Net zoals de MX3D-brug, die in 2021 in Amsterdam werd geopend door Hare Majesteit Koningin Máxima, is een van de bruggen op de campus van de Universiteit Twente uitgerust met een geavanceerd netwerk van sensoren. Samen met collega's is Roland Kromanis op het moment bezig om die sensoren te plaatsen en te kalibreren, om zo het functioneren en de bijbehorende bestandheid tegen dagelijkse excitaties van de brug op de UT-campus te kunnen monitoren.
“We plaatsen de slimme sensoren om te meten hoe de brug op zaken reageert. Dat kan van alles zijn, maar ik zal twee voorbeelden geven. Als eerste kan er iemand over de brug rennen, waarbij het gewicht van diegene ervoor zorgt dat de brug gaat trillen en vervormen. Als tweede heb je gedurende de dag te maken met temperatuurverschillen door de veranderende intensiteit van het zonlicht: een avondzon doet de brug anders uitzetten en krimpen dan een morgenzon,” zegt Roland over het project.
Met zijn onderzoeksgroep SHM4SI, die zich bezighoudt met structurele health monitoring voor slimme infrastructuur, verzamelt Roland dit jaar sensorische gegevens om de basisreacties van de brug in kaart te brengen. Roland: Als je weet hoe de brug reageert op verschillende soorten belasting, zoals dynamische, statische en quasi-statische belasting, en je hebt een basisreactie als indicatie van hoe de burg zich normaal gesproken gedraagt, kun je het functioneren ervan analyseren. Het is dan eenvoudig om vast te stellen hoe uitzonderlijk een bepaalde reactie is en aan de hand daarvan kun je dan weer zeggen hoe een brug eraan toe is.”
Schade opsporen
Het controleren en in kaart brengen van reacties op verschillende soorten belasting maakt het makkelijker om schade op te sporen. “In februari zijn we begonnen met metingen aan deze brug. Alle gegevens komen in realtime binnen. We verwachten dan niet meteen uitzonderlijke reacties te zien. Als er tijdens een realtime-gegevensanalyse acute schade wordt vastgesteld, zou dat erop kunnen wijzen dat de brug zwaar beschadigd of zelfs ‘ingestort’ is. Normaal gesproken ontstaat schade langzamerhand.”
De sensoren meten vijf types informatie: de temperatuur van de brug, de kanteling (de helling die optreedt door belasting, op zowel de korte als lange termijn), de spanning (in hoeverre een brugdeel door belastende factoren als voetgangers en de temperatuur uitzet en krimpt), de vochtigheidsgraad (voor de zekerheid) en de trillingen. Die laatste worden geregistreerd door een heleboel versnellingsmeters, die door collega's van Werktuigbouwkunde zijn geplaatst. Er zijn binnen de Universiteit Twente verschillende vakgroepen die aan het project meewerken.
Temperatuur en spanning
Onderstaand diagram geeft de reactie van de brug (‘strain’ = spanning) en de temperatuur weer. Op zondag 12 februari 2023 was het bewolkt. Dit is te zien aan de metingen van de spanning en temperatuur, die gedurende de dag niet veel veranderen. De volgende dag, maandag 13 februari 2023, was het zonnig. Op sommige plekken steeg de temperatuur van de brug van vijf graden naar maar liefst twintig. In de schaduw verschilde de temperatuur maar vijf graden. De gemeten spanning volgde de temperatuurverschillen op de voet. De kortdurende spanningspieken worden veroorzaakt door fietsers en voetgangers, waarvan de meerderheid rond 12:00 ‘s middags over de brug komt. In grote lijnen wordt de reactie van de brug echter bepaald door de langzaam veranderende temperatuur.
Diagram van gemeten spanning (door fietsers, voetgangers en de temperatuur) en temperatuur “Aan de langzaam veranderende spanningsmetingen zien we dat alle soorten belasting, dus fietsers, voetgangers en temperatuur, bijdragen aan de reactie, in dit geval de spanning.” – Roland Kromanis
In de nabije toekomst willen we een aantal onderdelen van de brug versterken, om zo een kleine verandering in de reactie teweeg te brengen. Andere voorbeelden van dat soort veranderingen zijn natuurlijk afwijkingen en schades. Maar we verwachten die snel te kunnen opsporen, dankzij alle gegevens die de sensoren aanleveren en onze in ontwikkeling zijnde methodiek die kennis van de brugbelasting (fietsers, voetgangers en temperatuur) met die van het reactiemechanisme combineert. De informatie uit het project zal ten goede komen aan het beheer van bruggen − denk aan het uitvoeren van voorspellend onderhoud en opstellen van begrotingen − en kan uiteindelijk een gunstig effect hebben op de levensduur ervan.
Roland Kromanis valt onder de DeSIRE-tenuretrack en voert aan de Universiteit Twente onderzoek uit naar de controle van de bestendigheid van kunstmatige en natuurlijke infrastructuur in steden en verstedelijkte deltagebieden.
Tekst/Bron: 4TU. Resilience Engineering.
