Train induced ground vibration : a hybrid time and frequency domain modelling technique

Ground vibration from trains is an increasingly important environmental problem. This study investigates an effi cient methodology to predict the levels of vibration induced by a train pass-by. The vibration induced by trains can be divided in two groups: perceptible vibration, that is confi ned in the range 2-80 Hz, and the ground-borne noise, which is due to vibration in the range 20-200 Hz and can induce noise radiation from the walls and floors of buildings close to the railway. Two existing softwares have been used during this work of thesis to study this phenomenon: one simulates the passage of the train and operates in the time domain developed at Politecnico di Milano; the other solves the propagation of waves in the ground, developed at University of Southampton, and works in the frequency/wavenumber domain. A post-rocessing method of the results from the two softwares, called the hybrid method, has been implemented, using some existing theory, in order to obtain the levels of vibration of the ground at a certain receiver, due to the passage of the train. Since this methodology can be applied for any con guration of train and ground, results of the hybrid model, for di erent con gurations, are reported. The two main examples are a case of track lying on a multi-layer ground and a case of an underground tunnel.

Le vibrazioni indotte dal passaggio di treni stanno diventando un problema rilevante per il confort delle aree ad alta densit à di popolazione e nelle aree industriali. In questa tesi e proposto un nuovo metodo per calcolare i livelli di vibrazione del terreno in una qualsiasi posizione, indotti dal passaggio di un treno. Le vibrazioni indotte dai treni possono essere divise in due gruppi: vibrazioni che possono essere percepite, che esistono in un range di frequenze comprese tra 2-80 Hz, e ground-borne noise, che sono vibrazioni in un range 20-200 Hz e possono generare emissione acustica dalle pareti e dal pavimento all'interno delle strutture vicino alle linee ferroviarie. Per questo lavoro di tesi sono stati utilizzati due software gi à esistenti per studiare questo fenomeno: uno che simula il passaggio del treno e opera nel dominio del tempo, sviluppato presso il Politecnico di Milano; l'altro risolve il problema di propagazione delle onde nel terreno e lavora nel dominio delle frequenze numeri d'onda, sviluppato presso la University of Southampton. è stato quindi implementato un metodo di post elaborazione dei risultati dei due software, chiamato modello ibrido, basato su della teoria gi à esistente, in grado di predire i livelli di vibrazione in una certa posizione dovuti al passaggio del treno. Dato che questa metodologia e molto generale sono proposti risultati per diverse confi gurazioni di terreno alla fine di questo lavoro.