ruido de tráfico:ferrocarriles

Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
Módulo: Nombre del Módulo
RUIDO DE
TRÁFICO:FERROCARRILES
AUTOR: FERNANDO SEGUÉS ECHAZARRETA
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
Índice
Página 2 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
1. RUIDO PRODUCIDO POR LOS FERROCARRILES.
La explotación ferroviaria comprende un conjunto de operaciones que conllevan diferentes
niveles de emisión acústica que, en determinadas situaciones de proximidad a receptores,
pueden producir niveles de inmisión acústica indeseables.
La operación más evidente es la circulación de los trenes de viajeros y mercancías. En ella
nos centraremos en este curso al tratarse del objeto de regulación de la Directiva de Evaluación y Gestión del Ruido Ambiental.
Sin embargo existen otras operaciones auxiliares no menos importantes y que deben considerarse; siquiera brevemente:
¾
¾
¾
¾
Ruido de las estaciones de viajeros
Ruido de las terminales de mercancías.
Ruido de las operaciones de mantenimiento de la infraestructura producidas por los
equipos mecanizados de maquinaria de vía. No se considera aquí el ruido procedente de la obra civil por no ser específica de la explotación ferroviaria.
Ruido de los talleres de mantenimiento del material rodante.
1. Respecto al ruido procedente de las estaciones de viajeros cabe destacar tres fuentes características: el ruido de la megafonía de servicio y comercial, así como el ruido de las maniobras, de enganche y desenganche del material tractor y del reposicionamiento de composiciones en diferentes vías y –por último- el ruido del material
motor estático en espera de servicio de maniobra o favoreciendo la climatización de
la composición. La megafonía no corresponde a un ruido puramente “ferroviario” ,
aunque es característico de las estaciones ferroviarias al aire libre, lo que le diferencia del caso de las grandes terminales cubiertas tanto ferroviarias como de servicio
de autobús. En todo caso se trata de un ruido específico de corta duración que, no
obstante, puede ser extremadamente repetitivo en las estaciones de los núcleos de
cercanías con elevados niveles de frecuencia de trenes con parada. Generalmente
estos servicios comienzan desde las 5:30-6:00 y cesan alrededor de las 24:00
horas; si bien la megafonía comercial es sustituida en ciertos puntos por megafonía
de servicio durante el periodo nocturno, siendo esta –en todo caso- mucho menos
frecuente. En cuanto a las maniobras, sí corresponden a un ruido específico ferroviario que no tiene paralelo en el sector del transporte. Básicamente obedece a una
mezcla de ruido de tráfico ferroviario a baja velocidad, en el que domina el ruido del
motor del vehículo y del sistema de freno, junto con ruidos de impacto de las operaciones de enganche y desenganche, todo ello combinado con el desplazamiento de
los vehículos sobre cambios de vías, lo que redunda en un nivel sonoro mayor. Por
último, el ruido estático en espera de servicio de maniobras o prestando climatización implica el funcionamiento de motores en vacío y/o de equipamientos de servicios auxiliares de tipo compresor. Tampoco es un ruido genuinamente ferroviario,
encontrándose paralelismo en todo tipo de vehículos terrestres y/o aéreos.
2. Respecto al ruido procedente de las terminales de mercancías caben destacar tres
fuentes características: el ya comentado ruido de maniobras de enganche, desenganche y reposicionamiento, el ruido de equipos fijos (grúas pórtico) y móviles (grúas móviles o “toros”) de manipulación de contenedores y el ruido de los camiones
de carga y descarga de las mercancías (tanto en vagones como de contenedores).
Generalmente el ruido de los equipos auxiliares obedece a un patrón característico
no propiamente ferroviario, siendo destacable el ruido de los “toros” que, junto al
ruido de los camiones, obedece a un patrón más semejante al ruido de la carretera.
En todo caso, a estas fuentes, cabe añadir el ruido episódico de impacto por evenPágina 3 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
tuales caídas de carga (especialmente golpes entre contenedores).
3. En lo relativo al ruido de las operaciones de mantenimiento de la infraestructura realizadas por equipos mecanizados de vía, resulta difícil establecer un modelo uniforme, dada la variedad de maquinaria especializada en distintas operaciones específicas. Así podemos encontrar desguarnecedoras de balasto, capaces de levantar
secciones de vía y de retirar el árido desgastado reemplazándolo por otro nuevo;
bateadoras; niveladoras, amoladoras especializadas en reperfilar el carril a su
geometría correcta a través de la acción de pulido del mismo, etc. Quizás lo más característico de estas fuentes es que, debido a la habitual elevada frecuencia de servicio en los núcleos más poblados, su trabajo suele realizarse durante el periodo
nocturno para evitar la interrupción o la reducción de servicios. Ello suele generar
conflictos al tratarse del periodo más sensible desde el punto de vista acústico.
4. Por último, en lo concerniente al ruido de los talleres de reparación del material móvil, las fuentes principales van a ser dos: el ya reiterado ruido de maniobras y el ruido de las operaciones de reparación en sí mismas. Esta última fuente corresponde
a un ruido típicamente industrial, no específicamente ferroviario, con grandes similitudes a un gran taller de reparación de vehículos de carretera que disponga de todos los servicios: chapa, pintura mecánica y electricidad. Aparecen, pues, ruidos de
equipos elevadores, compresores, amoladores, etc, combinados con ruidos de impacto frecuentes. En todo caso, estos ruidos serán proporcionales al tamaño del taller, estando prácticamente todos ellos cubiertos, por lo que el ruido más tangible va
a ser el de las maniobras que se realizan en el exterior y que son menos frecuentes
que las que tienen lugar en las estaciones de viajeros y en las terminales de mercancías. Además, los talleres no tienen actividad en los periodos vespertino y nocturno, reduciéndose notoriamente el grado de molestia que se circunscribe al periodo diurno.
Página 4 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
2. LA CIRCULACIÓN FERROVIARIA.
2.1. LAS FUENTES DE RUIDO: LA VÍA Y LOS VEHÍCULOS
El ferrocarril constituye un modo de transporte guiado y su ruido está, por tanto, localizado
en el espacio. En principio el ruido de la circulación ferroviaria corresponde a sucesos discretos, con ligeras diferencias que se suceden a lo largo del tiempo. A la hora de realizar un
análisis global del ruido ferroviario, hay que tener en cuenta varias circunstancias que concurren:
¾
¾
¾
¾
El índice de frecuencia de circulaciones, especialmente elevado en entornos urbanos.
El desarrollo de nuevas tecnologías que permiten desarrollar mayores velocidades
El alto número de circulaciones en periodo nocturno, en el que disminuye la actividad
de otros focos de ruido.
El desplazamiento de las circulaciones de mercancías hacia el periodo nocturno en
algunas líneas para favorecer el servicio de cercanías.
El ruido ferroviario tiene su origen en tres fuentes fundamentales; todas ellas intervienen en
el ruido global y su contribución depende del tipo de tren, de las características y estado de
la vía y de la velocidad.
¾
¾
¾
Ruido originado en el contacto rueda – carril o ruido de rodadura
Ruido mecánico o de propulsión, y elementos auxiliares del tren
Ruido aerodinámico.
2.1.1. Fuentes unidas a la rodadura:
Se pueden diferenciar tres grupos:
¾
Ruido de rodaje ó rodadura propiamente dicho: producido en los desplazamientos del
tren sobre un rail rectilíneo y sin obstáculos. Es un ruido de banda ancha, se produce
por el rozamiento entre el rail y la rueda, y se incrementa con las imperfecciones y rugosidades. Según datos facilitados por el Grupo de Trabajo en Ruido Ferroviario de la
Comisión europea las diferencias entre un carril perfectamente amolado y otro con rugosidad máxima pueden llegar a ser de hasta 30 dB en determinada longitud del espectro. En la figura 1 se pueden observar las variaciones del nivel en el espectro de frecuencias para diferentes condiciones de las superficies de rueda y carril.
La velocidad del tren también interviene en el ruido originado. Generalmente se admite que
si la velocidad se reduce a la mitad el ruido disminuiría entre 6 y 12 dBA (normalmente esta
dependencia varía entre 20 y 40 Log V)
Página 5 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
Transmisión
Rueda/Carril
Radiación
Vía
Vehículo
Origen:
Irregularidades de la
superficie
Origen y transmisión del ruido de rodadura
Figura 1. Ruido de rodadura
¾
Ruido de impacto: generado cuando las ruedas cruzan juntas o discontinuidades del
raíl. El cambio de velocidad de la rueda en estos obstáculos, produce fuerzas sobre raíl
y rueda que originan el ruido.
El ruido en las uniones puede disminuirse reduciendo al mínimo los huecos entre juntas,
alineando los extremos del carril y tensando las barras de unión que sujetan los raíles.
La utilización cada vez más extendida, del carril largo soldado reduce la aparición de este tipo de ruido a las zonas de desvíos o cambios.
El estado del material (planos en las ruedas) también origina este tipo de ruidos. La
aparición de ruedas planas puede ser minimizada empleando sistemas de frenado que
impidan el deslizamiento de las ruedas; en cualquier caso, es recomendable la rectificación de las ruedas tan pronto como se detecten estas superficies planas.
¾
Ruidos de banda estrecha (normalmente pocos tonos, de alta frecuencia), asociados a
los ferrocarriles en las curvas de pequeño radio (< 100m). Son debidos a la imposibilidad de los ejes de colocarse de forma radial y seguir la forma de la curva, las ruedas
además de girar se desplazan lateralmente de modo perpendicular a la dirección de rodadura. La característica dominante del espectro para tal tipo de sonidos es la abundancia de componentes de frecuencia discreta y un registro característico se refleja en
la figura 2.
Página 6 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
Figura 2. Espectro producido por un tren urbano
2.1.2. Fuentes de ruido motor o de propulsión y elementos auxiliares
El ruido generado por el motor del tren es el predominante a bajas velocidades y característico de máquinas diesel. A medida que aumenta la velocidad este ruido queda enmascarado por el de rodadura. Si la tracción es eléctrica su ruido no sobresale del total, aunque hay
una contribución importante de los sistemas de refrigeración del motor.
El equipamiento auxiliar de los trenes, por ejemplo el sistema de ventilación forzada o la
climatización, representa una fuente adicional de ruido, que se hace más patente en los
momentos en el que el tren está detenido
2.1.3. Fuentes de ruido aerodinámico
Es el ruido predominante en las circulaciones a alta velocidad. Las turbulencias de aire que
se originan sobre o cerca de la superficie de un tren en movimiento son las responsables
del ruido aerodinámico. El flujo de aire sobre el tren se convierte en turbulento a medida que
se va encontrando protuberancias, superficies rugosas o bordes ásperos. El diseño aerodinámico de los trenes de alta velocidad persigue disminuir este rozamiento.
A su vez el aumento del nivel de presión sonora alcanzado es proporcional a la velocidad
(en ensayos realizados en EEUU en un tramo recto, se han establecido promedios de
aproximadamente 60 log10 v). Por esta razón, el ruido aerodinámico generado por trenes de
formas lisas a velocidades menores de 240 km/h no es significativo. Para velocidades mayores, el ruido aerodinámico es superior al ruido de rodadura. Incluso en trenes a alta velocidad, en los que no se produce contacto entre rueda de acero y carril; por ejemplo trenes
de levitación magnética, las características del ruido aerodinámico son similares.
Página 7 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
Figura 3. Efecto de las fuentes de ruido ferroviario
La figura 3 muestra claramente el intervalo de velocidades en las que predomina cada una
de las fuentes descritas: El ruido generado en el sistema de tracción, domina para velocidades bajas (< 30 km/h); el ruido de rodadura es la fuente principal en el intervalo mas amplio
del espectro de velocidades ( entre 30 km/h y 250 km/h) y el ruido aerodinámico es predominante cuando se supera la velocidad de 250 km/h.
Página 8 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
3. CARACTERIZACION DEL RUIDO DE LOS TRENES EN CIRCULACION
A la hora de abordar un estudio de ruido ferroviario hay dos aspectos a tener en cuenta
¾
¾
La caracterización acústica del material rodante (trenes)
La caracterización acústica de la vía y sus componentes.
En un estudio teórico cada tipo de tren estaría caracterizado por un conjunto de parámetros
que lo definirían y lo diferenciarían del resto del material (firma acústica, espectro de frecuencias, nivel máximo); sin embargo, el grado de mantenimiento y el estado de la infraestructura, condicionan una gran dispersión de los resultados obtenidos en una medición directa real
3.1. LA CARACTERIZACIÓN DE LOS TRENES
Hay una serie de parámetros comúnmente utilizados para caracterizar el material ferroviario;
sin embargo no se han establecido unánimemente las condiciones en que estos parámetros
deben medirse, por lo que es importante la dispersión de datos obtenidos en los distintos
estudios realizados. El proyecto de norma EN ISO 3095 del C.E.N. trata de homogeneizar
criterios en la caracterización de los trenes y regular los procedimientos de medida.
Los parámetros más usuales en los estudios de ruido ferroviario son :
Firma acústica de un tren: es la gráfica representativa del paso de un tren: en el eje de
abscisas se refleja el tiempo del suceso (paso del tren) y en el de ordenadas el nivel de
presión sonora alcanzado en cada intervalo.
La firma acústica se caracteriza por tres tramos diferentes:
Una primera rama ascendente. Es la parte de la gráfica con mayor pendiente y representa la
llegada del tren ante un posible espectador. Se suele decir que “al tren no se le oye llegar”,
es decir el aumento de la presión sonora es muy rápido a medida que el tren se acerca.
La rama central o meseta, donde se concentran los niveles sonoros máximos del paso del
tren, representa el intervalo en el que el tren pasa por delante del espectador. Generalmente
se pueden distinguir los diferentes coches que forman la composición del tren o distinguir
claramente la locomotora del resto de coches o vagones de mercancías.
La rama descendente, a medida que el tren se aleja, con menor pendiente que la rama ascendente.
Las figuras 4 y 5 representan firmas acústicas de diferentes trenes españoles.
Página 9 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
dB(A)
t
Figura 4. Firma acústica Euromed 200 km/h
Cercanías 447
T.E.-1P-6C
V = 81 KM/H
FIGURA 5. FIRMA ACÚSTICA CERCANÍAS TRACCIÓN ELÉCTRICA
( unidades 447 - composición doble: 6 coches 1 piso) v =81 km/h)
Analizando la firma acústica de cada tren, se pueden establecer un conjunto de parámetros, que caracterizan a su vez a ese tren:
Nivel máximo (Lmax): representa el ruido de mayor intensidad, pero no refleja la duración
ni la exposición total.
Nivel equivalente al paso del tren, expresado en ponderación A; Leq (A), Tex: representa
el nivel de presión que habría sido producido por un ruido constante con la misma energía
que el ruido que se ha producido realmente al paso del tren, generalmente se ha considerado el tiempo de exposición, correspondiente al paso del tren (Tex), al intervalo comprendido entre (Lmax – 10) dBA, aunque puede fijarse un determinado umbral superado el cual
está definido el suceso.
Página 10 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
Nivel de exposición sonora, SEL: nivel de presión sonora de un ruido continuo en un
segundo, que tiene la misma energía que un ruido real durante un suceso. Se utiliza para
comparar ruidos con diferente duración.
Espectro de frecuencias en bandas de octava o de tercio de octava. Dos ruidos pueden
tener un nivel de presión sonora similar y presentar una distribución de frecuencias completamente distinta, siendo más molesto e irritante un ruido cuanto mayor sea su componente
en altas frecuencias.
Las gráficas 6, 7 y 8 muestran el espectro correspondiente al Lmax de un tren de cercanías,
un mercancías y un euromed respectivamente.
Figura 6. Espectro correspondiente a una unidad de cercanías 447 (T.E., 1 piso, 6 coches).
V = 82 km/h
Figura 7. Espectro correspondiente a un tren de mercancías. (Contenedores, V= 70 km/h)
Página 11 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
FIGURA 8. ESPECTRO DE UN TREN EUROMED
Y NPS MÁXIMO. V = 200 KM/H
3.2. La caracterización acústica de la vía
Los valores obtenidos de las firmas acústicas de los trenes deben referirse a unas determinadas características de composición y mantenimiento de la vía y su plataforma. Los factores que intervienen en la generación del ruido de rodadura son múltiples. La vía ferroviaria,
debido a su complejidad, es difícil de catalogar en pocos tipos o clases desde el punto de
vista acústico. En las carreteras, pocos tipos o categorías de pavimento pueden ser suficientes para abarcar los diferentes tipos de pavimentos más usuales; en el caso de los ferrocarriles, estas categorías difieren notablemente de un país a otro y de un tipo de transporte
guiado a otro. La práctica habitual es establecer un tipo de vía convencional con balasto
como categoría de referencia. En la tabla siguiente se muestran algunas de las variaciones
de niveles de ruido en función de varios parámetros.
Parámetro
Para un nivel de
ruido mínimo
Para un nivel de ruido máximo
Diferencia en
dB (A)
Tipo de carril
UIC 54 E
UIC 60
0.7
Tipo de traviesa
Bibloque
madera
3,1
Distancia entre traviesas
0,4 m
0,8 m
1,2
Factor disminución por balasto
2,0
0,5
0,2
Rueda compensada
0m
0,01 m
0,2
Compensación del carril
0m
0,01 m
1,3
Rugosidad de la rueda
Lisa
Rugosa
8,5
Rugosidad del carril
Pulido
Rugoso
0,7 – 3,9
Velocidad
80 Km/h
160 Km/h
9,4
Carga por eje
12500 (kg)
5000 (kg)
1,1
Temperatura del aire
10 ºC
30 ºC
0,2
TABLA 1. VARIACIONES DE NIVELES DE RUIDO
Página 12 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
4. EVALUACION DEL RUIDO AMBIENTAL DE LAS LINEAS FERROVIARIAS
4.1. LA MEDICIÓN DEL RUIDO AMBIENTAL
Los índices más utilizados para evaluar el ruido ambiental en las proximidades de una vía
férrea son los niveles equivalentes referidos a periodos diurno, nocturno, vespertino y de 24
horas. Tratándose de ruido ferroviario estos niveles van a estar directamente condicionados
por la frecuencia de las circulaciones, las velocidades que se desarrollen y el tipo de trenes,
siendo evidentemente mas ruidosos los mercancías y los trenes con tracción diesel. De la
misma manera la velocidad influirá de forma proporcional siendo mas ruidosos los trenes a
medida que su velocidad aumenta. Por último cuanto mayor sea la frecuencia de las circulaciones mayor valor adoptarán los niveles equivalentes.
A partir de los niveles al paso de un tren Leq (A) T ó TEL, se obtienen el Lden ,Lnoche, L
(24horas), etc, conociendo el número el número total de trenes que han circulado por la vía
en el periodo de medida.
En las medidas de ruido ambiental ferroviario en periodos largos de tiempo, es importante
asegurarse de considerar únicamente el ruido originado a cada paso de un tren y diferenciarlo de los ruidos procedentes de otras fuentes. En los gráficos que figuran a continuación
se puede ver cómo se han identificado en rojo para el periodo 23 - 7 horas, los sucesos
acústicos correspondientes al paso de los trenes, y el detalle correspondiente a uno de ellos
(a las 23h 33min).
Página 13 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
Figura 9. Evolución temporal LAeq
4.3. Los métodos de previsión
Los métodos de predicción acústica son herramientas basadas en relaciones y formulaciones matemáticas, extraídas a partir de estudios empíricos y estadísticos. En acústica ambiental, existen programas que estudian la propagación del sonido para diferentes tipos de
fuente, teniendo en cuenta las condiciones ambientales (viento, temperatura y humedad) y
las características de propagación del sonido como la difracción, refracción y reflexión debiPágina 14 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
do a la presencia de obstáculos, diferentes caminos de propagación o la atenuación del
suelo.
En general, vamos a encontrar formulaciones del tipo:
Lp = L * + DI + Dra + Ds + Da + Dt + Do + Dd + Dre + Dx+...
Donde :
Lp = Nivel de presión sonora en el receptor.
L* = Nivel de la fuente, para ruido de industria o fuentes puntuales vendrá dado por Lw (potencia acústica) y para ruido de tráfico por los niveles estadísticos o un nivel de referencia
dado.
DI = Directividad de la fuente.
Dra = Radiación de la fuente (entera, semiesférica o ¼ de esfera).
Ds = Efecto de la propagación del sonido que tiende a expandirse (spreading).
Da = Atenuación de la absorción del aire (función de la distancia)
Dt = Atenuación del suelo y de las condiciones meteorológicas.
Do= Atenuación debido a obstáculos (edificios, árboles)
Dd = Efecto de difracción debido a curvas de nivel o obstáculos estructurales (screening).
Dre = Reflexiones producidas.
Dx = Otros…
Cuando las formulaciones complejas se presentan en forma de modelo informático, los
grandes capítulos que éstos desarrollan son:
¾
Módulo de entrada de datos, en el que se introducirán datos del entorno (topografía,
edificaciones, muros y aquellos elementos relevantes desde el punto de vista acústico
del terreno y de la infraestructura: trazado y cota de la vía, tipos de plataforma, traviesa
y carril) y características de la fuente sonora; en este caso: digitalización de las vías,
tipo y número de trenes de cada tipo, características de esos trenes ( tipo de frenos,
composición del convoy, velocidad de paso, longitud).
Esta fase es determinante para realizar una buena modelización, cuanta mayor precisión
tengan los datos de entrada, mayor fiabilidad tendrán los
resultados obtenidos.
¾
Módulo de cálculo: una vez programado el modelo con los datos de entrada, se le
somete a un cálculo previo en el que se solicitan los resultados en determinados puntos,
de los que se conocen las mediciones reales con objeto de realizar el ajuste del modelo.
Una vez ajustado y validado, se realizan las operaciones de cálculo que permiten establecer predicciones del nivel sonoro originado por la/las fuentes introducidas en el modelo, también se pueden realizar análisis de medidas correctoras, como pueden ser
pantallas acústicas ó aislamientos y su efectividad en los receptores, etc.
¾
Módulos de edición: que representan de forma gráfica los resultados obtenidos mediante tablas o mapas de isolíneas.
En España, no está establecido ningún modelo oficial para el tratamiento específico del
ruido ferroviario. Sin embargo, en el mercado están disponibles distintos programas, basados en métodos predictivos de otros países europeos, que son habitualmente utilizados:
¾
El modelo MITHRA, basado en el modelo oficial francés, tradicionalmente utilizado
tiene un potente algoritmo de cálculo que analiza los trayectos posibles entre un punto
Página 15 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
receptor y multitud de posibles fuentes sonoras, sin limitaciones en el orden de reflexiones ó difracciones.
¾
El modelo Schall – 03, desarrollado por el German Federal Railway, con criterios específicos para la predicción y cálculo de fuentes de tráfico ferroviario.
¾
Y últimamente se ha introducido en el mercado el programa Predictor, que utiliza el
método nacional de los Países Bajos (Standaard-Rekenmethode ll uit reken Meetvoorschiriften Railverkeerslawaai (RLM2)196, recomendado en la nueva Directiva del Parlamento Europeo y del Consejo.
Los tres modelos de cálculo han sido aplicados en trabajos de ruido ferroviario con resultados válidos y en los tres se puede establecer la misma crítica: los datos del material ferroviario introducidos en el modelo están caracterizados y suficientemente contrastados en los
países generadores del método pero, el parque de vehículos ferroviario español no está
caracterizado y el ajuste de los modelos se realiza mediante muestreos locales en la zona
de trabajo. Las características específicas de los trenes y de la infraestructura española
pueden diferir en algunos casos de los resultados obtenidos.
4.3.1. Método francés de la "Guide du bruit"
Las medidas realizadas en campo libre con trenes de composición y velocidad muy variada
en diferentes puntos de vía en Francia permitieron proponer una ley experimental de cálculo
de los niveles de ruido originados por el tráfico en una vía de ferrocarril.
Mediante una ley simple se puede determinar, al paso de un tren, el nivel sonoro L dB(A) a
una distancia D(m) del eje de la vía y una velocidad V(Km/h) conociendo las características
Lo y Vo a una distancia de referencia Do (por ejemplo 25 m).
L = Lo + 30 log
V
Vo
- K log
D
- Kd
en dB(A)
Do
El valor del coeficiente K esta próximo a 10 cuando el tren es largo (propagación cilíndrica) y
próximo a 20 cuando es corto (fuente puntual). Kd es un coeficiente dependiente de la directividad
Esta ley es aplicable de manera satisfactoria hasta 250 m de la vía, para velocidades comprendidas entre 80 y 300 km/h y circulación en campo abierto sobre railes colocados sobre
traviesas de hormigón y balasto. Mas allá de 250 metros el ruido ambiente y otros fenómenos ligados a la propagación toman una importancia creciente. Para otro tipo de vías es
preciso introducir correcciones.
Para calcular el nivel continuo equivalente LAeq(T) producido por la circulación de trenes
durante un periodo de tiempo T, hay que abordar varias etapas de cálculo:
1. Para cada tipo de tren, calcular el nivel sonoro, LAeq (te), al paso de un único tren,
en función de la velocidad del tren y de la distancia del receptor al eje de la vía férrea.
2. Calcular, en función del nivel sonoro LAeq (te) y del tiempo de exposición te, el nivel
continuo equivalente, LAeq(T), debido a cada tipo de tren, durante el periodo de tiempo
T considerado (por ejemplo T= 7-23 h, T= 23-7 h, T= 0-24 h).
Página 16 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
3. Teniendo en cuenta el número de trenes de un mismo tipo que circulan por la vía
considerada, calcular el nivel continuo equivalente LAeq(T), producido por el conjunto
de trenes de ese tipo que circulan durante el periodo T.
4. Sumar energéticamente los valores de LAeq(T) obtenidos para cada tipo de trenes.
1º paso: Cálculo del nivel sonoro al paso de un tren, LAeq (te).
El nivel sonoro, LAeq (te) producido por un tren, percibido por un receptor situado en campo
libre, se calcula a partir de la expresión siguiente:
L ( t ) = L - k log
Aeq
e
o
d
v
+ 30 log - k
d
v
o
siendo:
Lo :
k:
d:
V:
Vo:
kd :
d
o
Nivel sonoro de referencia emitido por un tren de un tipo determinado, circulando a la
velocidad Vo , percibido por un receptor situado a la distancia do.
Constante en función de la distancia. Depende de la longitud del tren. Valores comprendidos entre 12 y 20.
Distancia entre el receptor y el eje de la vía férrea, en metros.
Velocidad del tren en Km/h.
Velocidad del tren que emite un nivel Lo , a una distancia do .
Corrección en función de la directividad.
Esta fórmula es aplicable hasta 250 m de la vía para velocidades comprendidas entre 40 y
200 km/h, circulación en campo libre.
Nivel de refencia Lo
Es difícil fijarlo, dado la gran cantidad de factores que influyen. Desgraciadamente, no existe
aún en España una base de datos fiables que caractericen estos niveles para el parque
móvil y las infraestructuras de nuestro país.
A una velocidad dada, y para un mismo tren este nivel puede variar ± 5 dB(A) según el estado del material o el estado de la vía. Como referencia se pueden tomar los valores del
cuadro siguiente (S.C.N.F.) en el que se han añadido valores de referencia para el AVE y
Talgo español, obtenidos por el Programa de Contaminación Acústica del Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas.
Página 17 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
Valores de Referencia
TIPO DE TREN
Longitud
media (m)
do ( m )
Vo (Km/h)
Lo dB(A)
Expreso
200
25
200
89
Cercanías
100
25
100
79
Metro
75
7,5
60
79
Talgo
250
25
200
90
Ave
240
25
250
92
Mercancías
325
25
100
88
Automotor
40
25
120
85
TABLA 2. NIVEL SONORO DE REFERENCIA SEGÚN EL TIPO DE TREN
Coeficiente K.
Para simplificar los cálculos, los elementos geométricos de atenuación (longitud y tipo de
trenes), así como los efectos de absorción por aire, han sido integrados en un único coeficiente cuyo valor K ha sido fijado gracias a estudios experimentales
TIPO DE TREN
VALORES DE K
Mercancías (trenes largos)
K = 12
Rápidos, Talgos, AVE
Longitud media
K = 15
Cercanías (trenes cortos)
K = 16
Máquina aislada, Automotor
K = 20
TABLA 3. COEFICIENTE K SEGÚN EL TIPO DE TREN
Efecto de la directividad: Kd
En un plano perpendicular al eje del tren, se debe considerar una disminución del nivel sonoro debido al efecto pantalla que produce el chasis de los vagones.
Página 18 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
FIGURA 10. RUIDO DE TRENES EN CIRCULACIÓN
Esta disminución, sólo se produce para valores de ángulo α respecto de la horizontal superiores a 30º y responde a la fórmula empírica:
Kd = Aα + B
donde
Kd es la disminución en dB(A) por el efecto de directividad
α expresado en grados es el ángulo que forman la horizontal y la línea que une el punto
receptor con el eje de la vía
A y B son coeficientes que en Francia y después de haber realizado un gran número de
medidas in situ con diferentes tipos de trenes han fijado en:
A = 0,15 y B = -4,5
Para facilitar el cálculo puede utilizarse la siguiente tabla-resumen obtenida introduciendo
los valores de A y B en la expresión anterior.
Página 19 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
Angulo α formado por el
rayo acústico y la horizontal
en grados
Kd
10º
20º
30º
40º
50º
60º
70º
80º
90º
0
0
0
1,5
3
4,5
6
7,5
9
TABLA 4 RELACIÓN ÁNGULO α Y VALORES
Tiempo de exposición al paso de un tren.
El tiempo de exposición de un receptor al ruido del tren es, igual a la duración que separa el
instante de aparición del ruido y el de su desaparición.
Se entiende fácilmente que la aparición del ruido del tren, depende del ambiente sonoro
general que existe en un lugar; en un ambiente tranquilo el ruido aparece muy pronto y su
duración es larga; por el contrario en un ambiente ruidoso aparece poco tiempo antes que el
paso de un tren y dura poco.
Por tanto es necesario establecer un criterio independiente del lugar donde nos situemos
para el estudio del ruido de los trenes.
Diversos autores coinciden, tras numerosas campañas de medidas in situ, en afirmar que el
tiempo de exposición es función de la longitud del tren, de su velocidad y de la distancia del
receptor al eje de la vía.
El tiempo de exposición aumenta si la longitud del tren aumenta y si la distancia del receptor
al eje de la vía aumenta. A la inversa el tiempo de exposición disminuye si la velocidad aumenta.
El C.S.T.B. (Francia) recomienda la fórmula siguiente para el cálculo del te:
2
te =
donde:
l ⎛ 2d ⎞
⎜ ⎟ +1
v ⎝ l ⎠
l: longitud del tren en metros
v: velocidad en m/sg
d: distancia del receptor a la vía en metros
Generalmente puede emplearse una fórmula aproximada, cuya expresión es:
te =
l:
V:
d:
3,6 x l 6 x d
+
V
100
(sg)
longitud del tren en metros.
velocidad del tren en Km/h.
distancia del receptor a la vía en metros.
Página 20 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
2º paso: Cálculo del nivel continuo equivalente, LAeq(T), de un tren
En el caso de que circulara un único tren durante el periodo de referencia T, el nivel sonoro
equivalente para el periodo sería:
⎡t
L = 10 log ⎢ 10
⎣T
e
Aeq
te :
T:
LAeq(te):
L Aeq (te)
10
⎤
⎥⎦
tiempo de exposición en segundos.
Tiempo, en segundos, durante el cual se va a calcular el LAeq.
Nivel sonoro al paso de un tren.
3º paso: Cálculo del LAeq T (para todos los trenes de un determinado tipo)
Teniendo en cuenta el número de trenes de un mismo tipo que circulan por la vía considerada, podemos calcular el nivel continuo equivalente LAeq(T), producido por el conjunto de
ellos para el periodo T.
L (T )(n trenes) = L (T )(1 tren) + 10 log n
Aeq
Aeq
siendo n el número de trenes de un determinado tipo que circulan durante el periodo T
4º paso: Cálculo del índice final LAeq T(para todos los trenes)
Para obtener el índice final se suman energéticamente los valores obtenidos para cada tipo
de tren en el paso 3
[
L (T ) = 10 log Σ 10
Aeq
L Aeq (ntrenes)
10
]
Posibles correcciones
El método para ferrocarriles se basa en datos de referencia en campo libre. Por ello pueden
establecerse correcciones en caso de calcular niveles de ruido en fachada sumando al resultado el valor K reflex
K reflex = 0 , para condiciones de campo libre
K reflex = de 2 a 3 , para observadores situados a menos de 2 m de una fachada
Análogamente a lo que sucede en los métodos de previsión de niveles sonoros originado
por el tráfico de carreteras, es preciso corregir los valores obtenidos en función de los distintos efectos que pueden producirse en la propagación del sonido: atenuación por obstáculos,
efecto de desmontes y terraplenes, suelos muy absorbentes o muy reflectantes, etc.
Página 21 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
Ejemplo de aplicación
Calcular el nivel sonoro equivalente LAeq (7-23h), originado por una vía en la que circulan
200 trenes de diversas categorías desde las 7 h a las 23 h. El receptor está situado a 6 m
de altura y a 2 m de la fachada de un edificio que a su vez está situado a 42 m del eje de la
vía.
Las categorías de los trenes son:
¾ 80 trenes de cercanías de longitud
¾ 60 trenes expresos de longitud
¾ 40 trenes mercancías de longitud
¾ 20 Automotores de longitud
l = 80m circulando a 100km/h
l = 250m circulando a 180km/h
l = 450m circulando a 100km/h
l = 50m circulando a 120km/h
1º paso: Cálculo del nivel sonoro al paso de un tren LAeq (te) (1 tren), en función de la velocidad del tren, de la distancia del receptor al eje de la vía férrea y de los niveles de referencia
Lo.
L Aeq ( t e ) = Lo - k log
d
+ 30 log
do
v
vo
En nuestro caso para todos los tipos de tren: Kd = 0; d = 40 m;
- kd
do = 25 m;
Consultando la tabla de valores de referencia se obtiene
cercanías:
Lo = 79 dB(A); Vo = 100 km/h; K = 16; V = 100 Km/h LAeq (te) = 75,7 dB(A)
tren expreso:
Lo = 89 dB(A); Vo = 200 km/h; K = 15; V = 180 Km/h
LAeq (te) = 84,5 dB(A)
tren de mercancías:
Lo = 88 dB(A); Vo = 100 km/h; K = 12; V = 100 Km/h
LAeq (te) = 85,5 dB(A)
automotor:
Lo = 85 dB(A); Vo = 120 km/h; K = 20; V = 120 Km/h
LAeq (te) = 80,9 dB(A)
2º) Calcular, en función del nivel sonoro LAeq (te) y del tiempo de exposición te, el nivel continuo equivalente, LAeq(T), debido a cada tipo de tren, durante el periodo de tiempo T considerado.
Página 22 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.
Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008
⎡
L Aeq ( t e ) ⎤
t
⎥
L (T) = 10 log ⎢ 10
10
⎢T
⎥
⎣
⎦
e
Aeq
t=
e
3,6l 6d
+
V
100
T = 16 horas = 57600 segundos
d = 40 m
cercanías:
l = 80 m;
v = 100 km/h;
te = 5,3 s;
LAeq (te) = 75,7 dB(A);
LAeq = 35,4 dB(A)
v = 180 km/h;
te = 7,4 s;
LAeq (te) = 84,5 dB(A);
LAeq = 45,7 dB(A)
v = 100 km/h;
te=18,6 s;
LAeq (te) = 85,5 dB(A);
LAeq = 50,6 dB(A)
v = 120 km/h;
te=3,9 s;
LAeq (te) = 81 dB(A);
LAeq = 39,2 dB(A)
expreso:
l = 250 m;
mercancías
l = 450 m;
automotor:
l = 50 m;
3º) Cálculo del LAeq para el conjunto de trenes de cada tipo
LAeq(n) = LAeq(tren) + 10 log n
cercanías:
LAeq = 35,3 dB(A); n = 80; LAeq total = 54,4 dB(A)
expreso:
LAeq = 45,6 dB(A); n = 60; LAeq total = 63,4 dB(A)
mercancías:
LAeq = 50,5 dB(A); n = 40; LAeq total = 66,7 dB(A)
automotor:
LAeq = 39,3 dB(A); n = 20; LAeq total = 52,2 dB(A)
4º) LAeq del total de trenes
54,3 ⊕ 63,4 ⊕66,5 ⊕ 52,3 = 68,6 dB(A)
Corrección por fachada
K reflex = 3
68,6 + 3 = 71,6 dB(A)
RESULTADO L Aeq (7-23h) = 71,6 dB(A)
Página 23 de 23
©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).
Documentación elaborada por el autor/a para EOI.
Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.