Nederlandse bruggen zijn sterker dan gedacht

De meeste betonnen bruggen op onze snelwegen staan er al meer dan zestig jaar. Ze dragen onvermoeid zwaarbeladen vrachtwagens. Hoe lang kunnen we op deze bruggen vertrouwen? Yuguang Yang en zijn collega’s maakten precieze replica’s van bestaande brugliggers. Vorige week, in het Stevin lab van de TU Delft, voerden ze de druk op en belastten de liggers tot bezwijken: hoeveel vrachtwagens kan de brug uiteindelijk dragen? De eerste indrukken lijken gunstig; het lijkt erop dat de bruggen sterker zijn dan aanvankelijk gedacht werd.  Een aantal bruggen kunnen waarschijnlijk nog een tijd mee voor ze versterkt of vervangen moeten worden.

De meerderheid van de bruggen in ons wegennet zijn sinds de jaren zestig gebouwd met ondersteunende voorgespannen balken, of liggers, die in Nederlandse fabrieken vervaardigd zijn. Tegenwoordig moeten deze bruggen meer gewicht kunnen dragen dan waarvoor ze in het verleden zijn ontworpen, omdat het verkeer tegenwoordig behoorlijk is toegenomen. Om een ramp als de instortende brug in Genua in 2018 te voorkomen, houdt Rijkswaterstaat de constructieve veiligheid nauwlettend in de gaten.

Om te weten hoe lang bruggen nog veilig zijn, bestaan er voorspellende standaardmodellen waarmee ingenieurs berekenen hoeveel belasting de brugliggers aankunnen. Volgens deze modellen heeft een behoorlijk deel van de ruim tweeduizend bruggen die gebouwd zijn met de specifieke geprefabriceerde liggers inmiddels niet meer voldoende draagcapaciteit. Maar de modellen zijn generiek en gesimplificeerd en daarmee vaak conservatief. Ze zijn niet accuraat genoeg om de staat van de meer dan 2000 Nederlandse prefab-ligger bruggen te bepalen en de experimenten die buiten Nederland zijn uitgevoerd zijn onvoldoende representatief om de bruggen te beoordelen.

Replica’s op ware grootte

In samenwerking met Rijkswaterstaat startte Yuguang Yang, assistant professor en projectleider, samen met Mauro Poliotti, Niels Kostense en Mohammed Sirage Ibrahim, enkele jaren geleden met het ontwerpen van één op één replica’s van de brugliggers. Het gaat om heel specifieke brugliggers die sinds het eind van de jaren ’60 veel geproduceerd worden. Voor het experiment in het Delftse Stevin lab zijn de vijftien meter lange brugdelen van die tijd precies nagebouwd en werd een verbinding gemaakt tussen twee balken net zoals dat toen ook gebeurde. Om de loodzware liggers dwars door Nederland te transporteren, ontwierp promovendus Ibrahim een speciaal systeem. Ondertussen ontwierp promovendus Kostense digital twins van de balken, om te voorspellen wat er tijdens het hele belastingsproces kan gebeuren op het gebied van scheuren en verbrijzeling van beton en het vloeien en breken van de stalenwapening.

Ibrahim en technicus Albert Bosman installeren het ene na het andere meetinstrument om nauwkeurig te volgen wat er gebeurt als de belasting op de betonconstructie toeneemt. Rustig aan voeren ze de belasting op, tot het punt dat ze verwachten dat de eerste scheuren ontstaan. Er volgen vele metingen en analyses. Als de constructie nog steeds sterk genoeg blijkt voeren ze ‘het aantal vrachtwagens’ (de belasting) op, tot de constructie het begeeft.

Hoe ontstaat de scheur?

Vanwege het unieke ontwerp en de onzekerheid in de materiaaleigenschappen is het moeilijk te voorspellen hoe de constructie zal bezwijken. Maar dat was juist een goede reden om ingenieurs over de hele wereld uit te dagen. Hoe staat het met de actuele kennis op dit gebied? Hoe groot is de invloed van de betrokken ingenieur bij voorspelling van het bezwijkgedrag? Er is daarom een wedstrijd uitgeroepen: kenmerken van de brugdelen zijn openbaar gemaakt en experts mogen voorspellen hoe de scheuren zullen lopen en het brugdeel zal bezwijken. Yang en zijn collega’s hebben het antwoord inmiddels weten te produceren. Tot 1 mei is het mogelijk om mee te doen aan de wedstrijd, daarna zullen de volledige resultaten worden gepubliceerd.

Bruggen kunnen nog even mee

Bijna de helft van de in totaal 32 replica’s zijn inmiddels beproefd tot ze het begaven (uit elkaar barsten). Het eerste deel van het project loopt ten einde en de eerste resultaten zijn positief. “In de meest extreme gevallen kunnen de brugliggers twee keer zoveel gewicht aan dan volgens de berekeningen met van de gestandaardiseerde modellen.” En dat is goed nieuws. Op basis van de experimenten ontwikkelen Yang en zijn collega’s nu nauwkeurige modellen met fysieke basis om aan te tonen dat sommige bruggen voldoende draagkracht hebben en in de nabije toekomst niet versterkt of vervangen hoeven te worden.