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Noise and Vibration from Railroad Traffic

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Handbook of Engineering Acoustics

Abstract

The overdue beginning of new construction and development of train tracks since the 1960s coincided in the 1970s with an increasing sensitivity of the population towards noise, especially road traffic noise. This sensitivity has constantly increased since then and has significantly influenced the legislation concerning traffic noise. Today, in Germany all construction plans for traffic routes must also include an ensured prediction of the effect of noise on the residents.

[Submitted 11 September 2006] The authors thank all the colleagues of Deutsche Bahn AG, Systemtechnik München, as well as of various acoustic engineering companies and institutes, who have given active support in procuring data and in drawing up the manuscript.

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Notes

  1. 1.

    In German: Feste Fahrbahn = ballastless track (slab track), different types of constructions; see, for example, [24, 95].

  2. 2.

    TGV = Train à Grande Vitesse (high-speed train of French National Railway SNCF)

  3. 3.

    If the required elasticity is largely supplied from the ballast bed, as usual.

  4. 4.

    Dependent on the structure and mass of the sleeper.

  5. 5.

    \( {f_s}[{\text{Hz}}] = \frac{{{\text{train}}{\text{speed}}({\text{km}}/{\text{h)}}}}{{3.6 \cdot {\text{spacing}}\;{\text{between}}\;{\text{sleepers}}({\text{m)}}}}, \)

  6. 6.

    The prerequisite is especially that the requirements for the reduction of structure-borne space desired, are not so high and, as in the present case of the steel bridge to be redevelopment, the vehicle impedance is comparably low (see above Fig. 16.22), so that acoustically optimised ballast mats could not reach their full effect (see also below, Fig. 16.79: ballast mats on cement-bonded gravel sublayer of an open surface line).

  7. 7.

    The term “active” was introduced for railway traffic for nearby sound source secondary measures.

  8. 8.

    According to Cremer et al. [82]), “structure-borne noise” denotes the field of physics, “… related to the generation, transmission and radiation of (usually very small) periodic oscillations and forces in solid bodies.” In this respect, the word “noise” indicates that the main focus is on higher frequencies, roughly in the range of 16 Hz to 16,000 Hz. Oscillations and waves in lower frequencies are generally covered by the field of mechanical vibration or seismic waves.

  9. 9.

    In particular, electro-dynamic measuring devices, so-called geophones are used to measure very-low-frequency vibrations. These devices are capable of directly measuring the vibration velocity.

  10. 10.

    Scheme for identifying different superstructure types, for example: W54 number B58 (short form: W54 B58), i.e. (a) (b) (number) (c). (a) fastening type: W for angled guide plate with clip, K for rib plate with clamp or clip; (b) rail type: 54 or 60 for rail S54 or UIC 60; (number) number of sleepers per 1000 meters of track, usually 1667 (this number is often left out); (c) sleeper type: B58/B70 for concrete sleepers, H for timber sleepers; for basic information on superstructure and permanent way, see Fiedler [246] for example.

  11. 11.

    See the footnote 10 to Fig. 16.53.

  12. 12.

    Furthermore, it should be taken into account that the fifth Harmonic of the wheel rotation frequency at a wheel radius of roughly 3 m is very close to the sleeper-spacing frequency; for example, this the case with the German ICE trains.

  13. 13.

    This expression is not particular apt for drawing the distinction to the other superstructure types, as fundamentally speaking every normal kind of track superstructure, including ballasted track, is a form of “mass-spring system”. Nevertheless, this term is also used here, as it has become rooted in the relevant literature [247] and is now widely used.

  14. 14.

    This is often referred to as “bedding stiffness”. In this respect, it should be noted that this actually only refers to the stiffness of the ballast bed including the subgrade or concrete foundation (see Sect. 16.2, Fig. 16.18), while the spring stiffness of the superstructure also includes the bending stiffness of the rail and the stiffness of the baseplate pads between the rail and the sleepers.

  15. 15.

    Quotation from: “Advanced Training in Track Superstructure and Running Surface - Irregularities on Rails”. Information sheet of the former Central Office of the Federal Railways (BZA), Munich, Department 86.

  16. 16.

    InterRegio train (qualified express train) and InterCity train are deemed as identical in terms of technical aspects related to structure-borne noise in respect of the coach materials.

  17. 17.

    Exact relationship according to Wettschureck et al. [134]:

    $$ {\omega_0} = 1.7 \cdot \frac{{{{\left( {{s_S}/l} \right)}^{{3/8}}} \cdot {B^{{1/8}}}}}{{{M^{{1/2}}}}}, $$

    with B bending stiffness of the rail (N·m2)

    l reference length (m)

  18. 18.

    For ballastless “mass-spring systems” the construction height is generally considerably lower as compared to the outline sketch in Fig. 16.71.

  19. 19.

    Referred to as “Light Mass Spring Systems” (LMSS) for trams and urban railways. The corresponding terms in German and French are “Leichtes Masse-Feder-System” and “Dalle flottante”, respectively.

  20. 20.

    The test track was located on a section at an abandoned station, i.e. even after removal of the platforms the ballast bed still did not have “open” shoulders, but was rather “confined”. As a result, the superstructure cross section set forth in Fig. 16.76 is different from the outline sketch presented in [260], Fig. 16.67, in accordance with the field conditions.

  21. 21.

    H = layer thickness at the thinnest point in the layer, also known as critical layer thickness, cf. Melke [179].

  22. 22.

    In interpreting Fig. 17.83, at frequencies under roughly 16 Hz it must be taken into consideration that with artificial excitation the applied vibration energy is not always sufficient to excite the structure to an adequate degree, resulting in limitations on the reliability of measurement results in this frequency range.

  23. 23.

    As regards the adequacy of the commonly used term “Light Mass Spring System”, please refer Footnote 13 in Sect. 16.3.2 for an explanatory note on the expression “Mass-Spring System”.

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Authors and Affiliations

  1. Gstädtstrasse 36, 82439, Großweil, Germany

    Rüdiger G. Wettschureck

Authors
  1. Rüdiger G. Wettschureck
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  2. Günther Hauck
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  3. Rolf J. Diehl
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  4. Ludger Willenbrink
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Corresponding author

Correspondence to Rüdiger G. Wettschureck .

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Editors and Affiliations

  1. , Lehrstuhl für Baumechanik, Technische Universität München, Arcisstraße 21, München, 80333, Germany

    Gerhard Müller

  2. , Institut für Technische Akustik, Technische Universität Berlin, Einsteinufer 25, Berlin, 10587, Germany

    Michael Möser

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© 2013 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

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Wettschureck, R.G., Hauck, G., Diehl, R.J., Willenbrink, L. (2013). Noise and Vibration from Railroad Traffic. In: Müller, G., Möser, M. (eds) Handbook of Engineering Acoustics. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-69460-1_16

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-69460-1_16

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  • Online ISBN: 978-3-540-69460-1

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