Delftse sensoren waken over stalen bruggen

By Ewout Kieckens

Tienduizenden, mogelijk honderdduizend bruggen in Europa, zijn aan het eind van hun levenscyclus. Om rampen zoals de ineenstorting van de Morandi-brug in Genua (2018) te voorkomen, moeten bruggen voortdurend worden gecontroleerd op hun stabiliteit. De inspecties worden traditioneel gesproken uitgevoerd door gespecialiseerd personeel dat met name visueel controleert of de stalen constructies verval vertonen. De inspectiekosten zijn hoog, en er bestaat een risico dat zeer kleine scheuren worden gemist. 

Emilio Villari

Een nieuwe, grondige manier om stalen bruggen in het oog te houden komt uit Delft. Villari heet de start-up die nog geen twee jaar geleden is opgezet door Hugo Romer en Olivier Baas, twee studenten afgestudeerd bij de masteropleiding ‘Offshore & Dredging Engineering’. Villari heeft sensoren ontwikkeld die aan een stalen brug worden aangebracht, vermoeiingsscheuren detecteren en het verloop van deze schade controleren. Het bedrijf is vernoemd naar de Italiaanse ingenieur Emilio Villari (1836-1904).

Het gebruik van sensoren in de infrastructuur als controlemechanisme is niet nieuw. Zo heeft een Italiaans bedrijf draadloze sensoren ontwikkeld voor op bruggen om onder andere trillingen te ‘monitoren’. Maar de sensoren van Villari doen meer. Het product is een combinatie van hard- en software.

De draadloze sensor, de hardware, meet allerlei belastingfactoren van de brug en zendt die data door naar de server. Aan de softwarekant worden de data verwerkt en worden de gegevens vertaald naar concrete doelen. De beheerder van zo’n brug krijgt op die manier eenvoudig inzicht over bijvoorbeeld de lengte van de scheur en of er überhaupt een scheur in de constructie zit. 

Draadloze sensoren

Ook al bestaat Villari nog maar kort, toch heeft het bedrijf al het vertrouwen gewekt van onder andere Rijkswaterstaat. Verschillende van hun bruggen zijn nu uitgerust met Redfox-sensoren, zoals de sensoren van Villari officieel heten. De 31-jarige Romer zegt dat Villari een onorthodoxe aanpak van productontwikkeling heeft. Daarbij gaan laboratoriumtests hand in hand met toepassingen in de praktijk, op een manier die directer is dan wat in de branche gewoon is.

Zo was de eerste versie van Villari’s sensoren nog uitgerust met een kabel. Op die manier konden Romer & Baas wel direct de hardware uitproberen. De eerste resultaten waren uitstekend, niet slecht voor een bedrijf dat toen nog geen acht maanden bestond. Zo toonden de sensoren correct scheuren aan, en belangrijker nog, gaven ze geen valse negatieven aan. “Het licht stond op groen, voor ons en voor de klant”.

De volgende stap was om het apparaat draadloos te maken. “Draadloos biedt toegevoegde waarde, omdat je zodoende niet telkens de data op locatie hoeft uit te lezen”. Eind dit jaar rondt Villari een project af met 80 draadloze sensoren op twee bruggen.

De vliegende start heeft Villari mede te danken omdat het bedrijf voortborduurt op een onderzoeksproject onder leiding van Mirek Kaminski, hoogleraar Ship and Offshore Structures. Dat project was geboren uit de vraag van de offshore-industrie om een oplossing te vinden voor verval van drijvende productieplatformen die aardolie en gas oppompen. Deze zogeheten FPSO’s zijn in feite drijvende fabrieken die zeker 10 jaar lang in weer en wind diep op zee voor anker liggen. 

Drijvende productieplatformen

Ook deze platforms zijn, zoals alle bewegende constructies, onderhevig aan trillingen en daarmee scheurvormingen. Controlepersoneel moet steeds per helikopter naar zo’n FPSO worden gebracht. Dat is een zeer intensieve en daarmee kostbare onderneming. Kaminski onderzocht of sensorentechniek iets zou kunnen zijn voor het gebruik op FPSO’s. 

“Toen het project was afgerond, hebben wij tegen elkaar gezegd dat het zonde zou zijn er niet mee verder te gaan”, herinnert Romer zich. Beide mannen wilden de techniek in de praktijk brengen. Niet zozeer op FPSO’s (“dat is nog te gecompliceerd”), maar op andere stalen constructies. Uit marktonderzoek bleek dat er vraag was naar een nieuwe vorm van detectie en controle van vermoeiingsscheuren bij met name bruggen. 

Kapot rekenen

Een uniek aspect van Villari is dat hun systeem met name bedoeld is om schade te detecteren. “Ingenieursmodellen en formule-inschattingen zijn in veel gevallen heel conservatief opgezet. Stalen bruggen worden zo kapot gerekend. Het gevolg is dat inspectieteams voortdurend worden rondgestuurd, terwijl ze keer op keer niets vinden. Daar is op zich natuurlijk niets op tegen, maar het is niet efficiënt als dat gebeurt bij infrastructuur waarmee in de praktijk weinig aan de hand is”. 

Dat er in bruggen en andere stalen bouwelementen scheuren ontstaan, is op zich niet alarmerend. Wel is het zaak om de scheurvorming voortdurend te checken, en gepaste actie te ondernemen. Vermoeiingsscheuren kunnen tot op zekere hoogte dan ook wel worden getolereerd. En dat is precies dat de sensoren van Villari doen: vooral de ontwikkeling van de schade in de gaten houden. 

Het gaat daarbij ook om frequentie. Op bruggen waar geen problemen worden vastgesteld, of waar de vermoeiingsscheur niet noemenswaardig groot is, kan de meetfrequentie laag zijn. Meestal worden metingen gestart met een hoge frequentie. Zodra uit data-analyse blijkt dat de schade meevalt, kan de meetfrequentie omlaag. “De volgende generatie-sensoren worden dan van afstand gedowntuned,” zegt Romer. Dat is ook goed voor het energieverbruik van de sensoren, die hoe dan ook bij volledig gebruik vijf jaar meegaan. 

Lees ook over de langste 3D-geprinte brug ter wereld en over bruggenbouw zonder steigers