Wat helpt in de zomer, kraakt in de winter

Op 30 juni 2006 ontspoorde in het Nederlandse Zwammerdam, tussen Leiden en Utrecht, een trein door een spoorslingering. Vier passagiers raakten toen gewond. (Foto: Inspectie Verkeer en Waterstaat, Nederland)

Treinsporen bestand maken tegen klimaatextremen is volgens Internationale Spoorwegunie onmogelijk

Extreme hitte heeft volgens Internationale Spoorwegunie (UIC) gevolgen voor het gehele spoorwegsysteem: infrastructuur, stroomvoorziening, signalering, telecommunicatie, stations en rollend materieel. Hoge temperaturen kunnen leiden tot uitzetting van de rails, een verhoogd risico op spoorvervorming, schade aan de bovenleidingen, extra belasting van elektrische en signaleringsapparatuur en overbelasting van systemen aan boord, zoals de airconditioning. “Het is niet realistisch om spoorinfrastructuur zo te dimensioneren dat alle extreme temperaturen worden opgevangen”. Dat stellen Lucie Anderton, Francisco Cabrera Jeronimo en Adriano Scapati van de UIC in een gesprek met de Franse website Ville, Rail & Transports¹. Lucie Anderton is bij de UIC directeur van de afdeling Duurzame Ontwikkeling. Francisco Cabrera Jeronimo is er adjunct-hoofd Operationele Zaken en Veiligheid terwijl Adriano Scapati directeur van het spoorwegsysteem is.

Waar in landen zoals Italië en Spanje spoorwegsystemen sinds lang zijn ontworpen om hoge omgevingstemperaturen en frequente hittegolven te weerstaan en vooroplopen bij het ontwikkelen en implementeren van maatregelen om de risico’s van hoge temperaturen te beheersen, zijn de spoorwegnetwerken van bijvoorbeeld Frankrijk, België, Nederland en Duitsland historisch berekend op veel mildere temperaturen. Het vormt een gigantische uitdaging om deze spoorwegnetten bestand te maken tegen klimaatextremen. Aanpassingen tegen hoge temperaturen wreken zich namelijk bij extreme winterkou.

Deze analyse van de UIC maakt duidelijk dat het hier niet gaat om lokale, incidentele storingen. Wel is het een structureel West-Europees probleem waarbij de spoorsector botst op de grenzen van de natuurkunde en de wetten van de economie.

Krimpen en uitzetten

Spoorbeheerders zoals Infrabel (België) en ProRail (Nederland) lassen en fixeren hun sporen op een zogeheten ‘neutrale temperatuur’ van ongeveer 25 °C. Bij die temperatuur is er geen uitzetting en inkrimping van het staal van de rails. Hogere temperaturen doen de rails in de lengte uitzetten, lagere temperaturen doen het staal van de rails krimpen. Binnen bepaalde grenzen kan dit worden opgevangen, maar ook hier is trop te veel.

Wanneer de zomerzon op de spoorbaan brandt, absorberen het ballastbed en het donkere staal massaal de warmte. Daardoor kan de temperatuur van de rails oplopen tot wel 1,6 keer de feitelijke luchttemperatuur. Bij een zomerse dag van 33 °C loopt de temperatuur van het staal dus al gauw op tot 50 à 55 °C..

Bij dergelijke temperaturen loopt de druk op de sporen gigantisch op. Wanneer de ballast en de dwarsliggers die druk niet meer kunnen houden, ontstaat er spoorslingering of spoorspatting: het spoor trekt lokaal in een plotselinge S-bocht krom, met alle ontsporingsrisico’s van dien.

Het technisch aanpassen van de infrastructuur om dit op te vangen — bijvoorbeeld door de rails onder een veel hogere mechanische spanning vast te zetten of te kiezen voor specifieke, zwaardere staallegeringen — is een oplossing voor de zomer, maar creëert nieuwe problemen in de winter. Wanneer de temperatuur in januari daalt tot fors onder het vriespunt, krimpt het staal immers extreem hard. De inwendige trekspanning die dan ontstaat is zo destructief dat de rails simpelweg spontaan doormidden kunnen breken. Een spoornetwerk kan fysiek gezien niet in beide uitersten perfect presteren; elk ontwerp is een compromis dat historisch is afgestemd op het lokale gemiddelde klimaat.

Bedrijfseconomische en maatschappelijke realiteit

Naast de technische barrière is er de onwrikbare bedrijfseconomische en maatschappelijke realiteit. Spoorweginfrastructuur behoort tot de duurste en meest langdurige kapitaalgoederen ter wereld. Het aanleggen of ingrijpend vernieuwen van één kilometer spoor kost miljoenen euro’s en moet dertig tot veertig jaar meegaan.

De UIC-experts benadrukken dat spoorbeheerders hun langetermijnplannen baseren op officiële klimaatscenario’s van het IPCC (intergouvernementale werkgroep inzake klimaatverandering van de Verenigde Naties). Hoewel die scenario’s ook extreme uitersten bevatten, is het budgettair onverantwoord om de volledige infrastructuur te ‘over-engineeren’ op basis van het meest pessimistische scenario. Two cruciale drempels spelen hierbij een rol:

De opportuniteitskost: Elke euro die een spoorbeheerder uitgeeft aan het hittebestendig maken van een traject voor die drie of vier extreem hete dagen per jaar, kan níét worden uitgegeven aan broodnodige capaciteitsuitbreiding, regulier achterstallig onderhoud of de digitalisering van de beveiliging (zoals ERTMS).
De factor tijd: De spoorsector kent bovendien extreem trage industriële cycli. Tussen het eerste ontwerp van een nieuwe trein of infra-aanpassing, de fabricage, de loodzware veiligheidstests en de uiteindelijke Europese certificering zit gemakkelijk tien jaar. Een vloot of netwerk pas je niet even aan tussen twee seizoenen in.

Totale preventie versus risicobeheersing

Omdat het volledig wegnemen van elk risico technisch onmogelijk en economisch onbetaalbaar is, heeft er in de internationale spoorsector een paradigmashift plaatsgevonden. Men accepteert de kwetsbaarheid en stapt over van totale preventie naar risicobeheersing. Dit is exact de filosofie achter de unieke internationale UIC-standaard IRS 71720.

In plaats van de fysieke infrastructuur met miljardeninvesteringen volledig om te bouwen, zet men in op slimme, operationele en digitale maatregelen zodra de limieten in zicht komen:

Snelheidsbeperkingen: Door treinen op het heetst van de dag iets trager te laten rijden, neemt de dynamische druk op de uitgezette sporen af, wat spoorspattingen effectief voorkomt.
Zuid-Europese technieken: Technieken uit Spanje en Italië (beschreven in het RERA Temp-rapport van de UIC) worden langzaam overgenomen in het noorden. Denk aan het wit schilderen van de flanken van spoorstaven op hittegevoelige locaties zoals stalen bruggen. De witte verf reflecteert het zonlicht en houdt het staal tot wel 7 graden koeler.
Operationele keuzes: Spoorwegmaatschappijen passen hun dienstregeling preventief aan. Zo kiest de Belgische NMBS er tijdens extreme hittegolven soms voor om oudere piekuurtreinen (P-treinen) zonder airconditioning binnen te houden. Dit voorkomt dat reizigers stranden in snikhete, stilgevallen treinen op vitale knooppunten en zo het hele netwerk platleggen.

De conclusie van de UIC voor de West-Europese netwerken is hard maar helder: we zullen moeten leren leven met het feit dat het spoorwegsysteem bij extreem weer kwetsbaar is. De komende decennia verschuift de focus definitief van ‘het garanderen van een rimpelloze rit bij elk weertype’ naar ‘het zo slim en veilig mogelijk beheersen’ van de onvermijdelijke natuurkrachten.