Morandi-brug
04:00
29-10-2018

Na de ingestorte Morandi-brug: het belang van robuust ontwerpen

De Morandi-brug in het Italiaanse Genua – tot voor kort in onze contreien allicht weinig bekend – vergaarde afgelopen zomer helaas naam en faam toen ze instortte en aan 43 mensen het leven kostte. Wij peilden bij twee experts ter zake naar mogelijke oorzaken en vroegen hoe een dergelijke instorting kan voorkomen worden. Een robuust ontwerp gepaard met regelmatige inspecties en onderhoudsherstellingen is de conclusie. Wat ‘robuust ontwerpen’ dan wel precies inhoudt, leest u hier. 

Op 14 augustus sloeg het noodlot toe in Genua. De brug van architect Riccardo Morandi, waar de tolweg E80/A10 overheen liep, stortte in. Het naar de oorza(a)k(en) van de ingestorte betonconstructie is nog volop aan de gang. Het stadsbestuur van Genua maakte onlangs wel bekend dat ze de resten van de ingestorte brug wil afbreken en een volledig nieuwe brug gaat bouwen. De beroemde architect Renzo Piano, zelf Genuees, wil de brug ontwerpen. Over de nieuwe brug zijn weinig details bekend. Renzo Piano liet wel optekenen dat hij een brug wil ontwerpen voor de komende duizend jaar: een constructie in staal, waarbij elk onderdeel toegankelijk is voor onderhoud en eventuele herstelling. 

Te weinig betonkabels?
De oorzaak van de instorting zal nog moeten blijken. Guido De Roeck, professor burgerlijke bouwkunde aan de KU Leuven, poneerde deze zomer alvast dat corrosie van de betonkabels een aannemelijke verklaring zou kunnen zijn. Ook vandaag blijft hij bij zijn hypothese. “Er zijn verschillende oorzaken mogelijk, al is de ene meer waarschijnlijk dan de andere”, stelt Guido De Roeck. “Waarom denk ik aan de betonkabels? Allereerst omdat de breuk vrij plots is opgetreden. Het falen van de fundering is meer een geleidelijk fenomeen dat men waarschijnlijk ook tijdig had kunnen waarnemen. Bij de Morandi-brug kunnen we spreken van een faalgevoelig ontwerp. Vanuit de pyloon vertrekken slechts vier kabels. Als één kabel het begeeft, zoals ik vermoed dat hier het geval was, zijn de drie overige kabels niet in staat om diens functie over te nemen. Bij moderne kabelbruggen worden veel meer kabels voorzien. Ze zijn bovendien uitgevoerd in staal, waardoor corrosie makkelijker op te sporen is.”

Hij zag deze recent bevestigd door een Italiaanse collega-professor, die de brug enkele maanden geleden heeft onderzocht. Professor Carmelo Gentile van de universiteit van Milaan is dezelfde mening toegedaan, en heeft dit ook persoonlijk bevestigd aan Guido De Roeck. “Professor Gentile heeft een audit uitgevoerd op de brug enkele maanden voor de instorting”, vertelt De Roeck. “Uit trillingsonderzoek op de kabels bleek dat de natuurlijke frequenties van de kabels van het ingestorte deel van de brug anders waren dan bij de overige kabels. Trillingsonderzoek kan opsporen of er iets aan de hand is, maar niet hoeveel draagvermogen de kabels nog hebben. Toch had men hier wellicht tijdig kunnen ingrijpen, op basis van het rapport van deze audit.” 

Morandi-brug
“Heel wat van onze bruggen zijn gebouwd tussen eind jaren 50 en begin jaren 70. Bijgevolg krijgen we over een tiental jaar met een hele golf van renovaties en vervangingen te maken.”

Robuust ontwerpen
Een robuuste, veilige brug staat of valt met een goed ontwerp, volgens professor De Roeck. “Wanneer een vitaal element het begeeft, moet een ander element die functie kunnen overnemen. Als er lokaal schade optreedt, mag dit in geen geval aanleiding geven tot de instorting van de brug. De ontwerper moet alternatieve paden voorzien om de krachten op te vangen. Anderzijds is het ook belangrijk dat men van bij het ontwerp de langetermijneffecten incalculeert. Een brug ontwerp je voor haar ganse levensduur. Men zou van bij het ontwerp een prijs moeten opgeven niet alleen voor het initiële ontwerp, maar ook voor het onderhoud en eventuele herstellingen. Men dient er tevens voor te zorgen dat herstellingen kunnen gebeuren zonder het verkeer drastisch te onderbreken. Gelukkig begint men wel meer en meer in de richting van ‘life cycle cost’ te denken.” 

Paul Meekels, hoofd van de afdeling Expertise Beton en Staal bij het Departement Mobiliteit en Openbare Werken van de Vlaamse overheid, kan zich aansluiten bij de stelling van De Roeck dat het falen van één onderdeel niet mag leiden tot het volledig bezwijken van de brugconstructie. Hij ziet nog een aantal elementen die bijdragen tot de robuustheid van een brug. “Robuustheid betekent dat een brug ook bestand is tegen toevallige belastingen zoals aanrijdingen. Het houdt eveneens in dat een brug de nodige tijd en een waarschuwing geeft vooraleer ze bezwijkt”, zegt hij. “Een vorm van robuustheid is het redundant maken van onderdelen van de constructie. Als één onderdeel bezwijkt, neemt een ander element diens functie over. Uiteraard kan je niet alle onderdelen van een brug redundant maken. Een ‘bowstring’-brug kan niet zonder een boog, maar dat wil niet zeggen dat die boog niet robuust kan uitgevoerd worden.”

Het belang van inspectie
Een ander belangrijk element, dat ook Renzo Piano zal in rekening brengen in zijn ontwerp voor de nieuwe brug, is het goed inspecteerbaar maken van de kritische onderdelen, zodanig dat je een eventuele beschadiging tijdig kan vaststellen en bezwijken voorkomen. “Elk onderdeel moet relatief eenvoudig te herstellen of te vervangen zijn”, aldus Paul Meekels. “Dat zijn stuk voor stuk elementen die we vanuit de Vlaamse overheid vooropstellen wanneer we bruggen ontwerpen of laten ontwerpen. Het ontwerpen gebeurt bovendien door dezelfde ingenieurs die ook de inspecties opvolgen, zodat zij daaruit kunnen leren.” 

Bruggen in Vlaanderen worden om de drie tot vijf jaar aan een inspectie onderworpen. Op basis van die inspecties worden aanbevelingen gedaan voor herstellingen. 28 bruggen staan op de lijst ‘prioritaire kunstwerken’. Dat betekent dat ze aan een strenger inspectieregime worden onderworpen. “Ze staan dus niet op instorten, zoals men soms liet uitschijnen in de pers”, benadrukt Paul Meekels. “Als er enig risico op instorting is, laten wij een brug onmiddellijk afsluiten of breken we ze af indien nodig.” 

Morandi-brug
Op basis van inspecties worden aanbevelingen gedaan voor herstellingen. 

Nieuwe materialen en technologieën
Een robuust ontwerp in combinatie met regelmatige inspecties en onderhoud maken een veilige brug, maar hoe zit het met nieuwe technologieën en/of materialen? Bruggen zoals het viaduct van Millau in Frankrijk of de Øresundbrug tussen Zweden en Denemarken zijn uitgerust met sensoren die de staat van de brug continu monitoren. Paul Meekels ziet echter geen heil in sensoren. “Bruggen worden gebouwd voor een levensduur van 100 jaar. Na vijftig jaar kunnen de eerste gebreken optreden. Ik ben er niet van overtuigd dat die sensoren tegen dan nog optimaal werken”, zegt hij. “Wel hebben wij al sensoren ingezet om een brug meer van nabij op te volgen gedurende kortere periodes. In dat opzicht hebben sensoren zeker hun nut.” Ook in Vlaanderen wordt met alternatieve materialen geëxperimenteerd. “Kunststof zou minder onderhoud vergen en heeft een lagere milieu-impact dan beton en staal. In Brugge gaan we twee voetgangersbruggen in composiet bouwen om dit verder te onderzoeken. De bedoeling is om aan kennisdeling te doen met alle betrokkenen van aannemers tot studiebureaus.”  

Feit is wel dat onze bruggen te lijden hebben onder de steeds verder toenemende verkeersdruk. “Heel wat van onze bruggen zijn gebouwd tussen eind jaren 50 en begin jaren 70. Bijgevolg zitten we over een tiental jaar met een hele golf van renovaties en vervangingen. Daar moeten we nu al op anticiperen”, aldus Paul Meekels.       

Tekst | Liesbeth Verhulst  Beeld | Departement Mobiliteit en Openbare Werken, Vlaamse overheid

GROND/WEG/WATERBOUW partners

DampoorttunnelPompgemaal