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 2 71Reeds tegen het einde van de jarenzestig werd de geschiktheid van deklassieke ballast-bovenbouw voorhogesnelheidslijnen in twijfel getrok-ken. Dit werd duidelijk ingegevendoor de Japanse ervaringen met huneerste Shinkansen-hogesnelheidslijnin ballastspoor, waar direct na aan-leg per dag 5000 man nodig warenvoor het onderhoud. In Japan, enlater in Duitsland, is een prefab pla-tenspoor voor hogesnelheidslijnenontwikkeld. Deze worden in dit deelbeschreven.J a p a nIn Japan is in 1965 begonnenmet de ontwikkeling van een pre-fab platenspoor voor hoge snel-heden. Hieraan lag een tweetalmotivaties ten grondslag: de kos-ten van onderhoud bij toepas-sing van ballastspoor zoudenveel te hoog worden en de nieuwte bouwen Shinkansen-hoge-snelheidslijn lag voor een grootgedeelte op kunstwerken.Uitgangspunten bij de ontwikke-ling van het platenspoor waren:? de aanlegkosten moesten lagerzijn dan tweemaal die van bal-lastspoor;? de constructie moest een-zelfde elasticiteit hebben alsballastspoor en voldoendesterkte;? er moest per dag ten minste200 m aangelegd kunnenworden;? de spoorstaaf moest nagesteldkunnen worden vanwegedeformatie van de onderbouw.Het platenspoor (foto 1, fig. 2)wordt in Japan voornamelijk toe-gepast op kunstwerken.De onderbouw is uitgevoerd metstoppers, die de platen aan deonderbouw fixeren en de rem-krachten opnemen.Aanvankelijk waren de stoppersuitgevoerd in ongewapend be-ton, later zijn ze gewapend omde schade die in enkele gevallenhieraan was ontstaan, te beper-ken.De platen zijn uitgevoerd ingewapend beton en worden ingebieden met grote temperatuur-verschillen voorgespannen.Aanvankelijk was er tussen deplaat en de onderbouw alleeneen laag bitumen-cementmortelvoorzien, in de veronderstellingdat de elasticiteit van deze laagzodanig zou zijn dat de trillingenen het geluid in voldoende mategedempt zouden worden. Bijgeluidsmetingen op de eersteShinkansenlijn waar de platenzijn gelegd, bleek dat de geluids-productie 5 dB(A) hoger lag danbij ballastspoor. Hierop is aan deonderzijde van de platen eenelastische mat aangebracht. Deeerste toegepaste matten warenvlak, maar deze bleken weinigeffectief. Vervolgens is veel ont-wikkeling in de mat gestoken.Dit heeft geleid tot een combi-natie van matten, waarvan hetToepassing van beton in de spoorwegbouw, deel 1Prefab platenspoor1 | Japans platen-spoor op hoge-snelheidslijnTokio-Nagano inaanbouw2 | Opbouw Japans platenspoorstopperspoorstaafspoorstaafbevestigingelastische matbitumen-cementmortelkunstwerkprefab betonplaat(4930*2340*190 mm)ir. K.H. Oostermeijer en ir. K.A.M. Ingels, Projectorganisatie HSL-Zuid, Holland RailconsultO 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 272detailniveau zeer hoog is. Dematten zijn gemaakt van oudeautobanden, zodat de kosten laagzijn. Het uiteindelijke resultaatis dat deze spoorconstructie een-zelfde geluidsproductie heeft alsballastspoor.D u i t s l a n dIn Duitsland is een prefab pla-tenspoor ontwikkeld voor toepas-sing op aardenbaan. De ontwik-keling heeft plaatsgehad met drieproefvakken, waarvan de gege-vens zijn weergegeven in tabel 1.Het platenspoor in Oelde is geenprefab platenspoor, maar wordtgezien de ontwikkeling hier welin de beschouwing meegeno-men.C o n s t r u c t i e s 1 a e n 1 b i nH i r s c h a i dHet eerste proefvak werd in 1967aangelegd bij Hirschaid, omge-ving Neurenberg. De bovenbouwwerd uitgevoerd met prefab be-tonplaten, die zowel in langs-als dwarsrichting waren voor-gespannen. De platen zijn koudop de onderbouw gelegd. Om tebepalen hoe de koppeling tussende platen het best gemaakt konworden, zijn twee verschillendeconstructies toegepast.Bij constructie 1a zijn de afzon-derlijke platen door deuvelwape-ning met elkaar verbonden (fig. 3).De resterende voeg is met kunst-stof afgedicht.Bij constructie 1b zijn de afzon-derlijke platen aan elkaar verbon-den door de uitstekende langs-wapening aan elkaar te lassen,waarna de in figuur 4 gearceerdedelen van de voeg zijn afgedichtmet beton.In beide constructies zijn de voe-gen de zwakke schakels van hetsysteem: ze gedragen zich in depraktijk als een scharnier. Directna aanleg waren de verticalebewegingen van de plaateindenonder invloed van de bovenbe-lasting ongeveer 0,1 mm groot;dit werd als verwaarloosbaarbeschouwd. Echter na zes jaarwaren deze bewegingen 1 mmgroot. Doordat de platen koud opde onderbouw waren gelegd, konwater gemakkelijk tot onder deplaat doordringen. Deze twee ge-breken veroorzaakten het pompenvan de platen, waardoor de voegengeheel kapot gereden werden.Uiteindelijk zijn beide proefvak-ken in 1990 verwijderd.C o n s t r u c t i e 2 i n O e l d eOm de problemen met de ver-binding van de prefab betonpla-ten op te lossen, is in Oelde, na-bij Hamm, een betonnen platen-spoor aangelegd dat ter plaatse isgefabriceerd.De onderbouw is zwaarder uitge-voerd dan in Hirschaid. Hieropis een doorgaand wapeningsnetgevlochten, waarna met een slip-formpaver de betonplaat is ver-vaardigd. Om te voorkomen datscheuren door temperatuurbe-lastingen onder de spoorstaafbe-vestigingen doorlopen, zijn omde 3 m, 40 mm diepe voegen inde 200 mm dikke plaat gemaakt.Tevens is de langswapening aanweerszijden van de schijnvoegover een lengte van 600 mm metbitumen behandeld, opdat overdeze lengte het beton niet aan dewapening zou hechten.Het pompen van de platen zoalsin Hirschaid was geconstateerd,trad echter ook hier op. Door dewijze van uitvoering van degestuurde scheurvorming zijn inProefvakken met betonplatenspoor in Duitslandnr. bouwjaar plaats totale bovenbouw opmerkingenlengte [m]type lengte [m] breedte [m] dikte [mm]1a 1967 Hirschaid 114 voorgespannen 5,17 2,40 180 voegen verdeuveldprefab betonplaat1b 1967 Hirschaid 57 voorgespannen 5,17 2,40 180 langswapening bijprefab betonplaat voegen gelast2 1972 Oelde 636 in situ doorgaand 2,75 220 elke 3 mgewapende betonplaat scheurinleiders3 1977 Karlsfeld 432 dwars voorgespannen 4,80 2,80 200 voegen gelast enprefab betonplaat voorgespannen3 | Voegverbindingbij constructie 1amet deuvelsO 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 2 73de oneindig lange plaat in feiteweer scharnieren aangebracht.Tevens scheurde de plaat ook opandere plaatsen, ook onder despoorstaafbevestiging door. Deconstructie is uiteindelijk in1986 verwijderd.C o n s t r u c t i e 3 i nK a r l s f e l dDe problemen met de voegenvan de systemen in Hirschaid enOelde werden opgelost door deontwikkeling van een voegloossysteem in Karlsfeld, nabij M?n-chen, in 1977. De voordelen vanvoegloze en schijnvoegloze pla-ten zijn:? regenwater en vorst veroor-zaken geen schade aan devoegen;? er treedt geen horizontalewrijving tussen de plaatrandenop;? buigspanningen ten gevolgevan bovenbelasting kunnenmet eenderde worden ver-minderd.Verder werd de noodzaak onder-kend een verbinding van despoorconstructie met de onder-bouw tot stand te brengen.De prefab betonplaten, die alleenin dwarsrichting zijn voorge-spannen, werden met behulpvan een zestal spindels op de on-derbouw gesteld. Het verbindenvan de afzonderlijke platen gebeur-de in een aantal fasen (fig. 5).Nadat de platen zijn gesteld wor-den de smalle delen van de voeggevuld met beton. Nadat dit be-ton is verhard, worden de uitste-kende langswapeningsstaven aanelkaar gelast door thermietlassen.Direct hierna worden de brededelen van de voeg met betongevuld. Bij het afkoelen van dewapening komt deze onder trekte staan, waardoor de reeds gedich-te voegen onder druk komen.De platen worden ondergotenmet een bitumen-cementmortel,overgenomen uit Japan. Dezemortellaag voorkomt waterin-dringing tussen plaat en onder-bouw, zodat het pompen vande platen niet kan optreden.Aan de onderzijde van de plaat iseen rubberlaag van 0,2 mm aan-gebracht, waardoor de plaatgemakkelijker loskomt bij heteventueel nastellen tijdens hetgebruik. Tevens voegt dit rubber-laagje elasticiteit toe waarmee detrilling van de platen extra wordtgedempt.Ruim 20 jaar na aanleg is aandeze spoorconstructie nog geenenkel onderhoud gepleegd. Devoorgespannen momentvastevoegconstructies blijken de pro-blemen die er in Hirschaid enOelde met de voegen waren, vol-ledig op te lossen (foto 6).4| Voegverbinding bij con-structie 1b met aan elkaargelaste langswapening5 | Verbinding van devoegen6 | Detail van de afgedichtevoeg tussen twee platen1. stellen vande platen2. afdichten smalledeel van de voegen3. langswapeningthermietlassen4. afdichten brededeel van de voegO 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 274De verbinding van de spoorcon-structie met de onderbouw doorde bitumen-cementmortel is zeereffectief gebleken om het waterte keren. Op basis van dezegoede ervaringen is deze spoor-constructie door de DeutscheBahn vrijgegeven voor toepas-sing op hogesnelheidslijnen.H u i d i g e s t a n d v a n z a k e ni n D u i t s l a n dHet platenspoor zoals in Karlsfeldligt, is in productie genomendoor een Duitse betonfabrikant(foto 7). Deze heeft aan het prin-cipe van het systeem niets veran-derd, zodat de vrijgave voor toe-passing op hogesnelheidslijnenook voor deze spoorconstructiegeldt. De doorgevoerde wijzigin-gen hebben voornamelijk betrek-king op het vereenvoudigen vanhet bouwproces en het omlaagbrengen van de kosten.De belangrijkste wijziging betreftL i t e r a t u u r1. Pahnke, Konstruktive Gesichtpunkte bei der Gestaltung vonFahrbahnplatten aus Beton f?r Schienenbahnen. Eisenbahn-technische Rundschau, 41/4/227, 1992.2. Ando et al, Twenty years' experience on slab track. Quarterlyreports of railway technical research institute, 35/2/7, 1994.3. Birmann, Gleisgeometrie und Konstruktion des Oberbaues vonSchnellfahrstrecken. Eisenbahntechnische Rundschau, 17/12/513,1968.4. Sato, Structure and maintenance of Shinkansen track. Course highspeed track, TU Delft, 1997.5. Duwe, Eisenmann, Stand der technologischen Entwicklungen zufester Fahrbahnen und deren Anwendung. Eisenbahningenieur,34/3/97, 1983.8 | Detail voeg-verbinding7 | Moderne Duitse prefabbetonplaten voor ballast-loos spoorhet aanbrengen van de voorspanning in de voegendoor koppelen van de langswapening met een kop-pelstuk in plaats van lassen ervan. De wapeningwordt op spanning gebracht met een momentsleu-tel (foto 8).Op deze wijze kan de voorspankracht op de voegennauwkeurig gedoseerd worden en is het procesminder arbeidsintensief. s