Trillingsvrije sporen – Voorgespannen railbevestiging

De voorgespannen railbevestigingen zijn discrete railbevestigingen met een zeer elastische onderlegplaat.

Het elastisch materiaal wordt op voorhand samengedrukt door speciaal ontworpen veren met een kracht die overeenkomt met 80% van de normale statische aslast. De veer is volledig ontspannen wanneer voertuigen voorbijrijden en hierdoor vindt geen trillingsoverdracht plaats via deze stijve veer. Een kleine soepele veer binnen de stijve veer verzekert de stabiliteit van het systeem. De verticale railverplaatsing tijdens het voorbijrijden van voertuigen wordt gecontroleerd en beperkt door het op voorhand samendrukken van het elastische materiaal, waardoor slechts een kleine verplaatsing ontstaat tijdens voertuigpassage.

Het elastische materiaal bestaat uit een elastomeer met een kleine verhouding tussen dynamische en statische elasticiteit, een uitstekende elektrische weerstand en thermische stabiliteit. De dynamische stijfheid van het totale systeem kan tot 5 kN/mm verlaagd worden (aan 20 Hz), wat een eerste verticale wiel-railresonantie verzekert onder 20 Hz en vandaar uitstekende trillingsisolatiekenmerken heeft, vergelijkbaar met die van de vlottende vloerplaat.

Het ontwerp laat toe op verschillende manieren te worden toegepast:

  • op een betonnen vloerplaat of stalen frame;
  • op betonnen of houten dwarsliggers;
  • op ballastspoor of ballastloze constructie;
  • op grondniveau, onder het grondniveau of op spoordragende structuren.

Het systeem kan op verschillende soorten sporen worden gebruikt: trein / reizigerstrein, metro, tram, wissels, …

Het kan ook op ingebedde spoorsystemen worden toegepast.

Stalen viaduct in New York (metro)
Stalen viaduct in New York (metro)

Omdat de railbevestiging in één stuk moest worden geleverd, moest ze op voorhand worden geassembleerd.

De dikte van de staalplaat werd bepaald (12 mm) om te zorgen voor een veilige verankering van de bouten met een diameter van 25 mm die de ruggengraat vormen van het voorgespannen systeem. Dit betekende dat er slechts een ruimte overbleef 19 mm voor het trillingsdempende materiaal. Dit materiaal bestaat uit natuurrubberen schijven met een diameter van 35 mm en een dikte van 19 mm.

Vergelijking van trillingsniveaus aan het Grand Street-station tussen een standaard NYCTA spoor en een spoor met een door D2S International ontworpen bevestiging.

Pont du Nord in Parijs (metro)
Pont du Nord in Parijs (metro)

Verschillende lijnen van de Parijse metro RATP gaan over stalen bruggen die dateren uit de vroege jaren 1900. Een opwaarderingsproject was het perfecte moment om de sporen van de Pont Du Nord opnieuw te ontwerpen en een vermindering van trillingen en afgestraald structuurgeluid te bekomen. De Pont Du Nord ligt op Metrolijn 2 dicht bij het station van La Chapelle.

De staalstructuur is bijna 100 jaar oud. De sporen worden gemonteerd op houten dwarsliggers die rechtstreeks aan de stalen brug worden vastgebout. Speciaal ontworpen nieuwe sporen bestonden uit een elastische voorgespannen laag onder de dwarsligger die het geluid vermindert met 6 dB(A).

Milaan, Metro, Famagosta – Abbiategrasso extensie
Milaan, Metro, Famagosta – Abbiategrasso extensie

In Milaan werden de systemen direct geïnstalleerd op de betonnen tunnelvloer. In de beschouwde bocht werd de maximale aslast geschat op 40kN.

De railbevestiging werd ontwikkeld om een dikte van 50 mm en een verticale statische stijfheid van 5 kN/mm te bekomen.

Twee compressieveren met een veerkracht van 6 kN/mm werden 2 mm samengeperst om een voorbelasting van 24 kN uit te oefenen, resulterend in een elastische oplegging met beperkte verplaatsingen.

Ingebed tramspoor in Antwerpen (België)
Ingebed tramspoor in Antwerpen (België)

Op deze plaats moest de tram een bocht maken met een radius van 25 m. Rails moesten in de bestrating worden ingebed en gebouwd op een betonnen onderplaat. Geluidsstudies voor de bouw gaven aan dat de geluids- en trillingsniveaus erg storend zouden zijn voor de huizen nabij het spoor.

Het sterk gedempt railbevestigingssysteem met een hoge elasticiteit om te zorgen voor een laterale railverplaatsing en demping werd geplaatst om de laterale stick-slip van het wiel op de rail, die het booggeluid initieert, te minimaliseren. De installatie werd uitgevoerd met een top-down proces. Zodra het spoor op zijn plaats ligt worden de speciaal ontwikkelde rubberkappen geplaatst over de bevestiging, één aan elke kant van het spoor. De kappen worden ontworpen om de bevestiging te beschermen tegen betoninfiltratie dat de werking van de veer kan verhinderen of blokkeren.

De prestaties van dit spoor zijn gemeten na installatie en tijdens passage van de Siemenstram (uitgerust met elastische wielen). De meeste trampassages produceerden helemaal geen booggeluid. Voor enkele zeldzame passages was het maximale booggeluid 80.5 dB (A), gemeten bij een voertuigsnelheid van 10-15 km/h op 7.5 m van het spoor.

Ter vergelijking: het berekend booggeluidsniveau voor een klassiek spoor op 7.5 m van dat spoor was 102.7 dB (A). Het zeer elastische spoorsysteem vermindert aldus het eventuele booggeluid met meer dan 20 dB (A). Dit resultaat is zeer bevredigend en leidt tot meer installaties van dit type.

Oostende - Vrachtvervoer in een stedelijk maritiem milieu
Oostende - Vrachtvervoer in een stedelijk maritiem milieu

De stalen brug wordt door treinverkeer gebruikt dat voor de haven van Oostende is bestemd. Het doel was een algemene oplossing te ontwikkelen voor geluidsreductie van stalen bruggen (afgestraald geluid). De brug werd gebouwd in het jaar 2004 en 2005. Een modale analysemeting van de brug werd uitgevoerd en een op maat gemaakte bevestiging werd ontworpen.