Miércoles, 21 Noviembre 2012 12:00

Medición del ruido de tráfico ferroviario. Método RMR.

El método RMR 96 proporciona dos sistemas de cálculo distintos, SRM I (método simplificado, total) y SRM II (método detallado, bandas de octava). Se deben cumplir las condiciones de aplicación de uno u otro de estos sistemas, según se expone en la norma, a fin de determinar cuál habrá de utilizarse para la elaboración de mapas estratégicos de ruido.

RMR calcula los niveles de ruido equivalentes pero no lo hace a largo plazo, conforme a ISO 1996-2:1987. Para hacer esto se necesita conocer datos medios de trenes anuales para los tres períodos de evaluación (diurno, vespertino y nocturno).

Existe una actualización de dicho método, RMR 2002, denominando ARM1 aSRM I, y ORM a SRM II.

2.1.- MODELIZACIÓN DE LA FUENTE

Antes de proceder a calcular el nivel de presión sonora equivalente, todos los trenes que utilicen un tramo determinado de línea ferroviaria y sigan las directrices de servicio adecuadas deberán ser asignados a una de las 10 categorías de vehículos ferroviarios de SRM I o, si procede, a categorías adicionales, tras realizarse las mediciones conforme a SRM II.

El método nacional de cálculo de los Países Bajos, RMR 96, SRM I, distingue los siguientes tipos de tren, diferenciados por su sistema de propulsión y de frenado:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 01

El método SRM II describe 3 procedimientos de caracterización. Los dos primeros procedimientos, A y B, caracterizan la emisión del tren. El tercero, C, caracteriza el tipo de vía.

El procedimiento A es un método simplificado de caracterización acústica de trenes que asigna al tren a caracterizar la emisión de uno de los 9 tipos de trenes de la base de datos existente.

El procedimiento de medida B permite separar el ruido del tren en los distintos focos de ruido que lo componen: ruido de tracción (incluye el ruido de los equipos auxiliares), de rodadura (diferenciando el ruido emitido por el carril y el emitido por la rueda), aerodinámico y de frenado. Cada uno de estos focos puede estar asignado a distintas alturas en función del tipo de tren:

-     Ruido de tracción: 0,5, 2 y4 msobre el carril

-     Ruido de rodadura: 0 y0,5 msobre el carril

-     Ruido aerodinámico: 0,5, 2, 4 y5 msobre el carril

-     Ruido de frenado:0,5 msobre el carril.

La caracterización de estos focos se lleva a cabo por separado, cada uno en un rango de velocidades establecido. Tras la caracterización, se suma la contribución de cada uno de ellos en las distintas alturas en las que están presentes. El resultado es un nivel de emisión en bandas de octava en función de la velocidad y distribuido en alturas.

De modo general, la aplicación del método de caracterización para el ruido de tracción, aerodinámico y de frenado implica la realización de los siguientes tipos de medidas:

-     Medidas de niveles sonoros

-     Velocidad de paso del tren

Para la medida del ruido de rodadura, además de las medidas anteriores es necesario realizar las siguientes:

-     Medidas de vibración de carril y traviesa al paso del tren a caracterizar y del tren de referencia silencioso (tren cuya composición estructural: altura, peso y dimensión de ruedas, faldones, etc. implica una aportación al nivel sonoro medido al menos 10 dB menor que el de la vía)

-     Medidas de rugosidad de la vía.

-     Medidas de rugosidad de la rueda.

Con ellas es posible determinar las funciones de respuesta de vehículo y vía necesarias para completar el proceso de separación de la radiación sonora del vehículo y vía. A continuación se muestran estas funciones refiriéndose tr (track) a la vía y veh al vehículo:

LHpr, tr (f) = Lp,tr (f)-Lrtot (f)

LHpr, veh (f) = Lp,veh (f)-Lrtot (f)

Todas las medidas se deben realizar en un tipo de vía específico, en condiciones de campo libre. Las condiciones de los vehículos y las condiciones meteorológicas también están concretamente especificadas en el método.

Además de las dificultades lógicas derivadas de la disponibilidad de los trenes para su caracterización, y de la localización de las condiciones adecuadas de vía y su entorno, los puntos críticos a la hora de poner en práctica este método en España son:

-     La medida de rugosidad de carril y rueda requiere de un equipamiento específico con el adecuado nivel de precisión, del que existen pocas unidades a escala mundial. De no contar con este equipo sería necesario recurrir a procedimientos de medida indirectos (basados en la medida de niveles de vibración en carril y la obtención de determinados parámetros como el “vertical spatial decay” que caracteriza la respuesta dinámica de la vía) combinados con información bibliográfica.

-     Proceso de separación del ruido procedente de vehículo y vía, para lo que se depende de la disponibilidad y montaje de un convoy con las unidades que conformen un tren de referencia silencioso. De no disponer de él será necesario utilizar datos bibliográficos o contar con el tren más silencioso posible. 

El procedimiento para caracterizar el modelo de emisión de un tren es:

-     Realizar las medidas de nivel de presión sonora al paso del tren en bandas de octava.

-     Compararlas con las obtenidas al aplicar el modelo de propagación holandés, en la misma situación de las medidas, para los diferentes trenes de la base de datos.

-     Se le asignará la emisión del tren que tenga un espectro más parecido pero con niveles superiores en todas las bandas de octava. Puesto que la emisión sonora de los trenes de la base de datos está referida al nivel de rugosidad medio de las líneas holandesas, es necesario realizar un control de la rugosidad del carril en el que se realizan las medidas de nivel sonoro con el fin de aplicar la corrección correspondiente si fuese necesario.

-     Si no hubiese ninguna categoría de tren que se adaptase, se realizará el procedimiento B.

2.1.1.- Modelo SRM I – ARM 1 (total)

Los valores de emisión se determinan del modo siguiente:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 02

donde:

-      c: categoría del tren

-      y: número de categorías presente

-      Enr,c: factor de emisión por categoría de tren que no está frenando

-      Er,c: factor de emisión por categoría de tren que está frenando

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 03

-      ac, bc, ar,c y br,c: valores de emisión estándar, se encuentran en la tabla 2.

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 04

-     Qc y Qr,c son la media de las unidades de la categoría tren c que no están y que están frenando [h-1].

-     Vc es la velocidad media de las unidades de la categoría tren c [kmh-1].

-     b es el tipo de vía/condición de la vía férrea:

-      b = 1: vía con traviesas de hormigón sencillas o dobles sobre balasto

-      b = 2: vía con traviesas de madera o de hormigón en zigzag sobre balasto

-      b = 3: vía

-      b = 4: vía con bloques

-      b = 5: vía con bloques sobre balasto

-      b = 6: vía con fijación de raíl ajustable

-      b = 7: vía con fijación de raíl ajustable y balasto

-      b = 8: vía con vertidos

-      b = 9: vía con cruce a nivel

-      Cb, c es la diferencia de emisión entre un tren sobre una vía con traviesas de hormigón y otra cualquiera en idénticas circunstancias (tabla 3). En los cruces se añaden 2 dB a los valores de la tabla, de acuerdo con el tipo de vía existente antes y después del cruce. Si no son del mismo tipo, se coge el valor mayor.

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 05

2.1.2.- Modelo SRMII – ORM (por bandas de octava)

Se determinan los valores de emisión por bandas de octava a las alturas de fuente:

-     Categorías1 a8, se modelan con2 fuenteslineales:

-  0 m(valor de emisión LEbs)

-  0,5 m(valor de emisión LEas)

-     Categoría 9, se modela con 4 fuentes lineales:

-  0,5 m(valor de emisión LEas)

-  2, 4 y 5 m(valor de emisión LE2, 4, 5 m)

siendo:

-     Qc y Qr,c son la media de las unidades de la categoría tren c que no están y que están frenando [h-1].

-     Vc y Vr,c son la velocidad media de las unidades de la categoría tren c que no están y que están frenando [kmh-1].

-     bb es el tipo de vía/condición de la vía férrea, igual que los anteriores b.

-     m es una estimación del número de discontinuidades de la vía.

-     a es la longitud de la emisión [m].

La emisión en bandas de octava i, para cada altura, se calcula del modo siguiente:

-     Para0 m(bs):

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 06

Se tiene en cuenta que para el tipo 9 no hay fuente a 0 m(LEbs).

-     Para0,5 m(as):

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 07

-   Para 2, 4 y5 m (sólo existen para la categoría 9):

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 08

-   Para las categorías 1 a 3 y 6 a 8 se hace:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 09

-   Para las categorías 4 y 5 se hace:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 10

-   Para la categoría 9 se hace:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 11

con los siguientes factores de emisión para todas las categorías:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 12

-   Para la categoría 5:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 13

-   Para las categorías 3 y 6:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 14

-   Para la categoría 9:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 15

donde:

-     y  son los factores de emisión para cada categoría de tren c para una banda de octava i a una altura xx (tabla 4).

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 16

-     Cbrake,i,c es la corrección por frenada (tabla 5).

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 17

-      Cbb,i,m es la corrección por el tipo de vía, siendo m la corrección por discontinuidades de la vía y rugosidad de los raíles.

-      Para m = 1: Cbb,i,m = Cbb,i

-      Para m = 2, 3 ó 4: Cbb,i,m = C3,i + 10 log (1 + fm Ai) con Cbb,i en la tabla 6, fm en la tabla 7 y Ai en la tabla 8.

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 18

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 19

El nivel de emisión se puede determinar a partir de su velocidad máxima (tabla 9).

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 20

Una vez caracterizadas las emisiones de las distintas categorías de trenes, se calcula la del tramo de línea ferroviaria especificado, teniendo en cuenta el paso de las distintas categorías de trenes (y el hecho de que no existen fuentes sonoras en todas las alturas), así como el paso de los trenes en diferentes condiciones (frenando o no).

2.2.- PROPAGACIÓN DEL SONIDO AL AIRE LIBRE

El nivel sonoro equivalente en un punto se calcula mediante la expresión:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 21

donde  es la contribución de la fuente n del sector j a la frecuencia i. Este término incluye los siguientes valores:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 22

donde:

LE:       valor de emisión de la fuente a una frecuencia dada

ΔLGU:  atenuación por distancia

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 23

ΔLOD:  atenuación por propagación

ΔLSW:  atenuación por pantallas

ΔLR:    atenuación por reflexiones

2.2.1.- Parámetros usados

El número de fuentes es función del punto receptor. El ángulo total de apertura del punto receptor puede ser:

-      180º cuando LAeq se mide en una fachada

-      360º cuando LAeq se mide en espacios abiertos

La fuente lineal se divide en sectores, tomando como centro el punto receptor. Estos sectores dependen de la homogeneidad de los emisores y de los obstáculos que haya entre el receptor y el emisor. A su vez estos sectores se dividen en subsectores con un ángulo de apertura no mayor de 5º.

En la figura 1 se muestra el significado de una serie de términos que se utilizarán posteriormente. En la figura 2 se muestra un ejemplo de una situación básica, con dos vías, un edificio y una barrera. La vía nº 1 tiene dos secciones con datos de emisión homogéneos. En este caso, el ángulo total de apertura del punto receptor se tiene que dividir en 8 sectores para poder describirla situación. Posteriormente, cada uno de estos sectores se divide en subsectores con un ángulo de apertura no mayor de 5º

2.2.2.- Atenuación por distancia ΔLGU

La atenuación por distancia se calcula mediante la expresión:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 24

siendo r [m] la distancia fuente – receptor, y  [en grados] los definidos en la figura 1.

2.2.3.- Atenuación por propagación ΔLOD

Las pérdidas por propagación ΔLOD están compuestas por los siguientes factores:

ΔLOD = DL + DB + CM

siendo:

DL: atenuación por aire

DB: atenuación por suelo

CM: factor de corrección meteorológica

La atenuación por aire DL se hace igual que para el tráfico rodado.

Para la atenuación por suelo, al igual que para el tráfico rodado, la distancia fuente – receptor se divide también en tres zonas:

-  Si dfuente – receptor > 85 m: zona fuente15 m, zona receptor70 m y resto zona intermedia

-  Si 70 m< dfuente – receptor ≤ 85 m: no hay zona intermedia

-  Si dfuente – receptor < 70 m: sólo hay zona receptor

-  Si dfuente – receptor ≤ 15 m: zona fuente y zona receptor tienen esa distancia

Para calcular esta atenuación se definen los siguientes parámetros:

r0 [m]:        distancia horizontal entre la fuente y el receptor.

hb, hw[m]:  alturas de la fuente y receptor respecto a la altura promedio de sus zonas respectivas. La zona de la fuente abarca15 m mientras que la zona del receptor es70 m (figura 3). Si salen negativas, se toma valor 0.

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 25

Bb, Bm, Bw:     factor de absorción en las zonas fuente, intermedia y receptor. Es el cociente entre la longitud de cada zona y la total. Si la zona es un suelo llamado duro (no absorbente), el factor es 1. Si no hay zona intermedia, el factor Bm también es 1.

Sb, Sw:      eficacia de la atenuación del suelo en las zonas fuente y receptor. Si no hay ninguna barrera en el sector, toman el valor 1 mientras que si la hay toman un valor que se verá en el apartado de barreras.

El cálculo de la atenuación por suelo DB se tiene en la tabla 9.

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 27

Los valores en cursiva de la tabla anterior se sustituyen por las variables x, y de las siguientes ecuaciones.

Para y ≥ 30 x:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 28

Para y < 30 x:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 29

El factor de corrección meteorológica CM se calcula a partir de:

Para r0 > 10 (hb + hw):

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 30

Para r0 ≤ 10 (hb + hw):

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 31

siendo C0 una constante que depende de las condiciones de propagación:

-      Período día (7-19 h), 50% de ocurrencias favorables: 3 dB

-      Período tarde (19-23 h), 75% de ocurrencias favorables: 1,5 dB

-      Período noche (23-7 h), 100% de ocurrencias favorables: 0 dB

2.2.4.- Atenuación por pantallas ΔLSW

Para tener en cuenta que una superficie es una barrera debe de cumplir, al menos, que su masa sea igual o superior a 10 kg/m2 y sus poros inferiores al 1% de su superficie.

La atenuación por la barrera ΔLSW está compuesta por dos factores:

-      1º: Se considera una barrera ideal (sin espesor, plana y vertical).

-      2º: Cuando no se aproxima a la definición anterior. En este caso a la atenuación de la barrera hay que restarle un factor corrector Cp, que depende del perfil.

Para poder calcular la atenuación por barreras se definen los siguientes términos:

hb, hw, r0 [m]:  definidos en 2.2.2.

hT [m]: altura de la barrera respecto al nivel medio del suelo en un rango de5 m (figura 4.). Si esta altura es diferente a los dos lados, se toma la mayor de las dos.

r [m]: distancia entre la fuente y el receptor.

rw [m]: distancia horizontal entre el receptor y la barrera.

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 32

Se definen tres puntos en la barrera (figura 5.):

-      K: intersección de la línea fuente-receptor y la barrera.

-      L: intersección de la línea curvada, en condiciones favorables, fuente-receptor yla barrera. Véasesu equivalente en tráfico rodado.

-      T: punto superior de la barrera.

Estos tres puntos se encuentran a las alturas zK, zL y zT. La línea quebrada BLW representa la propagación del sonido en condiciones favorables. La distancia entre los puntos K y L es:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 33

Los factores Sb y Sw necesarios para calcular la atenuación del suelo cuando hay barreras son:

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 34

siendo he la altura efectiva de la barrera:

he = zT – zL

En el caso de ser he < 0, Sw y Sb toman el valor 1

El factor de atenuación ΔLSW se calcula como:

ΔLSW = H f(Nf) - CP

siendo:

-      H: factor de barrera

-      Nf: número de Fresnel, dependiente de las distancias relativas entre fuente, receptor y cresta de la barrera, así como de la longitud de onda del sonido transmitido

-      CP: coeficiente corrector dependiente del perfil de la barrera

Cada uno de los valores es:

H = 0,25 hT 2i-1 [i: índice frecuencia]

Para zT ≥ zK:

Nf = 0,37 (rT - rL) 2i-1

Para zT < zK:

Nf = 0,37 (2r -rT - rL) 2i-1

El valor de la función se obtiene de la tabla 10.

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 35

El valor de CP se obtiene de la tabla 11.

Medición del ruido de tráfico ferroviario Método RMR 36

Las ecuaciones anteriores no son válidas en el caso de barreras mayores de 4 m o colocadas a menos de 4,5 m del centro de la vía, ya que los valores calculados sobreestiman el efecto de la barrera.

2.2.5.- Atenuación por reflexiones ΔLR

El factor de atenuación ΔLR se calcula como:

ΔLR = Nref δref

siendo:

-      Nref: número de reflexiones entre la fuente y el receptor, con un máximo de 3.

-      δref: nivel reductor, cuyo valor es - 10 lg (1 - α) siendo α el coeficiente de absorción de la pared (0,17 para edificios y 0,21 para otros objetos).

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