O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSp o o r we g b o u wcement 1999 3 73De eerste ballastloze spoorcon-structie op basis van ingebeton-neerde dwarsliggers is in hetbegin van de jaren zeventig inopdracht van de Duitse overheiddoor de Technische UniversiteitM?nchen ontwikkeld (Pr?famtf?r Bau von Landesverkehrswe-gen). De ontwikkeling maaktedeeluitvaneenruimeronderzoeknaarhetwiel/rail-contactbijhoge-snelheidslijnen.H e t e e r s t e c o n c e p t v a nd e R h e d a - c o n s t r u c t i eOp basis van ervaringen bij dewegenbouw werd een systeemmet verschillende lagen ontwik-keld. Belangrijkste kenmerkenwaren een grote stijfheid en eenvan boven naar onder afnemendeelasticiteitsmodulus, teneindehet `pompen' van de betonplatentegen te gaan. Enkele jaren eerder(Hirschaid, 1967) waren proevenmet ballastloze spoorconstructiesop basis van prefab platen hieraanten onder gegaan. Er werd boven-dien veel aandacht besteed aanhet bewegen en vervormen van deconstructie door temperatuurwis-selingen. Het concept (fig. 1) werdin 1972 op een proefvak van650m in het station Rheda (lijnHamm - Bielefeld) aangelegd. Indezelfde tijd werd ook een proef-vak gebouwd op basis van een inhet werk gestorte betonplaat,waarop nadien de spoorstaafbe-vestigingen werden aangebracht.Dit had plaats op dezelfde spoor-lijn,inOelde(ziehetvorigeartikelin deze serie).De basis van de Rheda-construc-tie wordt gevormd door een 2,8 mbrede doorgaande gewapend-betonplaat van 140 mm dikte. Dewapening is in de neutrale lijnaangebracht. De plaat is aan deuiteindendoorbalken600x1200mm2in de grond verankerd.Verkorting van de plaat bij tem-peratuurdaling wordt door dewapening en de verankering ver-hinderd. De continu?teit van deverbinding tussen de verschil-lende lagen van het systeem ishierdoor verzekerd. Bovendienwasuitdewegenbouwbekenddateen doorgaand gewapende plaatmet vrije scheurvorming zichonder belasting en bij zetting vande ondergrond beter gedraagt daneen plaat met voegen (gestuurdescheurvorming), omdat er geen`trappen' optreden. Het langswa-peningspercentage werd op basisvan langdurige ervaring in dewegenbouw vastgesteld op 0,8%.Onder de gewapend-betonplaatbevindtzicheenlaagvan200mmstyroporbeton (beton met lichtetoeslagmaterialen, volumiekemassa 650 kg/m3, elasticiteits-modulus 1500 N/mm2). Doel vande laag is het indringen van vorstin de ondergrond te voorkomen,opdat er geen ongelijkmatige zet-tingen door vorst/dooi-cycli ont-staan. De laag draagt ook bij aande lastverdelende werking enspeelt een rol in de afbouw van deelasticiteitsmodulus in de rich-ting van de ondergrond. Ten be-hoeve van een gecontroleerdescheurvorming werden in de sty-roporbetonlaag om de 6 m zaag-sneden aangebracht met eendiepte van 40 mm (hier dus wel!).De dwarsliggers zijn ingestort ineen laag gietbeton. Het spoor-raamwerk en het gietbeton zijnmet de basisplaat verbonden dooruit de basisplaat stekende wape-ning.Op basis van de volgende argu-menten werd gebruikgemaaktvan dwarsliggers:- de juiste spoorwijdte en spoor-staafhelling konden directgerealiseerd worden;- de dwarsliggers bevatten despoorstaafbevestiging;- aan de nauwkeurigheid vanuitvoering van de draagplaatkonden minder strenge eisenworden gesteld;- scheuren in de dragende plaatter plaatse van de spoorstaaf-bevestigingen werden verme-den;- door de dwarsliggers treedt erToepassing van beton in de spoorwegbouw, deel 2DwarsliggersystemenSinds de jaren zeventig worden ballastloze spoorconstructies op basis vandwarsliggers ontwikkeld, beproefd en toegepast. Bij de ontwikkeling isgebruikgemaakt van ervaringen uit de wegenbouw. Er wordt onderscheidgemaakt tussen monoliete dwarsliggersystemen (`ingebetonneerde dwarslig-gers') en gescheiden systemen. De dwarsliggers worden om een aantal prak-tische redenen in de constructie opgenomen.ir. K.H. Oostermeijer enir. K.A.M. Ingels,Projectorganisatie HSL-Zuid,Holland Railconsult1 | Eerste concept Rheda-constructieO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSp o o r we g b o u wal een zekere belastingssprei-ding op (in tegenstelling toteen rechtstreekse bevestigingvan de spoorstaaf op dedragende plaat). De totaleconstructiehoogte nam tenopzichte van de plaat metrechtstreekse bevestiging(Oelde) echter wel toe vancirca 660 mm naar circa780 mm.Door krimp en temperatuureffec-ten is een scheur te verwachtentussen dwarsligger en gietbeton(grootte-orde 0,1 mm). Door deconische vorm van de dwarslig-gers werd verwacht dat de dwars-liggers beter in het beton zoudenworden verankerd. Om de veran-kering nog verder te verbeterenwerden ook nog drie wapenings-staven in langsrichting door ope-ningen ? 30 mm in de dwarslig-gers en in de uit de betonplaatstekende beugels geschoven.Op het proefvak Karlsfeld (1977)blijkt dat de krimpscheur tussengietbeton en dwarsligger weldegelijk problemen geeft bij vorsten dooi. Een aantal dwarsliggersligt los en rond de losliggendedwarsliggers zijn plekken metbetonmeel waar te nemen (foto's2 en 3).V e r d e r e o n t w i k k e l i n g e nv a n d e R h e d a - c o n s t r u c t i eSinds de eerste toepassing in hetstation Rheda is een aantal wijzi-gingen aan het systeem door-gevoerd, hetgeen heeft geleid toteen groot aantal bouwvormen(fig. 4 en 5):- De verkanting wordt in deonderbouw aangebracht, waar-door de spoorconstructie eenconstante doorsnede krijgt.- In de dwarsliggers wordenschroefhulzen ingestort om zemet spindels zijdelings en inhoogte te kunnen stellen.- De doorgaande gewapend-betonplaat wordt als een troguitgevoerd (foto's 6, 7 en 8):- de spindelconstructie steuntop de zijkant van de trog;- de zijwand van de trog doetdienst als bekisting voor hetgietbeton;- de bovenkant van de zijwandenvan de trog wordt gebruiktals loopweg voor machinesom het gietbeton te stortenof om het spoorraamwerk inte bouwen, indien de spin-dels verticaal door de dwars-liggers zijn aangebracht.- Geen uitstekende wapeninguit de plaat in verband met hetstorten van de plaat met eenslipformpaver.6 | Rheda-constructie, systeem Koehne, stellen dwarsliggers v??r aanbrengen gietbeton2 | Proefvak Rheda-constructie te Karlsfeld,losliggende dwarsliggersmet betonmeelfoto's: ir.K. Ingels3 | Detail van foto 25 | Rheda-constructie, systeem Berlin4 | Rheda-constructie, systeem Koehne, met dwarsdoorsnede wapeningO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSp o o r we g b o u wcement 1999 3 75- Om parasitaire krachten in dedwarsliggers te vermijden bijhet berijden van het nog nietingestorte spoorraamwerkworden het oppervlak van deplaat of de onderkant van dedwarsliggers aangepast:- in het midden van de door-gaande gewapend-betonplaatwordt een sleuf gemaakt(breed 800 mm, diep20 mm), of- boven op de betonplaatworden kleine opstortingenaangebracht (ook te gebrui-ken om stelplaatjes onder dedwarsliggers aan te brengenwanneer deze niet verticaalmet spindels wordengesteld), of- de dwarsliggers wordendikker uitgevoerd ter plaatsevan de spoorstaafbevesti-gingen.- Dwarsliggers met uitstekendewapening om de verbindingtussen dwarsligger en giet-beton te verbeteren.- In de trog wordt geotextielaangebracht als scheidingtussen trog en gietbeton.In het geval van beschadiging(ontsporing) kunnen gietbetonen dwarsliggers vernieuwdworden met behoud van detrog.- In plaats van de styroporbeton-laag wordt onder de dragendeconstructie een hydraulischgebonden draaglaag van 300mm aangebracht.Op basis van de voorgaande ont-wikkelingen en de `Anforde-rungskatalog zum Bau der FestenFahrbahn' (de door de DB op-gestelde specificaties) wordt deRheda-constructie in Duitslandop dit ogenblik als meest gang-bare ballastloze spoorconstructietoegepast (foto 9).OpdehogesnelheidslijnHannover- Berlijn die tussen 1991 en 1998is gebouwd, is van de totale lengtevan 247 km meer dan 90 km bal-lastloos uitgevoerd. Hiervan isbijna 60 km volgens de Rheda-constructie gebouwd.Een bijzondere vormvandeRheda-construc-tie is door de spoor-bouwerHeitkampont-wikkeld en als proefingebouwd bij Wag-h?usl (1996). Hierbijwordt in de betonnentrog een `klassiek'spoor in ballast ge-bouwd, waarna deholle ruimten tussende ballastkeien meteen vloeimortel worden gevuld.Ertradreedsnatweejaaromvang-rijke schade op (foto 10).Z ? b l i n - c o n s t r u c t i eDe Z?blin-constructie is geba-seerd op het principe van de inge-betonneerde dwarsligger, maarwijktinuitvoeringsmethodesterkaf van de Rheda-constructie (fig.11). In een langsbekisting wordteen 280 mm dikke betonplaatgestort. De plaat is voegloos, in de7 | Rheda-constructie, systeem Koehne, detail spindels 8 | Rheda-constructie, systeem Heilit + Woerner9 | Rheda-constructie, systeem Berlin10 | Rheda-constructie, proefvak Wagh?usl, losliggende dwarsliggers11 | Z?blin-constructieO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSp o o r we g b o u wcement 1999 376neutrale as gewapend en hierdooronderhevig aan vrije scheurvor-ming.Nahetstortenvandebeton-laag rijdt op de langsbekisting eenmachine die per arbeidsgang tiendwarsliggers in het nog versebeton trilt. Zelfs tot verkantingenvan 150 mm zijn geen problemenondervonden door opwelven ofinzakken van het verse beton aande randen van de ingetrildedwarsliggers of aan de rand vande bekisting.De machine voor het intrillen vande dwarsliggers wordt optischgestuurd om de dwarsliggersvolgens de vereiste langshellingen verkanting in te bouwen. Hetaantal in ??n arbeidsgang in tetrillendwarsliggerswordtbeperktdoor de straal van het te realiserentrac?.G e s c h e i d e n - d w a r s l i g g e r -s y s t e m e nPrincipeTegenoverdemonolietesystemenstaan de opgebouwde (= geschei-den) dwarsliggersystemen. Hier-bij worden betonnen dwarslig-gers op een dragende laag gelegden hiermee verbonden. De be-proeving en toepassing hiervan isveel beperkter en van veel recen-tere datum dan die van de mono-liete systemen.Direct opgelegde dwarsligger-systemen op betonplaatBij de Constructie BTD V2 (BetonTragschicht mit Direktauflage-rung der Schwellen) wordenbetonnen dwarsliggers met tus-senvoeging van een geotextieldirect op een 180 mm dikkebetonplaat gelegd. De dwarslig-gers zijn door middel van ??n ver-ticaal anker aan de betonplaatvastgeschroefd. Door de directeoplegging worden zeer hoge pre-cisie-eisen gesteld aan de maat-voering van de betonplaat en dedwarsliggers.Direct opgelegde dwarsligger-systemen op asfaltDe ATD-constructies (AsphaltTragschicht mit Direktauflage-rung der Schwellen) bestaan uiteen asfaltlaag van 300 mm, aan-gebracht in vier arbeidsgangen,met een nok, breed 600 mm,hoog 50 mm. De nok past tussendeblokkenvandeduoblok-dwars-liggers (fig. 12). De overblijvenderuimtetussendenokendedwars-ligger is met een elastisch blij-vende gietmassa opgevuld. Detoegelaten hoogteafwijking vanhet oppervlak van de asfaltlaag is+/- 2 mm. Om eventuele oneffen-heden bij de plaatsing op tevangen is reeds bij de productieonder de dwarsliggers een geo-textiel aangebracht.Door het visco-elastisch gedragvan het asfalt bij hoge temperatu-ren worden eventuele oneffenhe-den door de belasting uitgevlakt.De mengselsamenstelling moetzodanig zijn dat er onder belas-ting geen sporen ontstaan waarinwater blijft staan. Als gevolg vanvorst/dooi-cycli kan hierdoorpompwerking ontstaan.Voor de verankering van dedwarsliggers zijn ook nog anderetechnieken ontwikkeld:- dwarsliggers met nokkenonderaan die met gietasfaltworden verankerd in sleuvendie in de asfaltlaag zijngefreesd;- verankeringsdeuvels tussen dedwarsliggers en de asfaltlaag.sL i t e r a t u u r1. Eisenmann, Eisenbahnober-bau f?r hohe Geschwindigkei-ten. EisenbahntechnischeRundschau, 21 / 6 / 217, 1972.2.Eisenmann et al., Entwick-lung, bemessung und Erfor-schung der SchotterlosenOberbaues `Rheda'. Archiv f?rEisenbahntechnik, 34 / 23,1979.3. Hiliges, Einsatz der FestenFahrbahn auf den Neubaust-recken der Deutschen Bundes-bahn. Eisenbahn Ingenieur,38 / 7 / 347, 1987.4. Fatenau et al., Die Feste Fahr-bahn Bauart Z?blin. Eisen-bahntechnische Rundschau,40 / 7 / 443, 1991.5. Oberweiler et al., Die For-schung zur Entwicklung derFeste Fahrbahn. Eisenbahn-technische Rundschau,41 / 11 / 753, 1992.6. Berthier et al., Feste Fahr-bahn, Stadtbahn Berlin. Eisen-bahn Ingenieur, 46 / 11 / 782,1995.7. Hiliges et al., Feste Fahrbahn,Bauart Rheda auf Erdk?rper.Eisenbahn Ingenieur,46 / 5 / 298, 1997.12 | ATD-constructie met monoblokdwarsligger