Monitoring 3D-geprinte fietsbrug

Om de verkeersveiligheid te vergroten op de Berkelseweg is er een nieuw fietspad aangelegd die hieraan parallel loopt. Het fietspad is onderdeel van een snelfietsroute tussen Rotterdam en Zoetermeer. Het sluitstuk van deze metropolitaanse fietsroute is de realisatie van de grootste 3D geprinte brug van kunststof afval afkomstig uit oude windmolen en treinstellen.

Vraag van de opdrachtgever

Aan de start van het project was de wens om zo veel mogelijk gebruik te maken van duurzame oplossingen. Om hier zo goed mogelijk aan te voldoen heeft Aannemersbedrijf Damsteegt Waterwerken in samenwerking met 10XL, Composite Structures en Sparc Bridge een nieuwe technologie ontwikkeld waarmee een brug 3D geprint kan worden. Naast een gerobotiseerd productieproces wordt kunststof afval gebruikt als grondstof. In dit geval een granulaat van oude windmolens en treinstellen. Het grote voordeel is dat aan het einde van de levensduur de brug afgebroken kan worden tot kunststof granulaat om als nieuwe grondstof te dienen. De brug is daarmee volledig circulair.

Grote uitdagingen tijdens het project zijn de afmetingen, het architectonisch ontwerp en de lange termijn materiaaleigenschappen. Hierom is Digistruct gevraagd om de brug tijdens zijn levensduur te monitoren middels sensoring.

Technische uitgangspunten

De fietsbrug heeft een afmeting van 6m x 13,5m. Het wegdek rust op 2 grote liggers van gerecycled kunststof nabij het midden en twee liggers aan de buitenzijde welke een overspanning van 13,5 meter hebben.

Als risicobeheersing is de keuze gemaakt om de zuidoostelijke ligger te meten. Deze wordt meer blootgesteld  aan temperatuurverschillen.

Er wordt gebruik gemaakt van 7 FBG sensoren (link). Deze kunnen tot op micrometer niveau rek accuraat meten. Hiernaast wordt de temperatuur in de brug gemeten.

De sensoren worden elk uur uitgelezen en de data wordt elk uur opgestuurd naar de Cloud. Onderstaande grafiek is een fragment van de data.

Hieruit is af te lezen hoe het materiaal onder invloed van de temperatuur rekt en krimpt. Met een slim algoritme wordt deze data realtime geanalyseerd. Bij een significante discrepantie in deze data worden wij en de beheerder van de brug gesignaleerd. Er kan namelijk sprake zijn van overbelasting. Ook kunnen we met deze data de restlevensduur van de constructie bepalen. De brug wordt daarmee betrouwbaarder en kan langer mee. De zogenaamde ‘Total COst of Ownership’ – de totale kosten over de levensduur – van de brug wordt daarmee geminimaliseerd.

Uitgevoerde werkzaamheden

Tijdens de bouw van de circulaire brug heeft Digistruct in samenwerking met de aannemer het risicoprofiel bepaalt. Hierna heeft Digistruct een monitoringsplan en sensorontwerp ontwikkeld waarin de locatie, nauwkeurigheid, frequentie, betrouwbaarheid en kosten worden beschreven.

Nadat de verschillende onderdelen van de brug geprint zijn, heeft Digistruct de sensoren in één van de liggers geplaatst. Vervolgens is de brug in de fabriek geassembleerd en op locatie ingehesen. Op locatie is het IoT Centre aangesloten zodat de meetdata verzameld kan worden. Dit IoT Centre wordt gevoed met zonne-energie. Door gebruik van een kleine accu in combinatie met zonne-energie kan dit systeem 50 jaar autonoom draaien. De verzamelde data wordt vanaf het moment van aansluiting direct beschikbaar gemaakt via een API en inzichtelijk gemaakt op de portal. Aan de hand van de inkomende informatie wordt de brug nu op afstand gemonitord en wordt de veiligheid gegarandeerd.

Resultaat & advies

Door de continue beschikbaarheid van de data zijn we beter in staat de veiligheid van de brug en omgeving te garanderen en de levensduur te maximaliseren. Problemen worden direct gesignaleerd wanneer ingestelde grenswaardes overschreden worden. Het is ook mogelijk om de data te koppelen aan eigen systemen en digital twins. De eigenaar/beheerder van de brug (veelal een gemeente) krijgt daarmee meer grip op areaal. Bovendien kan deze waardevolle informatie ook voor andere doeleinden worden gebruikt. De brug wordt onderdeel van de Smart City.

Het toepassen van sensoren in nieuwe duurzamere materialen en technieken zorgt ook voor een versnelling van de verduurzaming in de bouw. Nieuwe materialen kunnen sneller toegepast worden doordat de kwaliteit en veiligheid gegarandeerd kan worden. De invloed van externe factoren kan gemonitord worden en problemen zoals vermoeiing en scheuren worden vroegtijdig opgemerkt. Het toepassen van senosriek heeft vele voordelen ten opzichte van traditionele visuele inspecties.