530 2022 Endringsartikkel 1687

Endringsinformasjon

EndringsID	1687
Forslagsdato	06.02.2017
Forslagsstiller	Roar Nålsund
Klassifisering	Kravendring
Bok	530 Overbygning, prosjektering
Kapittel	Ballast
Avsnitt	3.1. Krav
Forslagstekst	Søknad om endring av krav til ballastfraksjon for Ofotbanen 3.1.b) Eksisterende tekst: Nominell fraksjon skal være 31,5-63 mm for pukk i hovedspor, med unntak av Ofotbanen hvor fraksjon kan være 31,5 – 50 mm. Forslag til endret tekst: Nominell fraksjon skal være 31,5-63 mm for pukk i hovedspor, med unntak av Ofotbanen hvor fraksjon kan være 22.4 – 50 mm. Bakgrunn Etter Jernbaneverkets revisjonen av ballastreglene i 2007 har Ofotbanen i dag muligheten til å bruke sortering 31,5-50 mm som jernbaneballast i stedet for standard sortering 31,5-63 mm som beskrevet i NS-EN 13450 (2009) og Bane NORs Tekniske spesifikasjon. Ofotbanen brukte tidligere fraksjonen 25-50 mm og de ønsker nå å gå tilbake til den originale sorteringen. Den europeiske jernbanestandarden NS-EN 13450 fra 2002 innførte sorteringen 31,5-63mm (kategori C) i stedet for 25-50 mm for alle medlemsland. Den reviderte standarden som kommer i 2017 opprettholder dette. Jernbaneverket tok i bruk det nye siktekurvekravet i 2007 ved at det ble laget en Teknisk spesifikasjon for ballastpukk. Jeg var med på å lage denne sammen med Kjell Arne Skoglund, og her dukker for første gang opp det reviderte kravet til ballastsortering for Ofotbanen beskrevet som 31,5-50 mm og omtalt i spesifikasjonen som sortering kategori A (grensekurver) med referanse til NS-EN 13450 (2009) og referert til som A 2017 OB i Figur 1. I dag kan dette se litt merkelig ut. Det finnes etter min mening ingen god grunn for å øke nedre korngrense for Ofotbanen fra 25 til 31,5 mm, tvert i mot. I følge Skoglund som har bedre hukommelse enn det jeg har, ble det åpnet for at OB fortsatt skulle kunne bruke en finere siktekurve enn resten av Jernbane-Norge, men at nedre korngrense ble satt til 31,5 og ikke 25 av lojalitetshensyn til den nye standarden som hadde et forslag til en kategori (A) med ferdige grensekurver (A skulle være litt finere enn C). I praksis er A ikke finere enn C. Den har et sett med grensekurver som er litt trangere enn C (se vedlagt Figur 1). Følgende grensekurver for jernbaneballast er tegnet inn med hver sin betegnelse. Figur 1. Forslag til endring av grensekurvene for ballastpukk på Ofotbanen (grønn) sammenliknet med eksisterende kurvesett for Ofotbanen (gul), grensekurver for Bane NOR (blå), og et helt nytt sett grensekurver som introduseres i 2017-utgaven av NS-EN 13450 (rød). Figuren bruker kategoribetegnelser som benyttes i 2017-utgaven av standarden. Dagens grensekurver (kategori E i 2009-utgaven av standarden) heter kategori C i 2017-utgaven av NS-EN 13450 og er markert med blå farge lengst til høyre. Ofotbanens grensekurver heter kategori A, er markert med gul farge og ligger i sin helhet innenfor Bane NORs grensekurver. Vårt forslaget til nye grensekurver har jeg kalt kategori OB og er markert med grønn farge. Jernbanestandarden som kommer i revidert utgave i 2017 introduserer i tillegg en helt ny sortering som heter kategori E (rødt). Denne er betydelig finere enn Ofotbanens foreslåtte sortering. Sett fra et faglig synspunkt vil Ofotbanen oppnå flere positive effekter ved å velge en mer finkornet siktekurve som for eksempel 25-50 mm.. Både i faglitteraturen og i min egen doktorgrad har vi dokumentasjon på at: - Knusing av ballastpukken på grunn av togtrafikk vil reduseres - Elastisiteten øker (E-modulen blir lavere og kontakttrykket mellom steinkornene reduseres) - Setningene ved komprimering av løs lagret ballast vil bli mindre (kan øke effekten av sporjustering hvilket er positivt) På bakgrunn av dette blir min konklusjon at Ofotbanen anbefales i første omgang å bruke tidligere brukte sortering 25-50 mm. Hva skal barnet hete? Reglene som følges i standarden for å sette tall på øvre og nedre kornstørrelsesbegrensning, er at D og d skal være identisk med aktuelle siktdimensjoner. Derfor brukes for eksempel størrelsene 31,5 og 63 mm. 25 mm passer ikke helt inn i dette bildet, så et aktuelt tallpar for den nye sorteringen vil være 22,4-50 mm. Flere argumenter for endringen Et annet argument for å endre sorteringen for jernbaneballasten er at den planlagte økningen i aksellast til 32,5 tonn vil føre til økt knusing og bør møtes med kompenserende tiltak. Et slikt tiltak vil være å ta i bruk en finere ballastsortering. Vedlagte Figur 2 fra den amerikanske professoren Ernest Selig (1996) antyder langt på vei at vi må forvente en økt knusing. Han undersøkte effekten av å øke aksellast fra 18 til 25 tonn. Figur 2. Målt nedknusing av jernbaneballast når aksellasten økes fra 18 tonn til 25 tonn basert på feltforsøk (Selig 1996). Horisontalaksens skala i diagrammet er ikke kjent, men er sannsynligvis på noen få prosent av totalprøvens vekt. Den nye ballaststandarden kommer i revidert utgave høsten 2017 og inneholder nye graderingskategorier for både 31,5-50 mm og 16-40 mm. Ingen av disse kategoriene er dekkende for vårt forslag om nye grensekurver for ballastpukk å Ofotbanen. Vennlig hilsen Roar Nålsund På vegne av banesjef på Ofotbanen Knut Karlsen
Referansedokumenter	Søknad om endring av grensekurver for ballastpukk gjeldende for Ofotbanen.pdf

Systemdefinisjon

Regelendringen omhandler valg av ballastgradering på Ofotbanen. Ballastgradering er sammensetningen av ulike steinstørrelser. Ballasten skal bestå av knust pukk med lite finkorn, med overvekt av kubiske steiner innenfor en gitt kornfordelingskurve.

Ballastlaget deles opp i nedre og øvre ballastlag, der nedre ballastlag normalt hviler på formasjonsplanet og forsterkningslaget. Nedre ballastlag kan også legges direkte på hardt underlag som kulverter, traubruer eller tunellsåler. Øvre ballastlag hviler på nedre ballastlag og omslutter svillene. Ballasten er på denne måten i kontakt med de øvrige overbygningskomponentene og er en del av det bærende systemet for å ta opp belastning fra togtrafikken. I tilegg brukes øvre ballastlag som fundament for komponenter i og rundt sporet, f.eks. planoverganger, kabelkanaler, skiltfundamenter apparatskap ol. Både øvre og nedre ballastlag kommer i kontakt sideveis med flere konstruksjoner langs sporet, f.eks. KL-fundamenter, kantdragere, murer ol.

Ballastlagets funksjon er å overføre kreftene (horisontale og vertikale) fra svillene til underbygningen og gi sideforskyvningsmotstand på svillene. Ballastmaterialet skal ha mye hulrom mellom steinene slik at det over tid er plass til en god del nedknust pukk og finkorn. I tillegg skal regnvann og smeltevann kunne dreneres ut av ballasten. Ballasten være et fleksibelt lag der man kan gjennomføre sporvedlikehold og sporjustering. Og et lag som hindrer vegetasjonsinntrengning i sporet.

Ballast vedlikeholdes med ballastrensing, ballastsupplering, ballastfordeling. Ballastrensing er en maskinell prosess som fjerner og erstatter gammel ballast med feil kornstørrelse med helt ny eller gjenbrukt ballast. Dette gjøres normalt med et eget renseverk med gravekjede som graver ut ballast i full dybde. Ballastmasser som tas ut av sporet siktes i renseverket og kjøres vekk eller gjenbrukes direkte i sporet avhengig av kornstørrelse. Prosessen kan i prinsippet I tilegg tilførs ny ballast. Ved ballastsupplering og ballastfordeling legges ny ballast i sporet uten at den gamle fjernes. Her er poenget å gjennopprette nødvendig ballastskulder eller gi nok ballast til å gjennomføre sporjustering.

Sporjustering involverer i stor grad ballastpukken og er arbeidet som gjøres for å fornye eller endre sporets beliggenhet. Alt arbeid i denne prosessen gjøres i ballastlaget, og er avhengig av ballastpukkens kvalitet.

Vurdering av endringen

R - pålitelighet

Med denne endringen vil ballastens evne til å motstå deformasjoner og setninger øke. Pålitligheten vil dermed øke.

Dersom ballasten tettes igjen med for mye finkorn vil ballastlagets evne til å drenere utebli. Konsekvensene av dette er økt hyppighet og størrelse for vindskjevheter, redusert sideforskyvningsmotstand og økt sansynlighet for vaskesviller. En generell forutsetning for ballasten er derfor et vel drenert spor og lite finkorn i ballasten ved utlegging.

A - tilgjengelighet

Endringen vil til en viss grad øke tilgjengeligheten for ballastlaget da vedlikeholdsbehovet reduseres. Ellers vil det ikke være endringer fra eksisterende ballast.

M - vedlikeholdbarhet

Endret kornfordelingskurve vil ha konsekvenser for vedlikeholdet av ballasten. Ny gradering gjør at man må bytte sikteduk på renseverket ved ballastrensing. Dette er en forholdsvis enkel operasjon, men øker noe av kostnaden ved ballastrensing på Ofotbanen sammenlignet med de øvrige banene i Norge. Redusert siktstørrelse på renseverket vil nok også gå utover fremføringshastigheten. Spesielt ved sikting i regnvær eller med veldig våt pukk. Her vil vil finkorn klumpe seg sammen og bli tilbakeført til sporet dersom fremføringshastigheten ikker er tilpasset siktingen.

Ved å senke minste fraksjon for ballastpukk til 22,4 mm kommer man nærme kriteriet for ballastrensing. Krav for ballastrensing TRV:04456 sier at ballastrensing bør gjennomføres når innholdet av 0/22,4 mm overstiger 30 % av en ballastprøve. Kravet baserer seg på rapporten D182/RP 2. Ballastrensing ved 22,4 mm blir urimelig å bruke på nytt forslag til ballastpukk da grensekurven for foreslått kornfordelingskurve ballastpukk er kun 5 prosentpoeng (pp.) unna kravet til rensing ved 22,4 m.

S - sikkerhet

Endringen påvirker ikke sikkerheten

L - levetid og kapasitet

Systemets forventede levetid vil øke ettersom behov for pakking vil reduseres pga. økt motstand mot setninger og deformasjon.

Ø - økonomi

Endringen vil øke innkjøpsprisen på ny ballastpukk da pukkverket må spyle ballastpukken og sikte ballastpukken i flere runder. Men vil også redusere fremtidige vedlikeholdskostnader pga. økt motstand mot deformasjoner/ setninger.

K - klima og miljø

Endringen vil ikke endre klimatiske forhold

Endringen vil i seg selv generere mer støv ved produksjon av ballastpukk.

Oversikt over dokumenter som er relevante for vurderingen av endringen

Kornfordelingskurve for ballastpukk på Ofotbane, revisjon 01, 03.08.2022. Av Leiv Jørgen Husøy.

Krav til jernbaneballast i henhold til NS-EN 13450, rapport Rapport SBF53 A06007 fra 2007. Av Inge Hoff.

Railway Ballast Characteristics, Selection Criteria and Performance 1. utg. fra 2014. Av Roar Nålsund.

Unified assesment criteria for ballast quality and methods for assessing the ballast condition in the track, rapport D182/ RP2. Av UIC - Office of Reserch and Experiments (ORE).

Høringskommentarer

Endringsforslag ble sendt ut på høring til Banesjeften og faglig leder linjen på Oftobanen før sommeren 2022. På oppfrodring fra faglig leder ble det gjennomført møte den 25.08.2022 der Knut-Erik Nikolaisen, Marte Høvik Bergmann og Jens Harry Hoff deltok. Møtet ble holdt av Leiv Jørgen Husøy. Faglig leder kunne ikke delta, men hadde sendt følgende kommentarer tidligere (08.08.2022). Disse ble svart på møtet.

Ny ballastfraksjon vil i testperioden kreve en del nye kontroller og oppfølging. Hvordan er disse kontrollene tenkt gjennomført og hvem tar oppfølgingen?

- Svar: Det foreslås at det gjennomføres kontroll av foreslått ballastpukk i 500 m med normal belastning i en testperiode på 5 år. Kontroll og testing bør foregå utenfor stasjoner og tuneller. Underveis i testperioden bør man gjennomføre pukkprøver, målinger av fuktighet og inspeksjon av drensanlegg, i tillegg til de vanlige spormålingene fra Roger 1000. Disse bør så sammenlignes med en tilsvarende referansestrekning. Dette gjøres for å kontrollere effekten, og trenger ikke å gjennomføres før man innfører krav til ny kornfordeling. Det foreslås å se på hvilke muligheter man har for undersøkelser og kontroll i prosjekter på Ofotbanen ifbm. fornyelse eller nybygging av spor.

Uttak av prøver bør gjøres på senssommer/ høsten.Undersøkelser av pukken bør kunne gjennomføres lokalt hos UiT Narvik. Det er nødvendig å kontrollere kornfordeling, flislighet og konrformindeks. To prøver fra ny og to prøver fra gammel ballastpukk bør være tilstrekkelig.

Seksjon Sporteknikk kan hjelpe til med oppfølging, men ansvar og kostnad må ligge hos banesjef.

Det er langt mellom hver gang vi har ballastrensing. Jeg er litt usikker på når det skal renses neste gang.

Vi har liggende en god del ballast på lager, som vi vil bruke opp.

- Svar: Dette er tatt hensyn til. Ballastpukk som allerede er produsert må kunne brukes på Ofotbanen.

Innstilling fra fagansvarlig

Denne regelendringen vil øke ballastlagets densitet, dette er positivt for motstand mot setninger og deformsjoner da ballasten får økt evne til å overføre krefter. Men også litt negativt da hulromsprosenten vil reduseres. Endringen påvirker ikke maksimalt innhold av finkorn. I tilegg er det også konsekvenser man må ta hensyn til mtp. vedlikehold og produksjon av ballastpukk.

Eksisterende kornfordelingskurve finnes i NS-EN 13450:2002+NA2009. Krav til ny ballastpukk er gitt i Teknisk regelverk og Teknisk spesifikasjon.

Tidligere var nedre kornstørrelse 25 mm på Ofotbanen. Dette vil motvirke i noen grad påvirkningen fra stor aksellast siden små pukkstein legger seg i hulrommene mellom de store pukksteinene og fordeler bedre påkjenningen fra aksellasten. Dette vil resultere i redusert nedknusing av pukken og færre høydefeil og vindskjevheter, og dermed mindre behov for ballastrensing og sporjustering. For Ofotbanen som har liten svilleavstand og til tider lav ballasthøyde er det spesielt fordelaktig med en finere siktekurve da man får pakket flere ballastkorn inn under og mellom svillene sammenlignet med vanlig ballast.

Når valg av gradering av ballast i Norge ble gjort, ble dette gjort ut ifra ønsket om å innrette seg etter den europeiske standarden NS-EN 13450. SINTEF gjorde originalt noen vurderinger her, men det ser ikke ut til at det er tatt hensyn til Ofotbanens spesielle forhold, se rapport Krav til jernbaneballast i henhold til NS-EN 13450 nr. SBF53 A06007 fra 2007.

Det er gjort forsøk av Roar Nålsund i hans doktorgrad som viser at mer finere siktekurve, f.eks. den amerikanske graderingen Arema 4 (Framnes & Skarsfjord Kristiansen, 2021) gir mindre setninger enn den europeiske graderingen kategori E. Dette forklares ut ifra økt densitet, til tross for E-modulen (ballastlagets stivhet) reduseres noe ved finere kornfordelingskurver. Arema 4 oppnådde i treaksialtest 33% mindre deformasjon enn den groveste grensekurven i kategori E. Det ser også ut til at den fineste grensekurven i kategori E, gav ca. 25 % mindre deformasjon enn den groveste. Og at Arema 4 gav i underkant av 10 % mindre deformasjon enn den fineste grensekruven for kategori E. SeRailway Ballast Characteristics, Selection Criteria and Performance fra 2014. Oppsummert kan man derfor si at finere siktekurve gir mindre permanente setninger.

Da Ofotbanen er unik i Norge, er geografisk isolert, har stor aksellast og relativt lite blandet trafikk, bør man se på en annet rensekrav enn de øvrige banene i Norge. Det foreslås derfor at man heller baserer seg på minste siktestørrelse i kornfordelingskurven, 16 mm kvadratisk sikt. Om man legger til grunn 16 mm kvadratisk sikt i resultatene som ble gjort for D182 kan man inperpolere seg frem til krav for ballastrensing ved 18 %. Nytt eget rensekrav for Ofotbanen blir da følgende: Ballastrensing på Ofotbanen bør utføres når pukkprøver viser at masse av nedknust materiale (0/16 mm) overstiger 18 % av prøvens totale masse. Se Unified assesment criteria for ballast quality and methods for assessing the ballast condition in the track nr. D182/ RP2 fra 1991. Videre vurdering av ballastrensing er omtalt i notatet Kornfordelingskurve for ballastpukk på Ofotbanen fra 30.08.2022.

For å unngå store økonomiske tap bør man tillate at ballastpukk som er produsert iht. kategori A før denne regelendringen er gjeldene kan benyttes som ballast på Ofotbanen. For å få tillatelse til å bruke ballastpukk iht. Kategori A foreslås det at man krever at pukkprodusenten fremlegger bevis på sin produksjonskontroll iht. Teknisk spesifikasjon for ballast.

Økt støvmengde i pukkproduksjonen kan motvirkes med spyling av ballastpukken i egnet sikteverk med spyleanlegg før utlegging. Spyling av ballastpukk vil redusere støvmengden i produksjonen og utleggingen av ballasten.

Endringen anbefales gjennomført med følgende merknader:

• Kun ny ballastfraksjon, døpt til Kategori OB, skal brukes på Ofotbanen. Ballast iht. kategori A og E skal ikke brukes på Ofotbanen.
• Ballastpukk iht. Kategori A som allerede er produsert kan benyttes som ballast dersom pukkprodusent fremlegger bevis på at ballastpukken er produsert før nytt krav innføres.
• Ballast som benyttes på Ofotbanen skal spyles i før utlegging.
• Det bør også settes krav til ballastrensing på Ofotbanen: Ballastrensing bør utføres når pukkprøver viser at masse av nedknust materiale (0/16 mm) overstiger 18% av prøvens totale masse.

Det foreslås videre at det gjennomføres kontroll av foreslått ballastpukk i 500 m med normal belastning i en testperiode på 5 år. Kontroll og testing bør foregå utenfor stasjoner og tuneller. Underveis i testperioden bør man gjennomføre pukkprøver, målinger av fuktighet og inspeksjon av drensanlegg, i tillegg til de vanlige spormålingene fra Roger 1000. Disse bør så sammenlignes med en tilsvarende referansestrekning. Dette gjøres for å kontrollere effekten, og trenger ikke å gjennomføres før man innfører krav til ny kornfordeling.

Endringer forutsetter at også Teknisk spesifikasjon endres. Grensekurver for kategori OB:

• 63 mm: 100%
• 50 mm: 95-100%
• 40 mm: 60-97%
• 31,5 mm: 25-60 mm
• 22,4 mm: 3-25%
• 16 mm: 0-3%

Forslaget endrer tekst i Ballastpukk/3.1 Krav og i TRV:04456.

Forslaget anbefales med følgende tekst:

3.1 Krav

a) Krav til ballastpukk er gitt i Teknisk spesifikasjon for Ballast

b) Nominell fraksjon skal være 31,5-63 mm for pukk i hovedspor, med unntak av Ofotbanen hvor fraksjon skal være 22,4 – 50 mm.

c) På driftsbanegårder tillates et topplag med dybde opp til 15 cm med fraksjonen 16-22 mm. Under topplaget skal fraksjonen være 31,5-63 mm.

d) På baner med lav trafikk, sidespor, togspor på stasjoner og øvrige spor, kan kravene til jernbanepukken reduseres. Kravene skal vurderes for hvert enkelt tilfelle iht. den aktuelle driftssituasjon (trafikkmengde, hastighet, trafikksammensetning).

e) Ballastpukk som benyttes på Ofotbanen skal spyles i egnet sikteverk med vaskeanlegg før utlegging.

TRV:04456

Ballastrensing bør utføres når pukkprøver viser at masse av nedknust materiale (0/22,4 mm) overstiger 30% av prøvens totale masse. Unntak for Ofotbanen der ballastrensing bør utføres når pukkprøver viser at masse av nedknust materiale (0/16 mm) overstiger 18 % av prøvens totale masse.

Behandling i godkjenningsrådet

Trafikk

ok--Erik Borgersen (diskusjon) 6. sep. 2022 kl. 09:57 (CEST)

Prosjekter

OK--Jse (diskusjon) 5. sep. 2022 kl. 09:55 (CEST) ok --Nerbre (diskusjon) 7. sep. 2022 kl. 14:16 (CEST) ok--Magheg (diskusjon) 7. sep. 2022 kl. 15:27 (CEST)

Infrastruktureier

ok--Tbr (diskusjon) 6. sep. 2022 kl. 16:58 (CEST)

Teknologi

ok --Christopher Schive (diskusjon) 7. sep. 2022 kl. 15:43 (CEST)

Konklusjon

Endringen gjennomføres/forkastes

Hjelpetekst: Husk å endre kategori til \"Endringsartikler til godkjenning\" når forslaget er klart!