Een kwart van de Vlaamse bruggen dateert van voor 1945, en 60% van voor 1981. Een aanzienlijk deel daarvan zijn zogenaamde brokkelbruggen, bruggen met loskomend beton. Het lijkt logisch om ons te focussen op deze bruggen door ze uitgebreid te monitoren en te investeren in herstellingen. Op die manier is het grote publiek gerustgesteld. De stukken beton brokkelen niet verder naar beneden.
Die huidige manier van werken is niet kosten-efficiënt: we herstellen bruggen pas bij veel zichtbare schade. In de meeste gevallen treedt deze zichtbare schade pas in een laat stadium op. Binnenin de brug is er al veel meer schade. Het zou dus beter zijn als we al herstellen vóór de schade zichtbaar is. Deze herstellingen zijn veel goedkoper en vertragen of vermijden verdere schade.
.
Met mijn onderzoek zorg ik ervoor dat we brokkelbruggen zoals deze kunnen vermijden.
In mijn doctoraat heb ik een dubbele methode ontwikkeld. Een eerste deel voorspelt op basis van metingen aan een brug de schade over de tijd. Hierdoor kunnen we herstellingen in een vroeger stadium uitvoeren. Natuurlijk kunnen we niet op alle bruggen in Vlaanderen meten. Daarvoor is er te weinig tijd en budget. Daarom toont het tweede deel voor welke bruggen deze metingen de meetinvestering waard zijn.
Er bestaan verschillende slijtagemodellen voor bruggen. Maar, evenmin zoals we voor de mens exact kunnen voorspellen hoe oud iemand wordt, kan dat ook niet voor een brug. Veel factoren in de slijtagemodellen zijn onbekend. Bijvoorbeeld, de hoeveelheid dooizout op de brug, de samenstelling van het beton, de hoeveelheid verkeer, … Resultaat: de voorspelde schade is onzeker. Ik heb onderzocht hoe metingen deze onzekerheid verkleinen.
Onder de huid van de brug
Over wat voor metingen gaat het dan zoal? Een veelgebruikte meting is deze waarbij een zeer zware vrachtwagen met zand over de brug rijdt terwijl we meten hoe de brug vervormt. Hoe meer schade, hoe sterker de brug vervormt. Een ander type meet de trillingen van de brug onder normaal verkeer. Hoe meer slijtage, hoe sterker de brug trilt.
.
De slijtage blijkt uit vervormingsmetingen terwijl een zware vrachtwagen over de brug rijdt. Credit: B.C. Ministry of Transportation and Infrastructure.
Hoe passen we op basis van die metingen de slijtagemodellen aan? Hiervoor maken we een digitaal model van de brug. We modelleren de slijtage die we verwachten volgens de ouderdom van de brug. Vervolgens doen we op ons digitaal model van de brug dezelfde metingen: er rijdt een digitale vrachtwagen met zand over en we laten de brug trillen. Dan vergelijken we de resultaten van dit model met onze meetresultaten.
Op basis van deze info passen we het model aan en verbetert onze voorspelling van de slijtage
Is de brug in werkelijkheid harder vervormd dan ons model voorspelt of zijn er meer trillingen, dan is er meer slijtage opgetreden dan op voorhand verwacht. Op basis van deze info passen we het model aan en verbetert onze voorspelling van de slijtage. De onzekerheid wordt kleiner.
Het voordeel van de ontwikkelde methode is dat we onder de huid van de brug kunnen kijken. Schade die nog niet aan het oppervlak zichtbaar is, kunnen we door het vergelijken van model en metingen vroeger opmerken.
Welke brug meten?
Welke brug moeten we dan meten? Hiervoor berekenen we de kosten over de levensduur van de brug voor twee gevallen: één zonder metingen en één met metingen. In beide gevallen bepalen de slijtagemodellen wanneer we herstellen en hoeveel dit kost.
In het eerste geval is er de grote onzekerheid in de slijtagemodellen. Hierdoor voeren we herstellingen soms te laat uit of investeren we juist veel te vroeg in de brug. Daarom rekenen we met een ruime foutenmarge op de kosten.
Kansberekening
In het tweede geval is de onzekerheid kleiner. Metingen tonen nauwkeuriger wanneer herstellingen nodig zijn. Hierdoor is de foutenmarge op de kosten kleiner. Probleem: we berekenen deze kosten vóórdat we de metingen doen. We kennen het resultaat van de metingen dus nog niet. Daarom bekijken we verschillende scenario’s en maken we een gewogen gemiddelde van de kosten. We doen dus een kansberekening.
Is het tweede kostenplaatje, inclusief de kosten van de metingen, lager dan het eerste, dan kunnen we investeren in die metingen. Zo kunnen we de beperkte budgetten voor onderhoud efficiënter besteden.
Onderzoekers werken nu aan een ‘gezondheidsapp’ voor de bruggen
Helaas past het beleid deze methode nog niet toe. Maar er is hoop. Onderzoekers werken nu aan een ‘gezondheidsapp’ voor de bruggen. Een praktische tool waar alle informatie kan worden samengevoegd. De app visualiseert toekomstige slijtage van de brug. Telkens wanneer men nieuwe informatie toevoegt in de app, verbetert de nauwkeurigheid van de voorspellingen. Zo kan het beleid de echte brokkelbruggen opsporen en herstellingen kosten-efficiënt inplannen.
Eline Vereecken dingt mee naar de Vlaamse PhD Cup 2023. Ontdek meer over dit onderzoek op www.phdcup.be.
Foto's boven (van links naar rechts):
Eline Vereecken
Kan een brug instorten als een groep er in cadans over loopt?
Dit is een artikel van:
Vlaamse PhD Cup
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.