Bruggen leven langer door extrapolatie

BLOG
Innovatie
Duurzaamheid
Lisa Swaalf
Junior Scientist bij TNO
10 mei 2021

Voor Lisa Swaalf is meten is weten geen brug te ver, maar keiharde noodzaak. Bij TNO maakt ze onderdeel uit van het team risico en betrouwbaarheid, waarbij Lisa zich voornamelijk bezighoudt met de piekbelasting van bruggen. Hoe betrouwbaar zijn onze bruggen eigenlijk? 

Tijdens haar bachelor maakte ze al kennis met probabilistisch ontwerpen, kansberekening en statistiek. Haar interesse was enigszins gewekt. Maar bij het afstuderen is de liefde pas echt aangewakkerd. Bij Royal HaskoningDHV hield ze zich bezig met de vraag of de veiligheidsfactoren die in de Eurocode staan ook toepasbaar zijn voor een submerged floating tunnel. “Deze tunnel drijft onder het wateroppervlak. Er zijn twee varianten mogelijk: een ponton-variant en een tether-variant. Hij kan dus aan pontons op het wateroppervlak verbonden worden of aan kabels aan de zeebodem. Bij de tether-variant wil de tunnel omhoog, dus heb je trekkracht. Ik ging berekenen op wat voor manieren die tunnel kan falen en of de veiligheidsfactoren die nu voor andere constructies worden gebruikt, ook toepasbaar zijn op zo’n soort tunnel. Hierdoor ben ik geïnteresseerd geraakt in probabilistische berekeningen: veiligheidsberekeningen over de betrouwbaarheid van een constructie.” Na het behalen van haar master schoof ze direct aan bij TNO om zich als junior scientist te storten op data-analyse. 

Data-analyse

Lisa vertelt dat ze zich voornamelijk bezighoudt met de data-analyse van bruggen. “Op het brugdek worden rekstrookjes geïnstalleerd. Als er een voertuig overheen rijdt – personenvervoer is daarbij niet zo relevant – dan meet het rekstrookje de rek in het dek. Dat rekenen wij om naar spanningen en die kunnen we uitzetten in de maximale spanningen die optreden in een bepaalde tijdsduur.”

Extra levensjaren

En misschien weet je na het meten wat de maximale spanningen zijn na een jaar, maar je wilt natuurlijk weten wat de maxima over 50 of 100 jaar zijn, legt ze uit. Want hoeveel rek zit er dan nog in het brugdek, met hoeveel vertrouwen kan het vrachtvervoer er dan nog overheen? “Daarom moet je de data extrapoleren naar een rekenwaarde voor een bepaalde levensduur. Dat is belangrijk voor de renovatie van de brug.” In Nederland zijn de meeste bruggen voor 1980 gebouwd. Kijkend naar de levensduur die aan deze bruggen gegeven is, zijn de meeste toe aan vervanging. Maar dat is dus niet waar, legt Lisa uit. Onze bruggen voldoen aan conservatieve Europese normen. Waarom conservatief? Ze zijn gebaseerd op de zwaarst belaste brug in Europa, op een norm die vaak niet nodig is. Dus bruggen die in de boeken afgeschreven worden, kunnen in het echt nog langer mee. “We hebben heel veel sterke, overgedimensioneerde bruggen.” En wil je weten om hoeveel extra levensjaren dit gaat, dan heb je de methodes van Lisa nodig. 

Kader-Lisa-2

Invloedslijn

Bij sommige metingen wordt er zwaar transport op de brug afgestuurd, andere keren wordt er gebruikgemaakt van aanwezige data – waarbij uitschieters, de maxima, gecheckt worden op camerabeelden – of simulaties. Hoe dan ook wil Lisa de rekmeting van de diverse voertuigen weten, zodat ze daar invloedslijnen van kan maken. “Dat is het belastingeffect van voertuigen die over de brug gaan en de invloed daarvan op een bepaald punt.” 

“Vroeger werkten ze met vuistregels. Bij veel standaard bruggen kun je het rekenwerk meer automatiseren, maar de specials, de echt bijzondere bruggen met een bijzondere invloedslijn, die kunnen we niet geautomatiseerd doorrekenen. Dan doen we dit soort analyses waarbij we extrapolaties doen.” 

Extra special

En met specials bedoelt Lisa bruggen met meer dan twee steunpunten en meerdere rijbanen. Meteen daarop volgt een prachtig voorbeeld van een brug waarbij meerdere rijbanen van verschillende snelwegen bij elkaar komen en waar beginnende vermoeiingsschade is geconstateerd. De vraag is: in hoeverre kan het verkeer gedurende de 24 reparatienachten doorrijden over de brug? Een enorme verantwoordelijkheid voor Lisa en haar collega’s. Op het moment dat Lisa aanhaakte, was het tijd om de data te plotten en te extrapoleren naar de ontwerpwaarde. Er zijn dan al veel scripts ontwikkeld. Scripts waar je aan kunt denken: langzaamrijdend verkeer op rechts, langzaamrijdend verkeer op beide banen, verkeer dat door rustiger rijden een kortere afstand houdt, meer filevorming. Al deze smaakjes worden gesimuleerd, want de brug heeft geen sensors. “Simulatie voor langere tijd zorgt ervoor dat we een plot kunnen maken van de datapunten.” Uit de grafiek die dan volgt, vloeit een passend en veilig advies. 

Value of Information

Hoezo heeft zo’n special als de zojuist genoemde brug eigenlijk geen vaste sensors? “Dat is een goede vraag.” Voor Lisa een mooi haakje om te vertellen over het project ‘Value of Information’ van TNO. “Dat gaat om de waarde van extra informatie. Dan berekenen we: is er een beter resultaat als je een sensor plaatst of niet en hoe je dan zo’n beslissing kunt nemen. Maar voor Value of Information doen we eigenlijk geen bruggen, maar natte kunstwerken. We hebben het toegepast op de inspectie van duikers, omdat er veel duikers zijn waar we de status niet van weten.” Het nut is afhankelijk van type duiker en locatie. Op dit moment zijn de projectmedewerkers op zoek naar een nieuwe case-study en waarschijnlijk gaat die over damwanden. 

Fieldlab

De Van Brienenoordbrug daarentegen heeft bijzonder veel sensors, je vraagt je af wat er gebeurt met de data. Volgens Lisa worden deze niet ten volle benut. “Maar deze brug is ook een fieldlab, dus dan worden er meer sensors geplaatst om extra onderzoek te doen.” Rekmetingen in het dek, in de hangers en in de bogen leren de experts wat de beste plekken zijn om sensors aan te brengen. 

Het enthousiasme waarmee Lisa vertelt over de renovatie van de Van Brienenoordbrug, maakt dat je erbij wilt zijn om dit schouwspel met eigen ogen te aanschouwen. “Een brug wordt gerenoveerd en dan opnieuw ingevaren. Dat is een hele interessante operatie.” Uiteraard is daar een analyse van rekmeting in brugdekken aan voorafgegaan. Maar meer nog was Lisa betrokken bij de themasessies hierover. “Ik heb themasessies georganiseerd over de renovatie van de Van Brienenoordbrug, bij het platform Stalen Bruggen.”  

Veldonderzoek

En heel af en toe mag Lisa op veldonderzoek. Precies voor het ingaan van de avondklok mocht ze ’s nachts meekijken bij een brug in Amsterdam. “Allerlei metingen – echt heel cool – er waren verschillende sensoren op de brug geplaatst en ze gingen er met verschillende voertuigen overheen. Ze hadden gepland dat er vijf typen vrachtwagens overheen gingen en wij konden meekijken op schermen.” Op basis van deze brug wordt er een strategie bepaald voor de bruggen in de binnenstad van Amsterdam. Voor Lisa is de rek er voorlopig nog niet uit, ze extrapoleert nog even verder bij TNO.