Voegloos spoor

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Een las in voegloos spoor

Men spreekt van voegloos spoor of langelast spoor als de rails van een spoorweg over grote lengtes met de kopse zijden aan elkaar zijn gelast.

Voordelen van voegloos spoor zijn een beter reizigerscomfort door minder geluid en minder trillingen in de trein, minder geluidsoverlast voor de omgeving, minder slijtage van de trein en het vraagt minder onderhoud van de spoorbaan.

Voegenspoor[bewerken]

Bij spoor met voegen, voegenspoor, zijn de spoorstaven tot ongeveer dertig meter lang en aan elkaar verbonden met verbindingsplaten, 'lasplaten' in spoorjargon. Bij deze verbindingen liggen de spoorstaven niet met de koppen tegen elkaar aan. Er wordt een kleine ruimte, een dilatatievoeg, open gelaten. Een dilatatievoeg wordt meestal kortweg voeg genoemd, 'compensatielas' is een syoniem. Voegen geven de rails de mogelijkheid te krimpen en uit te zetten bij temperatuurwisselingen. Door dagelijks krimpen en uitzetten van de rails kunnen deze in de lengterichting gaan opschuiven, waardoor de breedte van de voegen te groot of juist te klein wordt. Het onderhoud waarbij de spoorstaven weer teruggeschoven worden zodat de juiste voegbreedtes weer ontstaan wordt 'het regelen van spoorstaven' genoemd.

De spoorconstructie[bewerken]

Omdat voegloos spoor, behalve aan de uiteinden, niet in de lengte kan krimpen of uitzetten treden er mechanische spanningen op door temperatuurverschillen van de rails. Als de rails warmer is ontstaat er drukspanning, is de rails kouder dan ontstaat trekspanning. Het gaat om spanningen van honderden kilonewton (tientallen tonnen) per rail. Deze spanningen worden opgevangen worden door de spoorconstructie. Goed aangelegd voegloos spoor is spanningsloos als de rails 25 °C is. Deze waarde wordt periodiek gecontroleerd.

Bij drukspanning krijgt de rails de neiging om te knikken. Er kunnen dan slingers in de rails ontstaan, wat in jargon spoorspattingen worden genoemd. De spoorconstructie moet voldoende zijdelingse weerstand hebben om spoorspattingen te voorkomen. Voor het ballastbed wordt gebroken steen gebruikt, steenslag, in plaats van grind. Door de ballast aan te trillen (te verdichten) kan weerstand van het ballastbed verder worden vergroot.

Er worden dwarsliggers van beton gebruikt. Het grotere gewicht van betonnen dwarsliggers geeft extra zijdelingse weerstand. Omdat betonnen dwarsliggers minder bewegingen dempen dan houten dwarsliggers worden hogere eisen gesteld aan het ballastbed en aan de bevestiging van de rails aan de dwarsliggers. Het ballastbed moet wat hoger zijn, ook omdat betonnen dwarsliggers wat hoger zijn dan die van hout. Voor de bevestiging van de rails gebruikt men elastische (verende) klemmen. Het voordeel van elastische klemmen is dat de klemkracht waarmee de rail aan de dwarsligger verbonden wordt in stand blijft, ook na enige slijtage. Voldoende klemkracht is noodzakelijk voor het opvangen van de druk- en trekkrachten van voegloos spoor. Een goede klemming draagt ook bij aan weerstand tegen vervorming van het spoor, wat op zijn beurt weer bijdraagt aan de zijdelingse weerstand.

Voegen in voegloos spoor[bewerken]

Schuin aangebrachte compensatielas in voegloos spoor. De bielzen zijn met twee U-profielen aan elkaar gekoppeld om meer weerstand te bieden tegen het verschuiven van de bielzen in de lengterichting van het spoor.

Op sommige plaatsen is het niet mogelijk of niet gewenst om de krachten van het krimpen en uitzetten van voegloos spoor op te vangen. Op die plaatsen moeten dan toch dilatatievoegen aangebracht worden. In veel gevallen zijn de bewegingen dan te groot. Die beweging is te groot om met een voeg dwars op de rail op te vangen. Daarom wordt aan het uiteinde van een voegloos spoor een schuine voeg toegepast. Door de voeg schuin te maken kan een veel grotere beweging worden opgevangen. Plaatsen waar dit voorkomt zijn:

  • Aan de uiteinden van langelaste spoorrails. Deze uiteinden hebben over een lengte van zestig tot zeventig meter toch de mogelijkheid om te krimpen en uit te zetten als gevolg van temperatuurwisselingen.
  • De overgang van de aarden baan naar een kunstwerk, of de overgang van het ene kunstwerk op het andere kunstwerk.[1]
  • Bij de overgang naar wissels, voor zover de wissels zelf niet voegloos zijn.

Geluidsreductie[bewerken]

Raildempers aan rails bij Rathen, spoorlijn Dresden – Děčín

Voegloos spoor geeft minder geluidsoverlast dan van rails met voegen. Door het ontbreken van de voegen is het ‘kedeng-kedeng’-geluid niet meer te horen. Voegloos spoor op betonnen dwarsliggers geeft minder geluidsoverlast dan op houten dwarsliggers. Langelaste rails kunnen wel meer trillen, wat hoorbaar is als een zingend geluid. Om deze vorm van geluidsoverlast te verminderen kunnen raildempers worden aangebracht.[2] Ze worden dan aan beide zijden van het lijf van de bevestigd. Ze absorberen trillingen en dempen het geluid met ongeveer 3 dB(A).

Lastechnieken[bewerken]

Er worden twee lastechnieken gebruikt om spoorstaven in grote lengten aan elkaar te lassen: afbrandstuiklassen, in België boogvlamstuiklassen genoemd, en thermietlassen.

Afbrandstuiklas of boogvlamstuiklas[bewerken]

Animatie van het afbrandstuiklasproces
1rightarrow blue.svg Zie Afbrandstuiklassen voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Afbrandstuiklassen of boogvlamstuiklassen vereist de meest omvangrijke apparatuur. De methode is snel en levert de sterkste lassen op. Er gaan enkele centimeters rail verloren en er wordt geen materiaal toegevoegd.

Twee aan elkaar te lassen rails of spoorstaven worden uitgelijnd, dat wil zeggen dat ze precies in elkaars verlengde worden gesteld. Vervolgens worden de uiteinden van de rails tegen elkaar geplaatst en wordt er een lage elektrische spanning op gezet, minder dan tien volt. Omdat de tegen elkaar geplaatste rails goed geleiden ontstaat er een grote stroom, meer dan duizend ampère. Zodra de stroom is ingeschakeld worden de rails enige millimeters uit elkaar getrokken. De stroom blijft lopen via een vlamboog die dan ontstaat. Er wordt een brandbaar gas, bijvoorbeeld aardgas, tussen de uiteinden van de rails geblazen. Dit verbrandt en neemt daardoor de zuurstof weg. Zo wordt oxidatie van de railuiteinden voorkomen. De stroom ondervind weerstand in de vlamboog waardoor veel warmte vrij komt. De uiteinden van de rails worden daardoor zo heet dat ze kneedbaar worden. Als ze heet genoeg zijn worden de rails gestuikt ofwel met de uiteinden krachtig tegen elkaar gedrukt. De las ontstaat doordat de kneedbare uiteinden van de rails dan aan elkaar vloeien. Daarbij ontstaat ook een uitstulping ter plaatse van de las. Deze uitstulping wordt even later weggeschraapt. Bij elke las gaan er daardoor enkele centimeters rail verloren. Als de las is afgekoeld wordt de kop van de rail exact in vorm geslepen, zodat de las niet merkbaar is als treinen er over rijden.

Vanwege de benodigde apparatuur wordt deze vorm van lassen meestal in speciale werkplaatsen gedaan, in een 'spoorstaaflasinrichting'. In Nederland is er één aanwezig op de stapelplaats Crailoo, in België in Schaarbeek. Op deze wijze worden rails tot lengtes van bijvoorbeeld 360 meter aan elkaar gelast. Deze worden met een speciale werktrein, een robeltrein, naar de plaats van de spoorwerkzaamheden vervoerd.

Het is tegenwoordig ook mogelijk om een afbrandstuiklas ter plaatse te maken. De lasapparatuur wordt dan met een kraan verplaatst.

Thermietlas[bewerken]

Thermietlassen van spoorrails
1rightarrow blue.svg Zie Exothermisch lassen voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Als er op een locatie slechts enkele lassen hoeven worden gemaakt kiest men vaak voor thermietlassen. De apparatuur voor deze lastechniek is minder omvangrijk dan die voor boogvlamstuiklassen. Er gaat of nauwelijks of geen raillengte verloren.

Thermietlassen wordt ook wel exothermisch lassen of 'aluminothermisch lassen' genoemd. Er wordt een mal om de twee aan elkaar te lassen spoorstaven bevestigd, erboven bevindt zich het reservoir dat gevuld wordt met ijzeroxide en aluminiumpoeder. Dit wordt met een brander aangestoken. waardoor een chemische reactie ontstaat die zeer veel warmte produceert. Wat er overblijft is hoofdzakelijk vloeibaar ijzer, dat naar beneden loopt en zich in de mal met het ijzer van de spoorstaven vermengt.

Ontwikkeling[bewerken]

'Zigzagspoor' in een ballastbed van grind

Het eerste voegloos spoor werd vanaf 1950 aangelegd. Vanaf de jaren zeventig werd het spoorwegnet op grote schaal voegloos gemaakt. Aanvankelijk gebruikte men betonnen dwarsliggers die met een zigzagpatroon aan elkaar verbonden werden. Het onderhoud van deze constructie was duur, met name omdat het vervangen van één of enkele dwarsliggers veel werk vergde.

In zigzagspoor ontstonden regelmatig 'klappers', dat zijn bielzen waarbij aan de onderzijde ruimte ontstaat waardoor ze bij het passeren van een trein bij elke as krachtig naar beneden werden bewogen. Omdat betonnen dwarsliggers dikker zijn dan houten en daardoor het ballastbed onder de betonnen dwarsliggers dunner was gingen klappers vaak gepaard aan het ontstaan van een modderige substantie onder de biels, waardoor bij nat weer veel modder rond klappers opspatte. Veel klappers waar daarom goed zichtbaar. Het feit dat beton minder beweging kan absorberen dan hout droeg bij aan het ontstaan van klappers. Het probleem van klappers werd verholpen door het ballastbed zoveel te verhogen dat er minimaal dertig centimeter ballast onder de spoorbiels aanwezig was, en door maatregelen te nemen tegen van vermenging van het ballastbed met de aarde eronder.

Ondanks de oplossing van het probleem van de klappers bleven aanleg en onderhoud van zigzagspoor kostbaar. Het doel van het zigzagspoor was genoeg zijdelingse weerstand te bieden tegen de neiging van voegloos spoor om bij warm weer zijdelingse kronkels of slingers te vormen. Dit worden spoorspattingen genoemd, en dit zijn bekende veroorzakers van ontsporingen. In plaats van zigzagspoor met grind bleek het gebruik van steenslag als ballastmateriaal, in plaats van grind, ook te voldoen. Ook bij gebruik van houten dwarsliggers bleek dit ballastmateriaal voldoende zijdelingse weerstand te bieden om knikken tegen te gaan. Uiteindelijk kregen betonnen dwarsliggers de voorkeur, want zij hebben een langere levensduur, spoor op betonnen dwarsliggers maakt minder geluid, en geven ook voldoende zijdelingse weerstand bij het gebruik van sterkere en zwaardere rails.

Zie ook[bewerken]

Externe links[bewerken]

Verwijzingen[bewerken]

  1. ProRail. Hoe vangt prorail de uitzetting van de spoorrails door warmte op "Voegloos spoor kan de spanningen door het uitzetten en krimpen van de metalen spoorstaaf volledig opvangen. Waar we geen niet mogelijk is om voegloos spoor aan te leggen - bijvoorbeeld op lange bruggen - gebruiken we compensatielassen, kleine openingen tussen de spoorstaven die krimpen uitzetting op kunnen vangen"
  2. Ministerie van Infrastructuur en en Milieu. Actieplan omgevingslawaai voor drukbereden spoorwegen, periode 2013-2018 (pdf) (14 januari 2014) "In de afgelopen vijf jaar is 275 km geluidsscherm gerealiseerd en is 106 km spoor van raildempers voorzien. Daarnaast is veelal in het kader van regulier onderhoud op veel locaties voegloos spoor en betonnen dwarsliggers toegepast. De gemiddelde geluidemissie is met 2,5 dB afgenomen ten opzichte van de situatie in 2006. Deze afname is voor het grootste deel het gevolg van de getroffen geluidsmaatregelen."