In de Gelderlander van 26-07-2022 lezen we:
“Kromme rails, smeltend asfalt. Extreme weersomstandigheden teisteren onze infrastructuur steeds vaker vanwege de klimaatverandering. Urenlang konden er vorige week woensdagochtend geen treinen rijden tussen Elst en Tiel. Door de extreme temperatuur de dag daarvoor ontstond door uitzetting zo veel druk op de rails, dat er bij Elst slingers in schoten. De krommingen van slechts een paar centimeter waren genoeg om het treinverkeer te doen stoppen. Spoorwerkers zijn uren bezig geweest om de slingerende rails te vervangen.”
Over lengteverandering van vaste stoffen staat een formule in Binas. Daarin komt de lineaire uitzettingscoëfficient voor.
a) Zoek de (lineaire) uitzettingscoëfficiënt van staal op en leg uit (met behulp van de eenheid) wat dat betekent.
Lineaire uitzettingscoëfficiënt van staal is 12∙10-6 graad-1.
De eenheid is m/m/graad. Een stalen product van 1 m lang zal per °C dus 12 * 10⁻⁶ m (= 12 µm) in lengte toenemen..
Als de rails in de zon ligt te bakken kan deze wel 70 °C worden. Het spoor is ontworpen voor temperaturen van ongeveer 25 °C.
b) Bereken hoeveel langer een rails van 100 m lengte zal worden bij die temperatuurverandering.
$\Delta l = l \cdot \alpha \cdot \Delta T$
Hierin is:
- ∆l de uitzetting;
- l de oorspronkelijke lengte;
- α de uitzettingscoëfficient;
- T detemperatuur toe- of afname.
$\Delta l = 100\cdot 12\cdot 10^{-6}\cdot (70-25)=0,054=5,4~\mathrm{cm}$
Even verder lezen we in het artikel:
”Tegen 'spoorspatting', zoals de spoorslingers in jargon heten, valt weinig te doen.
Het komt heel sporadisch voor. En is afhankelijk van veel verschillende factoren, zoals lokale omstandigheden. Net een beetje meer verkoelende wind en het was daar misschien niet gebeurd, zegt ProRail”.
c) Leg uit waardoor de rails krom wordt als de temperatuur hoger dan normaal wordt.
De rails wordt langer, maar hij zit aan uiteinden opgesloten. Hij kan geen kant uit, behalve opzij. Een kromme rails is langer dan een rechte: dus buigt de rails naar buiten. Als dat niet kan, zal de spanning in de rails toenemen.
d) Bedenk een manier om te voorkomen dat dit gebeurt.
Je zou de rails kunnen vastmaken aan de ondergrond, via de bielzen zodat hij niet meer zijdelings kan uitbuigen. Dat wordt ook gedaan met een steenslagbed. Daarin liggen de houten of betonnen bielzen stevig. Je zou ook de spoorstaven met een driehoeksverband met elkaar kunnen verbinden in plaats van met een rechthoekig verband. Driehoeksverband is veel stijver, denk aan hijskranen en bruggen.
