TRANSRAPIDTUSSEN RIJDEN EN VLIEGENG.J.M. de Vries en E.J.H.Sachse, Betondispuut*Op de Transrapid Versuchsanlage Emsland (TVE) test de Duitse industrie deTransrapid magneetzweeftrein, op een testbaan van 31,5 km lengte. Ditvervoermiddel, dat een aanvulling kan zijn op de bestaande vervoersystemen (autctrein en vliegtuig), is gebaseerd op de magneetzweef-techniek en vraagt detoepassing en ontwikkeling van moderne technologie?n.Het systeem is op de luchtweerstand na wrijvingsloos en produceert naarverhouding weinig lawaai. Ook is het energieverbruik relatief laag in vergelijkingmet huidige railvervoersystemen en het luchtverkeer. Met deze techniek zijnsnelheden tot 400 ? 500 km/h mogelijk.anaf 1969 is de industrie inDuitsland al bezig met het ont-wikkelen van de magneet-zweeftechniek, ten behoeve van het ver-voersysteem 'Transrapid'.In 1974 was de techniek zover gevor-derd, dat men een operationeel systeemkon tonen op een testbaan van 2400 me-ter lengte. De Transrapid 04, het vierdemodel in de ontwikkelingsreeks, be-haalde met een snelheid van 253,2 km/heen nieuw wereldrecord voor bemandevoertuigen.In 1979 vervoerde de Transrapid 05, opde internationale verkeerstentoonstel-ling in Hamburg, 50.000 personen meteen gemiddelde snelheid van 90 km/hover een 908 meter lange baan.Al in 1978 was de beslissing genomenom een groots opgezette testbaan tebouwen voor deze zweeftreinen. Dit re-sulteerde in de 'Transrapid Versuchsan-lage Emsland'. Op deze testbaan reed in1982 de Transrapid 06 met een snelheidvan 412 km/h opnieuw een nieuw we-reldrecord.Met de komst in 1989 van de Transrapid07 die ontworpen is voor een snelheidvan ongeveer 500 km/h, nadert men heteinde van de testfase en wil men aanto-nen dat het magneet-zweefsysteem vergenoeg is ontwikkeldom operationeelte worden ingezet op een commercieeltraject.* Tijdens een excursie van hetBetondis-puut eind 1989 is de hier besprokentestbaan bezocht.Het principeDe magneet-zweeftechniek is geba-seerd op een elektromagnetisch draag-en geleidingssysteem. Het systeem be-staat uit elektromagneten gemonteerdaan het voertuig en ferromagnetischeankerrails in de baan (fig. 1). De draag-magneten trekken het voertuig van on-deraf naar de baan toe en tillen het hier-door van de baan. De geleidingsmag-neten houden het voertuig in het spoor.De luchtspleet tussen het voertuig en debaan bedraagt slechts 10 mm. Een elek-tronisch regelsysteem bewaakt met sen-soren de afstand en stuurt de aantrek-kingskracht van de magneten. Bij hetuitschakelen van het magnetisch draag-systeem of ingeval van storing, komt hetvoertuig op een geveerd glij systeem terusten.Het voertuig heeft een a?rodynamischevorm om de luchtweerstand te minima-liseren. Bij het ontwerp zijn tal van erva-ringen uit de vliegtuigbouw gebruikt.Onder meer is voor de constructie vanhet voertuig gebruik gemaakt van dealuminium-sandwich bouwmethode.Het aandrijfsysteem van de Transrapidis een langsstator-lineair motor. Aanbeide zijden van de baan zijn langssta-toren gemonteerd, die met draaistroomworden gevoed. Door de frequentie vande draaistroom te vari?ren, kan men desnelheid van het voertuig sturen. Dewerking is te vergelijken met een open-gesneden elektromotor. De Statoren zijnlangs de baan gelegd en het voertuig,met zijn elektromagneten, is de rotor.De motor zit hier eigenlij in de baanenCement 1991 nr. 4V63niet zoals gebruikelijk in het voertuig.Door de stroomrichting om te kerenkan men het voertuig afremmen. Voordit doel en tevens om met meerderetreinen op een traject te kunnen 'rijden',is de baan opgedeeld in secties, die onaf-hankelijk van elkaar met stroom gevoedworden.De magneet-zweeftrein heeft voornoodgevallen ook een mechanisch rem-systeem. De elektrische voorzieningenin het voertuig, worden boven een snel-heid van 85 km/h gevoed door middelvan, door inductie uit de baan verkregenelektrische energie. Beneden deze snel-heid voedt een reeks accu's deze voor-zieningen zoals besturing, verlichting,verwarming, ventilatie.De testbaanDeze bestaat uit een recht traject meteen lengte van 9,6 km met aan de uitein-den keerlussen (fig. 2). De noordehjkekeerlus heeft een lengte van 12,5 km eneen straal van 1690 m. De zuidelijkekeerlus heeft een lengte van 9,4 km eneen straal van 1000 m. Het onderzoeks-centrum bevindt zich vlak voor het be-gin van de zuidelijke keerlus en wordtdoor middel van een apart stuk baanmet de eigenlijke testbaan verbonden.Daar waar de keerlussen beginnen zijnwissels aangebracht. In rechtstand is demaximale snelheid waarmee de wisselbereden mag worden, 400 km/h. In af-gelakte stand bedraagt de maximalesnelheid 200 km/h. De wissels bestaanuit een slanke stalen ligger, met eenlengte van 150 m die over de volle lengteelastisch wordt gebogen. De omzettijdinclusief vergrendelen bedraagt 20 sec.De baan bestaat voor het grootste ge-deelte uit statisch bepaalde liggers die opbetonnen pijlers zijn opgelegd. De leng-te van de liggers bedraagt 25 m (gewicht90 ton). Voor het kruisen van enkele ver-keerswegen werden liggers met eenoverspanning tot 37 m toegepast (160ton).De bovenkant van de baan ligt gemid-deld 7 m boven het maaiveld en de mi-nimale doorrijhoogte bedraagt 4,7 m.Deze kokerliggers zijn vervaardigd uitstaal of beton (fig. 3). Om de liggertypente kunnen vergelijken, heeft men zowelin de noordelijke als de zuidelijke keer-lus, over een lengte van 5 km, stalen lig-gers toegepast. Het is evenwel geennoodzaak om de baan op pijlers te bou-wen, zowel aanleg op maaiveldniveauals ook in tunnels behoort tot de moge-lijkheden. In de zuidelijke keerlus is eengedeelte van de baan (150 m) op maai-veldhoogte aangelegd.Het verhoogd aanleggen van de baanheeft als voordeel dat bij hoogtever-schillen (geaccidenteerd terrein) alleende pijlers aangepast behoeven te wor-den. Ook is het grondoppervlak watdoor de baan wordt 'verbruikt' mini-maal. De veiligheid wordt vergrootdoordat de andere verkeerswegen alleenongelijkvloers worden gekruist.Betonnen kokerliggersOmdat de toelaatbare vervormingenvan de constructie bij de magneet-zweeftechniek zeer gering zijn, biedtbeton door zijn grote stijfheid, grotemassa en goede materiaaldemping be-langrijke voordelen. Met het oog op hetdynamisch belasten van de ligger doorhet voortsnellende voertuig komen de-ze eigenschappen goed tot hun recht.Naast deze dynamische berekeningdiende een berekening gemaakt te wor-den gebaseerd op eigen gewicht en rus-tende belasting (stilstaand voertuig,sneeuw, wind).Voorstudies wezen uit dat uitvoeringvan de liggers in gedeeltelijk voorge-spannen beton een goede mogelijkheidbiedt om aan de gestelde vervormings-eisen te voldoen. Bij volledige voorspan-ning zouden de vervormingen door op-buiging te groot worden.De hoge eisen die aan de maatvoeringvan de baanliggers werden gesteld vroe-gen om speciale maatregelen tijdens defabricage. De fabricage vond plaats ineen speciaal hiervoor gebouwde fabriekin de nabijheid van het testtraject. Voorde bekisting maakte men gebruik vandrie stalen mallen. Aan de vlakheid vanelementen werden hoge eisen gesteld ende doorbuiging mocht maximaal1/1000 van de lengte bedragen. Sparin-gen dienden met een nauwkeurigheidvan + 2,5 mm te worden aangebracht.De wapeningskorf werd buiten de malgeprefabriceerd.Het betonstorten (B45) vond plaats metbehulp van twee betonpompen. Voorhet verdichten werden 42 bekistingstril-lers toegepast. Het dek werd na het af-werken afgedekt met een folie. Om deverhardingstijd te bekorten vond een64 Cement 1991 nr. 4warmtebehandeling plaats. De maxi-mum temperatuur die het beton mochtbereiken, bedroeg 60 ?C. Tevens werdhet maximale temperatuurverschil tus-sen de kern en de buitenkant van de lig-ger op 15 ?C gesteld. Door met ventila-toren de temperatuur van het buitenop-pervlak te regelen, kon aan deze eis wor-den voldaan. Het beton bereikte na on-geveer negen uur de voor het gedeelte-lijk (eigen gewicht) voorspannen beno-digde druksterkte. Na ongeveer 16 uurkon de ligger worden ontkist.OnderbouwOmdat het magneet-zweeftreinsys-teem zeer gevoelig is voor zettingen enhoekverdraaiingen van de baan, werd bijelke fundatie een uitgebreid grondon-derzoek uitgevoerd, bestaande uit bo-ringen en sonderingen. Hieruit volgdeeen paalfundering van Franki-palen0 560 mm, met een lengte vari?rendvan 6 tot 16 meter.Per pijler werd een fundering toegepastvan vier tot zes palen, waarop een 1,2 mdikke bodemplaat werd gestort. Op de-ze bodemplaten werden de gewapend-betonnen pijlers ter plaatse gestort. Detwee pijlerbenen werden aan de boven-zijde verbonden door een koppelbalk.De bovenzijde van deze pijlerbenendiende als oplegvlak voor de kokerlig-gers. Daar de baan plaatselijk onder ver-kanting ligt, dienden deze oplegvlakkenmet een grote nauwkeurigheid gereali-seerd te worden.MontageDe geprefabriceerde kokerliggers wer-den met behulp van zwaar transport-materieel naar hun bestemming ver-voerd. Twee kranen plaatsten de liggersmet een nauwkeurigheid van + 30 mmop tijdelijke opleggingen.Met behulp van vijzels werden de lig-gers in de drie richtingen exact in positiegebracht, binnen de tolerantie van ? 3mm. Langs het trac? was een referentie-net ingemeten van waaruit de exactepositie van de liggers werd bepaald.Hierna werden eerst de opleggingen inhorizontale richting en later in de verti-cale richting gefixeerd met snelverhar-dende gietmortel.Tot slot werden aan de kokerliggers delangsstabilisatoren en geleidingsrailsbevestigd.BetonDaar het magneet-zweefsysteem gevoe-lig is voor grote en ongelijkmatige ver-vormingen werden hoge eisen gesteldaan de betonsamenstelling. Om de teverwachten vervormingen precies tekunnen berekenen, was het noodzake-lijk de korte termijn en de lange termijneigenschappen van het beton te kennen.Hiervoor was het nodig een omvangrijkbetononderzoek uit te voeren en tevenszorg te dragen voor een constante be-tonkwaliteit gedurende de gehelebouwtijd. De plaatselijke betoncentralekon aan deze laatste eis voldoen.Voor de constructie van de baan zijn debetonkwaliteitenB25, B35, B45 enB55gebruikt. In de onderbouw is totaal42.000 m3beton verwerkt en in de bo-venbouw ongeveer 18.500 m3. De ver-werkbaarheid van het beton werd ver-groot door gebruik te maken van eenplastificeerder op basis van Melamine-hars. Hierdoor was het mogelijk het be-ton dat een lage water-cementfactor be-zat, te verpompen.GebruikMet dit systeem wordt het gat gedichttussen de trein en het vliegtuig. Mo-menteel wordt onderzocht welke mo-gelijkheden er zijn tot inpassing in detotale infrastructuur. Dit is minder een-voudig dan het lijkt, want:- het systeem is minder geschikt voorgoederentransport;- bij hoge snelheden is deze trein nau-welijks stiller dan de bestaande railsys-temen;- het is ook bij de conventionele railsys-temen mogelijk hoge snelheden (tot350 km/h) te behalen.In het buitenland is reeds van verschil-lende kanten interesse getoond voorhet systeem. Het is echter voor de ex-port van het systeem noodzakelijk dater een operationeel traject van vol-doende lengte in Duitsland wordt ge-realiseerd.Cement 1991 nr. 4 65