Was door de toenemende verkeersbelasting de druk op de stalen brugdekken te sterk geworden? Was het voortdurende uitzetten en krimpen door temperatuurschommelingen debet aan de problemen? Zouden deze mankementen nu bij alle druk bereden stalen bruggen in Nederland optreden? De deskundigen bij Rijkswaterstaat stonden voor raadsels. Betrouwbare modellen voor het verklaren van de problemen ontbraken, en ideeën hoe je ze kon oplossen, waren er ook niet veel.
Peter de Jong (1975) interesseerde zich al tijdens zijn studie civiele techniek aan de Technische Universiteit Delft voor vermoeiingsonderzoek aan bruggen. Na zijn afstuderen in 1999 ging hij bij Rijkswaterstaat werken, waar hij zich intensief bezighield met de bruggenproblematiek. Hoewel hij nooit van plan was geweest om te promoveren, zag hij in zijn dagelijks werk dat er een grote behoefte was aan een meer wetenschappelijke aanpak van de praktische problemen. In september 2000 besloot hij daarom om naast zijn werk met het promotieonderzoek te beginnen.
Levensduur van een brug
De Jong was vastbesloten de theorie te vinden waarmee hij de problemen uit zijn werkpraktijk beter zou kunnen begrijpen en aanpakken. Zijn hoofdvraag was: welke renovatietechnieken zorgen voor een langdurige vrijwaring van de vermoeiingsproblematiek bij stalen bruggen? Uiteindelijk ontwikkelde hij een systeem waarmee je de toestand en levensduur van een brug kunt beschrijven en voorspellen, en waarmee je ook de juiste renovatiemaatregelen kunt berekenen. Gaandeweg verbreedde De Jongs vraagstelling zich naar een probabilistische instandhoudingsfilosofie voor stalen bruggen. Het door hem gevonden systeem bestaat uit drie hoofdcomponenten: levensduurmodellen, inspectietechnieken en renovatietechnieken.
Bij het eerste onderdeel gaat het vooral om een computermodel waarmee je de toestand van een brug in kaart kunt brengen. Om de levensduur van bruggen nauwkeurig te bepalen, moet het model gevoed worden met informatie over onder meer de leeftijd van de brug en de constructieve eigenschappen ervan. Het gaat dan om de dikte van de staalplaat, de vraag of er asfalt op zit en zo ja, hoe dik die laag is. Daarna moet er nauwkeurig naar het verkeer worden gekeken.
De tweede component van het door De Jong ontwikkelde systeem zijn inspectietechnieken. Hierbij gaat het vooral om de ontwikkeling van de zogenoemde ‘Crack-PEC’- techniek. Dat is een techniek waarmee je dwars door de asfaltslijtlaag het onderliggende staal van een brug kunt bekijken; zo worden eventuele scheuren zichtbaar.
Bij de renovatietechnieken ten slotte ontwikkelde De Jong concrete oplossingen. Hij liet stukken brugdek van maximaal vier bij vier meter maken bij een staalfabriek. Daarna keek hij in het laboratorium eerst naar de invloed van statische druk. De Jong: “Er worden dan rekstrookjes op zo’n plaat aangebracht, waarmee je de spanning kunt meten. Daarna breng je er verschillende deklagen op aan, en kijk je wat er gebeurt als er een constante wieldruk op wordt gezet.”
Tijdrovende proeven
Na de statische proeven kwamen de vermoeiingsproeven aan de beurt. De Jong: “Die proeven zijn enorm tijdrovend. Met een cilinder pomp je daarbij regelmatig op het materiaal. Pas bij drie tot vier miljoen lastwisselingen kun je zien of er vermoeiingsverschijnselen optreden. Omdat het materiaal sterk is, moet je natuurlijk een forse belasting aanbrengen. Dus zo’n cilinder heeft een paar seconden nodig om een keer op- en neer te gaan. Vermenigvuldig dat met een paar miljoen keer, en je weet hoelang dat gaat duren. Maar vaak zet je de boel ook nog even stil, om te kijken of er een rekstrookje kapot is, of dat er scheurtjes optreden.”
Uit de proeven bleek dat speciaal hogesterktebeton wonderen kan doen voor een brug. De Jong: “Als je een oud brugdek met een asfaltlaag hebt, en die laag dan vervangt door hogesterktebeton, dan worden de spanningen op de onderliggende staalplaat met een factor vijf minder. In theorie verleng je daarmee de levensduur van een staalplaat met een factor 125.” Uit alle proeven kwam naar voren dat een laagje van vijf centimeter hogesterktebeton, in combinatie met een dicht stalen vlechtwerk, de levensduur van een brug met dertig jaar kan verlengen.
De nood bij Rijkswaterstaat was zo hoog dat De Jongs slijtlaag van hogesterktebeton meteen als proefproject op de Calandbrug in de Rotterdamse haven werd toegepast. Inmiddels is hogesterktebeton als renovatietechniek ook succesvol toegepast op de Moerdijkbrug in de A16 en op de brug bij Hagestein in de A27.
De Jong: “Het mooie is, dat de ontwikkeling van hogesterktebeton de laatste jaren ontzettend hard is gegaan. Het vernieuwende van mijn onderzoek is, dat ik die kennis daarvan in de staalbouw heb kunnen toepassen. Dat is heel uitzonderlijk, omdat die werelden normaal gesproken niet met elkaar in verbinding staan.”
De ontwikkelde instandhoudingsfilosofie en renovatietechnieken voor stalen bruggen kan Rijkswaterstaat nu toepassen op andere bruggen. De Jong: “Ik werk inmiddels bij Delta Pi, een adviesbureau op het gebied van risicoanalyse, onderhoudoptimalisatie en assetmanagement. Ik vind het mooi om kennis die ik in mijn promotiestudie heb opgedaan, nu ook toe te passen bij andersoortige problemen in een andere omgeving.”
Dit artikel werd eerder gepubliceerd in de STW brochure Technologisch Toptalent 2008.
Lees ook op Kennislink: