Onderzoekers TU Delft nemen staat van Zeelandbrug onder de loep

TU Delft gaat de komende twee jaar de staat van de Zeelandbrug – tussen Zierikzee en Kats – onderzoeken. De zestig jaar oude brug is binnenkort aan renovatie of zelfs vervanging toe. Voor het onderzoek is het Fieldlab Monitoring Zeelandbrug opgezet. Hierin werken de Provincie Zeeland, TU Delft, HZ University of Applied Sciencesingenieursbureau Witteveen+Bos en stichting World Class Maintenance samen.

Eliz-Mari Lourens is een van de betrokken onderzoekers bij het fieldlab. Zij is assistent professor Structural Monitoring and Identification aan de TU Delft en werkt al jaren aan algoritmen die kunnen helpen bij het monitoren van infrastructuur. “Om beslissingen te maken over de renovatie van bruggen en andere kunstwerken, is het cruciaal om te weten in welke staat een brug zich bevindt. Er wordt dus veel onderzoek gedaan naar het monitoren van infrastructuur met behulp van speciaal ontworpen sensornetwerken in combinatie met slimme algoritmes”, schetst Lourens.

Veiligheid voorop

Dat zien we ook in het fieldlab rond de Zeelandbrug. “Het doel is om een veilige verbinding te waarborgen voor de komende 15 tot 20 jaar”, stelt de wetenschapper. Daarnaast is het fieldlab voor de onderzoekers en betrokken bedrijven een goede manier om praktijkkennis op te doen. Hiermee kunnen ze het Nederlandse bedrijfsleven versterken en het onderwijs over vergelijkbare constructies verbeteren. “Na het onderzoek is het aan de Provincie om de uiteindelijke beslissing te nemen over de toekomst van de Zeelandbrug.”

Van het lab naar de praktijk

Voor de onderzoekers is het een belangrijke stap om aan de slag te gaan met monitoring van systemen op het niveau van infrastructuur zoals bruggen. “We zetten verschillende soorten software en hardware – zoals sensoren – in. We weten na laboratoriumonderzoeken dat de methoden in theorie en op kleine schaal in gecontroleerde omstandigheden werken. Maar om echt impact te kunnen maken, moeten we het werkveld in”, stelt Lourens. De Zeelandbrug is meteen een grote uitdaging. De brug is vijf kilometer lang en is een belangrijke verbinding voor veel Zeeuwen. Dagelijks rijden er ruim 15.000 voertuigen over de brug.

“Er zijn verschillende omstandigheden die de brug langzaam aantasten, denk bijvoorbeeld aan het weer, de belasting door verkeer en het zoute zeewater. Deze omstandigheden zijn gekoppeld aan faalmechanismen die ervoor kunnen zorgen dat een onderdeel van een brug het uiteindelijk begeeft.” Dat laatste gebeurt zelden, benadrukt Lourens. “Bij de bouw van bruggen en andere infrastructuur worden altijd grote veiligheidsmarges aangehouden en daarbij worden ook periodieke inspecties uitgevoerd. We hoeven echt niet bang te zijn dat een brug het zomaar begeeft.”

Nauwkeurige meting met kabels

Hoe de onderzoekers de Zeelandbrug precies monitoren? “Omdat de brug zo lang is, moet er heel goed nagedacht worden over de te gebruiken sensortechnologie. Sensoren die lokaal gedrag meten, moeten slim geplaatst worden. Voor het in kaart brengen van het globale gedrag van de brug gebruiken we onder andere optische vezels. In dat geval leggen we een kabel die om de paar centimeter een meting doet ”, legt de onderzoeker uit. Informatie uit de verschillende datastromen wordt geïntegreerd met fysische kennis over het gedrag van de brug om tot een nauwkeurige voorspelling te komen.

Optische vezels zijn duurzaam: de kabels gaan vaak langer mee dan verschillende sensoren. Dat zijn ook zaken waar we rekening mee houden bij het opzetten van dit soort fieldlabs”, zegt Lourens.

Betrouwbaarder model

Het doel van de onderzoekers is om over twee jaar een model te hebben dat betrouwbare herberekeningen kan maken. Van de Zeelandbrug, maar de opgedane kennis kan ook gebruik worden bij andere soortgelijke bruggen. “Nu zijn de modellen die we gebruiken vaak nog deels gebaseerd op aannames, waardoor we te maken hebben met onzekere factoren. Die willen we zo veel mogelijk weghalen”, stelt Lourens.

Dat is niet alleen van groot belang voor de Zeelandbrug, maar ook voor de rest van de Nederlandse infrastructuur. Veel bruggen en wegen zijn tussen 1950 en 1970 aangelegd en beginnen nu slijtage te vertonen. Dat blijkt onder andere uit het rapport ‘De staat van de infrastructuur’ van TNO dat vorig jaar is gepresenteerd. Daarnaast is het verkeer de afgelopen jaren toegenomen én steeds zwaarder geworden – denk aan meer en grotere vrachtwagens.

Verschillende materialen, verschillende gevaren

Er kunnen veel verschillende problemen optreden in bruggen en andere vormen van infrastructuur. Het is afhankelijk van de materialen en manier waarop het gebruikt wordt. Beton en staal kunnen bijvoorbeeld scheuren, maar ook chemische processen zoals corrosie en carbonisatie kunnen materialen aantasten en daarmee de veiligheid van een brug in gevaar brengen. “Met beton heb je te maken met andere gevaren dan bij staal. Ieder materiaal gedraagt zich anders en brengt dus andere risico’s met zich mee”, zegt Lourens.

Mens vs machine

Data-gedreven onderhoudsalgoritmes kunnen de periodieke, fysieke inspecties door mensen niet helemaal vervangen. “Omdat steeds meer bruggen extra aandacht nodig hebben, bieden deze technologieën mogelijkheden om op structurele basis te monitoren en rekenmodellen indien nodig bij te werken. Dat is met alleen fysieke inspecties minder goed mogelijk. Toch is het ook belangrijk om fysieke inspecties uit te voeren. De technologie meet alleen bepaalde parameters (specifieke elementen, red.), fysieke inspecties leveren vaak additionele informatie op.”

De toekomst van de infrastructuur

Nu ligt de focus in het onderzoek nog met name op het vinden van goede manieren om bruggen en andere infrastructuur te monitoren. De komende jaren zal dit verschuiven naar de ontwikkeling van nieuwe technologieën om zo slim en duurzaam mogelijk renovaties uit te kunnen voeren. Daarin wordt ook de samenwerking met het bedrijfsleven, bijvoorbeeld ingenieursbureaus en bouwbedrijven, belangrijker. Lourens: “Aan de universiteiten ontwikkelen we nieuwe technologieën. Daarna is het aan bedrijven om het ook daadwerkelijk te implementeren in de praktijk.”