De energofielen

bekaert

ROTTERDAM - De combinatie van slagbeschadiging met vermoeiingsbelasting vormde de grootste belemmering voor de invoering van composietbruggen. Door de vezels van onder- en bovenhuid slim via de verstijvingsribben in elkaar over te laten lopen heeft FiberCore dat probleem ondervangen.

Twee weken geleden ging nog een brug in Oosterwolde open. De veertigste composietbrug in Nederland zo'n beetje, al houden ze het bij FiberCore niet meer precies bij. Een groot deel van het vaarseizoen deed de verbinding over de Opsterlandse Compagnongsvaart al dienst, maar nu heeft zij dan de officiële zegen van de provincie Friesland: de eerste composietbrug voor verkeer tot 60 ton van Europa. Misschien zelfs wel van de wereld. En hij is nog beweegbaar ook. Een dubbele primeur die FiberCore Europe op haar conto schrijft. Het onnavolgbare hefmechanisme van de brug illustreert volgens Simon de Jong van het Rotterdamse bedrijf misschien wel het beste de eigenschappen van vezelversterkte kunststoffen. Want met staal of beton lukt het niet om een brug in de zwaarste verkeersklasse op zo'n manier uit te balanceren en langs slechts twee 'op en neer'-pijlers te laten bewegen. Dat lukt alleen met composiet, dat vier keer zo licht is als staal en tien keer lichter dan beton, maar minstens zo sterk. Het contragewicht van 20 ton lood is tijdens de fabricage in de injectiemal aangebracht en maakt onlosmakelijk deel uit van het brugdek.

Patent
De Jong en zijn collega Jan Peeters kunnen inmiddels wat vrijer spreken. Tot voor kort deden ze nogal geheimzinnig als mensen ze vroegen hoe ze de enorme prestaties realiseerden die ze claimden te behalen met hun constructies. Maar inmiddels heeft FiberCore vier wereldwijde patenten op zak en is een vijfde zover in behandeling dat ze hun schroom hebben laten varen. Wat de invoering van sandwichconstructies in de civiele techniek tot nu toe in de weg stond was volgens Peeters de zwakte voor slagbelasting in combinatie met vermoeiing door rollende wielen. Als een sandwichconstructie plaatselijk beschadigd raakt door een vallende lading, veert de huid weliswaar netjes terug, maar blijft het kernmateriaal daaronder ingedeukt en is ook niet meer verbonden met de huid. Vrachtwagenwielen die er daarna overheen rijden verspreiden gestaag het gebied waar huid en kern zijn onthecht. Dat was volgens Peeters ook de belangrijkste reden dat Rijkswaterstaat het ruim tien jaar geleden toch niet aandurfde een brug over de Zuid-Willemsvaart uit te voeren in composietsandwich. De FiberCore bruggen kennen geen kernmateriaal. Dat wil zeggen: in de nieuwste generatie bruggen zit wel PU-schuim, maar dat heeft geen andere functie dan die van verloren bekisting. Constructief doet het niets. Als de hars eenmaal alle glas- of koolstofvezels heeft bereikt en is uitgehard doet het schuim niets meer. Alle krachten vloeien af via de bovenhuid, de verstijvingsribben en de onderhuid. De vezels van die drie bouwdelen lopen in alle richtingen naadloos in elkaar over, zodat een plaatselijke beschadiging zich verder niet uitbreidt. Peeters: "Er is geen harsgedomineerd breukvlak meer. Ook bruggen van kunststof pultrusieprofielen slagen daar niet in." Dat de constructie zich in de praktijk inderdaad zo gedraagt is inmiddels onderbouwd met grootschalige laboratoriumproeven aan de TU Delft. De provincie Friesland had daar geld voor vrijgemaakt toen ze besloot tot de bouw van de bijzondere brug in Oosterwolde. Een aantal delen van dat brugdek is, schaal 1 op 1, op de pijnbank gelegd. Peeters toont foto's van een driepuntsbuigproef van een ligger van 5 x 0,5 x 0,25 meter. Bij een belasting van 45 ton buigt het lijf ter plaatse wel iets uit. Ook de bovenhuid die belast wordt op druk komt plaatselijk iets omhoog, maar verder gebeurt er weinig. "Bij een klassieke sandwichconstructie zou de huid losschieten van de kern en zou zich dat snel verspreiden, maar hier blijven de vezels verbonden en levert het een lokale verstoring op. Het is dus zelfs te repararen door na-injectie", jubelt de kunststofspecialist. Een ander proefstuk werd aan grote druk blootgesteld in hoogterichting. Het faalde pas bij een druk van 20.000 kN/m2. Ruim twintig keer de druksterkte-eis die geldt voor een brug van verkeersklasse 60. Ook de slag/vermoeiingsproef is uitgevoerd in het lab. Na vijf forse slagen met een hamer op één plek werden eindeloos belastingswisselingen op het dek losgelaten, waarbij de belasting tot maximaal 13,5 ton werd opgevoerd. Na drie miljoen wisselingen werd de proef afgebroken. De brug was nog niet bezweken, er was zelfs geen sprake van schade. In Oosterwolde duurt het 150 jaar voordat de brug een vergelijkbare belasting te verduren krijgt.

Brandwerend
Andere proeven brachten weer heel andere verrassende eigenschappen aan het licht van het InfraCore inside dek. Zo blijkt het materiaal uitstekend brand te weren. Dat kwam naar voren bij een geïmproviseerde proef door Lloyds Register dat de toepassing beoordeelde als helikopterdek op een luxe motorjacht. Het composietmateriaal blijkt ook goed energie te absorberen, zodat volgens Peeters wellicht ook een toekomst gloort in fenders en aanmeerconstructies voor grote zeeschepen. "Zo zijn wij zelf nog bijna dagelijks verrast door nieuwe eigenschappen die we ontdekken", vult Simon de Jong aan. Hij is verantwoordelijk voor de marketing binnen FiberCore. "Telkens openen zich nieuwe mogelijkheden." En dan maakte de provincie bij de officiële opening van de brug in Oosterwolde ook nog eens bekend dat de stichtingskosten voor de brug vergelijkbaar zijn met die van een brug in staal of beton. Daarmee is volgens De Jong aangetoond dat composiet een volwassen constructiemateriaal is geworden. "Eigenlijk is er niets meer waarop we nog onderdoen voor staal of beton, de klassieke materialen voor de civiele techniek. We zijn alleen een stuk lichter, composiet vergt veel minder onderhoud en de levenscyclusanalyse pakt veel gunstiger uit. Dat zijn twee niet te onderschatten voordelen."

Internationaal
Behalve in Nederland bestaat ook in het buitenland interesse voor de kunststof bruggen van FiberCore. Vorige week werd er nog een ingehesen in Gent in België. In China bleef een brug achter na de wereldtentoonstelling in Shanghai. Volgende week wordt de eerste uit een serie van drie bruggen geplaatst in Birmingham. Het ziet er naar uit dat het Rotterdamse bedrijf vijftien lichtgewicht bruggen gaat leveren aan Rusland. De lichtgewicht dekken moeten daar een veilige oplossing bieden voor zwaar verkeer in de gebieden waar de grond bevroren is. Door de opwarming van de aarde ontdooit de bodem en biedt een veel minder stabiele ondergrond.