De bodem is voortdurend in beweging. Dat heeft gevolgen voor gebouwen en infrastructuur boven de grond. Met behulp van satellietdata brengt onderzoeker Giorgia Giardina de impact van bodemactiviteiten op bouwwerken nauwkeurig in kaart. Die inzichten kunnen helpen bij het nemen van efficiënte maatregelen om schade, hoge kosten en veiligheidsrisico’s te beperken.
Op sommige plekken in Nederland zakken we steeds verder weg. Vooral in het westen en noordoosten van ons land treedt bodemdaling op, onder meer door een dalend grondwaterpeil en gaswinning. En wat in de ondergrond plaatsvindt, heeft vaak gevolgen bovengronds, zegt Giorgia Giardina, assistant professor Geo-monitoring and Data Analytics aan de TU Delft. “Ondergrondse activiteiten, zoals bodemdaling, tunnelboringen of aardbevingen, vormen een risico wanneer het oppervlak bebouwd is. Zeker in stedelijk gebied kan de schade groot zijn als gebouwen verzakken of scheuren. Zonder goede maatregelen loopt de schade aan huizen en andere bouwwerken de komende jaren in de miljarden euro’s. Ook komt de veiligheid van mensen in het geding.”
Wisselwerking ondergrond en bovengrond
Met een achtergrond in zowel Environmental- als Civil Engineering begeeft Giardina zich op het snijvlak van wat er onder en boven het aardoppervlak plaatsvindt. “De wisselwerking tussen wat we wel en niet direct waarnemen, vind ik erg interessant. Daarnaast ben ik als Italiaanse opgegroeid in een land met veel cultureel erfgoed en relatief veel aardbevingen. In mijn onderzoek probeer ik op basis van een beter begrip van de bodem de kwetsbaarheid van gebouwen en eventuele schade in te schatten. Voor mijn master heb ik gewerkt aan een risico-evaluatie voor historische gebouwen in Italië. Vervolgens heb ik aan de TU Delft een PhD gedaan over graafwerkzaamheden bij de aanleg van de Noord-Zuidlijn in Amsterdam. Daarna heb ik nog een postdoc gedaan in Cambridge alvorens ik mijn eigen onderzoeksgroep ben gestart in Bath.”
Hulp van grote hoogte
Tijdens haar onderzoek in Bath werkte Giardina veelvuldig samen met ruimtevaartorganisatie NASA. Toen ze in gesprek raakte met een ruimtewetenschapper beleefde ze naar eigen zeggen een waar eurekamoment. “Hij vertelde me dat je met beelden van satellieten op 600 kilometer hoogte de beweging van bouwwerken op aarde heel precies kunt waarnemen. Tot wel op de millimeter nauwkeurig. Dat inzicht vond ik enorm fascinerend, maar was ook erg waardevol voor mijn onderzoek. Voorheen gebruikte ik namelijk sensoren om gebouwen individueel te monitoren. Dankzij satellietdata kon ik ineens voor een heel groot gebied de beweging van gebouwen en infrastructuur bestuderen en in kaart brengen.”
Mijn ‘Eureka-moment’: toen ik ontdekte dat satellieten van 600 kilometer hoogte de beweging in gebouwen tot op de millimeter nauwkeurig kunnen waarnemen.
Verzakking, onderhoud en vervanging
Giardina ging afgelopen mei aan de TU aan de slag als assistant professor. “Tijdens mijn PhD in Delft merkte ik hoeveel kennis hier aanwezig is van verschillende disciplines, zoals Geo-Engineering, Remote Sensing en Data Science. Die expertise heb ik allemaal nodig voor mijn onderzoek. Daarnaast is Nederland interessant vanwege alle opgaven rondom verzakking en onderhoud aan infrastructuur en gebouwen. Veel bruggen gaan richting het einde van hun levensduur, in Amsterdam staan kades op instorten en Groningen kampt met veel schade aan huizen door aardbevingen. De kennis die we hier opdoen kunnen we weer inzetten in landen met vergelijkbare uitdagingen. Inzichten van de Noord-Zuidlijn worden nu bijvoorbeeld gebruikt bij de aanleg van de crossrail in Londen.”
Schadebeoordelingssysteem
In Delft werkt Giardina aan een methode om risico’s van ondergrondse activiteiten te bepalen. Een schadebeoordelingssysteem, noemt ze het zelf. “Met zo’n model kunnen we inschatten hoe een gebouw reageert bij bepaalde ontwikkelingen in de ondergrond en waar mogelijk schade ontstaat. Daarvoor verzamelen we verschillende soorten data. Naast satellietdata hebben we informatie nodig over het gedrag van gebouwen en bruggen. Betonnen bouwwerken reageren anders op verzakking dan gemetselde gebouwen. Ook de stijfheid van materiaal speelt een rol. Verder gebruiken we informatie over de omgeving, zoals omliggende infrastructuur en omstandigheden in de ondergrond. De kunst is om de meest relevante data te selecteren en op een efficiënte manier in het model te verwerken. Het gebruik van satellietdata voor toepassingen in civiele techniek is bijvoorbeeld relatief nieuw.”
Ik wil een schadebeoordelingssysteem ontwikkelen, om ons te helpen inschatten hoe een gebouw zal reageren op bepaalde ontwikkelingen in de ondergrond en waar schade kan ontstaan.
Prioriteiten stellen
Een goed voorspellingsmodel helpt bij het stellen van prioriteiten bij onderhoud en vervanging, zegt Giardina. “Beleidsmakers moeten de komende jaren veel keuzes maken over welke werkzaamheden als eerste uitgevoerd moeten worden. Niet alles kan tegelijk. Als je weet waar de grootste problemen ontstaan, kun je daar beginnen. Vroegtijdig ingrijpen op de juiste plek en met de juiste maatregelen bespaart een hoop tijd en kosten. Daarnaast helpen data bij toekomstige bouwprojecten. Als je goed in beeld hebt hoe gebouwen reageren op ondergrondse activiteiten, kun je voorzorgsmaatregelen nemen op kwetsbare plekken, zoals het verstevigen van de bodem of een gebouw. Ook kun je dankzij satellietdata eventuele bewegingen van een constructie tijdens de werkzaamheden monitoren, zodat je tijdig kunt ingrijpen.”
Voorkomen slachtoffers en behoud erfgoed
Het voorkomen of beperken van schade biedt niet alleen financiële voordelen, benadrukt Giardina. “Het is natuurlijk ook van groot belang voor de veiligheid van mensen. Een ingestort gebouw kan veel slachtoffers veroorzaken. En als dat toch gebeurt, bijvoorbeeld na een aardbeving, wil je dat de slachtoffers zo snel mogelijk worden gered. Op basis van satellietbeelden kun je de schade in beeld brengen en bepalen waar hulptroepen wel of juist niet naartoe moeten gaan. Daarnaast is tijdig onderhoud belangrijk voor het behoud van historisch erfgoed. Ik kom zelf uit een land waar je wordt omringd door de geschiedenis. Ook Nederland bezit een schat aan waardevolle historische bouwwerken, denk aan al die prachtige grachtenpanden. Ik bewoon er zelf ook een in Delft. Ik moet er niet aan denken dat dat verloren gaat.”
