Onze betonnen bruggen krijgen het zwaar te verduren. Dankzij sensoren die naar microscheurtjes luisteren, kunnen we schade opsporen nog vóór ze zichtbaar wordt.
Beeld: Installatie van de sensoren op een brug nabij Brussel.
Het is acht uur 's morgens. In de auto zing je luidkeels mee. Je bent eindelijk onderweg na een hectische ochtendrush. Misschien haal je die vergadering nog nét. Maar dan vertraagt het verkeer. Stilstand. File. Een brokkelbrug is afgesloten. Je voelt de gedachte in elke auto: “Hadden ze dit niet zien aankomen?”
Eén op de vijf bruggen in Vlaanderen verkeert in slechte staat. De kans is dus groot dat je ooit in zo’n file belandt. De oorzaak? Het roesten van het staal in het beton. Roest hoopt zich op rond de stalen staaf, de druk neemt toe en het beton scheurt. Dit gebeurt eerst vanbinnen. Pas veel later is dit zichtbaar aan de buitenkant. Uiteindelijk brokkelt het beton af en valt het naar beneden. Een brokkelbrug is geboren.
De toestand van een brug inschatten is allesbehalve eenvoudig. De huidige aanpak beperkt zich tot het bestuderen van de buitenkant. Net omdat het probleem vanbinnen begint, is daar lange tijd niets te zien. Een herstelling is pas mogelijk wanneer de schade al behoorlijk groot is.
Bijkomend aan het bestuderen van de buitenkant, nemen we kleine kernen. We boren gaatjes in het beton en onderzoeken het materiaal in het labo. Dat levert slechts beperkte informatie. We meten maar op één plek en op één moment. Het zegt weinig over de toestand van de volledige brug en we weten niet hoe de schade evolueert doorheen de tijd. Bovendien is dit proces duur en arbeidsintensief.
Hoog tijd voor een andere aanpak! Ik onderzoek een techniek die schade hoorbaar maakt vóór ze zichtbaar wordt. Deze luistertechniek heet akoestische emissie. Door sensoren aan de onderkant van een brug te plaatsen, luister ik naar wat zich binnenin afspeelt. Denk aan een dokter met een stethoscoop: ook hij hoort wat vanbinnen misgaat. Deze sensoren blijven lange tijd geïnstalleerd zodat we voortdurend meeluisteren.
De schade in het beton produceert geluid. Als iets plots breekt zoals de punt van een potlood of een splinter in hout, dan hoor je dat. Datzelfde principe pas ik toe om microscopische scheurtjes in beton op te sporen. Het geluid dat ik opvang is voor mensen onhoorbaar. Gelukkig pikken mijn gevoelige sensoren dat wel op.
Met meerdere sensoren kan ik niet alleen vaststellen dat er schade is, maar ook waar die zich bevindt. Het geluid komt rechtstreeks van de plek waar het beton scheurt. Wanneer verschillende sensoren dit opvangen, reken ik terug naar de exacte locatie. Zo onderscheid ik gezonde en beschadigde delen van de structuur.
Het roesten van de staaf, kleine scheurtjes en grote scheuren klinken anders. Door die klanken te bestuderen, achterhaal ik de oorzaak. Zo kan ik schade detecteren, lokaliseren én herkennen. Daarmee ontdek ik of het om beginnende of vergevorderde schade gaat. En dat allemaal zonder het beton open te breken.
Een uiterst gevoelige methode dus! Die gevoeligheid heeft helaas een keerzijde. Veel van het opgevangen geluid komt in de praktijk van ongewenste bronnen zoals wind of regen. Deze storende geluiden hebben gelukkig ook hun eigen klank. Door de ontwikkeling van slimme algoritmes kan ik deze herkennen en filteren. Zo kan ik selectief luisteren, enkel naar de schade zelf.
Het doel van mijn onderzoek is om een methode te ontwikkelen om beter te begrijpen wat zich in betonnen bruggen afspeelt. Ik testte verschillende soorten sensoren en onderzocht hun optimale plaatsing om naar schade te luisteren. In het labo probeerde ik te achterhalen hoe schade klinkt. In een eerste stap gebeurde dit zonder storende invloeden van buitenaf. Vervolgens verliet ik het labo om de klanken van wind en regen te bestuderen. Door de resultaten te vergelijken met andere technieken, groeide het vertrouwen in deze luisteraanpak.
Het eerste pilootproject op een echte brug is inmiddels gestart. Nabij Brussel rustte ik een brug uit met sensoren tijdens korte periodes. De grootste uitdaging? Het verkeer. Ik luister terwijl de brug in gebruik is en dat brengt heel wat storende geluiden met zich mee. Momenteel werk ik aan verschillende manieren om hiermee om te gaan.
De vele experimenten binnen en buiten het labo tonen aan dat luisteren naar schade werkt. Dat opent nieuwe perspectieven. Denk aan slimme bruggen die zelf alarm slaan wanneer iets misgaat. Al zijn we daar nog niet. We moeten de methode eerst uitrollen op een reeks bruggen en testen in verschillende omstandigheden. Pas dan kunnen we de techniek met vertrouwen breed inzetten.
Maar de richting is duidelijk. Door te luisteren naar onze bruggen zien we problemen sneller aankomen. We kunnen tijdig ingrijpen, precies waar het nodig is. Zo vermijden we onverwachte files en kom je deze keer misschien wél op tijd op die vergadering.
