12

Jernbanestøy og vibrasjoner

Kort videoforklaring Se video

En valgfri KI-generert oversikt. Det skriftlige kapitlet er den autoritative kilden.

0:00/–:––

CC 0.75× 1× 1.25× 1.5× 2×

Innhold i kapitlet

12.1 Innledning

Jernbanetransport er en av de mest energieffektive og miljøvennlige formene for landtransport. Samtidig er jernbanen en betydelig kilde til støy og vibrasjoner for mennesker som bor og arbeider nær jernbanelinjer. Etter hvert som jernbanenettene bygges ut og toghastighetene øker, har håndteringen av jernbanens støy- og vibrasjonspåvirkning blitt en sentral utfordring både i infrastrukturplanlegging og i utforming av rullende materiell [158, 68].

Dette kapitlet omhandler de viktigste kildene til jernbanestøy, mekanismene som fører vibrasjoner fra sporet til grunnen og videre til nærliggende bygninger, målemetodene og grenseverdiene som brukes til å kvantifisere og begrense støyeksponering, samt støy- og vibrasjonsreduserende tiltak som er tilgjengelige for sporingeniøren, infrastrukturforvalteren og kjøretøyutvikleren.

Jernbanen er en energieffektiv transportform med høy kapasitet, men økende trafikk og utbygging nær baner, stasjoner og driftsanlegg kan utsette flere mennesker for støy og vibrasjoner. Støyberegninger påvirker derfor arealplanlegging, plassering av nye bygninger og utforming av jernbaneoppgraderinger. Samordnet planlegging av jernbanen og omgivelsene kan forebygge problemer som er vanskelige å løse når begge er bygd.

Jernbanestøy påvirker helse og livskvalitet for mange mennesker. WHOs kunnskapsoppsummering [174] vurderer flere helsevirkninger av transportstøy, med et eget kunnskapsgrunnlag for hver støykilde og helsevirkning. Relevante helseutfordringer omfatter:

• Søvnforstyrrelser og søvnmangel som følge av togpasseringer om natten.

• Virkninger på hjerte- og karhelsen: WHO beskriver sammenhenger mellom eksponering for miljøstøy og iskemisk hjertesykdom og høyt blodtrykk. Kunnskapsgrunnlaget må tolkes for den aktuelle støykilden og helsevirkningen; her utledes ingen sykdomsterskel særskilt for jernbanestøy. Se WHOs oversikt over miljøstøy fra 2022 [204].

• Støyplage og redusert kognitiv yteevne hos barn, særlig ved skoler som ligger inntil sterkt trafikkerte jernbanelinjer.

Vibrasjoner fra jernbanen er et eget, men beslektet problem. Vibrasjoner som forplanter seg gjennom grunnen, kan føre til:

• Fysisk ubehag og mulige søvnforstyrrelser for personer i bygninger, med merkbare vibrasjoner i frekvensområdet 1–80 Hz.

• Forstyrrelser av følsomt utstyr som elektronmikroskoper, litografimaskiner og laboratorievekter, også når vibrasjonene er for svake til å skade utstyret.

• Mulige konstruksjonsvirkninger i særlig følsomme bygninger eller ved sterk eksponering. Merkbare vibrasjoner er ikke i seg selv et tegn på fare for skade; konstruksjonsvurderinger krever andre kriterier enn vurderinger av menneskers komfort.

• Strukturlyd («rumling») i bygninger, der vibrasjoner i vegger, gulv og himlinger setter bygningsflatene i bevegelse og skaper lavfrekvent lyd.

Norske jernbaneprosjekter vurderes etter flere delvis overlappende støyregelverk: planretningslinjer for ny arealbruk og ny infrastruktur, tiltaksgrenser for eksisterende kilder og europeiske krav til strategisk støykartlegging. Det viktige i praksis er å holde disse sammenhengene adskilt, i stedet for å behandle én grenseverdi som et universelt krav til jernbanestøy [123, 131, 95].

Studier av sykdomsbyrde kan uttrykke de samlede konsekvensene i helsetapsjusterte leveår (DALY), som kombinerer tapte leveår med år levd med helsetap. Dette er et mål på befolkningshelse, ikke en akustisk indikator eller en grenseverdi for én bolig. Forelesningen introduserer størrelsen for å forklare hvorfor eksponering, støyplage og helsevirkninger er viktige ved siden av målte desibelnivåer [223].

Vurderingssammenheng	Hovedspørsmål	Viktigste norske eller europeiske rammeverk
Planlegging	Hvordan bør en ny jernbane, en oppgradering eller støyfølsom bebyggelse plasseres og utformes?	T-1442 og tilhørende plan- og byggkrav.
Eksisterende kilder og bygninger	Krever den eksisterende eksponeringen kartlegging eller avbøtende tiltak?	Kapittel 5 i forurensningsforskriften.
Strategisk kartlegging	Hvor er befolkningen eksponert langs større jernbanekorridorer og i tettbygde områder?	Direktiv 2002/49/EF om vurdering og håndtering av miljøstøy og direktivets beregningsmetoder.

Tabell 12.1 Vurderingssammenhenger for jernbanestøy og vibrasjoner.

Disse sammenhengene utdypes i delkapittel 12.5. Et krav til støyemisjon fra et tog og et eksponeringskriterium ved en bolig besvarer også ulike spørsmål.

12.2 Lyd, utbredelse og oppfattelse

12.2.1 Kilde, overføringsvei og mottaker

Et støy- eller vibrasjonsproblem kan følges gjennom tre sammenhengende deler. Kilden er kjøretøyet og sporet: rullekontakt, motorer, hjelpeutstyr, slag og friksjonsinduserte vibrasjoner genererer eksitasjonen. Overføringsveien omfatter lydutbredelse gjennom luften, vibrasjoner og lydutstråling fra sporet og bølgeforplantning i grunnen. Mottakeren er personen, bygningen eller det følsomme utstyret der virkningen vurderes [223].

Figur 12.1 skiller mellom kilde, overføringsvei og mottaker. Bruk kjeden til å plassere et tiltak: Redusert eksitasjon i sporet, dempet forplantning og beskyttelse av en bygning retter seg mot forskjellige deler av samme problem.

Figur 12.1 Kilde, overføringsvei og mottaker. Fra Torbjørn Ursins forelesning [223].

Den samme kontaktkraften kan gi både luftoverført lyd og vibrasjoner i grunnen. En nabo kan høre direkte jernbanestøy, merke vibrasjoner og høre lyd som gjenutstråles fra bygningen. Det er avgjørende å identifisere den dominerende overføringsveien: En støyskjerm bryter den luftbårne utbredelsen, men kan ikke stoppe vibrasjoner som overføres gjennom fundamentene. Omvendt kan en mykere sporopplagring redusere overførte vibrasjoner samtidig som lydutstrålingen fra skinnen øker.

12.2.2 Frekvensveiing og støyplage

Menneskets hørsel dekker omtrent 20 Hz til 20 kHz, med størst følsomhet vanligvis omkring 1–5 kHz. Grensene varierer mellom personer og med lydnivået. Frekvensveiing endrer et målt spektrum før bidragene summeres til ett nivå. A-veiing demper lavfrekvent lyd kraftig; C-veiing er flatere over store deler av det hørbare området og kan bidra til å beskrive lavfrekvent innhold når vurderingsmetoden krever det [223].

Veiekurvene i figur 12.2 viser hvorfor samme lavfrekvente spektrum kan gi forskjellige A- og C-veide nivåer. Sammenlign korreksjonene ved lave frekvenser før to rapporterte desibelverdier behandles som direkte sammenlignbare.

Figur 12.2 A- og C-veiing som funksjon av frekvens. Fra Torbjørn Ursins forelesning [223].

A-veiing er et standardisert filter, ikke en fullstendig modell av lydoppfattelsen. En tonal vifte, en korrugert skinne eller et skrikende hjul kan være mer merkbart og plagsomt enn bredbåndet lyd med samme A-veide nivå. Impulsive hendelser som hjulslag og passering av sporkryss krever også at tidsforløpet vurderes. Den valgte indikatoren bør derfor tolkes sammen med lydens spektrum, varighet, gjentakelse og karakter. Rapportering av dB(C) kan supplere en vurdering, men erstatter ikke et fastsatt dB(A)-kriterium.

12.3 Kilder til jernbanestøy

Jernbanestøy kan deles inn i flere klart adskilte kildetyper etter den fysiske lydgenereringsmekanismen. Den dominerende kilden endres med hastigheten: Støy fra framdriftssystemet er viktig ved lav hastighet og stillstand, rullestøy dominerer ved vanlige hastigheter på hovedlinjer, og aerodynamisk støy blir stadig viktigere på høyhastighetslinjer.

Figur 12.3 sammenligner hvordan kildebidragene endres med hastigheten. Den dominerende kilden kan skifte gjennom driftsområdet. Et tiltak mot rullestøy virker derfor ikke nødvendigvis like godt mot aerodynamisk støy eller støy fra framdriftssystemet.

Figur 12.3 Prinsipiell hastighetsavhengighet for jernbanens støykilder. Fra Torbjørn Ursins forelesning [223].

Forholdet mellom støykildene gir ikke universelle hastighetsgrenser mellom kildene. Kjøretøyutforming, effektbehov, hjul- og skinnetilstand, sporopplagring og måleposisjon påvirker alle forholdet mellom bidragene. Enkelthendelser som slag, kurveskrik og lydsignaler må vurderes separat [223].

12.3.1 Rullestøy

Rullestøy er den dominerende støykilden ved hastigheter over omtrent 50–60 km/h for konvensjonelle diesel- og elektriske tog, og over omtrent 80 km/h for godstog. Støyen oppstår som følge av den samlede ruheten på hjul- og skinneoverflatene [158]. Kontaktmekanikken bak denne eksitasjonen utvikles i kapittel 10, mens korrugering og ruhet tidligere er introdusert som spordefekter i kapittel 4.

Når hjulet ruller over skinnen, eksiterer små ujevnheter på både hjulbanen og skinnens kjøreflate vibrasjoner i hjulet og skinnen. Disse vibrerende overflatene utstråler lyd til luften omkring.

De viktigste parameterne som bestemmer rullestøy, er:

• Hjul- og skinneruhet: måles som overflatehøydespektre \(L_r(\lambda)\) over bølgelengder \(\lambda\) på 3–1000 mm.

• Kontaktfilter: Kontaktflaten virker som et romlig filter ved å midle ruheten over sine dimensjoner og dempe bidrag ved bølgelengder som er kortere enn kontaktflatens lengde.

• Konstruksjonsdynamikk: Hjulets resonanser (typisk 800–5000 Hz for de viktigste utstrålende svingeformene) og skinnens resonans mellom svillefestene (typisk 800–1200 Hz) forsterker ruhetseksitasjonen nær disse frekvensene [158].

Den praktiske mekanismen ligger i selve hjul–skinne-kontakten: Overflatetilstand, kontaktdynamikk og konstruksjonsvibrasjoner virker sammen og bestemmer hvor mye lyd som utstråles. Torbjørn Ursins TWINS-diagram nedenfor viser sammenhengen fra ruhet til lydutstråling.

Forelesningen oppgir en ekvivalent kildehøyde for rullestøy på omtrent −0,05 til 0,5 m relativt til skinneoverkant. En ekvivalent kildehøyde representerer fordelt lydutstråling i en bestemt beregningsmodell; den er ikke den fysiske høyden til én komponent eller en universell innstilling for alle beregninger [223].

Fra overflateruhet til lydutstråling

Modellkjeden i TWINS tydeliggjør sammenhengen mellom overflatetilstand og lyd ved mottakeren. Hjul- og skinneruhet kombineres, den endelige kontaktflaten filtrerer denne eksitasjonen, det koblede hjul–skinne-systemet gir vibrasjonsresponser, og hjul, skinne og sville utstråler lyd. Utbredelsen bestemmer deretter bidraget ved mottakeren. Dette er adskilte trinn, så en forbedring i ett trinn garanterer ikke en like stor reduksjon i det samlede nivået ved mottakeren [223].

Følg figur 12.4 fra hjul- og skinneruhet gjennom kontakteksitasjon til vibrasjon og lydutstråling. Kjeden skiller det geometriske inngangssignalet fra kjøretøyets og sporets respons som omdanner det til luftbåren støy.

Figur 12.4 Fra hjul- og skinneruhet til lydutstråling i TWINS. Fra Torbjørn Ursins forelesning, etter Thompsons TWINS-modell [223].

For statistisk uavhengig hjul- og skinneruhet i samme bølgelengdebånd og med samme referanse summeres de kvadrerte ruhetsbidragene:

\[ L_{r,\mathrm{comb}}=10\log_{10}\!\left(10^{L_{r,w}/10}+10^{L_{r,r}/10}\right). \]

Den rueste overflaten dominerer den samlede eksitasjonen. Å gjøre et allerede glatt hjul enda glattere gir derfor begrenset nytte dersom skinnen er sterkt korrugert, og sliping av en glatt skinne kan ikke kompensere for svært ru hjul. Dette forklarer hvorfor vedlikehold av hjul og skinner bør vurderes samlet.

Sporets avklingningsrate (TDR) beskriver hvor raskt skinnevibrasjoner avtar med avstanden, i dB/m. En lav avklingningsrate betyr at vibrasjonene strekker seg langs en større skinnelengde, slik at den mulige lydutstrålende lengden øker. Stivhet og demping i skinnemellomlegg og påmonterte skinnedempere påvirker denne responsen. TDR er en egenskap ved det vibrerende sporet; den må skilles fra dempingen av luftoverført lyd mellom sporet og mottakeren.

Figur 12.5 bruker et dokumentert modelleksempel fra Thompson mfl. [241]: et 920 mm godstoghjul ved 100 km/h, hjulbaneruhet fra bremsing med støpejernsklosser, 60E1/UIC60-skinne, monoblokk betongsviller og skinnemellomlegg med stivhet 200 MN/m. Rapporterte totale lydeffektnivåer per hjul er 112,8 dB(A) samlet, 106,3 for hjulet, 110,6 for vertikal skinnebevegelse, 104,2 for lateral skinnebevegelse og 99,6 for svillen. Dette er modellerte lydeffektnivåer ved kilden med referanse 1 pW, ikke lydtrykknivåer ved en bolig eller universelle bidragsandeler. Kurvene er rekonstruert fra den publiserte figuren; totalnivåene i tegnforklaringen er verdiene som forfatterne oppgir.

Ursins forelesning [223], lysbilde 14, oppgir et annet eksempel med omtrent 99,8 dB(A) for sporet og 97,5 dB(A) for hjulet, tilskrevet Vincent mfl. [238] via Nielsens NBIU-materiale. Den opprinnelige tallfestede beregningen er ikke bekreftet mot en offentlig tilgjengelig fulltekstfigur og holdes derfor adskilt fra det dokumenterte eksemplet som vises her.

Figur 12.5 Modellerte lydeffektspektre for et 920 mm godstoghjul ved 100 km/h. Tegnet på nytt etter Thompson mfl. [241].

Hastighetsavhengighet

Lydnivået øker tilnærmet som \(30\log_{10}(v/v_0)\), det vil si med omtrent 9 dB for hver dobling av hastigheten.

Regneeksempel.

Hvis hastigheten til et tog øker fra 120 til 160 km/h, blir økningen i rullestøy

\[ \Delta L_A = 30\log_{10}\!\left(\frac{160}{120}\right) = 3{,}7\,\text{dB}. \]

Dette er en betydelig akustisk endring: Noen få desibel kan avgjøre om det er behov for et avbøtende tiltak.

Forelesningen omtaler også et østerriksk overvåkingseksempel, formidlet gjennom UIC og J. Nielsens forelesningsmateriale, med hastighetskoeffisienter omkring 29–34. Disse sammenligningene bidrar til å forklare den vanlige koeffisienten 30, samtidig som skillet mellom et målt intervall og en universell lov opprettholdes.

Ursins forelesning inneholder et upublisert norsk måleeksempel med 72 passeringer av elektriske FLIRT-motorvognsett av type 74/75 på fire steder, med mikrofonen 7,5 m fra sporet og 1,2 m over bakken. En samlet tilpasning av ekvivalentnivåene for togpasseringene gir en hastighetskoeffisient \(N=32.1\) dB per dekade, med et oppgitt 95 % konfidensintervall på 30,0–34,1 og \(R^2=0.93\), i en sammenheng på formen

\[ L_{Aeq}(v)=L_{Aeq}(v_0)+N\log_{10}(v/v_0). \]

Figur 12.6 viser de målte togpasseringene som ligger bak den tilpassede hastighetssammenhengen. Spredningen rundt tilpasningen og hastighetsområdet er avgjørende for tolkningen av koeffisienten. Linjen er ikke en universell prognose for andre kombinasjoner av tog og spor.

Figur 12.6 Hastighetsavhengighet i 72 FLIRT-passeringer ved fire norske målesteder. Data: Torbjørn Ursin [223].

Eksemplet støtter bruk av en koeffisient nær 30 for disse målingene, men fastsetter ikke én koeffisient for alle tog eller spor. Ursin oppgir også stedsspesifikke estimater på \(29.0\pm4.2\) ved Lillestrøm og \(27.3\pm3.2\) ved Leirsund. Et bredt hastighetsområde gjør det lettere å skille stigningstallet fra målespredningen; et stort antall passeringer med nesten samme hastighet kan fortsatt gi et dårlig bestemt stigningstall. Kjøretøy- og sportilstand, driftsform og stedlige forhold må tas med når den samlede sammenhengen tolkes. Dersom de typiske hastighetene også varierer mellom stedene, kan det samlede stigningstallet blande en hastighetseffekt med forskjeller mellom stedene; det er ikke automatisk den kausale hastighetsresponsen på ett uendret sted [223].

12.3.2 Støy fra framdriftssystemet

Støy fra framdriftssystemet genereres av kjøretøyets mekaniske og elektriske systemer: dieselmotorer, kjølevifter, girkasser, elektriske motorer, kompressorer og hjelpeutstyr. Denne støyen dominerer ved lave hastigheter (under 50–80 km/h) og ved stillstand. Til forskjell fra rullestøy er nivået fra framdriftssystemet nesten uavhengig av hastigheten ved en gitt driftsform.

Viktige kilder til støy fra framdriftssystemet omfatter:

• Dieselmotorer: en bredbåndet støykilde, typisk 90–100 dB(A) i en avstand på 7,5 m fra moderne diesellokomotiver med høy effekt.

• Kjølevifter: tonale komponenter ved bladpasseringsfrekvensen og dens harmoniske; kan dominere ved tomgang.

• Elektriske framdriftssystemer: koblingsstøy fra vekselrettere ved frekvenser som er knyttet til koblingsfrekvensen (typisk 300–3000 Hz); stadig mer relevant for elektriske motorvognsett.

• Kompressorer og hjelpeutstyr: betydelige kilder på stasjoner og under opphold.

Moderne framdriftssystemer (permanentmagnetmotorer, vekselrettere med høy koblingsfrekvens og innkapslede girkasser) har redusert støyen fra framdriftssystemet vesentlig de siste to tiårene. Rullestøy er derfor nå den dominerende kilden for de fleste moderne elektriske motorvognsett ved hastigheter over 60–80 km/h [158, 68].

Forelesningen skiller mellom startstøy ved lav hastighet og støy fra passering med jevn drift. Akselerasjon innebærer endret belastning på framdriftssystemet, viftebehov og drift av hjelpeutstyr, slik at lav toghastighet ikke nødvendigvis betyr lavt lydnivå. En måling eller beregning bør angi driftstilstanden i tillegg til hastigheten [223].

12.3.3 Stillstandsstøy

Et stillestående tog gir ingen rullestøy, men kan fortsatt utstråle betydelig lyd fra motorer på tomgang og hjelpesystemer. Kildene omfatter oppvarming, ventilasjon og klimaanlegg; kjølevifter for omformere og transformatorer; kompressorer og avblåsningsventiler; hjelpeaggregater; og kjøleutstyr på godskjøretøy. Enkelte kilder er tonale, mens andre er i drift periodevis [223].

Stasjoner, signaler, verkstedsanlegg og hensettingsområder krever derfor en vurdering av driftstilstanden. Aktuelle tiltak omfatter energisparende parkeringsmodus, landstrøm der den kan erstatte dieseltomgang, hensiktsmessig plassering av hensettingsområder og planlegging av forvarming og avganger for å redusere eksponeringen nær boliger. Endringer må ivareta funksjonene som trengs for kjøretøysikkerhet, driftsberedskap og passasjerkomfort. Stillstandsstøy og støy fra framdriftssystemet har overlappende utstyrskilder, men ulike driftsbetingelser og vurderingsprosedyrer.

12.3.4 Aerodynamisk støy

Ved høye hastigheter (\(v > 200\) km/h) blir aerodynamisk støy stadig viktigere og vil etter hvert dominere det samlede støynivået. De viktigste aerodynamiske støykildene er:

• Boggi og understell: Turbulent strømning omkring boggiutsparingen er den største kilden på de fleste høyhastighetstog.

• Strømavtaker: en betydelig, diskret kilde; støy fra strømavtakeren kan overstige rullestøyen ved hastigheter over 280 km/h.

• Mellomrom mellom vogner: strømningsavløsning og hulromsresonanser i mellomrommene mellom vognene.

• Togfront og togavslutning: Trykkforstyrrelser forplanter seg som vandrende bølger langs toget.

Aerodynamisk støy øker tilnærmet som \(60\log_{10}(v/v_0)\), det vil si med omtrent 18 dB for hver dobling av hastigheten, langt raskere enn rullestøy. Ved 300 km/h gir hver økning på 10 km/h omtrent 0,9 dB(A). Tilsvarende gir hver økning på 25 km/h omtrent 2 dB(A) [158].

12.3.5 Slagstøy

Slagstøy oppstår ved diskontinuiteter i kjøreflaten:

• Skinneskjøter og isolerte skjøter: Når et hjul passerer en åpning, oppstår en skarp impulsiv kraft. Helsveiset spor har i stor grad fjernet denne kilden på hovedlinjene, men isolerte blokkskjøter i signalanlegg er fortsatt et problem.

• Sporveksler og sporkryss: Hjulet går fra kjøreskinnen til krysspissen, noe som medfører både en geometrisk åpning og en endring i skinnehodets høyde. Den resulterende slagkraften utstråles som en kraftig impuls, typisk 5–10 dB over rullestøynivået ved samme toghastighet.

• Hjulslag: En flat flekk på hjulbanen, som skyldes at hjulet låses under bremsing, gir et gjentatt slag med en frekvens lik toghastigheten dividert med hjulomkretsen. Selv et hjulslag på 50 mm er tydelig hørbart og gir store dynamiske krefter (se kapittel 10).

Hjulslagets geometri og dynamiske kraft

Et hjulslag gjentas omtrent én gang per hjulomdreining. For hjuldiameter \(D\) og hastighet \(v\) i m/s er gjentakelsesfrekvensen

\[ f_{\mathrm{flat}}=\frac{v}{\pi D}. \]

Ved 100 km/h og \(D=0.92\) m er denne omtrent 9,6 Hz. Den korte kontaktkraftpulsen inneholder frekvenser over denne gjentakelsesfrekvensen, slik at lav gjentakelsesfrekvens ikke betyr at den resulterende støyen bare er lavfrekvent.

For et ideelt, nytt hjulslag med kordelengde \(l_0\) på et hjul med radius \(R\) gir enkel sirkelgeometri, når \(l_0\ll R\),

\[ d\approx\frac{l_0^2}{8R}. \]

Slitasje endrer formen og hvor skarpe kantene er. To hjulslag med samme lengde kan derfor gi ulike slaglaster. En målt, slitt feil trenger ikke å følge sammenhengen mellom kordelengde og dybde for et ideelt, nytt hjulslag. Forelesningen viser delvis avlastning etterfulgt av en krafttopp og viser til et feltforsøk der største kraft opptrer omkring 40 km/h for en feil på omtrent 100 mm ganger 0,9 mm. Dette er en respons i det aktuelle tilfellet, ikke en generell kritisk hastighet [223].

Hjulslagsdetektorer langs sporet vurderer kraftvirkningen direkte og supplerer geometrisk kontroll av hjulet. Akseptgrenser må hentes fra gjeldende vedlikeholdsstandard og betingelsene for kjøretøyet; én verdi for hjulslaglengde bør ikke behandles som universell. Et tydelig hørbart slag trenger heller ikke bety at en geometrisk grense allerede er overskredet.

12.3.6 Skinnekorrugering

Skinnekorrugering: Periodisk skinneruhet med kort bølgelengde (20–80 mm) gir en sterk tonal støykomponent ved korrugeringsfrekvensen \(f = v / \lambda_c\); for \(\lambda_c = 30\) mm og \(v = 100\) km/h er \(f \approx 925\) Hz. Fordi korrugeringen er periodisk, beskriver naboer ofte den resulterende tonale støyen som «synging» eller «uling». Den samme gjentatte eksitasjonen øker også de dynamiske hjul–skinne-kreftene og framskynder nedbrytingen av sporet [105, 106].

Forelesningen supplerer med et fotografi av kraftig korrugering på banen mellom Roa og Hønefoss, tatt av Torbjørn Ursin i 2021. Det gjentatte overflatemønsteret gir et eksempel fra felt på den periodiske eksitasjonen som er beskrevet ovenfor [223].

Det gjentatte mønsteret i skinneoverflaten i figur 12.7 er et fysisk eksempel på periodisk ruhetseksitasjon. Bølgelengden må ses sammen med toghastigheten for å knytte mønsteret til en eksitasjonsfrekvens.

Figur 12.7 Bølgedannelse på skinnen på Roa–Hønefossbanen. Foto: Torbjørn Ursin, 2021 [223].

12.3.7 Bremsestøy og kurveskrik

Bremseskrik og ruhet fra klossbremsing er forskjellige mekanismer. Bremseskrik er tonal støy fra friksjonsinduserte svingninger i bremsesystemet. Støpejernsklosser kan i tillegg gjøre hjulbanen ruere og dermed øke rullestøyen også når toget ikke bremser. Bremseklosser av komposittmateriale kan gi en glattere hjulbane og redusere denne rullestøyen. K-klosser har høyere friksjon og krever et tilpasset bremsesystem; de er ikke en direkte erstatning for støpejernsklosser. LL-klosser er utviklet for ettermontering med friksjonsegenskaper nærmere støpejern, innenfor godkjente bruksbetingelser. UICs arbeid knytter bruk av K- og LL-klosser til redusert rullestøy fra godstrafikken [114]. Se også UICs sammenligning av K- og LL-klosser [205].

Bremseutførelse	Hjulbanens tilstand og betydning for støy	Hensyn til kompatibilitet
Bremseklosser av støpejern mot hjulbanen	Kan gjøre hjulbanen ru og øke rullestøyen også utenom bremsing.	Gjeldende krav til bremseytelse og vedlikehold gjelder fortsatt.
K-klosser av kompositt	Kan opprettholde en glattere hjulbane.	Høyere friksjon krever vanligvis et tilpasset bremsesystem.
LL-klosser av kompositt	Kan opprettholde en glattere hjulbane med friksjonsegenskaper nærmere støpejern.	Ettermontering er underlagt godkjente bruksbetingelser.
Skivebremser	Unngår at bremseklosser gjør selve hjulbanen ru.	Kjøretøyutforming og kompatibilitet med bremsesystemet styrer gjennomføringen.

Tabell 12.2 Bremseutførelser, hjulbanens tilstand og støy.

Den akustiske nytten av å bytte klosser avhenger av begge overflatene: Et glatt hjul støyer fortsatt på en ru skinne. Klima, bremseytelse og godkjenning har også betydning, slik at klossmateriale ikke bør velges ut fra støyreduksjon alene [223].

To kontaktsituasjoner mellom hjul og skinne

Kurveskrik er kraftig tonal støy fra friksjonsinduserte vibrasjoner i hjul–skinne-kontakten, ofte knyttet til sideveis glidning ved hjulbanen i krappe kurver. Både fallende friksjon og kobling mellom svingeformer kan gi instabilitet; stick-slip er ikke den eneste forklaringen. Svingeformer i området 500–4000 Hz kan være involvert, men verken dette frekvensområdet eller en radius på 300 m er en universell grense. Om skrik oppstår og hvor høyt nivået blir, avhenger av hjul- og skinneprofiler, friksjon, kjøretøydynamikk og målested [158]. Se Ding mfl. sin sammenligning av mekanismene bak kurveskrik [206]. Tiltak kan omfatte godkjente friksjonsmodifiserende midler på skinnetoppen eller hjuldemping. Smøring av kjørekanten virker på flenskontakten og må kontrolleres slik at smøremiddel ikke kommer på kjøreflaten og reduserer bremseadhesjonen.

Figur 12.8 skiller flenskontakt ved ytterskinnen fra glidning i hjulbanekontakten. Den overdrevne anløpsvinkelen tydeliggjør geometrien. Den er verken en målt driftsvinkel eller et bevis på at begge kontaktene har samme kurveskrikmekanisme.

Figur 12.8 Flenskontakt og glidning i hjulbanekontakten i en kurve. Anløpsvinkelen er overdrevet. Fra Torbjørn Ursins forelesning [223].

Forelesningen skiller mellom flenskontakt på den høye skinnen og lateral glidning i kontakten på hjulbanen. Begge kan gi friksjonsrelatert lyd, men flensstøy og kurveskrik fra hjulbanekontakten bør ikke antas å ha samme ustabilitetsmekanisme. Slitte profiler eller profiler som ikke passer sammen, kan forverre styringen og kontaktforholdene; kurveradius, anløpsvinkel og tilgjengelig rulleradiusforskjell for hjulsatsen har også betydning. Profilmåling er derfor en del av diagnostikken, ikke et bevis på at slitasje alltid er årsaken [223].

Smøring av skinnens kjørekant retter seg mot flenskontakten. Friksjonsstyring på skinneoverflaten retter seg mot kontakten på hjulbanen og må bruke et godkjent produkt og riktig dosering. Reprofilering av hjul eller skinne kan gjenopprette den tiltenkte kontaktgeometrien. Tiltaket bør velges etter den observerte kontaktsituasjonen, samtidig som adhesjon for bremsing og framdrift opprettholdes.

I praksis er tiltak mot kurveskrik vanligvis et spørsmål om vedlikehold og friksjonskontroll langs sporet. Kontaktdiagrammet ovenfor skiller mellom plasseringene som krever ulike friksjonstiltak.

12.4 Vibrasjoner og strukturlyd

Vibrasjoner i grunnen behandles adskilt fra luftoverført støy fordi overføringsvei, frekvensområde og avbøtende tiltak er forskjellige. De følgende delkapitlene følger vibrasjonene fra hjul–skinne-kontakten til grunnen og nærliggende bygninger. Samtidig støy og vibrasjoner kan påvirke oppfattelsen av den samlede eksponeringen, slik at en vurdering bør omfatte begge overføringsveiene i stedet for å tolke en vibrasjonsmåling uten den akustiske sammenhengen [223].

12.4.1 Genereringsmekanisme

Vibrasjonene genereres av de dynamiske hjul–skinne-kreftene som beskrives i kapittel 10. De oscillerende kontaktkreftene forplanter seg nedover gjennom skinnen og befestigelsessystemet til svillene og ballasten (eller sporplaten), og derfra videre i grunnen som elastiske bølger. Det dominerende frekvensområdet er omtrent 4–200 Hz [158].

De viktigste eksitasjonsmekanismene for vibrasjoner er:

• Kvasistatisk nedbøyning: Grunnen bøyes ned under vekten av det passerende toget og danner et langsomt bevegende nedbøyningsbasseng, som merkes som en lavfrekvent (\(< 10\) Hz) forstyrrelse i nærfeltet.

• Dynamisk ruhetseksitasjon: Hjul- og skinneruhet eksiterer dynamiske krefter ved frekvenser fra omtrent 20 til 2000 Hz. Vibrasjoner i grunnen i området 20–200 Hz fra denne kilden forplanter seg som rombølger (P- og S-bølger) og Rayleigh-overflatebølger.

• Parametrisk eksitasjon: Den periodiske variasjonen i sporstivhet mellom feltmidten mellom svillene og rett over en sville gir eksitasjon ved svillepasseringsfrekvensen \(f_{sp} = v / d_s\) (der \(d_s\) er svilleavstanden, typisk 0,6 m).

Ved 100 km/h og en svilleavstand på 0,6 m er svillepasseringsfrekvensen omtrent \(27.8/0.6=46\) Hz. Dette identifiserer én eksitasjonsfrekvens; det forutsier ikke vibrasjonene ved mottakeren uten at overføringsresponsene for spor, grunn og bygning er kjent.

12.4.2 Bølgeforplantning i grunnen

Forelesningen skiller først mellom rombølger og overflatebølger. I en P-bølge er partikkelbevegelsen parallell med forplantningen; i en S-bølge står den på tvers. Rayleigh-bølger innebærer elliptisk partikkelbevegelse nær overflaten. Love-bølger innebærer horisontalt polarisert skjærbevegelse og forutsetter en egnet lagdeling i grunnen. Disse beskrivelsene gjelder partikkelbevegelsen, ikke retningen et tog kjører i [223].

Sammenlign partikkelbevegelsen med forplantningsretningen i figur 12.9. P- og S-bølger er rombølger, mens Rayleigh- og Love-bølger er knyttet til overflaten. Animasjonene viser bevegelsesmønstre, ikke togets kjøreretning.

(a) P-bølge

(b) S-bølge

(c) Rayleigh-bølge

(d) Love-bølge

Figur 12.9 Rombølger (P og S) og overflatebølger (Rayleigh og Love). Animasjoner: L. Braile [237], via Ursin [223].

For et homogent, isotropt, lineært elastisk materiale avhenger rombølgehastighetene av elastisitetsmodulene og massetettheten [239]:

• P-bølger er kompresjonsbølger som forplanter seg gjennom materialet med hastigheten \(c_P = \sqrt{(K + 4G/3)/\rho}\).

• S-bølger er skjærbølger som forplanter seg gjennom materialet med hastigheten \(c_S = \sqrt{G/\rho}\).

• Rayleigh-bølger er overflatebølger med bevegelse konsentrert nær terrengoverflaten. Bidraget til jernbanevibrasjoner avhenger av eksitasjonen, grunnforholdene, frekvensen og avstanden [113].

Figur 12.10 Idealisert geometrisk spredning av rombølger og overflatebølger, med r₀ = 5 m. Materialdemping og lagdeling er utelatt.

Figur 12.10 sammenligner idealisert amplitudeavtak ved sylindrisk spredning av overflatebølger, proporsjonalt med \(r^{-1/2}\), og sfærisk spredning av rombølger, proporsjonalt med \(r^{-1}\). Referanseavstanden på 5 m normaliserer de viste nivåene; den er ikke en grense for når Rayleigh-bølger dominerer. Materialdemping, lagdeling, frekvens og kildegeometri påvirker bølgeforplantningen ved et virkelig jernbaneanlegg [113].

Her er \(K\) kompresjonsmodulen, \(G\) skjærmodulen og \(\rho\) massetettheten til grunnmaterialet.

Den relative betydningen av disse bølgetypene endres med lagdelingen i grunnen, avstanden og frekvensen. Et nyttig praktisk skille er at bløt grunn ofte forbindes med merkbare vibrasjoner, mens hard grunn kan overføre vibrasjoner effektivt til bygninger der de gjenutstråles som strukturlyd.

12.4.3 Bygningsrespons og strukturlyd

Når vibrasjonene når fundamentet til en bygning, overføres de gjennom bæresystemet (søyler, dekker og vegger) til gulv og himlinger. Vibrasjonene i gulv og himlinger setter bygningsflatene i bevegelse og skaper lavfrekvent lyd som kalles strukturlyd. Dette oppleves som en lavfrekvent «rumling» inne i bygningen som er vanskelig å behandle med konvensjonell lydisolasjon, fordi lyden kommer via konstruksjonen og ikke gjennom fasaden.

Frekvensområdet for strukturlyd er vanligvis 16–250 Hz. Vurderingen bruker både vibrasjonsstørrelser (vibrasjonshastighetsnivå \(L_v\) i dB relativt til \(10^{-9}\,\mathrm{m\,s^{-1}}\) eller akselerasjonsnivå \(L_a\) i dB relativt til \(10^{-6}\,\mathrm{m\,s^{-2}}\)) og akustiske størrelser (lydtrykknivå i dB(A) eller dB(C) ved svært lave frekvenser)  [158].

12.4.4 Sammenligning av frekvensområder

De overlappende båndene i figur 12.11 gjør det lettere å skille følbare vibrasjoner, avstrålt lyd og luftbåren støy uten å innføre skarpe fysiske grenser. Frekvensområdene er beskrivende, ikke grenseverdier for godkjenning.

Figur 12.11 Veiledende frekvensområder for støy, vibrasjoner og hørsel. Fra Torbjørn Ursins forelesning [223].

Følbare vibrasjoner, vibrasjoner i grunnen, gjenutstrålt innendørs lyd og direkte luftoverført jernbanelyd dekker overlappende frekvensområder. Disse beskrivelsene må skilles uten å behandle frekvensområdenes yttergrenser som grenseverdier. En vibrasjon kan ligge under det nominelle hørbare området og likevel merkes gjennom kroppen; den samme eksitasjonen kan også gi hørbar lyd når den setter en bygningsdel i svingning. Målinger bør bevare tilstrekkelig spektralinformasjon til å skille disse virkningene [223].

12.5 Støyvurdering og krav

En støyvurdering krever både en fysisk størrelse og en regelverksmessig sammenheng. Dette delkapitlet introduserer derfor først de akustiske indikatorene og knytter dem deretter til norske grenseverdier og valg av tiltak.

12.5.1 Tolkning av en endring i desibel

Desibelnivåer uttrykker et logaritmisk forhold. Dersom to statistisk uavhengige lydbidrag har samme midlere kvadrerte lydtrykk ved en mottaker, øker summen nivået med omtrent 3 dB. En dobling av antallet ellers like toghendelser øker tilsvarende ekvivalentnivået over et fast tidsrom med omtrent 3 dB. Den dobler ikke maksimalnivået for hver hendelse [223].

Nivåendring	Veiledende oppfattelse i forelesningen
1–2 dB	Ofte vanskelig å merke.
3–4 dB	Merkbar under egnede sammenligningsforhold.
5–7 dB	En betydelig endring.
8–10 dB	Beskrives ofte tilnærmet som en halvering eller dobling av lydstyrken.

Tabell 12.3 Veiledende oppfattelse av endringer i lydnivå.

Dette er tommelfingerregler for hørselen, ikke garanterte reaksjoner. Frekvens, varighet, bakgrunnsstøy og lytteren påvirker oppfattelsen. En økning på 10 dB tilsvarer ti ganger så stor akustisk energi, selv om den ofte oppfattes som omtrent dobbelt så sterk lyd. En økning på 12 dB tilsvarer et energiforhold på \(10^{12/10}\approx16\). Det samme forholdet gjelder antall toghendelser bare dersom emisjonene fra hendelsene, tidspunkt og øvrige vurderingsbetingelser er uendret.

Det tidligere eksemplet på rullestøy, fra 120 til 160 km/h, gir en økning på 3,7 dB. Tabellen tydeliggjør hva denne endringen betyr i praksis, mens de separate sammenhengene for antall hendelser og hastighet forklarer hvorfor en trafikkprognose trenger begge størrelsene.

12.5.2 Akustiske størrelser

Den grunnleggende størrelsen i en støyvurdering er det A-veide lydtrykknivået \(L_A\), beregnet som \(L_A = 10 \log_{10}(p_A^2/p_\text{ref}^2)\) i dB(A), der \(p_A\) er den A-veide effektivverdien av lydtrykket og \(p_\text{ref} = 20\,\mu\mathrm{Pa}\) er referanselydtrykket. A-veiefilteret tilnærmer menneskeørets frekvensfølsomhet ved moderate lydnivåer ved å dempe svært lave (\(< 100\) Hz) og svært høye (\(> 8000\) Hz) frekvenser.

De viktigste akustiske indikatorene for vurdering av jernbanestøy er oppført nedenfor. Tabellen definerer hva hver indikator måler; de norske plan- og tiltaksverdiene er oppsummert separat i tabell 12.7.

Indikator	Bruk ved vurdering av jernbanestøy
\(L_{Aeq,T}\)	Ekvivalent kontinuerlig A-veid nivå over et tidsrom \(T\).
\(L_{Amax}\)	Maksimalt A-veid nivå ved togpassering; brukes ved vurdering av søvnforstyrrelser. For norsk jernbaneplanlegging brukes den statistiske størrelsen \(L_{5AF}\).
\(L_{den}\)	Ekvivalent dag–kveld–natt-nivå for kartlegging og planlegging.
\(L_{night}\)	Ekvivalent nattnivå, kl. 23:00–07:00; knyttet til søvnforstyrrelser.

Tabell 12.4 Indikatorer brukt ved vurdering av jernbanestøy.

Notasjonen \(L_{5AF}\) er kompakt, men viktig. Senketallet 5 betyr det A-veide maksimalnivået som overskrides av 5 % av de aktuelle støyhendelsene, for eksempel enkeltstående togpasseringer. Bokstaven A angir A-veiing, og F angir tidsveiingen «Fast» på 125 ms. Dette er dermed et statistisk maksimalnivå, ikke nødvendigvis den mest støyende togpasseringen i perioden [123].

Dag–kveld–natt-indikatoren er et energigjennomsnitt der det legges til straff for eksponering om kvelden og natten:

\[ \begin{aligned} L_{den} &= 10\log_{10}\!\Biggl[\frac{1}{24}\!\Bigl( 12 \cdot 10^{L_d/10} + 4 \cdot 10^{(L_e+5)/10}\\ &\qquad\qquad {}+ 8 \cdot 10^{(L_n+10)/10} \Bigr)\Biggr]. \end{aligned} \]

(12.1)

Her er \(L_d\), \(L_e\) og \(L_n\) nivåene på dagtid (07:00–19:00), kveldstid (19:00–23:00) og nattetid (23:00–07:00). Straffene for henholdsvis kveld og natt er 5 dB og 10 dB.

Regneeksempel.

Anta at \(L_d = 60\) dB(A), \(L_e = 55\) dB(A) og \(L_n = 50\) dB(A). Når straffene for kveld og natt er lagt til, tilsvarer alle de tre energileddene 60 dB(A):

\[ L_{den} = 10\log_{10}\!\left[ \frac{12\cdot10^{6} + 4\cdot10^{6} + 8\cdot10^{6}}{24} \right] = 60\,\text{dB(A)}. \]

Eksemplet viser hvorfor jernbanestøy om natten er viktig selv når det målte ekvivalentnivået om natten er lavere enn nivået på dagtid.

12.5.3 Bestemmelse av støyeksponering

Vurderinger av eksponering over store områder kombinerer vanligvis en kildemodell med en utbredelsesmodell. Langtidsmålinger ved hver bolig er kostbare og representerer ikke nødvendigvis det aktuelle trafikkscenarioet. Beregning gjør det mulig å sammenligne eksisterende og framtidige situasjoner og situasjoner med tiltak på konsistente forutsetninger; målinger er fortsatt viktige for kildekarakterisering, kontroller og undersøkelser av enkelthendelser [223].

Trinn	Informasjon og beslutninger
Inndata	Togtype, antall, hastighet, lengde og driftstilstand; sportype og tilstand; terreng, grunn, meteorologi, bygninger og mottakerhøyde.
Metode	En kompatibel emisjonsmodell og utbredelsesmetode, implementert i et egnet beregningsverktøy.
Resultat	Støykart og soner, nivåer ved bygningsfasader og de påkrevde indikatorene, som ekvivalentnivå, \(L_{den}\) og maksimalnivåer for hendelser.
Kontroll	Bekreft at trafikkdata, emisjonsdata, overflatetilstand, mottakerposisjoner og beregningsmetode passer til vurderingens formål.

Tabell 12.5 Inndata, metode og kontroller i en beregning av jernbanestøy.

Forelesningen nevner CadnaA, SoundPLAN og Norstøy som eksempler på verktøy. Et programnavn alene identifiserer ikke beregningsmetoden og bekrefter ikke at inndataene er riktige. Kildedata er ofte avgjørende: Feil i sammensetningen av togparken, hastighet, driftsform eller antatt ruhet kan dominere selv om overføringsveien er nøye modellert.

Målestandarder har også ulike formål. NS 8177 gjelder støy mottatt fra togtrafikk, mens EN ISO 3095 gjelder måling av emisjon fra jernbanekjøretøy under spesifiserte betingelser, inkludert prøvesporet. Et kjøretøyresultat fra en prøve på et referansespor kan ikke brukes direkte som eksponeringen ved en bestemt bolig.

12.5.4 Beregningsmetoder for jernbanestøy

Ursin sammenligner tre metodefamilier som brukes til vurdering av jernbanestøy. Kildebeskrivelser, frekvensbånd og utbredelseskorreksjoner er forskjellige, slik at inndata og resultater ikke kan brukes om hverandre [223].

Egenskap	Nord96	Nord2000	CNOSSOS-EU
Grunnlag	Nordisk beregningsmetode for jernbanestøy utgitt i 1996.	Nordisk utvikling som kombinerer kildebeskrivelser med detaljert modellering av utbredelse.	Harmonisert metode for vurdering etter direktivet om miljøstøy.
Frekvensbeskrivelse	Oktavbånd, 63 Hz–4 kHz [234].	Tersoktavbånd, 25 Hz–10 kHz [233].	Utbredelse i oktavbånd, 63 Hz–8 kHz; jernbanekilder beregnes i tersoktavbånd før energisummering [235, 73].
Kilderepresentasjon	Målt emisjon for togtyper med hastighetsavhengighet og korreksjoner.	Lydeffekt i frekvensbånd for kjøretøykategorier med drifts- og sporkorreksjoner.	Separate kildemekanismer for tog og spor samlet til kategoriemisjoner.
Utbredelsesbehandling	Ingeniørmessige korreksjoner for avstand, grunn og skjerming.	Terreng, bakkeimpedans, skjerming og meteorologiske profiler.	Definerte utbredelsesprosedyrer for homogene og gunstige forhold.
Viktigste vurderingssammenheng	Etablert bruk i planlegging.	Detaljert planlegging og miljøutredninger.	Strategisk kartlegging og rapportering etter det europeiske rammeverket.

Tabell 12.6 Metoder for beregning av jernbanestøy sammenlignet i forelesningen.

M-2061 punkt 9.5 oppgir Nord2000, nordisk metode fra 1996 og CNOSSOS som aksepterte metoder for beregning av jernbanestøy. Veilederen krever at metodevalget og usikkerheten redegjøres for [224]. Registrer metode, versjon og forutsetninger for hver vurdering. En mer detaljert modell gir ikke automatisk et bedre svar dersom kilde- og stedsdataene er svake. Kontroller gjeldende nasjonal veiledning før du velger metode for et nytt prosjekt.

12.5.5 Norsk regelverk

Ved vurdering av jernbanestøy i Norge må tre regelverksmessige sammenhenger holdes adskilt. Tabell 12.7 oppsummerer de viktigste verdiene som brukes ved planlegging, soneinndeling og oppfølging av eksisterende virksomhet.

Sammenheng	Indikator	Verdi for jernbane	Bruk i vurderingen
Planleggingsverdi i T-1442	\(L_{den}\)	\(\leq 58\) dB	Utenfor vinduer i rom med støyfølsomt bruksformål og på den stille delen av uteoppholdsarealer.
Maksimalverdi om natten i T-1442	\(L_{5AF}\)	\(\leq 75\) dB	Utenfor soveromsvinduer i nattperioder med mer enn ti jernbanehendelser.
Gul sone i T-1442	\(L_{den}\) eller \(L_{5AF}\)	\(>58\) dB eller \(>75\) dB	Vurderingssone der støyfølsom utbygging krever nøye planlegging og avbøtende tiltak.
Rød sone i T-1442	\(L_{den}\) eller \(L_{5AF}\)	\(>68\) dB eller \(>90\) dB	Sone som vanligvis er uegnet for ny støyfølsom bruk, med mindre det begrunnes i prioriterte utbyggingsområder.
Forskrift om forurensning, kapittel 5	\(L_{pAeq,24h}\) innendørs	\(>42\) dB	Tiltaksgrense for eksisterende virksomheter og eksisterende bygninger.

Tabell 12.7 Viktige norske plan- og tiltaksindikatorer for jernbanestøy.

Verdiene i T-1442 er veiledende planverdier. Bindende prosjektkrav fastsettes gjennom planer, tillatelser, byggeregler og prosjektspesifikke vilkår.

Tabellen må leses sammen med den regelverksmessige sammenhengen:

• T-1442/2021: Den nasjonale retningslinjen for støy i arealplanlegging og ved etablering av ny støyende infrastruktur. For jernbanestøy er \(L_{den}\) den viktigste planleggingsindikatoren, med en egen indikator for maksimalnivået om natten, \(L_{5AF}\), utenfor soverom når det forekommer mer enn ti hendelser per natt [123].

• Forurensningsforskriften. Kapittel 5 i forurensningsforskriften regulerer kartlegging, handlingsplaner og grenseverdier for eksisterende virksomhet. Den sentrale tiltaksgrensen er en innendørsverdi for \(L_{pAeq,24h}\), ikke planleggingsverdien utendørs for jernbane i T-1442 [131].

• EU-direktiv: Direktiv 2002/49/EF krever strategisk støykartlegging og handlingsplaner for viktige jernbaner og tettbygde områder [95, 73].

Det viktige ved en praktisk gjennomgang er at \(L_{night}\), \(L_{5AF}\) og \(L_{pAeq,24h}\) innendørs besvarer ulike spørsmål. De må ikke erstatte hverandre uten at gjeldende forskrift eller prosjektvilkår er kontrollert.

12.5.6 Krav og målestandarder

Regelverk fastsetter plikter og krav, mens standarder angir størrelser, prøveoppsett og vurderingsprosedyrer. De bør velges ut fra kilden og mottakeren som undersøkes. Forelesningen gir en oversikt over følgende sentrale dokumenter [223].

Vurderingsoppgave	Relevant regelverk eller standardfamilie
Strategisk kartlegging av miljøstøy	Direktiv 2002/49/EF og de felles metodene i direktiv (EU) 2015/996, med endringer.
Støykrav til jernbanekjøretøy	TSI Støy, forordning (EU) 1304/2014, med endringer.
Tidligere støyrelatert avgiftsordning	Ordningen etter forordning (EU) 2015/429 opphørte i 2021; rettsakten ble opphevet ved forordning (EU) 2024/327 [231]. Den bør ikke brukes som kilde til et gjeldende avgiftskrav.
Kjøretøyemisjon ved stillstand, start og passering	EN ISO 3095.
Støy inne i jernbanekjøretøy	ISO 3381.
Hjul- og skinneruhet	EN 15610.
Sporets avklingningsrate	EN 15461.
Støyskjermer for jernbane	EN 16272-serien.
Beskrivelse og måling av miljøstøy	ISO 1996-serien.
Vibrasjoner i grunnen og resulterende lyd i bygninger	ISO 14837-1.
Norsk arealplanlegging og eksponering fra eksisterende kilder	T-1442 med M-2061; kapittel 5 i forurensningsforskriften.
Bygningers lyd- og vibrasjonsforhold	TEK17 og de aktuelle vurderingsbestemmelsene i NS 8175 og NS 8176.
Mottatt støy fra togtrafikk	NS 8177.
Prosjektering og vedlikehold av infrastruktur	Bane NORs tekniske regelverk.

Tabell 12.8 Viktige regelverk og rammeverk for måling.

En standard er ikke automatisk en universell lovbestemt grenseverdi. Utgave, virkeområde og hvordan den gjøres gjeldende gjennom regelverk, plan, tillatelse eller kontrakt, må fastslås. TEK17 § 13-6 krever tilfredsstillende lyd- og vibrasjonsforhold; veiledningen viser til NS 8176:2017 for vibrasjonsvurdering, mens klasse C i NS 8175:2012 gir en måte å oppfylle lydkravet til bygninger på [225]. Dette gjør ikke alle oppførte standarder eller alle klasse C-verdier til én universell grense for jernbanen. Europeiske jernbanekrav må tilsvarende leses sammen med virkeområdet, endringene og gjennomføringen i Norge [232].

12.5.7 Vibrasjonsmåling

Vibrasjoner i grunnen kvantifiseres med vibrasjonshastighetsnivået \(L_v\) (i dB relativt til \(10^{-9}\,\mathrm{m\,s^{-1}}\)), målt i oktav- eller tersoktavbånd. ISO 14837-1:2005 [113] gir generell veiledning om grunnbårne vibrasjoner og den resulterende strukturlyden i bygninger fra jernbanedrift. Standarden dekker kilde, utbredelse og mottakerforhold. Den fastsetter ingen universell vibrasjonsgrense og omfatter ikke anleggsvibrasjoner. Den norske standarden NS 8176 angir vibrasjonsklasser for boliger med den statistiske maksimalverdien for veid vibrasjonshastighet, \(v_{w,95}\):

Klasse i NS 8176	Statistisk maksimalverdi for veid vibrasjonshastighet \(v_{w,95}\)
A	\(\leq0.10\) mm/s
B	\(\leq0.15\) mm/s
C	\(\leq0.30\) mm/s
D	\(\leq0.60\) mm/s

Tabell 12.9 Vibrasjonsklasser for boliger i NS 8176.

Klasse A og B representerer strengere komfortnivåer som kan brukes der det kreves høy vibrasjonsstandard, mens klasse D er mindre krevende og kan brukes i tilfeller der klasse C ikke er praktisk oppnåelig. Klasse C brukes ofte som planleggingsmål for ny landbasert transportinfrastruktur nær boliger, men det nøyaktige kravet må kontrolleres for det enkelte prosjektet  [113, 156]. Klasseverdiene er gjengitt i Bane NORs veiledning om vibrasjoner [207]; den norske utgaven som brukes her, er NS 8176:2017.

Vibrasjonshastighetsnivåer i frekvensbånd og den veide statistiske verdien \(v_{w,95}\) har ulike formål og må ikke brukes om hverandre. Fravær av én generell tiltaksgrense for eksisterende bygninger betyr ikke at alle eksisterende vibrasjoner er akseptable; gjeldende plan-, bygg-, miljø- og prosjektkrav må fortsatt identifiseres.

12.6 Avbøtende tiltak

Tiltak mot jernbanestøy og vibrasjoner kan settes inn på tre nivåer: ved kilden (kjøretøy og spor), langs overføringsveien og ved mottakeren (bygningens fasade). Kilderettede tiltak er vanligvis mest kostnadseffektive.

Forelesningen organiserer tiltakene som unngå, begrense og avbøte, etter Bane NORs tilnærming Unngå, begrense, avbøte. Først unngås unødvendig eksitasjon eller eksponering gjennom planlegging. Deretter reduseres ruhet, dynamisk kraft, lydutstråling eller utbredelse. Til slutt avbøtes den gjenværende eksponeringen, for eksempel med lokale fasadetiltak. Dette er en prioritering, ikke en entydig inndeling i kilde, overføringsvei og mottaker: Bane NORs prosjektveiledning regner også spornære skjermer som begrensende tiltak. Se forelesningen [223].

12.6.1 Unngå støyende hendelser

Ved infrastrukturkilden fjerner helsveiset spor vanlige skinneskjøter, og bevegelige krysspisser kan fjerne åpningen ved en fast krysspiss. Profilvedlikehold og egnet friksjonsstyring kan forebygge eller redusere gjentakende skrik. Ved kjøretøykilden kan bremsevedlikehold og overvåking av hjultilstanden redusere sannsynligheten for hjulslag. Disse tiltakene kan også redusere skadelige dynamiske laster [223].

Drifts- og arealplanlegging kan plassere hensetting, skifting og terminalaktivitet unna følsomme mottakere, redusere unødvendig tomgang og legge støyende klargjøringsarbeid til egnede tidspunkter. Endringer i utforming eller drift kan fjerne det rutinemessige behovet for enkelte varslingshendelser, men påkrevde sikkerhetssignaler og bruk av tyfon må opprettholdes [230]. Å unngå eksponering er en planleggingsbeslutning, ikke en tillatelse til å unnlate påkrevd varsling.

12.6.2 Skinnesliping mot rullestøy

Skinnesliping (beskrevet i kapittel 17) fjerner overflatemateriale for å gjenopprette et jevnt skinneprofil og reduserer dermed både skinnekorrugering og ruhet. I Bane NORs praksis angis ikke skinnesliping med ett universelt kalenderintervall: Vedlikeholdsreglene for skinner behandler sliping, fresing eller høvling som tilstandsutløste tiltak som skal gjennomføres senest når den tillatte bølgedybden for korrugering og bølger er nådd. En egen regel basert på bruttotonn gjelder ferdigbearbeiding av sveiser: I trafikkert spor skal sluttslipingen utføres så snart som mulig og før mer enn 30 000 bruttotonn har passert sveisen [13, 11]. Støymekanismen er reduksjon av overflateruheten og korrugeringen som eksiterer vibrasjoner i hjul og skinne. Skinnesliping er derfor et av de mest kostnadseffektive tiltakene mot rullestøy som er tilgjengelige for infrastrukturforvalteren [105, 130].

12.6.3 Bremser, støysvake hjul og dempede hjul

Hjulvibrasjoner står for opptil 30% av den samlede rullestøyenergien på enkelte kjøretøy. Tiltak som kan utføres på hjulet, omfatter:

• Hjuldempere: Utførelsene omfatter avstemte absorbere, ringdempere og demping med et innspent viskoelastisk lag. De virker på lydutstrålende svingeformer i hjulet; reduksjoner på 3–8 dB i hjulutstrålt støy er systemspesifikke og gir ikke nødvendigvis samme reduksjon i samlet togstøy.

• Optimaliserte hjulprofiler: Egnede profiler og reprofilering opprettholder den tiltenkte kontaktgeometrien og styringen. Ruhet og skrik må fortsatt vurderes separat; reduksjon av ekvivalent konisitet alene er ingen generell regel for akustisk utforming.

• Bremseklosser av komposittmateriale: K-klosser som gir en jevn hjulbane og dermed reduserer hjulbaneruheten og rullestøyen med 8–12 dB sammenlignet med kjøretøy som bremses med støpejernsklosser  [158].

I Bane NORs offentlig tilgjengelige tekniske regelverk behandles støysvak hjulutforming indirekte, ikke gjennom én foreskrevet geometri for demperen. Vedlikeholdsreglene for skinner regulerer grenseflaten mellom hjul og skinne ved å vurdere sporets ekvivalente konisitet mot referansehjulprofiler som S1002 og GV 1/40, med hastighetsavhengige grenseverdier. Network Statement krever dessuten frekvensbaserte data for støyutslipp når nytt rullende materiell tas i bruk på det nasjonale jernbanenettet, eller når endringer på eksisterende rullende materiell endrer støyutslippets karakter. Disse kravene støtter akustisk godkjenning og kompatibilitetskontroll, men utgjør ikke en standardtegning av en bestemt konstruksjon med hjuldemping [13, 37].

Forelesningen omtaler et tysk eksempel med omtrent 13 dB reduksjon fra en kombinasjon av ombygging fra støpejernsklosser til LL-klosser og akustisk sliping. Dette er resultatet av kombinerte tiltak, ikke en reduksjon som kan tilskrives ett av tiltakene uavhengig av det andre. Eksemplet viser nytten av å forbedre både hjul- og skinnetilstand [223].

TSI Støy omhandler emisjonskrav til kjøretøy, inkludert prøving ved stillstand, start og passering, og inneholder bestemmelser om stillere strekninger og godsvogner [226]. ERA definerer en stillere strekning som minst 20 km lang med i gjennomsnitt mer enn 12 godstog per natt under de angitte tellebetingelsene. De tilhørende bestemmelsene gjelder fra desember 2024, med midlertidig unntak på det finske og svenske nettet til 31. desember 2032 [227]. Bestemmelsene begrenser drift med vogner som ikke oppfyller de angitte støybetingelsene; de bør anvendes ut fra reglene for strekninger, vogner og unntak, og ikke behandles som et generelt forbud mot et bremsemateriale overalt.

12.6.4 Skinnedempere

Skinnedempere er absorbere som festes til skinnesteget og skinnefoten for å øke dempingen av skinnevibrasjoner. Økt avklingningsrate forkorter den lydutstrålende skinnelengden og kan redusere skinnens bidrag til rullestøy. Virkningen avhenger av dynamikken i sporet uten tiltak og hvor stor del av den samlede støyen som kommer fra skinnen [223].

Figur 12.12 TEL-spektre for godstog ved 101 km/h i Tjörnarp, med og uten skinnedempere. Tegnet på nytt etter Nielsen mfl. [242].

Den opprinnelige QCITY-rapporten [242] dokumenterer feltforsøket i Tjörnarp i Sverige i september 2008, med mikrofonen 7,5 m fra spormidt og 1,2 m over skinnetopp. For godstogpassering 1 ved 101 km/h rapporteres totale TEL-verdier på 97 dB(A) for referansestrekningen, 94 dB(A) med Corus-dempere og 95 dB(A) med Schrey & Veit-dempere. En stor del av forskjellen ligger i båndene 500–1600 Hz. Kilden har allerede korrigert spektrene for forskjeller i ruhet. Figur 12.12 bruker de publiserte båndverdiene uten ytterligere veiing eller ruhetskorreksjon. Dette er resultater fra den aktuelle sammenligningen og de aktuelle prøvebetingelsene, ikke garanterte reduksjoner for alle installasjoner.

En reduksjon på 3 dB er betydelig energimessig, men den ingeniørmessige beslutningen avhenger også av eksponering ved mottakeren, livsløpskostnader, vedlikeholdstilgang og alternative tiltak. Dersom hjulutstrålingen dominerer, har reduksjon av bare skinnebidraget begrenset virkning. Dempere kan være særlig aktuelle der skinnen har lav avklingningsrate, inkludert enkelte spor med myke mellomlegg.

12.6.5 Elastiske komponenter

Elastiske sporkomponenter reduserer støy og vibrasjoner ved å endre den vertikale stivheten og dempingen mellom skinne, sville, ballast, sporplate og tunnelsåle. Komponenten må velges i sammenheng med resten av opplagringssystemet: Et mykere lag kan redusere vibrasjonsoverføringen, men for stor samlet nedbøyning kan gi problemer med geometri, stabilitet eller resonans.

Figur 12.13 plasserer elastiske grensesnitt på forskjellige nivåer i understøttelsen. Les plasseringene som alternativer som må vurderes i det samlede systemet, ikke som en instruks om å kombinere alle lagene.

Figur 12.13 Mulige plasseringer av elastiske lag, ikke en kombinert sporoppbygning. Fra Torbjørn Ursins forelesning [223].

Forelesningsdiagrammet viser mulige plasseringer av elastiske lag, ikke en anbefaling om å bruke alle lagene sammen. I Bane NORs spor skal svillematter og ballastmatter ikke kombineres, som forklart nedenfor.

Elastiske komponenter kan plasseres ved ulike grenseflater, men alle lagene bør ikke installeres samtidig uten en systemvurdering. Samlet opplagringsstivhet, dynamisk forsterkning og resulterende nedbøyning må vurderes for det valgte systemet.

Skinnemellomlegg og fjærende befestigelser. Vanlige fjærende skinnebefestigelser (f.eks. Pandrol og Vossloh) bruker et skinnemellomlegg for å kontrollere stivheten ved skinnefestet, største kontakttrykk og elektrisk isolasjon, som vist i diagrammet over elastiske lag ovenfor. Som støy- og vibrasjonstiltak kan mykere skinnemellomlegg eller mellomlegg under skinnen dempe kraft- og vibrasjonsoverføringen fra skinnen til svillen i det aktuelle frekvensområdet. De reduserer ikke automatisk rullestøyen: Redusert mellomleggsstivhet kan gi lavere avklingningsrate for sporet og større vibrasjon og lydutstråling fra skinnen. Stivhet og demping må derfor velges ut fra en systemvurdering. Som et systemspesifikt eksempel beskriver FTA-håndboken [208], direkte befestigelser med stivhet rundt 30 000 lb/in (5,3 kN/mm) som kan redusere grunnbårne vibrasjoner med 5–10 dB over 30–40 Hz. Dette er ikke en garantert reduksjon av luftbåren støy eller en spesifikasjon for vanlige skinnemellomlegg [158, 68].

Frekvensavhengig utforming av skinnemellomlegg: LowNoisePad

LowNoisePad-eksemplet tar for seg motsetningen mellom fleksibel opplagring og lydutstråling fra skinnen. Målet er å bevare egnede lavfrekvente sporegenskaper samtidig som den dynamiske responsen øker avklingningen av skinnevibrasjoner i akustisk viktige bånd. Mellomleggets egenskaper behandles derfor som frekvensavhengige, i stedet for å beskrive det med én stivhetsverdi [223].

UICs sluttrapport for LowNoisePad beskriver målte reduksjoner på omtrent 3–5 dB sammenlignet med myke standardmellomlegg og 1–2 dB sammenlignet med stive mellomlegg, avhengig av de aktuelle prøvebetingelsene [228]. Dette er målte sammenligningsresultater, ikke en garantert reduksjon på et helt jernbanenett. Ursin beskriver samarbeidet mellom 12 infrastrukturforvaltere, inkludert Bane NOR, og oppgir en norsk prøveinstallasjon med planlagt innføring på Trønderbanen i 2027. Opplysningen om norsk innføring er forelesningsinformasjon fra oktober 2026; planen dokumenterer ikke en gjennomført installasjon [223].

Utskifting av mellomlegg under planlagt sporfornyelse kan gi akustisk forbedring med lite ekstra monteringsarbeid. Ytelsen gjennom levetiden krever fortsatt kontroll av bestandighet, mekaniske og elektriske funksjoner, spornedbøyning og kompatibilitet med vedlikeholdet. En liten ekstra komponentkostnad dokumenterer ikke i seg selv at prosjekt- eller livsløpskostnaden er null.

Elastiske lag under sviller og ballast

Svillematter (USP-er). Svillematter er elastiske lag av elastomer som er festet til undersiden av betongsviller, som vist i diagrammet over elastiske lag ovenfor. Bane NORs tekniske regelverk omfatter betongsviller levert med svillematter (svillematter) og angir klasser for statisk stivhet [49, 47]. Svillematter virker lokalt i kontaktflaten mellom hver sville og ballasten. De reduserer den dynamiske stivheten i sville–ballast-grenseflaten, reduserer slagkrefter ved skjøter og sporkryss og kan redusere vibrasjoner i grunnen over sville–ballast-resonansen. De forbedrer også ballastkornenes virkemåte ved å øke kontaktarealet og redusere lokal knusing.

Ballastmatter (UBM-er). Ballastmatter er sammenhengende elastiske sjikt som legges under hele ballastlaget, vanligvis på et stivt underlag, en tunnelsåle, et brodekke eller et preparert formasjonsplan. Til forskjell fra svillematter, som virker ved de enkelte svilleplasseringene, isolerer en ballastmatte hele ballastlaget. Dette kan forbedre isolasjonen mot vibrasjoner i grunnen samtidig som konvensjonelle sviller og stampbar ballast beholdes. Svært myke matter kan redusere sporets stabilitet og motstand mot setninger, og derfor må stivhet, ballasttykkelse, drenering og vedlikeholdstilgang kontrolleres samlet. Bane NORs tekniske regelverk forbyr kombinasjon av ballastmatter med svillematter (TRV:07945) eller med frostisolasjonsplater av XPS (TRV:07946). Disse begrensningene gjelder de angitte systemene, ikke ethvert mulig frostisolasjonsmateriale [179]. Kombinerte elastiske lag krever særlig oppmerksomhet på resonans og samlet nedbøyning [10, 158, 130].

Spor med flytende sporplate

Spor med flytende sporplate (FST). I ballastfritt spor, tunneler og andre steder uten konvensjonell kontakt mellom sviller og ballast oppnås elastisiteten vanligvis med matter under sporplaten, innstøpte sviller eller blokker, eller flytende sporplater  [68, 130]. Spor med flytende sporplate kan gi betydelig vibrasjonsisolasjon i tunneler og byområder. Betongplaten hviler på fjærer eller elastomeropplagringer. FTA-håndboken [208], beskriver utførte anlegg med vertikale resonansfrekvenser fra 5–10 Hz til 14–17 Hz. Virkningen må vurderes mot kildespekteret og den koblede responsen til kjøretøy, spor og grunn. For en ideell udempet isolator med én frihetsgrad nærmer økningen i isolasjon seg 12 dB per oktav langt over resonans. Denne asymptoten er ingen garanti for innskuddsdempingen i et virkelig spor. Hovedprinsippet er at skinnene og befestigelsene bæres av en massiv sporplate som er dynamisk frikoblet fra tunnelsålen med elastiske isolatorer.

Flytende sporplater gir betydelige tilleggsutgifter til bygging og vedlikehold. Bruken bør begrunnes med nødvendig vibrasjonsdemping og en sammenligning med andre tiltak. Én universell kostnadsfaktor er ikke pålitelig på tvers av prosjekter [158, 109].

12.6.6 Innstøpt spor og platebane

I innstøpte skinnesystemer (se kapittel 2) omsluttes skinnen av en sammenhengende elastomerkappe eller et støpt elastomersjikt. Elastomermaterialet gir:

• Vibrasjonsisolasjon når hele opplagringssystemet er utformet for det aktuelle eksitasjonsområdet. Lave egenfrekvenser som 5–12 Hz gjelder utvalgte isolasjonssystemer og bør ikke antas for alle innstøpte skinner.

• Redusert utstråling fra eksponert skinne og økt demping, der den samlede nytten for rullestøy avhenger av hele spor- og kjøretøysystemet.

• Kontinuerlig skinneopplagring som kan erstatte diskrete skinnebefestigelser, men som gir egne behov for kontroll og vedlikehold av innstøpingsmaterialet og grenseflatene.

Innstøpte skinner er standard i urbane sporveis- og bybanesystemer og brukes i økende grad til tung bybane [68].

12.6.7 Støyskjermer

Skjerming langs sporet (støyskjermer) er et veletablert tiltak langs overføringsveien. De bryter den direkte lydbanen fra sporet til mottakerne og reduserer støyen ved diffraksjon rundt skjermens øvre kant. For en idealisert punktkilde og en tynn, tilstrekkelig lang skjerm som blokkerer den direkte lydbanen, gir Kurze–Anderson-tilnærmingen et estimat for skjermdempingen ved én frekvens. Med \(IL\) som betegnelse for dette ideelle frittfeltestimatet gjelder for \(N > 0\):

Uttrykket og definisjonen av Fresnel-tallet er også gjengitt i Buba mfl., DAGA 2024, ligning (1)–(2) [209].

\[ \begin{aligned} IL &\approx 5 + 20 \log_{10}\!\left(\frac{\sqrt{2\pi N}}{\tanh\!\left(\sqrt{2\pi N}\right)}\right),\\ N &= \frac{2\delta}{\lambda}. \end{aligned} \]

(12.2)

Når lydbanen nærmer seg skjermkanten, \(N \to 0^+\), går tilnærmingen mot 5 dB. Den ser bort fra lydgjennomgang gjennom skjermen, diffraksjon rundt endene og virkninger av bakken eller refleksjoner. For en utstrakt jernbanekilde må bidrag fra de enkelte kildeposisjonene kombineres.

Her er \(\delta\) forskjellen i banelengde (omveien over skjermens øvre kant) og \(\lambda\) er bølgelengden ved frekvensen \(f\). Fresnel-tallet \(N = 2\delta/\lambda\) bestemmer den ideelle ytelsen ved én frekvens: Jo høyere \(N\) er, desto større blir innskuddsdempingen. I virkelige jernbaneprosjekter er reduksjonen av bredbåndsnivået \(L_{den}\) vanligvis mindre på grunn av kildehøyde, markeffekter, refleksjoner, lekkasje, mottakerhøyde og togets støyspekter. Figur 12.14 viser geometrien som brukes til å definere støykilden ved hjul–skinne-kontakten, den blokkerte siktlinjen og den diffrakterte lydbanen over skjermkanten.

Figur 12.14 En støyskjerm bryter den direkte lydveien; lyden diffrakteres over skjermens øvre kant.

Regneeksempel.

Med utgangspunkt i figur 12.14 antar vi at skjermen blokkerer den direkte siktlinjen mellom hjul–skinne-kilden og en mottaker. La avstanden fra kilden til toppen av skjermen være \(d_1 = 3{,}0\) m, avstanden fra skjermtoppen til mottakeren være \(d_2 = 6{,}2\) m og den uhindrede direkte avstanden være \(d_0 = 9{,}1\) m. Forskjellen i banelengde blir dermed

\[ \delta = (d_1+d_2)-d_0 = (3{,}0+6{,}2-9{,}1)\,\mathrm{m} = 0{,}10\,\text{m}. \]

Ved beregning av bølgelengden er \(c\) lydhastigheten i luft og \(f\) frekvensen. Ved senterfrekvensen 500 Hz i oktavbåndet, med \(c = 340\) m/s, blir

\[ \begin{aligned} \lambda &= \frac{c}{f} = \frac{340\,\mathrm{m/s}}{500\,\mathrm{s^{-1}}} = 0{,}68\,\text{m},\\ N &= \frac{2\delta}{\lambda} = \frac{2(0{,}10\,\mathrm{m})}{0{,}68\,\mathrm{m}} = 0{,}29 . \end{aligned} \]

Når \(N = 0{,}29\) settes inn i ligning 12.2, fås

\[ \begin{aligned} IL &\approx 5 + 20\log_{10}\!\left( \frac{\sqrt{2\pi(0{,}29)}}{\tanh\!\left(\sqrt{2\pi(0{,}29)}\right)}\right)\\ &\approx 8{,}8\,\text{dB}. \end{aligned} \]

Denne verdien må tolkes som et ideelt skjermingsestimat ved én frekvens. Den oppnåelige bredbåndsreduksjonen for en virkelig jernbaneskjerm vil vanligvis være lavere når kildehøyde, lekkasje, refleksjoner, grunnforhold og togets støyspekter tas med. Den samme geometrien gir en større ideell innskuddsdemping ved høyere frekvenser fordi bølgelengden er kortere.

Det tekniske valget omfatter høyde, absorberende overflate, vedlikeholdbarhet, tilgang, visuell påvirkning, snørydding og tilgjengelig bredde i korridoren er også viktige forhold. Bane NORs tekniske regelverk angir en minste flatemasse for skjermmaterialet på \(15\,\mathrm{kg\,m^{-2}}\), anbefaler absorberende materiale der refleksjoner er viktige, og skiller mellom konvensjonelle høye skjermer og lave skjermer som plasseres nær kilden [45]. Figur 12.15 viser et konvensjonelt eksempel langs sporet: Den sammenhengende veggen er plassert mellom jernbanen og nærliggende boliger og bryter den direkte siktlinjen fra hjul–skinne-kilden til mottakerne.

Figur 12.15 Støyskjerm langs jernbanen. Foto: OrdinaryHonestHardWorking, 2008, CC BY-SA 4.0 [147].

Lave skjermer plassert nær skinnen kan skjerme lave kilder i hjul–skinne-området med mindre visuell hindring enn en konvensjonell høy skjerm. Forelesningen viser skjermer med en høyde på omkring 0,7 m, men virkningen avhenger av kilde- og mottakerhøyde, avstand, åpninger og krav til fritt profil. De skjermer ikke alle kilder på toget, og verken lave eller konvensjonelle skjermer mot luftoverført støy begrenser vibrasjoner som overføres gjennom grunnen [223].

12.6.8 Beskyttelse av mottakeren

Fasade-, vindus- og ventilasjonstiltak kan redusere luftoverført støy innendørs når tilstrekkelige tiltak ved kilden eller langs overføringsveien er upraktiske. Ytelsen må vurderes med de ventilasjons- og vindusforholdene som trengs ved normal bruk. Tiltakene fjerner ikke utendørs eksponering og behandler ikke direkte lyd som kommer gjennom bygningskonstruksjonen.

Der vibrasjoner i grunnen eller strukturlyd er dimensjonerende, kan mottakertiltak i stedet omfatte isolasjon eller endringer i bygningens konstruksjonsrespons. Dette krever en samlet vurdering av innkommende vibrasjoner, overføring gjennom fundamentet og respons i gulv eller rom. Tiltaket bør velges for den påviste overføringsveien, i stedet for å bruke fasadeisolasjon mot enhver støyklage [223].

12.7 Støy i tunneler

Det akustiske miljøet i en jernbanetunnel er grunnleggende forskjellig fra forholdene i friluft. Viktige fenomener omfatter:

• Tunnelresonanser: Tunnelens tverrsnitt virker som en bølgeleder. For en ideell, stiv sirkulær kanal med radius \(r\) har den første høyereordens tverrmoden grensefrekvensen \(f_c \approx 1{,}8412c/(2\pi r)\). Med \(r \approx 4{,}0\) m og \(c = 340\) m/s gir dette \(f_c \approx 25\) Hz; under denne verdien er den plane moden den eneste akustiske moden som forplanter seg. Virkelige jernbanetunneler er ikke sirkulære rør, og svingeformene avhenger derfor av tverrsnitt, tunnelkledning, portaler og installert utstyr.

• Mikrotrykk: I høyhastighetstunneler omdannes en del av trykkbølgen som oppstår når toget kjører inn, til en mikrotrykkpuls ved tunnelutløpet, der den utstråles som et hørbart impulsivt «drønn» utenfor tunnelportalen. Dette motvirkes med portalhetter og ventiler i hettene, som forlenger trykkstigningstiden og reduserer trykkgradienten før bølgen når tunnelutløpet  [132, 99].

• Forsterkning av kurveskrik: Kurveskrik og flensstøy forsterkes av tunnelens bølgeledervirkning, særlig i tunneler med kurver.

Støynivået inne i tunneler under togpassering overstiger vanligvis 90–100 dB(A) ved tunnelveggen. Dette krever særlig oppmerksomhet på vibrasjoner i tunnelkledningen og i nærliggende konstruksjoner.

12.8 Oppsummering

Kildemekanisme. Rullestøy, støy fra framdriftssystemet, aerodynamisk støy, slagstøy, bremseskrik og kurveskrik er ikke innbyrdes utskiftbare problemer. Hver kilde har sitt eget dominerende frekvensområde, sin egen hastighetsavhengighet og sitt eget fysiske opphav. Rullestøy bestemmes hovedsakelig av den samlede ruheten på hjul og skinne, mens støy fra framdriftssystemet dominerer ved lav hastighet, og aerodynamisk støy først blir viktig ved høyere hastigheter. Riktig diagnose er derfor det første steget i valg av tiltak.

Overføringsvei. Luftoverført støy utstråles fra hjulet, skinnen, kjøretøykarosseriet eller infrastrukturen og går gjennom luften til mottakeren. Vibrasjoner forplanter seg gjennom sporet, grunnen og bygningsfundamentene og kan merkes direkte eller gjenutstråles som lavfrekvent lyd innendørs. Dette skillet er viktig fordi en støyskjerm kan redusere luftlyd, men har liten virkning på vibrasjoner som overføres gjennom grunnen.

Vurderingsstørrelser. Jernbanestøy beskrives ofte med A-veide nivåer, ekvivalentnivåer og dag–kveld–natt-indekser som \(L_{den}\), mens maksimalnivåer er relevante for hendelser om natten og søvnforstyrrelser. Vibrasjonsvurderinger bruker hastighetsbaserte størrelser og statistiske deskriptorer som \(v_{w,95}\). Det norske regelverket knytter disse størrelsene til planleggings- og vurderingspraksis, og ingeniøren må derfor forstå både den fysiske størrelsen og kriteriet som anvendes.

Tiltakskjede. Skinnesliping, vedlikehold av hjul, K-klosser og hjuldemping virker hovedsakelig ved kilden. Elastiske skinnemellomlegg, svillematter, ballastmatter og spor med flytende sporplate endrer overføringsveien gjennom sporet og grunnen. Skjermer og fasadetiltak virker nærmere mottakeren. Et tiltak som er effektivt i én del av kjeden, kan være uten virkning eller til og med uheldig i en annen. Valget av tiltak må derfor bygge på den diagnostiserte mekanismen.

Særskilte miljøer. Tunneler, platebane, innstøpt spor og tette bykorridorer kan endre den akustiske responsen og vibrasjonsresponsen vesentlig. Tunnelens bølgeledervirkning, mikrotrykkbølger, strukturlyd innendørs og nedbøyning i elastisk spor krever tolkning utover en enkel beregning av støy ved togpassering. Den overordnede konsekvensen er at en miljøvurdering av jernbanen går ut over regning med desibel og må følge den fysiske veien fra togdrift til menneskelig eksponering.

Modellering og kunnskapsgrunnlag. Beregning krever kompatible kildedata, en angitt utbredelsesmetode og en definert mottaker. Ruhetsspektre, sporets avklingningsrate, driftstilstand og trafikkmønster forklarer hvorfor like nominelle toghastigheter kan gi ulik eksponering. Forelesningens eksempler illustrerer disse mekanismene; målte reduksjoner og planlagt innføring bør beholde kilde og dato.

Oppgaver

Oppgave 1: Diagnostisering av kilder til jernbanestøy

En jernbanekorridor går gjennom et boligområde. Beboerne melder om fire forskjellige problemer:

(i) lavfrekvent luftoverført støy fra en nærliggende stasjon,

(ii) impulslyder fra passerende tog,

(iii) en tonal «syngende» lyd fra sporet i nærheten, og

(iv) et skarpt skrik fra en nærliggende stasjon.

(a) Identifiser sannsynlig kilde til hver klage. Vurder støy fra framdriftssystem eller hjelpeutstyr, rullestøy, korrugering, bremseskrik eller kurveskrik, slagstøy, aerodynamisk støy og vibrasjoner i grunnen. Der beskrivelsen åpner for mer enn én forklaring, angi hvilken tilleggsobservasjon som trengs.

(b) Angi for hver klage om den første undersøkelsen hovedsakelig bør rette seg mot kjøretøyet, hjul–skinne-kontakten, sportilstanden, overføringsveien eller mottakeren.

(c) Velg én måle- eller inspeksjonsmetode som kan bidra til å bekrefte hver diagnose.

Oppgave 2: Hastighet og ruhet ved rullestøy

Et godstog kjører med \(v_1 = 100\) km/h og gir et støynivå ved togpassering på \(L_A = 82\) dB(A) i en avstand på 25 m fra sporet.

(a) Bruk \(\Delta L_A = 30\log_{10}(v_2/v_1)\) til å beregne rullestøynivået hvis hastigheten økes til \(v_2 = 160\) km/h.

(b) For det opprinnelige toget ved 100 km/h antas det at hjulruhetsnivået i det dominerende bølgelengdebåndet er \(L_{r,w}=46\) dB, og at skinneruhetsnivået er \(L_{r,r}=42\) dB. Etter en godkjent ombygging fra støpejernsklosser til K-klosser med nødvendig tilpasning av bremsesystemet synker hjulruheten til \(L_{r,w}=36\) dB, mens skinneruheten er uendret. Bruk

\[ L_{r,\mathrm{comb}} = 10\log_{10}\!\left(10^{L_{r,w}/10}+10^{L_{r,r}/10}\right) \]

til å beregne endringen i samlet ruhet og den tilhørende reduksjonen i rullestøy.

(c) Forklar hvorfor denne reduksjonen i rullestøy er mindre enn reduksjonen på 10 dB i hjulruheten.

(d) Angi hvorfor aerodynamisk støy vanligvis ikke er den dimensjonerende kilden i dette hastighetsområdet for godstog.

Oppgave 3: Vurdering av jernbanestøy for dag, kveld og natt

En bolig som ligger 30 m fra en jernbanelinje, utsettes for følgende ekvivalentnivåer: \(L_d = 62\) dB(A) (dag), \(L_e = 58\) dB(A) (kveld) og \(L_n = 55\) dB(A) (natt).

(a) Beregn \(L_{den}\) for boligen, og vurder om den oppfyller den aktuelle planverdien for jernbane i T-1442.

(b) Forklar hvorfor dette er forskjellig fra kontrollen av maksimalnivået om natten med \(L_{5AF}\) etter T-1442.

(c) Hvis tiltak ved kilden og langs overføringsveien reduserer alle de tre ekvivalentnivåene med 8 dB(A), beregn \(L_{den}\) på nytt og vurder om kravet er oppfylt.

(d) Angi vurderingssammenhengen og forutsetningene som trengs for å konkludere med om kravene er oppfylt.

Oppgave 4: Valg av tiltak mot støy og vibrasjoner

En jernbanelinje med blandet person- og godstrafikk går nær boliger og deretter inn i en kort tunnel under en vibrasjonsfølsom bygning. Målinger viser rullestøy utendørs og lavfrekvent rumling innendørs. Et alternativ med elastisk spor endrer den forenklede stivheten i sporopplagringen fra \(C_t = 120\) til 60 kN/mm. Bruk \(Q = 100\) kN.

(a) Foreslå ett tiltak ved kilden, ett langs overføringsveien og ett ved mottakeren. Angi hvilket problem hvert tiltak er rettet mot.

(b) Bruk \(\delta = Q/C_t\) til å sammenligne skinnens nedbøyning før og etter innføringen av det elastiske sporet. Hvorfor er dette bare en indikator?

(c) Forklar hvordan svillematter eller mykere skinneopplagring kan redusere vibrasjonsoverføringen, og angi én ulempe.

(d) Er en konvensjonell støyskjerm alene tilstrekkelig? Begrunn svaret med rammeverket kilde–overføringsvei–mottaker.