Waarom we meer aluminium in bruggen gaan zien
Een paar jaar geleden schreef ik dat de tijd rijp was om te beginnen met het bouwen van hangbruggen met aluminium dragers, maar misschien was ik iets te enthousiast. Nu is de tijd echt daar, want we hebben nu het onderzoek, de resultaten, de projecten en het land: Noorwegen heeft meer dan 22.000 bruggen.
Ik moet zeggen dat 2023 een goed jaar is geweest voor aluminium in het algemeen en ook voor het werk dat we doen om aluminium te presenteren als een geweldige oplossing voor bruggen. We hebben nu drie lopende projecten in Noorwegen die zullen resulteren in realtime demo's om de voordelen aan te tonen. Deze gevallen vertegenwoordigen een breed scala aan verschillende soorten bruggen waar aluminium een geweldige optie zou zijn:
- Grødola-brug. Deze 18 meter lange brug van aluminium gewapend beton over de rivier Grødola in Sunndal verving een stenen brug. De brug maakt gebruik van gerecyclede aluminium wapening en dunnere betonplaten, waardoor de uitstoot tot 80% lager is. Het gebruik van aluminium in plaats van stalen wapening in beton is echt een technische revolutie.
- Grøtta-brug. Door het gebruik van aluminium zal deze brug in Rauma over de hele levenscyclus naar verwachting minder broeikasgassen uitstoten dan een brug van beton en/of staal. Bovendien zal het gebruik van aluminium resulteren in lagere operationele en onderhoudskosten dan de onderzochte alternatieven. Als de brug in 2025/26 klaar is, zal dit de eerste brug in Noorwegen zijn die gebouwd wordt met geëxtrudeerde aluminium profielen.
- Hangbrug Deze 55 meter lange en 9 meter brede hangbrug in Trondheim wordt gebouwd in 2024/25. Het dek en de bovenbouw van deze voetgangersbrug, die ook sterk genoeg is voor onderhoudsvoertuigen en sneeuwploegen, zullen worden gebouwd in aluminium. Door het gebruik van aluminium is het mogelijk om de brug in slechts één overspanning te bouwen, slanker en lichter dan het alternatief van een stalen brug.
We gaan ook door met het projectwerk aan de Langenuenbrug, net ten zuiden van Bergen aan de westkust van Noorwegen. De Langenuenbrug maakt deel uit van een voorstel van 47 miljard dollar om de ruige westkust van Noorwegen met elkaar te verbinden en is het grootste en zwaarste infrastructuurproject van het land tot nu toe: De E39 Megasnelweg. De hoofdoverspanning van de Langenuen hangbrug is ongeveer 1.250 meter en met een aluminium dek zou het de langste en grootste aluminium brug ter wereld worden. Door staal te vervangen door aluminium zou het eigen gewicht van de brug met enkele duizenden tonnen worden verminderd. En een lichter gewicht heeft een positief cascade-effect op de andere onderdelen van de brug, zoals de torens en kabels.
Overigens krijgt de Langenuenbrug een vierbaans autoweg, met 110 km/u op het traject.
Kennis verspreiden over aluminium in bruggen
Deze mijlpalen zijn niet van de ene op de andere dag bereikt. In 2016 begonnen we te kijken naar brugprojecten waar aluminium staal kon vervangen en kostenconcurrerend kon blijven. Maar de algemene kennis van de markt over het gebruik van aluminium in bruggen was laag en dat is nog steeds relatief laag, hoewel nieuw onderzoek van verschillende samenwerkingsverbanden dit beeld aan het verbeteren is.
In onze onderzoekssamenstellingen hebben Hydro, Leirvik AS, Statens Vegvesen (Noorse Dienst voor Openbare Wegen), universiteiten en onderzoeksinstituten in Noorwegen, Canada en Zweden deelgenomen. We hebben gekeken naar vermoeiingsparameters, Friction Stir Welding voor het verbinden, diktes en ontwerpoptimalisatie.
De beslissing over de Grøtta-brug was gebaseerd op voorstudies in het kader van het Europese AluGreen-initiatief, waaronder een levenscyclusanalyse door derden waarbij drie alternatieven werden onderzocht: staal/beton, stalen liggers en aluminium.
In onze eerste studie, het "Langenuen Project", keken we vooral naar de installatiekosten, niet naar de onderhoudskosten. De resultaten waren positief en werden bevestigd door twee onafhankelijke auditors. Er volgde nog een twee jaar durend onderzoek en daarin werd geconcludeerd dat alle feiten uit het eerste rapport over de haalbaarheid correct waren. Dit omvatte ook het punt dat vermoeiing kon worden verholpen met het ontwerp en het gebruik van steunplaten.
Parametrisch ontwerp en algoritmen voor machinaal leren bij Langenuen
We hebben een parametrisch ontwerpproces en algoritmen voor machinaal leren gebruikt om duizenden combinaties van dekhoogten en kabelgeometrieën te evalueren en zo de beste oplossing voor de brug bij Langenuen te vinden. We gebruikten ook conventionele technische beoordelingen, waarbij we rekening hielden met stabiliteit, vermoeidheid en kostenfactoren.
De belasting van een hangbrug wordt grotendeels beïnvloed door het eigen gewicht van de brug, waardoor het gebruik van een licht materiaal zoals aluminium gunstig is. Je hebt echter nog steeds voldoende stabiliteit nodig en in dit geval zijn gewicht en stijfheid vaak gunstig.
Wat we hebben geconcludeerd in het Langenuen project is dat het concurrerend kan zijn om het dek in aluminium te maken en een brug te hebben met voldoende stabiliteit. Onze grootste uitdaging was het garanderen van de vermoeiingslevensduur voor de relevante verkeersbelasting, aangezien aluminium voor de typische verbindingen een lagere toegestane vermoeiingscapaciteit heeft dan staal. Maar we ontdekten dat door hiermee rekening te houden in de detaillering van het ontwerp van de brug, we voldoende capaciteit konden documenteren.
In dit geval hebben we verschillende dekconcepten overwogen. Sommigen gebruikten verstijfde plaatconstructies vergelijkbaar met conventionele stalen dekken, anderen gebruikten geëxtrudeerde profielen en panelen. Door gebruik te maken van de beste eigenschappen van de beschikbare aluminium producten en montagetechnieken, geloven we dat aluminium minstens een even goed alternatief is als conventionele stalen dekken.
Haalbaarheid van aluminium in bruggen
Als je kijkt naar het bouwen van bruggen in aluminium - hangbruggen, met snelwegen – dan kun je begrijpen dat één bedrijf de klus niet alleen kan klaren. Je hebt samenwerking nodig omdat je verschillende producten nodig hebt. Ik heb er al twee genoemd: extrusie-intensieve en plaat-intensieve oplossingen.
Maar we bewijzen dat aluminium in het algemeen een levensvatbare keuze is. En nu moeten we projecten realiseren.
Noorwegen heeft meer dan 22.000 bruggen van verschillende afmetingen. Het is een geweldige plek om in de praktijk te zien wat we theoretisch al weten over de haalbaarheid van aluminium in bruggen.