Er is nog onvoldoende bekend of verkeerstrillingen zorgen voor een verzwakking van jong beton. De huidige richtlijnen voor civiele werken onder trillingsinvloed zijn conservatief. Gevolg hiervan zijn hinderlijke omleidingen voor verkeer tijdens onderhoud. Strukton Civiel heeft in samenwerking met de TU Delft een onderzoek uitgevoerd naar de noodzaak van de rigoureuze verkeersbelemmerende aanpak. Een theoretisch trillingsmodel van kunstwerken wordt gecombineerd met praktische metingen op de Hollandse Brug. In dit vierde deel van deze serie gaat het om de voertuigkarakterisatie door toepassing van de brug als weegschaal. Auteurs:ir. Carlos Bosma, ir. Hessel Galenkamp, ing. Bas Obladen (Strukton Civiel)prof.dr.ir. Klaas van Breugel, dr.ir. Eddy Koenders (TU Delft, fac. CiTG) In het dossier Hollandse Brug en het dossier Verkeerstrillingen Hollandse Brug vindt u de andere artikelen met deze thema's.
Monitoring rek en trilling Hollandse Brug1 2012 | onlineonlineMonitoringrek en trillingHollandse Brug1Onderzoek effect van verkeerstrillingen op onderhoud kunstwerken (4)Monitoring rek en trilling Hollandse Brug 22012 | online1 Wegen van de aslasten2 Snapshot ballasttrailerHet effectief beheren en onderhouden van civiele constructiesis een onderwerp dat momenteel uitvoerig in de belangstellingstaat. Om goede beslissingen over beheer en onderhoud tenemen is er behoefte aan gegevens die de levensloop van debetreffende constructie beschrijven. Vaak blijkt echter dat eenconstructie zo gebrekkig is gedocumenteerd, dat zelfs deontwerptekeningen niet meer aanwezig zijn. Het ontbreken vangegevens maakt duurzaamheidsgestuurd beheer en onderhoudvrijwel onmogelijk omdat vragen over de resterende levensduurdan moeilijk te beantwoorden zijn.De levensduur van een constructie wordt tijdens het ontwerpvan een constructie nauwkeurig berekend. Maar na vele jarenvan exploitatie blijken de randvoorwaarden vaak drastischveranderd. Zo zijn er op stalen bruggen bijvoorbeeld meerkritische lastwisseling geweest dan er bij vermoeiingsbereke-ningen in rekening zijn gebracht. In betonnen bruggen zijn devoorspanverliezen wellicht groter dan gedacht of zijn er onver-wachte scheuren opgetreden door overbelasting.Dit zijn onzekerheden die niet kunnen worden bevestigd doorhet ontbreken van gegevens over de kunstwerken.Het verzamelen van gegevens door middel van monitoring iseen effectieve methode om inzicht te krijgen in het gedrag vanconstructies in de tijd. Het monitoren van langzame verande-ringen van constructieparameters kan zo een indicatie gevenvan de degraderende constructie. Het teruglopen van de eigen-frequentie van een brug, het overschrijden van de spanningsli-miet in orthotrope stalen brugdekken en het registreren vanveranderingen in voertuigstromen zijn voorbeelden van veran-deringen die als input kunnen worden gebruikt voor voorspel-lingsmodellen. Op deze manier ontstaat er een dynamischmodel dat de toekomstige beheersbehoeften in kaart brengt enaanpast aan de huidige staat van de constructie.Monitoring in de praktijkOm inzicht te krijgen in de rek- en trillingswaarden op deHollandse Brug zijn de gegevens geanalyseerd over een periodevan enkele maanden. Door de koppeling van rek- en trillings-registraties aan gesynchroniseerde camerabeelden ontstaat erook inzicht in welke voertuigen kritische respons veroorzaken.In een later stadium zijn er op basis van dit inzicht voertuigenEr is nog onvoldoende bekend of verkeerstrillingen zorgen vooreen verzwakking van jong beton. De huidige richtlijnen voorciviele werken onder trillingsinvloed zijn conservatief. Gevolghiervan zijn hinderlijke omleidingen voor verkeer tijdens onder-houd. Strukton Civiel heeft in samenwerking met de TU Delfteen onderzoek uitgevoerd naar de noodzaak van de rigoureuzeverkeersbelemmerende aanpak. Een theoretisch trillingsmodelvan kunstwerken wordt gecombineerd met praktische metin-gen op de Hollandse Brug. In dit vierde deel van deze serie gaathet om de monitoring van de rek- en trillingswaarden doortoepassing van de brug als weegschaal.ir. Carlos Bosma, ir. Hessel Galenkamp en ing. Bas ObladenStrukton Civielprof.dr.ir. Klaas van Breugel en dr.ir. Eddy KoendersTU Delft, fac. CiTGSerie verkeerstrillingenDit is het vierde artikel in een serie over het onderzoek naar heteffect van verkeerstrillingen op het verhardingsgedrag van jongbeton.In de eerst drie delen ging het om:? inleiding case Hollandse Brug;? probleemdefinitie en doelstelling;? ontwerp en functionaliteiten van het monitoringsysteem;? meetsysteem;? modellering van interactie voertuig-brug;In dit vierde deel komt aan bod:? monitoring rek- en trillingswaardenIn de volgende delen:? laboratoriumonderzoek naar het effect van verkeerstrillingenop verhardend beton;? conclusies uit het onderzoek en toekomstvisie.2Monitoring rek en trilling Hollandse Brug3 2012 | onlineonline20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 2008102406:15:27.94 06:15:28.80 06:15:29.66 06:15:30.53 06:15:31.39 06:15:32.26 06:15:33.12 06:15:33.98 06:15:34.85 06:15:35.71 06:15:36.58 06:15:37.44-10.00.010.020.030.040.050.0rekken[microrek]lokale tijd [JJJJMMDD hh:mm:ss.00]door tot het voertuig het middelpunt heeft gepasseerd, daarnaneemt de rek weer af.Wat opvalt, is dat er over deze quasi-statische doorbuigingeen dynamische doorbuiging slingert. Deze doorbuigingontstaat door het horizontale snelheidseffect en de verticaleversnelling van het voertuig en vergroot daarmee de abso-lute rek in de brug. Door verder in te zoomen en naar delokale vervorming van de brug te kijken, kunnen de indivi-duele assen van het voertuig worden herkend. In dit gevalzijn er 10 assen geregistreerd. Door deze registratie op tweeof meer punten te vergelijken kan de voertuigsnelheid, deasindeling (voertuiglengte) en aslast worden bepaald. Hettotale gewicht van het voertuig kon na het uitvoeren van eenijking met het ballastwagenprogramma worden vastgesteldop bijna 100 ton.Langetermijnregistraties ? trillingssnelheidDe tweede parameter die belangrijk is voor de kwetsbaarheidvan beton is de trillingssnelheid. Deze wordt over het algemeenuitgedrukt in de snelheid waarmee de brug verticaal beweegt.Doordat hierin ook de eigenfrequentie van de brug ligt opge-sloten, is het voor een brugonafhankelijke benadering echterbeter naar de versnelling te kijken.Het ligt in de lijn der verwachting dat een zwaar voertuig ookde grootste trillingen veroorzaakt. Toch blijkt uit de data-analyse dat de trillingsgrootte vooral afhangt van het voer-tuigtype. Gedurende enkele maanden werd de grootste tril-ling (30 mm/s) veroorzaakt door een bakwagen van slechts 13ton (foto 6). De registratie is weergegeven in figuur 8b,waarbij ter vergelijk ook de trilling van de kraanballasttraileruit het vorige voorbeeld is weergegeven (fig. 8a).Naast het duidelijke verschil tussen de trilling ten gevolge vande bakwagen en de ballasttrailer, is in beide grafieken duidelijkwaar te nemen dat de gemodelleerde respons van 2,5 Hertz ookgeselecteerd waarvan de lading en voertuigkarakteristiekennauwkeurig zijn vastgelegd. Door deze voertuigen de brug telaten passeren met verschillende snelheden, laadgewichten enop verschillend locaties over het dwarsprofiel, werd het begripvan de brug verder vergroot. Met behulp van de resultaten isvia een ijking het gewicht van willekeurige voertuigenbepaald.De verzamelde meetwaarden vormen ook belangrijkeinputgegevens voor het materiaalonderzoek dat in hetlaboratorium van de TU Delft werd uitgevoerd. Er werdonderzocht in welke mate trillingen de verharding van hetbeton be?nvloeden. De resultaten worden later in deze serieomschreven.Langetermijnregistraties ? rekUit de analyse van de gegevens bleek dat de maximale absoluterek in de brug aan de bovenkant van het brugdek gedurendeverscheidene maanden niet groter werd dan 20 microrek. Dezewaarde blijft ruim binnen de gestelde limiet die vanuit deROBK-6 werd opgelegd (< 35 microrek). De rekwaarde aan debovenkant van het brugdek wordt bepaald door interpolatievan reksensoren op verschillende hoogtes over de liggers.Analyse van de camerabeelden laat zien dat deze extremewaarden telkens worden veroorzaakt door ballasttrailers (foto2, 3).De eerste rekgrafiek (fig. 4) laat de globale rek op de ligger zienin het midden van de overspanning. De brug buigt langzaam43Monitoring rek en trilling Hollandse Brug 42012 | online20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 2008102406:15:27.94 06:15:28.80 06:15:29.66 06:15:30.53 06:15:31.39 06:15:32.26 06:15:33.12 06:15:33.98 06:15:34.85 06:15:35.71 06:15:36.58 06:15:37.44-140.0-145.0-150.0-155.0-160.0-165.0-170.0-175.0-180.0rekken[microrek]lokale tijd [JJJJMMDD hh:mm:ss.00]3 De 10 assen van de ballasttrailer4 Rekregistratie op hoofdligger HollandseBrug [1]5 Rekregistratie op de dwarsoverspanning:assenteller (10-asser) [1]6 BakwagenTrillingssnelheidfluctuatie door rijsnelheid, voegenen veringIn het vorige voorbeeld werd al duidelijk dat de rijsnelheid,binnen de grenzen van het uitgevoerde onderzoek, niet veelinvloed heeft op de rek. Wanneer dit vergelijk ook voor de tril-snelheid wordt gemaakt, blijkt de invloed wel duidelijk zicht-baar. Om dit inzichtelijk te maken zijn de resultaten van eenaantal ritten uit het ballastwagenprogramma in figuur 10 weer-gegeven.De ritten zijn uitgevoerd op de vluchtstrook (toekomstige rech-terrijstrook) met afnemende snelheid (van 90 naar 30 km/h).Verkeer op deze locatie wordt geacht de grootste trilsnelheid teveroorzaken. De resultaten zijn voor twee verschillende locatiesen voertuigen weergegeven: de gestippelde lijnen zijn terplaatse van de oplegging gemeten en doorgetrokken lijnen inhet veld. De grijze lijnen horen bij een bakwagen en de zwartebij een trailer.De afnemende trilsnelheid bij een afnemende rijsnelheid iseen trend die duidelijk zichtbaar is. De trilsnelheid bij deoplegging is minder grillig verdeeld ten opzichte van demetingen in het veld. Daarnaast zijn de waarden van debakwagen en trailer voor deze locatie praktisch hetzelfde. Ditwordt teruggevonden als dominante respons in de monito-ringsgegevens.BallastwagenprogrammaIn de modellering werden diverse parameters gevarieerd ominzicht te krijgen in hun gevoeligheid. Op de brug is dit ookexperimenteel gedaan door eenzelfde voertuig op verschil-lende manieren over te brug te laten rijden. Zo is er met eentrailer en een bakwagen gevarieerd op snelheid, positie engewicht (foto 7).Rekfluctuatie door rijsnelheid en asconfiguratieUit de registraties van de rek blijkt dat de variatie van derijsnelheid van de voertuigen geen zichtbare invloed heeft opde rek. Dit is waar te nemen in figuur 9, waar een constanteeenheidsrek (hoeveelheid rek per ton) wordt gevonden voorballastwagenritten met oplopende snelheid. De ritten 6-16 zijnuitgevoerd met twee verschillende ballastwagens met elk drieverschillende ladingen. Telkens komt de statische rek overeenmet de dynamische rek. Toch kan een geringe rekvergrotingten opzichte van de statische rek de verticale brugsnelheidaanzienlijk vergroten omdat de dynamische rek hoogfrequentvan aard is.Opmerkelijk is dat de variatie van voertuiggewicht telkens eenandere maar constante eenheidsrek oplevert. De aslastverdelingwordt bij een toenemende belading ongustiger, zodat deeenheidsrek toe zal nemen. Vergelijk van bakwagen en trailerlaat daarnaast zien dat de bakwagen een hogere eenheidsrekheeft doordat de last geconcentreerder wordt ingeleid. Detrailer is langer en heeft dus een gunstiger lastinleiding. Uitdeze korte analyse wordt duidelijk dat gewichtsbepaling opbasis van eenheidsrek dus altijd moet worden gekoppeld aan deaslastconfiguratie.56Monitoring rek en trilling Hollandse Brug5 2012 | onlineonline20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 20081024 2008102406:15:27.9406:15:28.8006:15:29.6606:15:30.5306:15:31.3906:15:32.2606:15:33.1206:15:33.9806:15:34.8506:15:35.7106:15:36.5806:15:37.448.06.04.02.00.0-2.0-4.0-6.0-8.0rekken[microrek]lokale tijd [JJJJMMDD hh:mm:ss.00]10000.0 40.030.020.010.00.0-10.0-20.0-30.09000.08000.07000.06000.05000.04000.03000.02000.01000.00.0rekken[microrek]trillingen[mm/s]20081105 20081105 20081105 20081105 20081105 20081105 2008110512:41:54.24 12:41:58.56 12:42:02.88 12:42:07.20 12:42:11.52 12:42:15.84 12:42:20.16lokale tijd [JJJJMMDD hh:mm:ss.00]-komt doordat hier de lokale invloed van de voeg het trillings-beeld domineert. De invloed van de voeg op de trilsnelheid isafhankelijk van de rijsnelheid en wordt veroorzaakt door deverticale versnelling als gevolg van de passage over de voeg.De rijsnelheidsafhankelijkheid in het veld wordt veroorzaaktdoor de quasi-statische doorbuiging als gevolg van eenrijdend voertuig. Deze afhankelijkheid is sterk be?nvloedbaardoor rijgedrag wat de grilligheid van deze registratiesverklaart. Vooral bij de registratie van de bakwagen in hetveld is de grilligheid als gevolg van het rijgedrag goed te zien.Verder valt het op dat de bakwagen een aanzienlijk hogere tril-snelheid veroorzaakt dan de trailer. Hieraan liggen de stijf-heidsverschillen van het chassis en veringsverschillen van dezevoertuigtypen ten grondslag.Andere toepassingenData uit het monitoringssysteem van de Hollandse Brug is indit artikel toegepast op trillingsvraagstukken. Een monitorings-systeem kan echter ook voor andere constructieve vraagstuk-ken worden ingezet. Zo kan bijvoorbeeld de laterale krachtsver-deling of de weersinvloeden op het constructiegedrag in kaartworden gebracht. Daarnaast zijn ook niet constructieve toepas-singen mogelijk. De verkeershandhaving kan het systeem78a8bMonitoring rek en trilling Hollandse Brug 62012 | onlinetrilsnelheid[mm/s]ritnummer [-]01234519 21 23 25 27 29 31 33geofoon 244 (oplegging)geofoon 220 (midden v oversp.)0.520.480.440.400.360.324 6 8 10 12 14 16 18genormaliseerderek[urek/ton]ritnummer [-]trailer 44,78 tontrailer 19,94 tonbakwagen 47,42 tonbakwagen 20,24 tonrekken[microrek]25.020.015.010.05.00.020081028 20081028 20081028 20081028 20081028 2008102810:12:43.20 10:13:26.40 10:14:09.60 10:14:52.80 10:15:36.00 10:16:19.20lokale tijd [JJJJMMDD hh:mm:ss.00]7 Wegen van de aslasten [1]8a Trilling ballasttrailer8b Trilling bakwagen9 Genormaliseerde rekken voor verschillendevoertuigconfiguraties [1]10 Invloed van rijsnelheid en voegovergang op detrilsnelheid, bakwagen en trailer [1]11 Doorbuiging van het midden van de overspan-ning als gevolg van een file [1]bijvoorbeeld inzetten als detectiemiddel voor overbeladenvrachtwagens, eventueel gecombineerd met een snelheidscon-trole. Ook kan er een database worden opgebouwd met statisti-sche verkeersgegevens, bijvoorbeeld over het ontstaan van files(fig. 11).MaatregelenAan de hand van een aantal voorbeelden werd aangegevenhoe complexe vraagstukken via metingen relatief eenvoudigkunnen worden beantwoord. Zo werd er inzichtelijk gemaaktdat de trillingsgrootte niet lineair afhankelijk is van hetgewicht maar voornamelijk afhangt van de voertuigparame-ters. Met dergelijke analyses kan er worden aangegeven welkevoertuigen een kritische trilling veroorzaken. De opvattingdat trillingen kunnen worden beheerst door snelheids- engewichtsbeperkingen, is strikt gezien wel juist, maar aanzien-lijk belangrijker is de invloed van voertuigparameters.Beheersmaatregelen op basis van voertuigcategoriseringliggen dus meer voor de hand dan het hanteren van snel-heids- en gewichtsbeperkingen. Op welke limieten er preciesmoet worden gestuurd, is afhankelijk van de weerstand vanbeton tegen trillingen. Het laboratoriumonderzoek geeft hierinzicht in. Serie onlineBekijk de eerste drie delen uit de serie opwww.cementonline.nl litEratuur1 Strukton Brug Monitoring Systeem (interne communi-catie Strukton Engineering), Data acquisitie van deHollandse Brug, 2009.2 Rijkswaterstaat, ROBK 6 - Richtlijn voor het Ontwerpvan Betonnen Kunstwerken 6: Rijkswaterstaat, 2006.3 Ansell A. & Silfwerbrand, J., The vibration resistance ofyoung and early-age concrete. Structural Concrete,Vol. 4, 2003, No. 3, pp. 125 - 134.4 Galenkamp, H.F, The Influence of Traffic Vibrations onthe Hydration Process of Early-age Concrete. MasterThesis, Delft University of Technology, M&E Publica-tion MT17, 2009.91011
Reacties