O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBouwf ysicacement 1999 672Op het overgrote deel van hetNederlandse spoorwegnet liggenspoorstaven nog traditioneel opdwarsliggers die zijn ingebed ineen ballastbed van steenslag. Integenstelling tot het buitenlandkomt in Nederland nog nauwe-lijks ballastloos spoor voor. Tochneemtookinonslanddeaandachtvoor ballastloos spoor toe, vooralomdat een dergelijke constructiebeter geschikt is voor hogere snel-heden. Maar ook de geringerelevenscycluskosten en het onder-houdsarme karakter spelen hier-bij een rol. Immers naarmate deonderhoudsfrequentie afneemt,neemt de beschikbaarheid van despoorweginfrastructuur toe. Dehuidige veiligheidsvoorschriftenvereisen namelijk voor nagenoegalle inspecties en onderhouds-werkzaamheden in of bij hetspoor een tijdelijke buitendienst-stelling.S t i l l e r t r e i n v e r k e e rGoederentreinen rijden in Neder-land met een maximumsnelheidvan 100 km/h. Bij die snelhedenis het rolgeluid dominant; dit ishet geluid dat wordt veroorzaaktdoor stalen wielen die over stalenrails rollen. Het project StillerTreinverkeer (STV) richt zichprimair op de reductie van rolge-luid. In november 1998 zijn aandeontwikkeldeprototypenmetin-gen uitgevoerd om te demonstre-ren dat het mogelijk is het geluidaan de bron met ten minste 10dB(A) te verminderen. Dergelijkereducties zijn alleen mogelijkwanneer zowel de trein als despoorbaan worden aangepakt.Het (rol)geluid van een voorbijra-zende trein komt namelijk zowelvan de wagens (hoofdzakelijk dewielen) als van het spoor (hoofd-zakelijk de spoorstaven en dedwarsliggers).Bij de ontwikkeling van de stillegoederenwagens stond het cre?renen handhaven van een glad wiel-loopvlak centraal. Conventionelegoederenwagens hebben rem-blokken die tijdens het remmentegen het loopvlak van de wielenworden gedrukt. Hierdoor ont-staat slijtage in de vorm van`ribbels' op de wielen, die eenhoge geluidemissie tot gevolghebben. Door het remsysteemvan de prototypen stille goede-renwagens zodanig te wijzigendat geen opruwing van het wiel-loopvlak meer kan optreden, iseen belangrijke bijdrage aan degeluidreductie geleverd. Anderegeluidreducties komen van wiel-schorten (die het geluid dichtbijde wielen afschermen) en wiel-dempers (die de trillingen van dewielen verminderen).De ontwikkeling van de stillespoorbaan lifte mee met hetproject `3 km betonbaan' van NSRailinfrabeheer (RIB) tussenBoxtel en Best. Voor de spoorver-dubbeling Boxtel - Eindhoven, dieeind 1999 moet zijn gerealiseerd,wordt hier een 3 km lang ballast-loos spoor met ingegoten spoor-staven gebouwd (foto 1). Tot dietijd is er gelegenheid voor proef-nemingen en metingen. Speciaalvoor STV is 150 m van de 3 kmlange betonbaan voorzien vancomponenten die de spoorbaanstiller moeten maken (foto 2).In dit artikel worden de ontwik-keling van deze componentenen de gemeten geluidreductiesbehandeld. Voor informatie overde geluidarme goederenwagenswordt verwezen naar de websitevan STV (www.stillertreinver-keer.nl).Akoestische aspecten van ballastloos spoor met ingegoten spoorstavenStiller sporen met stillertreinverkeerir. P.A. van Wijngaarden, NS Railinfrabeheer, afdeling MilieuDe aandacht voor ballastloos spoor neemt ook in Nederland toe. Ballastloosspoor heeft echter ??n groot nadeel: de geluidemissie is hoger dan die vanconventioneel ballastspoor. In het kader van het deelproject geluidarm spoorvan het ICES-project `Stiller Treinverkeer' (STV) is vanaf 1995 gepoogd dezeachterstand in te lopen door een prototype ballastloos spoor te ontwikkelendat stiller is dan het thans door NS Railinfrabeheer meest toegepastespoortype: voegloos spoor op betonnen dwarsliggers in een steenslag bal-lastbed. En dat was een flinke uitdaging, want deze referentie is van allespoortypen thans de meest stille variant !H e t I C E S - p r o j e c t ` S t i l l e r T r e i n v e r k e e r 'Het project `Stiller Treinverkeer' (STV) is ??n van de onderzoeksprogramma's op het gebiedvan transport en logistiek dat wordt uitgevoerd in opdracht van het Centrum voor Trans-porttechnologie (CTT). Het is mogelijk gemaakt door financi?le bijdragen van de ministeriesvan VROM en V & W en uit de aardgasbaten (via het programma van de Interdeparte-mentale Commissie Economische Structuurversterking, kortweg ICES). In totaal 27 bedrij-ven, ingenieursbureaus en kennisinstituten werkten samen om de kennis betreffende het ont-staan van treingeluid te vergroten. STV moest nieuwe technieken en toepassingen opleverendie het treinverkeer significant stiller kunnen maken. Onderdeel ervan was het ontwikkelen,bouwen en testen van prototypen van een stille goederenwagen en een stille spoorbaan.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBouwf ysicacement 1999 6 73O n t w i k k e l i n g v a n d es t i l l e s p o o r b a a n( S T V - s p o o r )Uitgangspunt is de gewapendebetonplaat met ingegoten spoor-staven zonder speciale geluidbe-perkendevoorzieningen.Deplaatis 2,40 m breed, circa 0,5 m dik enaan de bovenzijde voorzien vantwee goten voor de spoorstaven.Deze liggen op een elastische`loper' en zijn ingegoten in Cor-kelast, een mengsel van kurk enrubber. Er is dus sprake van eencontinue ondersteuning van despoorstaaf en niet, zoals bij con-ventioneel spoor, van een discreteondersteuning op dwarsliggers.De spoorstaven zijn wel van het-zelfde type, te weten UIC 54. Deuitdaging van STV was hetconcept van ballastloos spoor metingegoten spoorstaven zodanigakoestisch te optimaliseren, datde geluidemissie ervan minderwordt dan die van conventioneelspoor op betonnen dwarsliggersin ballast.Akoestisch geoptimaliseerdespoorstaaf en gootDe eerste stap in het onderzoekbetrof een trillings- en akoesti-sche analyse van de ingegotenspoorconstructie. Daaruit bleekdat vooral de spoorstaven en deCorkelast verantwoordelijk zijnvoor het geluid dat afkomstig isvan het spoor. De betonplaat zelfblijkt, door het uiterst lage tril-lingsniveau, niet wezenlijk bij tedragen aan het totale geluid. Ookzijndeinvloedvanmassaenvormvan de spoorstaaf op de afstands-demping, de mate waarin trillin-gen afnemen in de lengterichtingvan de spoorstaaf en de geluid-emissie onderzocht. Op basis vande verworven inzichten is eengeheel nieuw type spoorstaaf, SA42, ontwikkeld dat, in combinatiemet een veel kleinere goot en eenstijvere ondersteuning, een signi-ficante bijdrage aan de geluidre-ductie moet kunnen leveren. DeSA 42 spoorstaven zijn vergele-ken met de UIC 54 spoorstaafveel kleiner (hoogte: 80 mmversus160mm)enlichter(massa:42 kg/m versus 54 kg/m). Dekopvorm is ongewijzigd. Door dekleineregootneemtdebenodigdehoeveelheid Corkelast met circa60% af. De smallere goot resul-teert bovendien in een geringeregeluidafstralingdoordeCorkelastzelf.Horizontale absorptie en mini-schermenAan de bovenzijde van de beton-plaat (fig. 3) is geluidabsorberendmateriaal aangebracht om degeluidreducerende werking vanhet ontbrekende ballastbed tecompenseren, namelijk Liadrain,een granulair product bestaandeuit cementgebonden ge?xpan-deerde kleikorrels. Aan de zijkan-ten zijn minischermen aan deplaat gemonteerd. Door de maat-vastheid leent een betonplaten-spoor zich goed voor hetaanbrengen van dergelijke scher-men, die zeer dicht aansluiten ophet profiel van de trein. De mini-schermen zijn opgebouwd uitstalen stijlen, waartussen 80 mmdikkeprefabbetonelementenzijnaangebracht, voorzien van een 40mm dik pakket steenwol en een80 mm dikke toplaag van Lia-drain. De schermen hebben eenhoogte van 700 mm + BS (Boven-kant Spoorstaaf).R e s u l t a t e n v a n d eg e l u i d m e t i n g e nIn november 1998 vonden gedu-rende vier nachten geluidmetin-gen plaats om vast te stellen hoestil het STV-spoor in werkelijk-heid is. Tijdens de metingenwerden afzonderlijke goederen-wagens gemeten door ze ??n voor??n langs de microfoons te laten1 | UIC 54 spoor op beton-nen plaat2 | STV-spoorvariantenfoto: Marcel Willems,'s-Hertogenbosch, i.o.v. HWVTO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBouwf ysicacement 1999 674rijden die op afstanden van 7,5 men 25 m uit het spoor stondenopgesteld. Dit gebeurde met`afkoppelproeven': een locomo-tief brengt de wagens eerst op eensnelheid van 100 km/h. Ruimv??r de eerste meetsectie koppeltde locomotief de wagen af en ver-snelt vervolgens om de afstand totde wagen te vergroten. De wagenrijdt daarna met een nagenoegconstante snelheid van 100 km/hals losse eenheid voorbij allemeetpunten. Door voor dezebeproevingswijze te kiezen washet mogelijk het geluid van ??nenkele wagen te meten, duszonder het rol- en motorgeluidvandelocomotieferbij.Degeluid-emissie van een passerende goe-derenwagen is gemeten op zesspoorvarianten. Tabel 1 geeft deresultaten van de geluidmetingenaan conventionele goederenwagensten opzichte van conventioneelballastspoor.De snelheid van de goederenwa-gens bleek tussen de eerste en dezesde meetdoorsnede met 10 tot15 km/h af te nemen. Bij lageresnelheden is ook de geluidemis-sie lager. Om een goede vergelij-king mogelijk te maken zijn degemeten geluidniveaus daaromvoor de snelheidsverschillen ge-corrigeerd. Daarvoor is gebruik-gemaakt van de formule uit hetReken- en Meetvoorschrift Rail-verkeerslawaai, die de relatie geefttussen de geluidemissie en de rij-snelheid voor goederentreinen.De metingen aan de spoorvarian-ten met horizontale absorptie(typen 2 en 3) leverden helaas geenbruikbare resultaten op. De aan-wezigheidvanlosgelatenkorreltjesLiadrain op de spoorstaafkophebben een verhoogde aanstotingin het contactvlak wiel-rail totgevolg gehad, waardoor trillings-en geluidniveaus zijn toegenomen(`korreleffect'). Overigens trad erop de gehele betonbaan nog eeneffect op dat de meetresultatenmogelijkheeftbe?nvloed,namelijkeen instabiele loop van de wagensen een daarmee gepaard gaandeaanstoting. Dit verschijnsel (`land-wegeffect') treedt niet op het aan-sluitende ballastspoor op en heeftmogelijk te maken met een on-gunstige combinatie van de dyna-mische eigenschappen van de goe-derenwagens en het platenspoor.Ook kan de beproevingsmethode(meten aan losse wagens) een rolhebben gespeeld. Metingen aanhet 240 m lange ballastloos spoorin Deurne (vergelijkbaar metspoortype 5) tijdens passages vancomplete reizigers- en goederen-treinen gaven namelijk een toe-name van 2 ? 3 dB(A) te zien.Belangrijke conclusie uit de vali-datiemetingen is dat ballastloosspoor met ingegoten spoorstavenUIC 54 circa 5 dB(A) luidruchtigeris dan conventioneel, voegloosspoor op betonnen dwarsliggersin ballast, tenzij de constructiewordt voorzien van extra geluid-reducerende maatregelen. Meteen aangepast spoorstaafprofiel,een relatief stijve railoplegging enminischermen is het mogelijkspoortype GeluiddB(A)1 betonplaat met ingegoten SA 42 spoorstaven en minischermen R - 42 betonplaat met ingegoten SA 42 spoorstaven, horizontale absorptie en minischermen3 betonplaat met ingegoten SA 42 spoorstaven en horizontale absorptie4 betonplaat met ingegoten SA 42 spoorstaven R + 35 betonplaat met ingegoten UIC 54 spoorstaven R + 56 referentiespoor UIC 54 in ballast RTabel 1 | Geluidmetingenaan conventionelegoederenwagens opverschillende spoortypenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBouwf ysicacement 1999 6 75een ballastloos spoor te bouwendat liefst 4 dB(A) stiller is dan con-ventioneel ballastspoor. Dezereductie is naar verwachting tevergroten door toepassing vanabsorberend materiaal op debetonplaat. Ook het eliminerenvan het `landweg-effect' levertwaarschijnlijk een extra bijdrageaan de geluidreductie.V e r v o l g S T VIn juni 1999 hadden vervolgme-tingen plaats om vast te stellenwelke geluidreductie met eenhorizontale absorptielaag gereali-seerd kan worden. Er is gekozenvoor toepassing van zeer openasfaltbeton (ZOAB) als absorptie-materiaal. ZOAB is mindergevoelig voor slijtage, wat de kansop loslaten van korreltjes en hetoptreden van het `korreleffect'verkleint. Bovendien is gezochtnaar de oorzaken van het gecon-stateerde `landwegeffect' en degevolgen daarvan op de geluid-emissie. Daartoe is, behalve aangoederenwagens, ook aan inter-cityrijtuigen gemeten. Omdat rei-zigersmaterieel andere dynami-sche eigenschappen heeft, treedthet `landwegeffect' mogelijk al-leen bij goederenmaterieel op.Om dit te onderzoeken zijn op deuiteinden van de assen van zowelde goederenwagens als de inter-cityrijtuigen trillingsopnemersgemonteerd die de beweging vande assen tijdens de proefrittenhebben geregistreerd. Ook is meteen microfoon onder de treinsimultaan het geluidniveau ge-meten. Op het moment dat ditartikelisgeschrevenwarenhelaasnog geen resultaten van het ver-volgonderzoek beschikbaar.T o e p a s s i n g s m o g e l i j k h e d e nIn november 1999 zal het 3 kmlange proeftraject ballastloosspoor in gebruik worden ge-nomen als onderdeel van dedan viersporige lijn Boxtel - Eind-hoven. Vanaf dat moment passe-ren dagelijks vele treinreizigers(waarschijnlijk zonder het tebeseffen) het spoorgedeelte dathet resultaat is van vele innova-tieve inspanningen van NS, inge-niersbureaus, onderzoeksinstitu-ten en bedrijfsleven. De SA 42spoorstaven zullen echter ruimvoor de ingebruikname zijn ver-vangen door UIC 54 spoorstaven,omdat het prototype helaas nogniet aan alle technische specifica-ties voldoet. Het is noodzakelijkhet ontwerp van de SA 42 rail (incombinatie met de railoplegging)aan te passen voordat tot toepas-sing in hogesnelheidslijnen ofgoederenlijnen kan worden over-gegaan. Voor Light-rail toepassin-gen lijkt de SA 42 al wel geschikt.Voor toepassing in hogesnel-heidslijnen is overigens nog eenwaarschuwing op z'n plaats. HetSTV-spoor reduceert slechts hetrolgeluid van passerende treinen.Op de overige geluidbronnen,zoals motorgeluid maar ookhet voor hogesnelheidsmaterieelzo kenmerkende a?rodynamischegeluid,hebbengeluidmaatregelenaan het spoor geen enkel effect. sL i t e r a t u u r1.Es, A.W. van, R.C.Kroon,Spoorwegen funderen zonderballastbed. Cement 1998,nr. 10.2.Ingels, K.A.M., K.H.Ooster-meijer, Toepassing van betonin de spoorwegbouw, deel 4:Ingegoten spoorstaafconstruc-tie. Cement 1999, nr. 5.3.Nawijn, R., HSL wordt inte-graal zettingsvrij uitgevoerd.Cement 1999, nr. 6.4.Stiller sporen met stiller trein-verkeer: kan het nog stiller?Eindrapportage STV-project.CTT-publicatie nr. 42, juni1999.Bij het artikel "Ingegotenspoorstaaf-constructie" inCement 1999 nr. 5 (blz. 67-70)zijn per abuis de namen van debeide auteurs weggevallen.Het betreft ir. K.H.Oostermeijeren ir. K.A.M.Ingels, van deProjectorganisatie HSL-Zuid /Holland Railconsult.De ge?nteresseerde lezer hadhun schrijfstijl natuurlijk reedsherkend, want van de hand vande beide heren waren ook deeerste drie verhalen uit dezereeks.De redactie betreurt desalniette-min deze onvolkomenheid enhoopt met deze rechtzettingzowel de auteurs als hun werk-kring alsnog voor hun inzet tehebben gehonoreerd.Toepassing van beton in de spoorwegbouw, deel 4Ingegoten spoorstaafconstructieR E C T I F I C A T I E Cement 1999 nr. 5Twee modellen van de ingegoten spoorstaafconstructie; linksmet de kleine SA 42 spoorstaaf, rechts met de standaard UIC 54spoorstaaf
Reacties