Treinen zonder glijden

Bijna iedere herfst is het wel een keer raak. Gevallen blad waait over de rails; het plakt eraan vast als kauwgom aan vloerbedekking; een trein dendert er een keer overheen en drukt de bladermassa nog eens stevig aan, terwijl het blad ook vastplakt aan het treinwiel; een herfstbui maakt het nat en het spoor verandert in een glijbaan vol zwarte smurrie.

Niet alleen bladval, maar ook olie kan de rails spekglad maken. „Dat heeft 20 februari nog voor een ongeluk gezorgd met de Amsterdamse metro. Daarbij vielen dertig gewonden”, herinnert dr. ir. Oscar Arias-Cuevas zich, die op 8 september aan de TU Delft promoveerde op het bestrijden van gladde sporen.

„Normaal gesproken is het contact tussen de stalen rails en de stalen wielen zo’n 60 procent”, stelt de wetenschapper van Spaanse origine. „Het contactniveau van de treinwielen en de rails kan soms tot wel dalen tot 2 procent als gevolg van blad of olie op de rails. Om te remmen heeft een trein echter minimaal 7 tot 14 procent wrijving nodig, en om te accelereren zo’n 15 tot 25 procent.”

Door gladheid tijdens het remmen kunnen de wielen blokkeren. De trein beweegt verder terwijl een of meerdere wielen stilstaan en over de rails glijden. Op de plaats waar ze contact maken met de rails slijten de geblokkeerde wielen zeer snel. Daardoor ontstaan de zogenaamde vierkante wielen.

Treinvervoerders zoals NS en ProRail nemen treinen met vierkante wielen zo snel mogelijk in onderhoud. Er rijden dan minder treinen, zodat er gaten vallen in de dienstregeling.

Het probleem is niet van de laatste tijd, aldus de wetenschapper. „De eerste onderzoeken hebben plaatsgehad in de jaren 60 in Engeland. De eerste rapporten van de NS dateren uit de jaren 80 en 90.”

Hij denkt wel dat het probleem de laatste jaren verergert, omdat er meer treinen rijden. Die moeten snel kunnen optrekken en remmen, waardoor de NS zo veel mogelijk treinen kunnen inzetten om het groeiende aantal reizigers te kunnen vervoeren.

„Een van de maatregelen die de treinvervoerders al in een vroeg stadium genomen hebben, is de toepassing van een tractiecontrolesysteem dat wielslip vermindert tijdens het optrekken, en een antiblokkeersysteem dat remmen mogelijk maakt zonder blokkerende wielen.”

De NS hadden op 27 oktober 2002 alle treinverkeer platgelegd, vanwege de vierkante wielen. „Er was toen veel wind en regen, waardoor veel natte bladeren op de rails terechtkwamen. Het werd toen extreem glad”, vertelt Arias-Cuevas, die vanaf 2006 in opdracht van NS en ProRail, samen met universiteiten van Twente en Wageningen, studie ging maken van de bestrijding van gladheid op het spoor.

„Ik kwam er al gauw achter dat de NS zandstrooiers inzetten tegen de gladheid, maar die waren alleen gemonteerd op de locomotieven. Op rijtuigen en treinstellen, zoals de elektrische dubbeldekker, ontbraken ze geheel. Ik ontdekte ook dat, ondanks het antiblokkeersysteem en het tractiecontrolesysteem dat de meeste treinen al hadden, er toch vlakke plaatsen op de wielen ontstonden. Samen met TU Twente, heb ik gekeken naar mogelijke verbetering van de software van het tractiecontrolesysteem van een elektrisch treinstel van NS.”

De zandstrooiers die de NS in 2004 uittestten, bleken niet goed genoeg. Volgens Arias-Cuevas was dat logisch. „Ze waren gemaakt volgens de eisen die de Britse spoorwegen stellen aan de korrelgrootte en de strooisnelheid van het zand. Algemene Europese specificaties bestaan nog niet.”

Uit zijn onderzoek bleek dat de zandkorrels die de NS gebruikten te groot waren, met een diameter tot bijna 3 millimeter. Om zandstrooien effectief te laten plaatshebben, moeten de korrels door de bladtussenlaag heen dringen en het contact tussen de wielen en de rails herstellen. Daarnaast moet zand zo gebruikt worden dat schade aan wiel en spoor zo veel mogelijk wordt beperkt. Bovendien mag het treindetectiesysteem niet verstoord raken door het zand. De ideale diameter is kleiner dan 1,25 millimeter, ontdekte Arias-Cuevas.

Hij deed ook onderzoek naar een adhesieverbeteraar – een mengsel van zand, roestvrijstaaldeeltjes en een gel, die de NS vanwege vaak optredende gladheid inzetten in bosrijke gebieden. „De adhesieverbeteraar heeft als voordeel dat zand en staaldeeltjes door de gel beter plakken aan de rails en bovendien de bladlaag afbreken.” Het mengsel dat de NS daarvoor toepasten, heet Sandite, dat onder meer roestvrijstaaldeeltjes bevat, die voorkomen dat de treindetectie verstoord raakt.

Verder hebben een aantal treinen van de NS magneetremmen in sommige draaistellen, die normaal gesproken alleen gebruikt worden bij noodstops. Als de magneet ingeschakeld wordt, hechten de remschoenen aan de rails door middel van een opgewekt magneetveld. Dit zorgt voor extra remkracht als de remschoenen over de rails glijden.

Arias-Cuevas bedacht dat deze magneetrem ook ingezet zou kunnen worden als een soort bladschuiver. „Mijn onderzoek toont aan dat wanneer magneetremmen gebruikt worden op gladde sporen –veroorzaakt door bladtussenlaag of olie– ze de remkracht vergroten en de rails schoonvegen. Een nadeel van deze maatregel is wel dat de wielen vies blijven.”

Ook is volgens hem nog onduidelijk hoe dit gebruik van de remmen hun levensduur beïnvloedt.

„Een slimme inzet van magneetremmen in combinatie met zand of een geschikte adhesieverbeteraar kan de gladde massa verwijderen van zowel de rails als de wielen en in combinatie met optimale tractie- en remcontrolesystemen in het najaar een hoop ellende voorkomen.”

In dienst

De komende jaren wil ProRail de maatregelen die Oscar Arias-Cuevas heeft voorgesteld, geleidelijk invoeren, aldus de woordvoerder van ProRail. „Het leuke is dat hij dat project zelf mag leiden. Arias-Cuevas is namelijk per 1 oktober bij ons in dienst gekomen.”

Voor de komende herfst brengt ProRail de locaties in kaart waar veel bladval wordt verwacht. De treinen die op de betreffende trajecten rijden, zullen uitgerust worden met een strooisysteem voor de adhesieverbeteraar Sandite.

Treinen zonder glijden

Wetenschap & techniek

RD.nl in uw mailbox?