Glasvezelsensoren maken verborgen brugschade zichtbaar

Onderzoekers van de Ruhr-Universität Bochum gebruiken glasvezelsensoren om minimale rek aan een brugoppervlak te meten. Dit kan wijzen op schade aan de inwendige voorspanningskabels. Samen met ultrasone metingen moet de techniek helpen om verslechtering van betonconstructies eerder op te merken.

Voorgespannen betonnen bruggen zijn de stalen voorspanningskabels aan het zicht onttrokken. Lucht en vocht kunnen bij onvoldoende bescherming tot corrosie leiden. Onder de blijvend hoge trekbelasting kunnen vervolgens scheuren ontstaan en afzonderlijke voorspanelementen bezwijken.

Onderzoekers van het instituut voor betonconstructies in Bochum werken aan twee meetmethoden om veranderingen in zulke constructies te volgen: glasvezelsensoren aan het oppervlak en een netwerk van ultrasone zenders en ontvangers.

Rek meten met licht

De door onderzoeker Aeneas Paul ontwikkelde aanpak gebruikt glasvezels die over trajecten van ruim vijftig meter op de constructie worden gelijmd. Meerdere meettrajecten kunnen over de lengte van een brug worden verdeeld.

Laserlicht en analyse van de karakteristieke optische ‘vingerafdruk’ van de vezel maken rekveranderingen plaatsafhankelijk meetbaar, met volgens de onderzoekers een ruimtelijke resolutie tot één millimeter. Door opeenvolgende metingen te vergelijken, wordt zichtbaar waar de constructie uitzet of krimpt.

Als binnenin een voorspanelement bezwijkt, kan dat aan het betonoppervlak een uiterst kleine rekverandering veroorzaken. De glasvezel registreert daarmee verschijnselen die met het blote oog onzichtbaar blijven.

Ultrasoon vergelijken

De tweede methode gebruikt ultrasone zenders en ontvangers, die ongeveer om de vijf meter in boorgaten worden aangebracht. De voortplanting van de geluidsgolven levert een karakteristiek meetpatroon op. Veranderingen in het beton beïnvloeden dat patroon.

Door metingen in de tijd te vergelijken, kunnen onderzoekers vaststellen of en waar de constructie verandert. Achteraf aangebrachte sensoren geven daarbij geen reconstructie van de oorspronkelijke toestand, maar laten de ontwikkeling vanaf het begin van de metingen zien.

Meten tijdens gebruik

Beide methoden zijn beproefd op betonnen proefstukken en bestaande bruggen. Metingen kunnen plaatsvinden terwijl het verkeer doorgaat. De glasvezelmethode levert gedetailleerde informatie, maar produceert veel data en stelt hoge eisen aan het verlijmen. Ook vormt vezelbreuk een kwetsbaarheid.

Volgens de onderzoekers vraagt iedere brug daarom om een eigen meetconcept. De gegevens moeten beheerders helpen om nader onderzoek, versterking of vervanging tijdig te plannen.