Herijken van bruggen in Utrecht
Hoe is het gesteld met de constructieve veiligheid van alle bruggen in mijn areaal? En hoe krijg ik dit inzichtelijk binnen mijn planning en budget, terwijl essentiële archiefgegevens niet meteen beschikbaar zijn? Deze vragen staan centraal bij de Gemeente Utrecht, die als eigenaar van een groot aantal civiele kunstwerken verantwoordelijk is voor het waarborgen van veiligheid, functionaliteit en bereikbaarheid van de stad. Echter, het gebrek aan gedetailleerde archiefinformatie maakt het lastig om betrouwbare conclusies te trekken. Om deze uitdaging aan te pakken, werkt de gemeente samen met verschillende ingenieursbureaus. Ontdek welke stappen Iv onderneemt om de constructieve veiligheid van bruggen te valideren.
Een brug kan er op het eerste gezicht goed uitzien, maar het is essentieel om de constructieve integriteit met betrouwbare en geverifieerde informatie te onderbouwen. Albert Reitsema, technisch manager van dit project vanuit Gemeente Utrecht, licht toe: “We werken momenteel hard om de bruggen in Utrecht te inspecteren. Veel van de bruggen zijn ruim 70 jaar oud. De regels zijn in loop der jaren strenger geworden en het verkeer is toegenomen, en bovendien zwaarder geworden. Hoewel de bruggen niet per definitie onveilig zijn, is het op dit moment voor veel van onze bruggen niet aangetoond dat ze voldoen aan de huidige normen en richtlijnen voor bestaande constructies”. Het verzamelen van de beschikbare gegevens is hierbij altijd de eerste stap. Gemeente Utrecht stelt: “Constructieve veiligheid staat voorop. Indien er geen of onvoldoende informatie is voor een constructieve beoordeling, is het noodzakelijk om ontbrekende informatie snel in te winnen. Het streven hierbij is maximaal resultaat met minimale hinder voor de omgeving.”
De opdracht is dus helder: valideren of de bruggen veilig zijn aan de hand van de recente normen en richtlijnen. Hoewel de gemeente beschikt over interne expertise, is de schaal van de opgave dusdanig groot dat samenwerking met meerdere externe partijen noodzakelijk is. Daarom werkt de gemeente samen met de gespecialiseerde ingenieursbureaus om de betonnen autoverkeersbruggen te onderzoeken.
In een voortraject heeft de gemeente een prioritering opgesteld op basis van een risicobeoordeling, waarbij factoren als bouwjaar, gebruik, ligging, beschikbare archiefinformatie en constructieve schades zijn meegenomen. Daarbij speelt ook mee dat oudere bruggen veelal zijn ontworpen voor lagere verkeersbelastingen dan tegenwoordig wordt geëist. De huidige hogere verkeersintensiteit en zwaardere voertuigen, denk daarbij aan de veel zwaardere elektrische voertuigen, maakt een herijking noodzakelijk. Wanneer de ontwerpbelasting niet bekend is of lager is, vormt dit dus een risico voor het huidige gebruik. De gemeente heeft daarom vergelijkbare bruggen gebundeld en de te beoordelen bruggen verdeeld over de verschillende ingenieursbureaus. Daarmee kan gemeente Utrecht de doorlooptijd van de beoordelingen versnellen en de ingenieursbureaus in hun kracht zetten door de werkzaamheden gebundeld en gesorteerd te verstrekken. De huidige scope omvat zowel kleine duikerbruggen vanaf twee meter overspanning als grotere verkeersbruggen tot 30 meter.
Op basis van de beschikbare archiefinformatie zoals bouwtekeningen, berekeningen en/of een bestek, wordt beoordeeld of er voldoende gegevens zijn voor een verificatieberekening om te toetsen of de brug voldoet aan de huidige normen. Van sommige bruggen is helaas geen archiefinformatie meer beschikbaar. Dit heeft te maken met fusies van gemeenten, reorganisaties en gebrek aan bewustzijn over goed archiefbeheer in het verleden. In deze gevallen wordt gestart met aanvullend archiefonderzoek om relevante informatie te vinden via streekarchieven, waterschappen, provincies, aannemers, liggerleveranciers en Rijkswaterstaat. We benaderen enkel de archieven die we kansrijk achten, zodat we archivarissen niet onterecht belasten.
Hoewel het soms lijkt alsof bruggen vergeleken kunnen worden, is dit zelden het geval. “Elke brug is uniek en dat maakt elke aanpak anders,” zegt Steven Rijnbergen, projectleider bij Iv. “Verschillen in bouwperiode, gebruikte materialen en de destijds geldende normen spelen een rol, maar ook de ligging en toegankelijkheid kunnen uitdagingen vormen. Het veilig uit kunnen voeren van een gedegen inspectie of onderzoek van een brug in een hoofdroute vergt veelal meer inspanning en maatregelen dan een brug in een rustige toegangsweg. Om onnodige hinder voor de stad en de weggebruikers te voorkomen, wordt daarom altijd een risico-gestuurde afweging gemaakt tussen het moment, nut en noodzaak voor het uitvoeren van dergelijk onderzoek. Wellicht kunnen in eerste instantie ook realistische aannames worden gedaan, waarvan de gevoeligheid theoretisch onderzocht kan worden. Indien nodig kunnen de aannames op een later moment alsnog geverifieerd worden, bijvoorbeeld in combinatie met onderhoud aan de weg en/of riolering. Daarnaast kunnen sommige bruggen eenvoudig bereikbaar zijn, terwijl andere laag boven het water liggen, waardoor inspectie lastig is. In zulke gevallen maken we gebruik van kuippontons of voeren we duikinspecties uit. Bij integraalbruggen, waarbij het brugdek en de onderbouw één geheel vormen, kan het zelfs nodig zijn om de brug deels vrij te graven om de ontbrekende informatie in te winnen.”
Vanaf de buitenzijde is niet te zien welke wapeningsconfiguratie aanwezig is in de constructie en wat de sterkte van het beton is. Sommige bruggen hebben een dek van geprefabriceerde voorgespannen liggers, terwijl andere destijds ter plaatse zijn gestort. Tijdens dit onderzoek werkt Iv samen met een gespecialiseerde betonboorder. Met geavanceerde wapeningsdetectieapparatuur kan tot een diepte van 40 cm de wapening (betonstaal) worden gedetecteerd. Op basis van de verkregen wapeningsscans wordt een gedetailleerd eerste beeld gevormd van de wapeningsconfiguratie. Deze configuratie wordt afgetekend, waarna de betonboorder op aangeven van de constructeur wapeningsstaven blootlegt om de exacte staafdiameter(s) en betondekking te meten. Voor de vaststellen van de betonsterkte en de toegepaste betonstaalkwaliteit wordt monstername uitgevoerd. “Elk betononderzoek wordt uitgevoerd in aanwezigheid van de constructeur die later de verificatieberekening maakt,” licht Steven toe. “De uitdaging is om binnen de beschikbare tijd zoveel mogelijk relevante informatie te verzamelen, zonder de constructie te verzwakken of blijvende schade aan te brengen. We kunnen bijvoorbeeld geen betonstaal beschadigen op locaties waar de trekspanningen het grootst zijn.” Na afronding worden de onderzoekslocaties zorgvuldig gerepareerd.
Voor bruggen zonder beschikbare tekeningen wordt een inmeting uitgevoerd. Afhankelijk van de complexiteit van de opbouw van de brug en de omgeving gebeurt dit tachymetrisch of met een 3D-scan. Daarnaast maakt Iv gebruik van een rijdende scanauto, zodat het verkeer zo min mogelijk wordt gehinderd. De combinatie van deze inmeting en het betononderzoek vormt de basis voor een nauwkeurige tekening, waarop zowel de geometrie van de brug als de gebruikte materialen zijn vastgelegd. Deze tekening is essentieel voor de verificatieberekening en dient daarnaast als inspectietekening om schades bij toekomstige inspecties goed in kaart te kunnen brengen.
Om de kwaliteit en consistentie van het onderzoek te waarborgen, heeft de gemeente Utrecht het Toetsingskader Utrechtse Bruggen (TUB) vastgesteld. Dit kader biedt een gestandaardiseerde aanpak voor het beoordelen van de constructieve veiligheid van bruggen, inclusief richtlijnen voor het omgaan met ontbrekende gegevens. Het TUB waarborgt de eenduidigheid van rapportages en voorziet in een format voor de managementtoelichting, zodat alle betrokken bureaus volgens dezelfde methodiek werken.
Op basis van alle ingewonnen informatie stelt de constructeur een uitgangspuntennota op, die ter toetsing aan de gemeente wordt voorgelegd. Na akkoord voert de constructeur de verificatieberekening uit waarbij de bestaande constructie wordt beoordeeld op basis van de hedendaagse normbelastingen. Hierbij wordt een niveau 3-modellering conform CUR-aanbeveling 124:2019 toegepast. Het rekenmodel, wordt opgesteld in SCIA Engineer als een 2D of 2,5D Eindige Elementen Model. Dit betekent dat de brugconstructie wordt opgebouwd uit staafelementen (1D, zoals funderingspalen), plaat- en schijfelementen (2D, zoals brugdek en wanden), zodat er een rekenmodel in een 3D omgeving wordt opgebouwd. Aangezien de constructie-elementen geen volume-elementen (3D) betreffen, wordt dit als 2,5D aangeduid. Met deze modelleringswijze wordt een benadering van de werkelijkheid dusdanig geschematiseerd, zodat een realistische indruk van de krachtswerking in de constructie wordt verkregen. De toetsingen richten zich in eerste instantie op de controle van het brugdek, aangezien dit doorgaans het meest kritische onderdeel is. Indien er voldoende betrouwbare gegevens over de onderbouw en/of fundatie beschikbaar zijn, worden deze eveneens in de modellering opgenomen en getoetst aan de geldende eisen.
De gehanteerde rekenmethodiek (2,5D) is een gangbare en kostenefficiënte aanpak voor het uitvoeren van verificatieberekeningen voor bestaande constructies. Het toepassen van een verfijnder modelleerniveau (een nog realistischere benadering van de werkelijkheid op basis van een rekenmodel met 3D volume-elementen en/of niet-lineaire) kan interessant zijn wanneer op basis van de verificatieberekening niet kan worden aangetoond dat de constructie voldoet. Het uitvoeren van een dergelijke modellering en analyse kost veelal echter meer tijd en hiervoor gebruiken wij dan specialistischere rekensoftware (zoals DIANA FEA).
Het onderzoek naar de constructieve veiligheid van de bruggen in Utrecht heeft positieve resultaten opgeleverd: de bruggen voldoen aan de vigerende normen en regelgeving. Echter, een aantal bruggen vertoont tekortkomingen die aanvullende maatregelen vereisen zoals het invoeren van beperking van de maximaal toelaatbare verkeersbelasting op de brug (lastbeperking). Dit betekent niet dat deze bruggen onveilig zijn, maar dat ze op basis van de berekeningsresultaten niet volledig belast mogen worden door zeer zware vrachtwagens. Dit is belangrijk omdat het de verwachting is dat de intensiteit van het vrachtverkeer in de toekomst verder zal toenemen. Het is daarom essentieel om een goed inzicht te krijgen in de faalkans van de bruggen en te bepalen wanneer er daadwerkelijk ingegrepen moet worden om de veiligheid te waarborgen.
In het geval dat een brug niet voldoet aan het vereiste veiligheidsniveau en volgens het stappenplan in de TUB een lastbeperking noodzakelijk is, dragen de ingenieursbureaus mogelijke oplossingen aan. Dit kan onder meer bestaan uit: het uitvoeren van aanvullend onderzoek; het toepassen van geavanceerdere berekeningsmethoden zoals een niet-lineaire analyse met 3D-volume-elementen; of het voorstellen van gerichte versterkingsmaatregelen. In specifieke gevallen kan ook de optie van een proefbelasting worden overwogen, waarmee berekeningsuitgangspunten kunnen worden geverifieerd of mogelijk zelfs verhoogde belastbaarheid van de brug kan worden aangetoond. Met een proefbelasting wordt de proef op de som genomen door stapsgewijs een steeds zwaardere belasting aan te brengen op de brug en nauwkeurig te monitoren hoe de brug zich gedraagt. Voor het uitvoeren van dergelijke proefbelastingen heeft Iv verschillende methoden ontwikkeld.
Duurzaamheid speelt een belangrijke rol in de aanpak van het bruggenbeheer in Utrecht. “Constructieve veiligheid staat voorop, voor een deel van onze bruggen is nog niet geverifieerd of deze voldoen aan de huidige eisen met betrekking tot de draagkracht. Er zijn inmiddels ontzettend veel bruggen onderzocht en constructief beoordeeld. Onvoldoende archiefinformatie kan namelijk geen aanleiding zijn om de brug vroegtijdig te vervangen. Vervanging is kostbaar, leidt tot hinder, is niet duurzaam en vaak ook helemaal niet nodig. Daarom voeren wij dit onderzoek uit en zijn van plan om eventueel monitoring proactief toe te passen. Het is daarom essentieel om, zelfs bij gebrek aan gegevens, de waarde van het bestaande te erkennen en met onderbouwde informatie zo lang mogelijk te behouden” vertelt Albert.
Dat betekent dat bij bestaande constructies zorgvuldig moet worden onderzocht wat nog veilig en bruikbaar is. Dit vraagt om een gedegen analyse en soms ook om creatieve oplossingen. “Je hebt iets dat al jaren bestaat en moet bewijzen dat het nog voldoet aan de eisen van vandaag, die een stuk strenger zijn dan in de tijd dat de constructie werd gebouwd. Dat voelt als het oplossen van een puzzel. In tegenstelling tot het ontwerpen van een nieuwe brug, waar je bijna alles kunt maken zoals je wilt, moet je bij bestaande constructies creatief zijn met wat er al is. Je kunt niet zomaar zeggen: ik zie geen scheurtje, dus het is goed. Het afkeuren van een brug wil je niet onterecht doen, maar het onterecht goedkeuren moet ook worden voorkomen. De ambtelijk opdrachtgever Hakan Zor: “Er ligt een grote verantwoordelijkheid om ervoor te zorgen dat het veilig is en veilig blijft”. Instandhouden van bestaande bruggen is de meest duurzame oplossing in een tijd dat wij ons steeds meer bewust worden van de voetafdruk die wij op deze wereld achterlaten, dat is wat dit werk zo uitdagend maakt” vertelt Steven.
De expertise en beschikbaarheid van vakmensen is essentieel, niet alleen voor de huidige uitdagingen, maar ook voor het toekomstige bruggenbeheer. Albert zegt: “In Nederland realiseren we ons vaak niet hoeveel impact dit werk heeft. Er wordt veel gevraagd naar de kosten en planning van een project, maar zonder voldoende specialisten met de juiste kennis komt het werk simpelweg niet verder. Daar maak ik me echt zorgen over. We staan voor een enorme opgave die we nu al aanpakken, maar de bruggen die we nu valideren, zullen over 30 jaar weer (opnieuw ter beoordeling) voor ons liggen. Het tekort aan specialisten vormt een serieuze uitdaging die we moeten aanpakken, want dit heeft direct invloed op onze mobiliteit.”
Steven vult aan: “Constructieve veiligheid wordt vaak als vanzelfsprekend beschouwd. Weggebruikers stoppen niet voor een brug of viaduct om te beoordelen of er veilig overheen gereden kan worden, of dat deze wellicht kan instorten. Dat moet ook zo blijven. Het is de taak van de brugbeheerders en ingenieurs om die veiligheid voortdurend te waarborgen en dat maakt dit werk zo essentieel.”
Wouter, directeur Infra en tevens COO van Iv, gaat hier graag over met je in gesprek! Neem contact op via 088 943 3200 of stuur een bericht.
