 ΜΑΡΤΙΟΣ-ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2005 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 8