Bruggen, sluizen en viaducten die tientallen jaren geleden zijn ontworpen en gebouwd, bereiken langzaam het einde van hun oorspronkelijke technische levensduur. Maar wanneer is een kunstwerk écht aan vervanging toe? En hoe weet je zeker dat een brug nog veilig gebruikt kan worden? Met het nieuwe realtime assessment syteem van Iv hebben beheerders voor het eerst continu inzicht in de werkelijke belasting en conditie van hun kunstwerken. Door sensordata te combineren met geavanceerde rekenmodellen ontstaat een nauwkeurig beeld van de technische restlevensduur van een brug.
Stel: een provinciale brug werd dertig jaar geleden ontworpen voor de verkeersintensiteit met een bepaald aantal auto’s en vrachtwagens per dag. Een paar jaar later verschijnt er verderop een groot bedrijventerrein. De verkeersstroom verandert daardoor volledig: meer verkeersbewegingen, grotere en zwaardere vrachtwagens, en een hogere belasting van de brug dan ooit in de oorspronkelijke berekeningen was voorzien. “Nieuwe bruggen worden gebouwd op basis van toekomstige verwachtingen”, vertelt Garry Vandeberg, senior adviseur bij Iv. “Bij het ontwerp wordt voorspeld hoeveel verkeer er overheen zal rijden en hoe zwaar dat verkeer zal zijn. Maar wat gebeurt er als de werkelijkheid niet overeenkomt met de aannames?” Dat kan grote invloed hebben op de belasting van een brug. Soms blijkt een constructie daardoor veel zwaarder belast te worden dan voorzien. Soms juist veel minder. Toch worden onderhouds- en vervangingsbeslissingen vandaag de dag vaak gebaseerd op berekeningen die tientallen jaren geleden zijn gemaakt. “Voor veel beheerders is dat één van de grootste uitdagingen van dit moment.”
Veel handmatig werk bij inspecties
Om de constructieve staat van een brug te bepalen, worden regelmatige inspecties uitgevoerd en aanvullende berekeningen gemaakt. Vaak begint dat met uitgebreid deskresearch, waarbij oude tekeningen, berekeningen, inspectierapporten en onderhoudshistorie worden verzameld en geanalyseerd om een zo compleet mogelijk beeld van een kunstwerk te krijgen. Vervolgens kunnen aanvullende onderzoeken nodig zijn. Soms betekent dit dat er proefbelastingen worden uitgevoerd. Of dat er een proefmonster wordt afgenomen van onderdelen van de constructie, die vervolgens in een laboratorium worden onderzocht. Dat levert waardevolle informatie op, maar kent ook beperkingen. “Een inspectie is eigenlijk een momentopname”, zegt Garry. “Je gaat naar een brug toe, voert metingen uit en maakt een beoordeling op basis van wat je op dat moment ziet. Dat kost tijd en geld. Soms moet een brug zelfs gedeeltelijk worden afgesloten, wat voor veel overlast zorgt. En vervolgens blijft de vraag: moet je de hele brug onderzoeken of alleen de kritische onderdelen?”
Die onzekerheid heeft gevolgen voor beheerders. Extra inspecties, aanvullende onderzoeken en uitgebreide dossieranalyses brengen hoge kosten met zich mee. Tegelijkertijd wil niemand risico’s nemen met de veiligheid van een brug. Garry: “Daardoor worden constructies soms eerder gerenoveerd of vervangen dan technisch noodzakelijk is, terwijl andere bruggen juist meer aandacht nodig hebben dan vooraf werd gedacht. Het gevolg is dat onderhoudsbudgetten en onderzoekscapaciteit niet altijd terechtkomen waar ze het hardst nodig zijn.”
Realtime meten, monitoren, doorrekenen en voorspellen
Iv ontwikkelde een systeem waarmee beheerders continu inzicht krijgen in hoe een brug – of ander kunstwerk – zich in de praktijk gedraagt: het realtime assessmentsysteem (RTA). Door permanente sensoren op een constructie aan te brengen, ontstaat een doorlopend beeld van de werkelijke belasting en conditie van een kunstwerk. “We maken bruggen en sluizen slim”, legt Garry uit. “In plaats van af en toe een keer te meten, verzamelen we voortdurend informatie over de belastingen en het gedrag van de constructie.”
Het systeem werkt volgens een eenvoudige, maar krachtige keten van meten, monitoren, doorrekenen en voorspellen. Op strategische locaties worden sensoren aangebracht die vervormingen, spanningen en belastingen registreren. Die gegevens worden automatisch gekoppeld aan een digitaal rekenmodel, dat continu wordt bijgewerkt met nieuwe meetdata van het kunstwerk. “Je kunt het vergelijken met een geavanceerde weegschaal”, zegt Garry. “De sensoren leveren de input en het rekenmodel vertaalt die gegevens naar informatie over de conditie van de constructie. Zo ontstaat een actueel en steeds nauwkeuriger beeld van hoe een brug of sluis zich daadwerkelijk gedraagt en wat de restlevensduur is.”
Elk kunstwerk vertelt haar eigen verhaal
Een belangrijk uitgangspunt van het systeem is dat geen enkel kunstwerk hetzelfde is. “Elke brug of sluis heeft zijn eigen ontwerp en elk ontwerp kent zijn eigen kritische details”, zegt Garry. “Sommige onderdelen zijn nauwelijks gevoelig voor vermoeiing, terwijl andere plekken juist extra aandacht vragen.” Voor ieder kunstwerk wordt daarom een specifiek digitaal model opgesteld waarin die kritische onderdelen worden meegenomen. De sensoren worden vervolgens geplaatst op strategische, goed bereikbare locaties, bijvoorbeeld op de hoofddraagconstructie. Het rekenmodel fungeert daarbij als een netwerk van virtuele sensoren voor de gehele constructie, ook de plekken waar fysieke metingen niet of nauwelijks mogelijk zijn. Garry: “Je leert als het ware elk piepje en kraakje van het kunstwerk kennen.”
Hoewel de eerste toepassingen zich vooral richten op bruggen, is het principe volgens hem veel breder inzetbaar. Ook sluizen, beweegbare kunstwerken en zelfs hijs- of containerkranen kunnen op dezelfde manier worden gemonitord en doorgerekend. Eigenlijk geldt voor vrijwel alle kunstwerken hetzelfde uitgangspunt: hoe beter je begrijpt hoe een constructie zich in de praktijk gedraagt, hoe beter je als beheerder het onderhoud, renovaties en vervanging kunt plannen. Garry verwacht dan ook dat de mogelijkheden de komende jaren alleen maar zullen toenemen. “Dit is nog maar het begin. Uiteindelijk kunnen we deze manier van werken toepassen op steeds meer typen kunstwerken en infrastructuur. En bij nieuwe kunstwerken kunnen we het systeem zelfs direct inbouwen.”
"Een robotstofzuiger weet wanneer hij je huis moet schoonmaken en een slimme thermostaat zorgt ervoor dat je huis warm is als je thuiskomt. Waarom zouden bruggen en sluizen nog uitsluitend afhankelijk zijn van archiefmappen en periodieke inspecties?"
Alles samenbrengen in één geïntegreerd systeem
Steeds meer systemen om ons heen worden slimmer. Waarom zouden bruggen en sluizen nog uitsluitend afhankelijk zijn van archiefmappen en periodieke inspecties? Als het aan Iv ligt, is die tijd voorbij. Het realtime assessmentsysteem wordt al toegepast op een aluminium testbrug die volledig is uitgerust met sensoren en monitoringstechnologie. Ingenieurs, constructeurs, inspecteurs, dataspecialisten en machine-learning experts werken samen aan de verdere ontwikkeling. Ook studenten en onderzoekers uit verschillende technische en wiskundige richtingen dragen daaraan bij. “Al die kennis kunnen we goed gebruiken”, vertelt Garry. “Sensoren, inspecties en rekenmodellen bestaan allemaal al langer. Maar de échte innovatie zit in het samenbrengen van al deze onderdelen in één geïntegreerd systeem. Dat zie je op dit moment nog nergens, terwijl juist die integrale aanpak een belangrijke volgende stap is in het beheer van kunstwerken. En dat reikt verder dan alleen bruggen en sluizen. Ik ben ervan overtuigd dat dit de toekomst is van de vervangings- en renovatieopgave in Nederland.”
