Minder booggeluid van treinen en trams
Booggeluid is het zeer hinderlijke geluid dat wordt geproduceerd door treinen en trams die door bogen rijden. Bogen zijn bochten in het spoor. Al zo lang er trams en treinen rijden, is dit probleem er soms wel en soms niet. Is daar dan niets aan te doen? Hoe komt het dat het zo’n hardnekkig probleem is?
Deze en andere vragen rond booggeluid waren onderdeel van taak 3.5 van het Europese onderzoeksproject Rail4Earth. Op verzoek van een van de projectpartners, ProRail, heeft dBvision onderzocht wat we precies weten over booggeluid en wat in verschillende landen de stand van de techniek is bij de aanpak ervan. Vervolgens hebben we een maatregelcatalogus samengesteld. Daarin kunnen spoorbedrijven lezen welke maatregelen in andere landen worden toegepast, wat de nieuwste mogelijkheden zijn en welke vraagstukken nader (universitair) onderzoek vereisen.
OorzakenVeel factoren zijn van invloed op booggeluid. De combinatie van deze factoren bepaalt of het fenomeen zich voordoet. Er bestaan bovendien verschillende soorten van booggeluid. Het is nuttig om onderscheid te maken tussen tonaal en breedbandig booggeluid, want ook de oplossingen zijn dan meestal verschillend. Tonaal booggeluid wil zeggen dat er een zuivere (hoge) toon klinkt, zoals van een dwarsfluit. Breedbandig booggeluid klinkt daarentegen meer als sissen of slijpen. Het geluid varieert doorgaans in sterkte terwijl de trein voorbijrijdt. We spreken dan van ‘intermitterend’ geluid. Dat gesis wordt meestal in verband gebracht met flenscontact: de wielflens schuurt dan af en toe tegen de zijkant van de railkop. Waarom het wiel dan niet gaan fluiten, zoals bij tonaal booggeluid, is nog niet helemaal helder.
In beide gevallen (fluiten en sissen) speelt wrijving een rol. De wielen kunnen in zo’n boog niet rechtdoor rijden: ze moeten naar links of rechts afbuigen. Om die beweging mogelijk te maken, maken ze kleine stapjes in zijdelingse richting. Veel hangt daarbij af van de wrijving in het contactvlakje tussen wiel en railkop. Als de wrijving optimaal is, schuift het wiel soepel in zijdelingse richting en is er geen booggeluid. Maar het kan ook voorkomen dat door te veel wrijving die kleine zijdelingse stapjes met horten en stoten gebeuren. Technisch spreken we dan van laterale stick-slip. Te weinig wrijving is ook niet goed: dan ontstaan ernstige veiligheidsproblemen bij afremmen of optrekken van de trein.
Voor tonaal booggeluid zijn er vanuit de theorie twee verschillende mechanismen beschreven die de laterale stick-slip-beweging van piepende wielen kunnen verklaren. Het voert te ver om die mechanismen hier nader te beschrijven. Het is in elk geval niet eenvoudig om te bepalen welk mechanisme dominant is in een situatie waarin booggeluid optreedt.
MaatregelenIn de praktijk worden verschillende maatregelen toegepast om de duur en de intensiteit van booggeluid te verminderen. Deze informatie hebben we verzameld door middel van literatuuronderzoek en interviews met verschillende experts op dit gebied. De effectiviteit van de beschreven maatregelen, uitgedrukt in decibellen geluidsreductie, varieert aanzienlijk. Maatregelen die in de ene situatie succesvol zijn, werken helaas niet altijd in andere situaties. Bovendien is er zelfs bij een aanzienlijke vermindering van het piepen geen garantie dat de geluidsoverlast en het aantal klachten in dezelfde mate afnemen. Dit komt doordat piepen in bogen gemakkelijk te horen is en bijzonder storend voor het menselijk oor, tenzij het (vrijwel) volledig kan worden vermeden.
Van de maatregelen die met de spoorbaan te maken hebben, wordt de behandeling met (min of meer vloeibare) wrijvingsverbeteraars en/of flenssmering het meest toegepast. Dat kan met smeerinstallaties die worden geplaatst in de bogen die het meest piepen. Er bestaan echter grote verschillen in strategieën en voorkeuren tussen infrastructuurbeheerders. Sommige landen, zoals Zwitserland, geven de voorkeur aan de aanleg van geluidsschermen. Dat komt doordat smeerinstallaties adequaat onderhoud, regelmatig bijvullen en extra aandacht vereisen. Personeel moet dan regelmatig het spoor in en dat is door veiligheidsmaatregelen niet goedkoop.
Een technische oplossing om het piepen in bogen aanzienlijk te verminderen is in principe beschikbaar bij trein- en draaistelfabrikanten: actieve sturing. Bij standaard draaistellen worden de twee wielassen strikt parallel gehouden, anders kan de trein ontsporen. Bij draaistellen met actieve sturing wordt bij het doorlopen van een boog ervoor gezorgd dat de ene wielas in het draaistel een kleine hoek ten opzichte van de andere wielas maakt. Stick-slip effecten worden dan grotendeels vermeden. Vanzelfsprekend moet dat veilig gebeuren om niet te ontsporen. Een rendabele businesscase voor dergelijke stuursystemen is op het hoofdspoornet lastig te realiseren. Op het metronet zou dat misschien wel kunnen. Dat komt omdat er op het metronet veel meer bogen zijn, vaak in dichtbevolkte gebieden, en er zijn maar enkele types metrotreinen in gebruik. Ook is gunstig dat daar niet al te hoge topsnelheden zijn, zodat er geen stabiliteitsproblemen ontstaan.
Booggeluidmaatregelen aan treinen kunnen waarschijnlijk wel kosteneffectiever worden op het hoofdspoornet als rekening wordt gehouden met de kosten van spoorschade. Dit komt omdat maatregelen die gericht zijn op het verminderen van spoorschade in bogen waarschijnlijk ook gunstig zullen zijn voor het verminderen van booggeluid. Hiertoe wordt op sommige nationale netwerken (Zweden, Zwitserland, het Verenigd Koninkrijk) het instrument van gebruiksvergoeding gebruikt om treinmaatschappijen aan te moedigen te investeren in spoorvriendelijke voertuigen. Treinmaatschappijen betalen dan hogere kilometerprijzen voor conventionele voertuigen dan voor spoorvriendelijke voertuigen. De bestaande vloot kan ook spoorvriendelijker worden gemaakt door de draaistellen te voorzien van zogenoemde hydrobussen. Deze hydrobussen, die in de draaistellen worden aangebracht, zorgen voor enige passieve sturing van de twee wielassen in bogen. Of hydrobussen daadwerkelijk leiden tot minder booggeluid, kon helaas niet worden vastgesteld tijdens een Nederlandse meetcampagne in 2024.
Interesse in de maatregelcatalogus? Je kan deze hier downloaden: