DOSSIERS  
Riorama 19 – oktober 2017

Reststerktebepaling betonnen riolen

Eenvoudige berekeningen volstaan niet om modellen te maken waarbij, bijvoorbeeld, beton begint te scheuren. Maar het krachtenspel is wel met een computer te modelleren, namelijk door de buiswand in kleine geometrische onderdelen, zoals denkbeeldige kubusjes te verdelen (’eindige elementen’). Dit draagt bij aan een beter inzicht in de nog te verwachten gebruiksduur van betonnen riolen. TU Delft en TU Eindhoven zetten het systeem op punt.

De eindige elementen-methode heeft al een tijdlang belangrijke toepassingen in de ingenieurswetenschappen. Prof. dr. ir. François Clemens, Technische Universiteit Delft: “Het is een numerieke methode waarmee complexe spanningsverdelingen in bijvoorbeeld betonnen constructies kunnen worden doorgerekend. De constructie wordt dan in miljoenen kleine stukjes verdeeld, zoals tetraeders, kubusjes of meer complexe vormen. Na invoer van materiaaleigenschappen en inwerkende krachten kunnen de spanningsverdeling binnen de constructie, en de vervorming van die constructie, worden bepaald. Relatief nieuw is dat deze methode ook kan rekenen met scheurvorming in het materiaal, wat zeker voor beton geen triviale zaak is. Dit draagt bij aan een beter inzicht in de nog te verwachten gebruiksduur van betonnen riolen.”

Het eindige elementenmodel werkt op basis van een aantal parameters die het ingegeven krijgt. Onder meer de interne geometrie van de buis. Sensoren en toestellen met sensoren, zoals een aquadrone, video, laser range scanner of stereovisie, kunnen hiertoe bijdragen.

Eerste resultaten

In 2015 hebben Technische Universiteit Delft en Technische Universiteit Eindhoven samen een eerste serie proeven gedaan waarbij de resultaten van een eindige-elementenmodel zijn vergeleken met proefnemingen in het Lab. “Die experimenten waren wat verkennend van aard”, verduidelijkt Clemens. “De interactie tussen de buis en de omringende grond was daarin op een zeer versimpelde wijze verdisconteerd. Maar de resultaten ervan waren wel dermate bemoedigend, dat een vervolgproject kansrijk leek. Dat is begin 2017 van start gegaan.”

TU Eindhoven is in dat project bezig met de doorontwikkeling van het eindige elementen model, en toetst dit aan praktijkproeven op zowel oude als nieuwe riolen, om zo het constructief gedrag van gescheurde betonnen riolen beter te kunnen voorspellen. Clemens: “De praktijkproeven lieten intussen globaal het volgende beeld zien. Ten eerste bleken oude leidingen niet per se zwakker dan recent gebouwde leidingen. Zo was er bijvoorbeeld een buis van 90 jaar oud die sterker bleek dan een nieuw geproduceerd exemplaar. Ten tweede leerden we dat de materiaaleigenschappen van ouder wordende buizen veel inhomogener zijn dan die van nieuwe buizen. Waaraan dat ligt, is nog niet duidelijk. Vermoedelijk heeft het te maken met verouderingsprocessen in combinatie met de in de loop van de tijd aangepaste productiewijzen. Hoe dan ook is deze materiaal-inhomogeniteit zeker een factor om rekening mee te houden. Verder was het opvallend hoe groot de reststerkte van de buizen nog was nadat zich duidelijk zichtbare scheuren hadden gevormd.”

Drie uitdagingen

Het project draagt bij aan een beter inzicht in de nog te verwachten gebruiksduur van betonnen riolen, verzekert de Delftse professor. “Als we in staat zijn om op een niet-destructieve wijze de reststerkte van een buis vast te stellen, kan dat in veel gevallen leiden tot het voorkomen van vroegtijdig – en dus onnodig- vervangen van oude buizen.” Als dat niet mooi is.

Door Koen Vandepopuliere

www.tudelft.nl/

www.tue.nl

“Relatief nieuw is dat de eindige elementen methode ook kan rekenen met scheurvorming in het materiaal.”

Prof. dr. ir. François Clemens, Technische Universiteit Delft