Verbinden en verbeteren: naar een stabieler spoor

Al zeven jaar roept ProRail de expertise van Deltares over ondergrondsystemen in om de zevenduizend kilometer spoor in Nederland toekomstbestendig te maken. ProRail heeft deze kennis nodig om de eigen ambities te verwezenlijken: verbinden, verbeteren, verduurzamen van het spoor, op een zo efficiënt mogelijke manier. Niet gemakkelijk met een krappe arbeidsmarkt en bouwkosten die flink zijn toegenomen, terwijl ook klimaatadaptatie een steeds belangrijker aspect wordt.

Meerjarige samenwerking

“Daarom zette ProRail met diverse kennisinstellingen zoals TNO, TU Delft en Deltares een meerjarige samenwerking op, zodat we samen langer vooruit kijken naar welke kennis we moeten ontwikkelen om ook in de toekomst een solide bedrijfsvoering te garanderen”, legt Michelle Spaas uit. Michelle is nu programmamanager Innovatie en was de drijvende kracht achter deze kennisallianties. Samen met Arjen Zoeteman, beleidsadviseur Research, verwelkomt zij Deltares-experts Joris van Ruijven en Bruno Zuada Coelho in het Railcenter in Amersfoort. Hier ontmoeten ProRailers, medewerkers van aannemers, ingenieursbureaus, vervoerders en kennisinstellingen elkaar voor bijeenkomsten en evenementen rond kennisdeling.

Joris van Ruijven is bij Deltares de coördinator voor de kennisvragen van ProRail en Bruno Zuada Coelho is expert in dynamica en het inhoudelijk geweten bij een groot aantal spoorgerelateerde vragen. Arjen haalt herinneringen op aan hun ontmoeting bij een Zweedse ‘meettrein’, waar voor de eerste keer de invloed van de opbouw van de ondergrond op de staat van het spoor werd onderzocht. “Echt een eye opener om de invloed van de ondergrond op onze infrastructuur te zien.”

Kennis dichtbij

Michelle benadrukt hoe belangrijk een duurzame samenwerking is met een kennisinstituut als Deltares: “Als strategische partners samenwerken levert meer op dan partijen inschakelen per project. We hoeven niet steeds opnieuw uit te leggen hoe het spoorsysteem werkt en we kunnen nooit zoveel over de ondergrond weten als Deltares.” Arjen ziet dat deze vorm meer ruimte biedt om elkaar uit te dagen: “Wat ziet Deltares bij andere infrastructuurnetwerken waar wij ook baat bij kunnen hebben? Waar moeten wij rekening mee houden in de toekomst?”

Deltares en ProRail hebben een vertrouwensbasis opgebouwd, vindt Michelle. “We spreken steeds meer dezelfde taal, zijn resultaatgericht en werken aan het toepassen van kennis.” Joris vult aan: “We zitten dicht op de kennisvragen en doordat we langjarig samenwerken, kunnen we samen ervoor zorgen dat relevante kennis in de praktijk wordt gebruikt. Hiermee dragen we bij aan oplossingen voor vragen over de veiligheid en beschikbaarheid van het spoor en de maatschappelijke kosten en baten hiervan.”

Uitdagingen

Die kennisallianties zijn geen overbodige luxe, blijkt als Michelle en Arjen de uitdagingen schetsen waar ProRail als spoorbeheerder voor staat. “De groei van het aantal treinreizigers en het goederentransport faciliteren bijvoorbeeld”, aldus Michelle. “Ook vraagt de overheid om verduurzaming van onze bedrijfsvoering, zowel in energie als materiaalgebruik, willen we minder storingen en treinuitval en betere verbindingen binnen Europa. Tegelijkertijd moeten we bestaand spoor vernieuwen, beheren en onderhouden, onze werkwijzen digitaliseren en kosten terugdringen. En dat alles met steeds minder mensen en een toekomst waarin minder technici op de arbeidsmarkt aanwezig zijn.”

Als strategische partners samenwerken levert meer op dan partijen inschakelen per project. We hoeven niet steeds opnieuw uit te leggen hoe het spoorsysteem werkt en we kunnen nooit zoveel over de ondergrond weten als Deltares.

Michelle Spaas, programmamanager Innovatie bij ProRail

Stabiele spoorbanen

Incidenten als zettingen van de ondergrond waardoor spoorbanen verzakken, bezorgen ProRail de nodige hoofdbrekens. Daardoor kunnen treinen minder snel of helemaal niet rijden, zoals bij de recente verzakkingen op diverse plekken van het spoor tussen Utrecht en Eindhoven. Arjen: “En twee jaar geleden zorgden verzakkingen in Zeeland ervoor dat treinen slechts veertig kilometer per uur konden rijden. Dit is een risico, ook voor een toekomst met meer extreem weer. Daarom willen we weten hoe de relatie tussen ons spoor en de ondergrond in elkaar steekt en hoe dat te verbeteren is.”

Terugverdienen

Deltares onderzoekt dit in het programma RESET, samen met de TU Delft. In RESET zet Deltares haar expertise op het gebied van dijkveiligheid en haar experimentele en digitale faciliteiten in. Joris: “We bekijken het gedrag van grondwater in de spoordijken, het effect van droge perioden en de manier waarop een rijdende trein de spoordijk belast. We helpen de uitkomsten van het wetenschappelijk onderzoek en de modellen van de TU Delft te vertalen naar praktische toepassingen.”

Tussen Delft en Schiedam zijn de eerste praktijktesten gedaan, binnenkort volgt een tweede serie. Er is gekozen voor deze plek, omdat ProRail aanwijzingen had dat deze spoorbaan versterking behoefde. Joris: “Hier heeft RESET zich terugverdiend op een stukje spoor van acht kilometer. Onder andere door metingen aan het spoor konden we concluderen dat er meer treinen kunnen rijden over de spoorbaan dan verwacht.”

Wat ziet Deltares bij andere infrastructuurnetwerken waar wij ook baat bij kunnen hebben? Waar moeten wij rekening mee houden in de toekomst?

Arjen Zoeteman, beleidsadviseur Research bij ProRail

Arjen legt uit dat de ondergrond op een klein oppervlak al enorm van samenstelling kan verschillen. “In het consortium ontwikkelen we kennis over de ondergrond in combinatie met de stabiliteit van spoorbanen. Begrijpen we de ondergrond, dan kunnen we nieuwe ontwerpnormen voor onze assets opstellen met Deltares.” En dan is er nog de opgave van een klimaatadaptief spoor, voegt Bruno toe. “Wat doet langdurige droogte en extreme regenval met de stabiliteit van spoorbanen?”

Trillingen van het treinverkeer

Om aan de groeiende behoefte aan woningen te voorzien, wordt steeds vaker dichter bij het spoor gebouwd. Om te voorkomen dat bewoners last krijgen van trillingen, ook als in de toekomst het treinverkeer toeneemt, vroeg ProRail aan een consortium van Deltares, TU Delft en TNO om in kaart te brengen hoe en waar spoortrillingen ontstaan en welke maatregelen waar en wanneer effectief zijn. Doel is betaalbare en betrouwbare maatregelen te vinden, want in Nederland zijn er bijna 1,3 miljoen mensen die dichtbij het spoor wonen.

Deltares bouwt hiervoor het Spoor Trillingen Emissie Model (STEM). Bruno: “Dit brengt voertuig, spoor en ondergrond bij elkaar en laat nauwkeurig zien hoe verschillende factoren elkaar beïnvloeden in ruimte en tijd.” Samen met ingenieursbureaus en bouwbedrijven ontwikkelt ProRail innovatieve oplossingen die trillingen moeten verminderen, zoals het aanbrengen van bacteriën in de ondergrond, waardoor deze ‘verstijft’. “Ons model laat zien op welke plekken dit werkt en waar niet”, vertelt Bruno. “Waardoor je geen tijd en geld verspilt en stappen zet richting effectieve oplossingen.”

Een belangrijke uitdaging hierbij zijn data die voor het spoornetwerk van ProRail voldoende betrouwbare antwoorden geven. Die data is niet altijd beschikbaar, toegankelijk en gestandaardiseerd bij de samenwerkingspartners, ziet Bruno. “Welke data zijn er, welke informatie is er nog nodig? Hoe benutten we de waarde van bestaande data? En hoe updaten we onze modellen hiermee? Met modellen kunnen we situaties voorspellen, kunnen we toch goede antwoorden geven wanneer er weinig data beschikbaar zijn?” Data ophalen voor dit soort modellen is bijzonder complex, vertelt Bruno. “De toegankelijkheid van het spoor, het regelen dat je langs de rails veilig metingen kan doen, de uren en kosten die je maakt zijn enorm.”

Keuzes maken

Joris en Bruno agenderen daarom het belang van keuzes maken. “Willen we veel energie stoppen in algemene kennis ontwikkelen over de ondergrond van het spoor, of specifieker zodat ProRail dit direct kan toepassen? Die afweging moeten we continu maken”, vindt Bruno. “Voor baanstabiliteit is sterkte van de ondergrond belangrijk en voor trillinghinder stijfheid. Daar zit een correlatie in, maar het is niet hetzelfde. Welke informatie laat het model en daarmee de applicaties van ProRail goed werken?” Aan alleen data heb je niets, je moet weten waar je naar zoekt, knikt Michelle.

“Langs het spoor liggen kilometers glasvezel”, vertelt Arjen. “Deze kabels kunnen we als sensoren gebruiken: ze meten trillingen en geluid en daarmee afwijkingen aan het spoor, materieel of omgeving.” Aanvullend op andere data vindt Bruno de glasvezelmonitoring behulpzaam en kansrijk bij het bepalen waar ProRail spoorbanen moet versterken. “Als we de kritische treinsnelheid willen weten, helpt dit ons. Rijdt een trein op een bepaalde snelheid, dan ontstaan golven die tot vervormingen in de ondergrond kunnen leiden. En dat leidt bij slappe bodems zoals in Nederland tot problemen.”

Impact maken

Door in de onderzoeken intensief samen te werken met de geotechnici van ProRail, ingenieursbureaus en bouwbedrijven, zorgt Deltares ervoor dat de opgedane kennis kan landen in de praktijk. Geotechnici scherpen met de informatie en aanbevelingen van Deltares de ontwerp- en onderhoudsnormen aan, legt Arjen uit. Michelle: “De programma’s STEM en RESET zijn zo opgezet dat belanghebbenden vroegtijdig kunnen aanhaken en tijdens de ontwikkeling van de modellen worden betrokken bij de bruikbaarheid ervan.”

Toekomst

Hoe kijken de samenwerkingspartners naar de toekomst? Michelle ziet de digitalisering van het beheer en onderhoudswerk positief in: “Met predictive maintenance krijgen we in beeld waar problemen zullen ontstaan en waar ingrijpen dus als eerste nodig is. Daar hebben we informatie en data voor nodig.” Ook hoopt ze dat de ontwikkelingen om de Europese sporen beter op elkaar te laten aansluiten doorzet. “Dat helpt bij het realiseren van onze ambities verbinding en verduurzaming.” Arjen vult aan: “Samenwerken om de meest groene en efficiënte vervoerwijze die we hebben, het treinverkeer, maximaal in te zetten en te laten groeien. Dat kan alleen met veilige en betrouwbare sporen en spoorbanen.”

Joris benadrukt het belang om de ontwikkelde kennis daadwerkelijk in te passen in het digitale werkproces van ProRail. “Zodat we echt de waarde van ontwikkelde kennis en modellen te gelde kunnen maken”. Bruno wijst daarbij op het belang van een digitale tweeling van het gehele Nederlandse spoornetwerk. “Zo kun je alle opgaven die ProRail heeft, van baanstabiliteit tot trillinghinder en klimaatadaptatie, in één model samenbrengen. Dat helpt bij het snel overzien van de gevolgen van keuzes. Pas dan is echt goed te zien wat de keuze voor meer, snellere, zwaardere en langere treinen betekent.”