Gezondheid van bruggen meten met sensoren

Scriptie

Je hoort het wel af en toe in het nieuws: een brokstuk uit een tunnel of van een brug dat naar beneden gevallen is. Ingenieur Tom Jonckers (KU Leuven) ging op onderzoek en ontwikkelde voor zijn thesis reksensoren die beschadigingen sneller kunnen opsporen.

'Door Brusselse tunnels rijden is je leven riskeren', kopte De Standaard op 25 november 2015, nadat een brokstuk van één op twee meter loskwam van de Rogiertunnel en op auto viel. Gelukkig waren er geen gewonden. Het toont wel hoe erg het gesteld is met de kwaliteit van de Belgische weginfrastructuur. Recent nog pakte het weekblad Knack uit met een groots onderzoek naar de ‘Belgische brokkelbruggen’.

Trillingen
Jonckers: “Ieder jaar worden er heel wat bruggen en tunnels in België geïnspecteerd om hun gezondheid in te schatten. De exacte locatie van schade aan de infrastructuur is echter moeilijk te bepalen. Hiervoor zou men trillingstesten kunnen gebruiken. Iedere structuur trilt wanneer er een auto over rijdt of een voetganger over wandelt. Zelfs de wind laat de constructies bewegen. Het schoolvoorbeeld van die trillingen is de Tacoma Narrow Bridge in de Verenigde Staten. Deze brug maakte extreme bewegingen en vervormde helemaal als ze belast werd (lees verder onder de video).


De Tacoma Narrows Bridge, geopend in 1940 in De Verenigde Staten kreeg de bijnaam Galloping Gertie. Deze brug van zes miljoen dollar begon bij wind de vreemdste bewegingen te maken. Nog geen halfjaar na de opening stortte de brug in.



Gelukkig zijn zulke gevallen zeldzaam. Normaal gezien blijven de trillingen zo klein dat gebruikers ze niet merken. “Het trillingsgedrag van een constructie bevat een schat aan informatie over haar structurele gezondheid. Theoretisch gezien kan men voorspellen tegen welke frequentie een bouwwerk gaat trillen en welke vorm deze zal aannemen.” Trillingstesten lijken krachtig instrumenten om schade op te meten, maar in de praktijk zijn ze nog niet nauwkeurig genoeg.  Bovendien worden ze niet overal gebruikt: om ze te gebruiken moet men de constructie, waar de metingen moeten gebeuren, afsluiten voor het verkeer. Hierna wordt de constructie belast om de metingen uit te voeren.

Voorgaande trillingstesten waren niet nauwkeurig genoeg voor praktische toepassingen

Rekken
Het zou volgens Jonckers veel praktischer zijn om permanent een meetsysteem aan constructies te bevestigen. Op die manier kan je de gezondheid van een bouwwerk op langere termijn opvolgen. Jocnkers ontwikkelde daarvoor twee hoogperformante reksensoren. “Deze mechanische apparaten zorgen ervoor dat de trillingen van het bouwwerk geconcentreerd en uitvergroot worden op een kleine meetsectie. Hierdoor kunnen veel kleinere trillingen accuraat opgemeten worden. Bijgevolg kan de structurele gezondheid van het bouwwerk ook beter ingeschat worden. De reksensoren die ik ontwikkelde voor mijn thesis bereiken een uitvergroting van de trillingen van 73. Dit maakt het mogelijk om trillingen tot wel 73 keer kleiner dan voorheen op te meten”, aldus Jonckers.


Dit artikel verscheen in de Vlaamse ScriptieKrant en op engineering.net.

De integrale thesis van Tom Jonckers, onder begeleiding van Prof. dr. ir. Edwin Reynders, Prof. dr. ir. Guido De Roeck en  Prof. dr. ir. Mattias Schevenels, kan je terugvinden in de scriptiebank

Lees de volledige thesis hier