De weg naar hergebruik van betonnen brugliggers

Betonrecycling neemt een vlucht nu de bouwsector duurzamere oplossingen omarmt, met Nederland als koploper. Nog beter is het om betonnen bouwdelen te hergebruiken omdat dit ruwe grondstoffen en energie bespaart en tot een lagere CO2-uitstoot leidt. Dat is precies wat José Paredes Pineda heeft bereikt met zijn testprotocol voor het veilige hergebruik van voorgespannen betonnen brugliggers.

Tijdens zijn master Civiele Techniek aan de TU Delft nam José Paredes Pineda deel aan een speeddating evenement met bedrijven. Daar maakte hij kennis met Nebest dat zojuist met hun Closing the Loop-consortium van Rijkswaterstaat de opdracht had gekregen om te pionieren met hoogwaardig hergebruik van voorgespannen betonnen brugliggers. De brugliggers waren afkomstig van een viaduct uit 1968 over de A9 dat buiten gebruik was gesteld. Hun bestemming: een nieuw viaduct bij Nuth over de A76.

Jose Paredes Pineda bekijkt een gebroken brugligger in het lab.

Veel bruggen en viaducten van kort na de tweede wereldoorlog zijn aan vervanging toe terwijl hun componenten nog een technische levensduur van enkele decennia hebben.

“Als je vanaf nul een nieuw viaduct ontwerpt dan kun je de constructieve opzet, materialen en geometrieën vrij kiezen met het oog op de gewenste levensduur en veiligheid,” zegt Paredes. “Bij hergebruik van brugliggers moet je zo goed mogelijk bepalen hoe sterk deze nog zijn. Daar bestond nog geen gevalideerd testprotocol voor.” Wat als een stage begon, werd uiteindelijk een Engineering Doctorate (EngD) – een tweejarige post-masteropleiding die wetenschappelijk onderzoek combineert met praktische uitdagingen uit het bedrijfsleven. “Zowel de technische uitdaging als het duurzaamheidsaspect spraken mij zeer aan.”

De brugliggers worden een voor een uit het oude viaduct gehaald.

Afschuifkrachten

Sinds de bouw van het oude viaduct in 1968 is de verkeersintensiteit flink toegenomen, in zowel aantal voertuigen als hun gewicht. Ook de ontwerprichtlijnen zijn flink aangepast. Zo voldoen de oude liggers bij lange na niet aan de minimumeisen voor wapening voor het opvangen van afschuifkrachten. Conventionele methoden, zoals hand- en computerberekeningen, wezen op een verwaarloosbaar risico op kritiek falen, met één uitzondering daarop.

“De brugliggers zouden kunnen bezwijken onder de afschuifkrachten die optreden – een doorgaans catastrofaal faalmechanisme omdat het heel abrupt plaatsvindt en snel verloopt,” zegt Paredes. “Ondanks honderd jaar aan onderzoek kunnen bestaande rekenmodellen dit niet geheel voorkomen.” Bewijzen dat de liggers veilig kunnen worden hergebruikt vereiste daarom een experimentele aanpak, met extern aangebrachte belasting. “Destructief testen zou daarbij de meeste informatie opleveren, maar ons doel was juist om de liggers te hergebruiken.”

ose Paredes Pineda speelt een spelletje touwtrekken met een brug.

De weg naar hergebruik van betonnen brugliggers

Destructief testen of niet

Het team koos voor een aanpak op basis van kansberekening. In plaats van alle liggers te testen tot het verwachte maximum aan afschuifkrachten in de nieuwe situatie – wat omslachtig zou zijn – zouden ze een klein aantal daarvan destructief testen. Van de 33 brugliggers die ze voor hun project toegewezen kregen, kozen ze er zes uit die wat oppervlakkige schade hadden opgelopen bij het oogsten ervan of het transport naar de testlocatie.

Vervolgens hebben ze afgelopen zomer in enkele maanden tijd een testprotocol gevalideerd op basis van het onderzoek van Parades – een protocol dat Rijkswaterstaat de door hen gewenste zekerheid bood dat hergebruik veilig is. “Dit omvatte onder andere een gedetailleerde eindige-elementenanalyse om te voorspellen hoe de liggers zich onder de belastingtests zouden gedragen. We hebben ook de positie bepaald waar we de externe belasting het beste konden aanbrengen. Dit hebben we tijdens het testen bevestigd.”

Een van de brugliggers in de testopstelling, met de verzamelde liggers in de achtergrond.

Veldproeven

Omdat de bureaucratische molen niet altijd snel genoeg draaide moest Paredes zijn planning met enige regelmaat aanpassen. Het was af en toe zelfs onduidelijk of de testen en het hergebruik wel doorgang zouden vinden. “Je moet continue bijstellen, problemen overwinnen en met zulke onzekerheden kunnen omgaan. Het belangrijkste is dat je jezelf weet te motiveren.” Afgelopen november was het eindelijk zo ver en werden de zes liggers met behulp van een speciaal daarvoor ontworpen stalen frame getest. “Strukton nam de locatievoorbereiding en veiligheid voor haar rekening en zorgde voor een efficiënte samenwerking tussen alle betrokken partijen.”

Een van de burgliggers knalt uit elkaar, a momentopname waarop stukken beton wegspringen.

Brugliggers belasten totdat ze falen is natuurlijk een spectaculaire aangelegenheid, wat niet alleen veel bekijks van direct betrokkenen trok maar ook van andere professionals en studenten van diverse universiteiten. Terwijl de belasting toenam, registreerden sensoren het ontstaan van voor het oog onzichtbare scheuren. Niet veel later verschenen grote scheuren met explosieve kracht. Dit werd vastgelegd door camera’s en bevestigde het verwachte faalmechanisme. “We hebben aangetoond dat de brugliggers meer dan twee keer zoveel belasting aankunnen als dat veilig is voor het nieuwe viaduct.”

Terwijl de belasting toenam, registreerden sensoren het ontstaan van voor het oog onzichtbare scheuren.

Verbeterd testprotocol

Het project heeft de belangstelling van diverse partijen getrokken. Dat is met name belang omdat zowel Europa als de VS in de periode direct na de tweede wereldoorlog een sterke infrastructurele groei hebben doorgemaakt. “In de komende jaren zullen veel bruggen en viaducten om functionele redenen moeten worden vervangen, terwijl hun componenten nog een technische levensduur van enkele decennia hebben.”

Onderdeel van het Engineering Doctorate van Paredes was om vooruit te denken. Tijdens het testen was daarom extra meetapparatuur geïnstalleerd. Daarmee is een meetprotocol opgesteld waarmee alle liggers kunnen worden hergebruikt, terwijl toch maar een klein aantal daarvan getest wordt. “Dit protocol maakt gebruik van geluidsgolven. We luisteren naar het ontstaan van micro-scheurtjes en stoppen de belastingtest voordat dit de draagkracht, de structurele integriteit van de ligger, negatief beïnvloedt.” Het team had het stalen frame al zo ontworpen dat er brugliggers van verschillende lengte mee kunnen worden getest. “Ik heb veel zin om mijn specialistische kennis bij Nebest toe te gaan passen, en om daarnaast ook aan conventionelere projecten bij te dragen.”

Het Closing the Loop consortium bestaat uit Nebest, Antea Group, Strukton Wegen & Beton en GBN Groep.

^{Gepubliceerd: Februari 2025}