Ontwerp overgangsconstructies en wissels voor spoorwegen (onderbouw) Erik Kwast
[email protected]
dia 1/26
Inhoud - Ontwerp Voorschriften Spoorwegen (OVS) -
-
Introductie Belastingcombinatie voor zettingen Eisen restzettingen en restzettingsverschillen Standaard oplossing overgangsconstructies
Ontwerpmodellen Praktijkvoorbeelden Conclusies Stelling
dia 2/26
OVS - Introductie - OVS Baanlichaam en Geotechniek, ProRail Inframanagement, uitgave 24-07-2006, versie 002: - Ontwerp van nieuwe spoorlijnen en beoordeling van bestaande spoorlijnen - Treinsnelheden ≤ 200 km/uur en maximale aslasten van 25 ton - Ontwerplevensduur onderbouw is 100 jaar
- OVS Kunstwerken – deel 1 – Kunstwerken voor spoorverkeer, ProRail Inframanagement, uitgave 16-022007, versie 002: - Ontwerp en bouw van door spoorverkeer bereden kunstwerken - Voor treinsnelheden ≤ 200 km/uur integraal toepasbaar - Ontwerplevensduur kunstwerken is 100 jaar dia 3/26
OVS - Introductie
dia 4/26
OVS - Introductie - Vrijgave alternatieve oplossingen: - Toestemming vereist van ProRail IM/Railsystemen - Voorafgaand aan toepassing (ontwerpdossier): - Aantonen dat ontworpen constructie aan de in de OVS gestelde functionele eisen voldoet - Door middel van een Business Case en een LCC analyse aantonen dat ProRail op de lange termijn zowel kwalitatief als financieel voordeel heeft bij de ontworpen oplossing - Bij toepassing van niet vrijgegeven producten moet een vrijgave procedure worden gevolgd indien risico’s aanwezig zijn ten aanzien van betrouwbaarheid, beschikbaarheid, onderhoudbaarheid en veiligheid dia 5/26
OVS – Belastingcombinatie voor zettingen - Zettingsberekeningen in bruikbaarheidsgrenstoestand (BGT - karakteristieke combinatie): 1,0*Gk + 0,25*Qmob Belasting op onderbouwconstructie Gk = permanente belasting bovenbouwconstructie (= 12,5 kN/m²) Qmob = mobiele verticale belasting, exclusief dynamische effecten (= 35 of 69 kN/m² op niveau onderkant dwarsligger met 2,5 m breedte) 1,0*12,5 + 0,25*69 = 30 kN/m² (max.) dia 6/26
OVS – Eisen restzettingen en restzettingsverschillen Vergelijking Overige wegen eisen (rijsnelheid 60 – 80 km/uur)
Autosnelweg (rijsnelheid ≥ 100 km/uur)
Spoorlijnen (tot 200 km/uur)
HSL-Zuid (tot 350 km/uur)
Restzetting
zeer variabel, contract afhankelijk
≤ 100 mm na 10 jaar (indicatief)
≤ 100 mm na 30 jaar
≤ 30 mm na 100 jaar
Helling
≤ 1 : 60 tot ≤ 1 : 80
≤ 1 : 100
≤ 1 : 600
≤ 1 : 1000
Lengte overgangsconstructie
2 tot 12 m
5 tot 12 m
15 m (tot 160 km/uur vrijgegeven)
20 m
dia 7/26
OVS – Eisen restzettingen en restzettingsverschillen Eisen restzettingen
Aardebaan
1e jaar
≤ 40 mm
≤ 10 mm
≤ 10 mm
≤ 40 mm
2e jaar
≤ 30 mm
≤ 10 mm
≤ 10 mm
≤ 30 mm
Vanaf 3e jaar
≤ 20 mm
≤ 10 mm
≤ 10 mm
≤ 20 mm
Na 30 jaar
≤ 150 mm
≤ 50 mm
≤ 100 mm
≤ 150 mm
Helling (in langsrichting)
≤ 1 : 333
≤ 1 : 333
≤ 1 : 600
≤ 1 : 800
dia 8/26
BaanOvergangszone Wissels op verbreding baan – kunstwerk de vrije baan
OVS – Eisen restzettingen en restzettingsverschillen
- Overgangsconstructies: - Geleidelijk verloop van stijfheid van laag (vrije baan) naar hoog (kunstwerk) - Restzettingsverschil vanaf start exploitatie ≤ 100 mm - Jaarlijkse gelijkmatige restzetting ≤ 10 mm - Helling overgangszone ≤ 1 : 600 - Lengte overgangszone (L) bij nieuwbouw: ∆h = L²/(1,6.Ve²), met ∆h = 0,05 m, Ve=160 km/uur -> L = 45 m dia 9/26
OVS – Eisen restzettingen en restzettingsverschillen - Wissels: - Locaties niet in nabijheid van kunstwerken, t.p.v. voormalige voorbelastingen of watergangen - Voorkomen van elasticiteitssprong in het overgangsgebied van spoor naar wissel(complex) - Restzettingsverschil vanaf start exploitatie ≤ 150 mm - Jaarlijkse gelijkmatige restzetting ≤ 40 tot 20 mm - Helling in overgangsgebied en t.p.v. wissel ≤ 1 : 800 (25 mm op een minimumlengte van 20 m) - Lengte overgangsgebied (L) voor en achter wissel op basis van 1 seconde regel: Ve=160 km/uur = 44,4 m/s -> L = 45 m dia 10/26
OVS – Standaard oplossing overgangsconstructie
dia 11/26
OVS – Standaard oplossing overgangsconstructie
dia 12/26
OVS – Standaard oplossing overgangsconstructie
dia 13/26
Ontwerpmodellen -
2D analystisch zettingsmodel (MSettle) – zonder grond/ constructie interactie: - Dwarsdoorsnede in overgangszone - Langsdoorsnede in overgangszone - Combinatie dwars- en langsdoorsnede in overgangszone (semi 3D berekening)
dia 14/26
Ontwerpmodellen - 2D of 3D EEM (Plaxis) – met grond/constructie interactie: - Langsdoorsnede in overgangszone met MSettle (verificatie samendrukkingsparameters Plaxis) - Langsdoorsnede in overgangszone (Plaxis 2D UM) - Volledig 3D model (Plaxis 3D – Tunnel – UM)
dia 15/26
Praktijkvoorbeelden -
Spoorverdubbeling Vleuten – ARK Betuweroute – Verlegde Havenspoorlijn Onderdoorgangen bestaande spoorbaan
dia 16/26
dia 17/26
dia 18/26
Inhoud
dia 19/26
dia 20/26
dia 21/26
Inhoud
dia 22/26
dia 23/26
Conclusies - Strenge eisen in de (nieuwe) OVS voor overgangsconstructies en wissels zullen in de nabije toekomst leiden tot minder onderhoud en minder storingen voor nieuwe en opgewaardeerde bestaande spoorlijnen - ProRail geeft ruimte voor alternatieve oplossingen, mede gezien de marktontwikkelingen (D&C-contracten), mits deze vroegtijdig worden aangekaart en de oplossingen goed onderbouwd zijn (o.a. LCC-analyse) - Vroegtijdige integrale afweging (voor bouw- en eindfase) van betrokken deskundigen (geotechnici, baan- en spoorontwerpers en constructeurs KW) is noodzakelijk om optimale oplossingen (incl. onderhoud) voor overgangsconstructies en wissels te ontwerpen dia 24/26
Stelling “De OVS en ProRail (organisatie) bieden voldoende ruimte voor de ontwikkeling van alternatieve (innovatieve) oplossingen”
dia 25/26
Bronvermelding -
-
OVS Baanlichaam en Geotechniek, ProRail Inframanagement, uitgave 24-07-2006, versie 002 OVS Kunstwerken – deel 1 – Kunstwerken voor spoorverkeer, ProRail Inframanagement, uitgave 16-02-2007, versie 002 Artikel “Overgangsconstructies van aardebaan naar kunstwerk, Ook bij 200 km/uur een comfortabele treinreis”, auteurs: ir. A.M.W. Duijvestijn (Arcadis), ir. R.J.W. Brouwer (Holland Railconsult), ir. P.K. Wiersma (AEA Technology Rail), Cement nummer 3 – 2003 Artikel en presentatie “Onderzoek en praktijk overgangsconstructies voor spoorwegen”, auteurs: ing. E.A. Kwast (Holland Railconsult), ing. A. Kremer (ProRail – Beheer & Instandhouding), Geotechniek – Geotechniekdag 2005 Presentatie “Overgangsconstructies voor wegen en spoorwegen”, spreker: ing. E.A. Kwast (Kwast Consult), GeoWeg-contactdag 2007 Foto aanleg overgangsconstructie Amsterdam – Utrecht 4-sporig (dia 13): ing. Th. Huybregts (Geologics) Figuren en foto’s (dia 11, 12, 19 t/m 22): Movares Nederland B.V. Foto aanleg odg. Zwolle – Kampen (dia 23): Haverkort Voormolen B.V.
dia 26/26
