Betonnen bruggen in Nederland zijn oud en rimpelig aan het worden. Daarom spoort assistent professor Yuguang Yang met geluid scheuren in het beton op. Zijn revolutionaire meettechniek kan onderhoudskosten verminderen en vervoer beter reguleren.
`BAAAAM!' Met een druk op een rode knop duwt een vijzel op een 10 meter lange balk. Bijna direct ontstaat er een scheur in het beton – het klinkt een beetje als een pistoolschot. “Dingen kapotmaken is een uitstekende manier om conclusies te testen,” zegt Yang. “Anders blijven het aannames op papier.” Afschuif bezwijken – dwarskrachten die op een constructie werken en sterk genoeg zijn om het te verwoesten – is moeilijk te voorspellen en van buiten niet of nauwelijks te zien. Dit bezwijken wordt soms voorafgegaan met nauwelijks zichtbare doorbuigingen en/of scheurtjes in de balk. Om gegevens te verzamelen, installeren Yang en zijn team optische vezels en vervenzij de zijkanten van de betonnen balk wit – als een soort gigantisch QR-codes. Daarmee gaan ze na hoe scheuren ontstaan op het soort gewapende beton dat ook voor bruggen wordt gebruikt. “Bij het testen van afschuiving maakt de balk grootte wel degelijk uit. In het verleden zijn slechts 30 van de 2000 tests met prototypes van deze grootte (hoogte balk) gedaan.”
Achterhaalde inspecties voor oude bruggen
De meeste bruggen in Nederland werden tussen 1950 en 1970 gebouwd. De afgelopen zeventig jaar is het verkeer zwaarder en drukker geworden. Regelmatige controles zijn dan ook een must. “De meest gangbare methode tegenwoordig is visuele inspectie,” aldus Yang. “Elk jaar inspecteren ingenieurs bruggen en als ze corrosie of problematische scheuren bespeuren, wordt onderhoudswerk gepleegd. Bruggen op zo'n moment repareren en open voor het verkeer houden is duur en kan tot verkeershinder leiden. Als we scheuren eerder opmerken met behulp van geavanceerde methoden, dan kan dat zowel ingenieurs als automobilisten tijd en geld besparen.”
Squashspelen met geluid
Yang heeft een eenvoudige oplossing bedacht: hij gebruikt geluid om subtiele veranderingen in het beton op te sporen, nog voor het scheurt. “Het lijkt een beetje op een versnelde versie van PONG. Smart Aggregates, zenders die bestaan uit twee piepkleine marmerstukjes, verbonden met een elektrode, zenden trillingen uit en vangen de terugkaatsende geluidsgolven op.” Daarmee ontstaat een virtuele kaart van het bouwwerk. “Door te meten hoe lang geluid erover doet om van A naar B te komen, kun je vaststellen of materiaal is uitgezet of ontbreekt,” zegt Yang. “En door zijn korrelige samenstelling kunnen geluidsgolven zich uitstekend verplaatsen en weerkaatsen in beton, in tegenstelling tot aluminium of staal.”
Van de aarde naar de snelweg
Innovatie vindt plaats op het snijvlak van disciplines, en dit keer is de geofysica Yangs muse. “Daar gebruikt men het geluid van aardbevingen om de samenstelling en structuur van de aarde te bestuderen. Mijn collega's en ik hebben dat algoritme geleend om te zien hoe bruggen reageren op bewegende auto's en vrachtwagens.” Yang en zijn team verwachten dat ze elke betonnen brug van 20 euro kostende zenders kunnen voorzien. Zodat er een netwerk ontstaat dat 24 uur per dag in de gaten wordt gehouden. “Zo kunnen we tijdig ingrijpen voordat de veiligheid van de brug in het geding komt en storen we het verkeer zo min mogelijk. Ook kunnen we het type en de frequentie van het verkeer bepalen aan de hand van belasting veranderingen op een brug. Zulke gegevens kunnen gebruikt worden om de infrastructuur te verbeteren en in het geval van files auto's om te leiden.”
Gepubliceerd: Mei 2019
Yuguang Yang
Breaking bridges to understand them better
Every year inspection engineers check bridges for corrosion or cracks. But a visual inspection takes up a lot of time. Is there a more efficient way of doing it? According to Yuguang Yang, there is. He developed an in-depth research method that helps spot places that are vulnerable to cracks.
