Je hebt honderd keer meer kans om te overlijden door een blikseminslag dan door een instortende brug.

Dat is een morbide manier om te zeggen dat bruggen over het algemeen zeer veilige constructies zijn, met een kans van één op honderd miljoen per jaar op een dodelijk ongeval door een instorting waar ook ter wereld.

Maar hoe indrukwekkend moderne techniek ook is geworden, het is geen perfecte wetenschap. De ineenstorting van de snelwegbrug in Genua, Italië, die in 2018 43 mensen het leven kostte, en de 35 mensen die het leven lieten bij de ineenstorting van de West Gate Bridge in Melbourne in 1971, zijn tragische herinneringen aan de risico's die gepaard gaan met de bouw van openbare werken.

Dr. Mehridat Makki Alamdari is hoofddocent aan de School of Civil and Environmental Engineering, UNSW Sydney. Ze heeft de afgelopen tien jaar bruggen geïnspecteerd, hun gegevens geanalyseerd en efficiëntere manieren gevonden om structurele gezondheidsbeoordelingen uit te voeren om ervoor te zorgen dat ze veilig blijven. Een van de nieuwe projecten waar ze aan werkt, is de ontwikkeling van een op een voertuig gemonteerd detectiesysteem dat over bruggen zoeft om een ​​momentopname te maken van hun gezondheid en veiligheid.

Dr. Makki Alamdari zegt dat alle 53.000 bruggen van Australië - van Sydney Harbour tot de Swan River en alles daartussenin - op zijn minst elk jaar visueel worden geïnspecteerd. Maar toenemende verkeersvolumes en grotere, zwaardere voertuigen hebben de belasting die bruggen nu moeten dragen, vergroot. Regelgevers en overheden moeten meer dan ooit betrouwbare voorspellingen doen over de veiligheid van bruggen, waarvoor meer middelen en meer geld nodig zijn voor het onderhoud ervan.

"Over de hele wereld hebben we zoveel verslechterende bruggen die het einde van hun levensduur naderen, maar de verschillende wegbeheerders hebben niet genoeg geld om al deze bruggen te slopen en ze helemaal opnieuw te bouwen", zegt Dr. Makki Alamdari.

Het alternatief is om de levensduur van de brug te verlengen door ze regelmatig te beoordelen op openbare veiligheid en ze zo nodig te repareren. In Australië wordt deze taak gedeeld tussen lokale en deelstaatregeringen.

Hoe ze worden beoordeeld, verschilt van brug tot brug. De meest gebruikelijke, low-touch methode is om elke brug eenmaal per jaar of vaker visueel te inspecteren, afhankelijk van het geval. Dit kunnen geschikte bruggen zijn met relatief weinig verkeer, maar hoe zit het met een constructie als de Sydney Harbour-brug, die door 58 miljoen voertuigen per jaar wordt overgestoken, of oudere bruggen in regionale gebieden die nu veel grotere ladingen aankunnen dan ze waren ontworpen voor?

Gevaar voelen

Voor de Harbour Bridge en andere iconische, grootschalige brugconstructies over de hele wereld vertrouwen autoriteiten op een combinatie van visuele inspecties, technologie zoals CCTV en speciale sensoren die met tussenpozen langs de brug zijn gestationeerd. De sensoren leveren een continue stroom aan gegevens die technici gebruiken om eventuele opkomende defecten of structurele zwakke punten te identificeren.

Dr. Makki Alamdari, die voordat hij bij UNSW werkte een research fellow was voor CSIRO die gegevens over de Sydney Harbour Bridge analyseerde, zegt dat het er uiteindelijk allemaal om draait om te kijken naar veranderende patronen in de trillingen die door de sensoren worden opgepikt en vervolgens actie te ondernemen wanneer dat nodig is.

"Deze aanpak is toegepast op grote, iconische infrastructuur zoals de Sydney Harbour Bridge en meer recentelijk de Gateway Bridge in Brisbane, evenals vele bruggen in China en over de hele wereld", zegt Dr. Makki Alamdari.

Hoewel dit kan betekenen dat potentiële veiligheidsproblemen als gevolg van slijtage vroegtijdig kunnen worden geïdentificeerd en aangepakt, is het systeem duur en brengt het veel overheadkosten met zich mee, zoals bekabeling, bewaking, elektriciteitsbelasting en analysesystemen, om nog maar te zwijgen van de vervanging van componenten om de paar jaar omdat blootstelling aan de elementen eist zijn tol.

Dr. Makki Alamdari zegt dat het voor een kleine brug met een overspanning van 50 m ongeveer $ 200.000 zou kosten om een ​​uitgebreid sensorsysteem te installeren, maar een gemeente heeft misschien maar een jaarlijks budget voor een tiende hiervan voor elke brug.

"Het heeft geen commerciële zin om dit op een groot aantal bruggen toe te passen. En het probleem waarmee we in Australië worden geconfronteerd, is dat veel van deze verslechterende bruggen met een kortere overspanning zich in regionale gebieden bevinden.

"Helaas maken sommige overbeladen vrachtwagens omwegen over deze regionale bruggen om weegstations op meer directe routes te vermijden. Dit kan aanzienlijke schade veroorzaken aan bruggen in landelijke gebieden die niet zijn gebouwd om deze ladingen te vervoeren."

Dus als sensoren te duur en arbeidsintensief zijn en een jaarlijkse visuele inspectie onvoldoende zou kunnen zijn, zoeken wegbeheerders en ingenieurs naar alternatieve methoden die duurzaam zijn en tegelijkertijd de veiligheid waarborgen.

Mobiele sensoren

Dr. Makki Alamdari maakt gebruik van haar expertise op het gebied van structurele gezondheidsmonitoring en trillingsanalyse om een ​​nieuwe mobiele technologie te ontwikkelen die een evenwicht vindt tussen efficiëntie en zuinigheid.

In plaats van een brug vol te laden met dure sensoren, wat als je sensoren zou plaatsen op voertuigen die de staat van de brug meten als ze erover rijden?

Dit idee werd meer dan tien jaar geleden voor het eerst geopperd en werkt perfect op papier, maar niemand heeft het in de echte wereld aangetoond. Dr. Makki Alamdari en haar collega's komen steeds dichterbij om dit werkelijkheid te zien worden.

"Mijn DECRA-opdracht is om met geavanceerde signaalverwerkingstechnieken te komen om de trillingsrespons van een bewegend voertuig te extraheren en vervolgens een gegevensgestuurd algoritme te bouwen met behulp van machine learning en kunstmatige intelligentie om een ​​database samen te stellen over belangrijke indicatoren van de structurele gezondheid van de brug," zegt ze.

Haar team gebruikt in samenwerking met partners van de Universiteit van Kyoto (Japan) een tuibrug met een overspanning van ongeveer 50 m om een ​​klein prototype voertuig te testen.

"De volgende stap in onze tests is om geleidelijk kunstmatige schade aan de structuur van de brug aan te brengen en te verifiëren dat onze signalen deze schade aan het licht brengen, puur door de reactie van het voertuig te verwerken."

Het op maat gemaakte voertuig dat het team van Dr. Makki Alamdari gebruikt om hun tests uit te voeren, lijkt een beetje op een miniatuur Formule 1-auto.

De auto is uitgerust met meerdere versnellingsmeters en loadcellen om de dynamische respons van het voertuig te meten zodra het over de brug rijdt, en om de interactiekracht tussen het voertuig en de brug te meten. Er is ook een data-acquisitiesysteem aan boord om gegevens in realtime te loggen. Hij kan een snelheid van 10 meter per seconde bereiken, maar voor de beste resultaten blijkt uit tests dat de voertuigsnelheid op ongeveer 2 meter per seconde moet worden gehouden.

"De auto zal vele malen heen en weer gaan om een ​​rijke dataset van de brug te verzamelen", zegt Dr. Makki Alamdari. "Zodra de gegevens zijn verzameld, worden ze offline op kantoor geanalyseerd om te zien of er afwijkingen zijn in vergelijking met de benchmark."

Brug naar de toekomst

Het is onwaarschijnlijk dat deze mobiele sensortechnologie voor bruggen aan het einde van Dr. Makki Alamdari's DECRA-beurs over twee jaar commercieel beschikbaar zal zijn. Maar tot nu toe is het veelbelovend gebleken.

"In het laboratorium hebben we bewezen dat we met deze technologie de gezondheidstoestand van de brug kunnen monitoren", zegt ze.

"Maar in het veld is het altijd een ander verhaal, want uit mijn ervaring met het werken aan de Sydney Harbour Bridge weet ik dat er veel onverwachte uitdagingen zijn. Dus dat ga ik onderzoeken en kijken in hoeverre we de kloof tussen onze laboratoriumtests en in het veld."

Dr. Makki Alamdari heeft goede hoop dat mobiele sensorvoertuigen tegen het einde van het decennium in de handel verkrijgbaar zullen zijn.

"Om het op het vereiste niveau te krijgen, komt er veel werk bij kijken in termen van het bevorderen en afstemmen van de parameters van je algoritme en het verhogen van de gevoeligheid van je sensoren. Al die dingen moeten precies goed zijn om ervoor te zorgen dat de technologie werkt zoals we willen ." + Verder verkennen

Geavanceerde sensoren houden bruggen, dammen en gebouwen veilig