Tomorrow’s Road Infrastructure Monitoring & Management (TRIMM)

|

Kerntaken (1)

>>

Context

Nieuwe infrastructuur wordt ontworpen en gebouwd met een (beperkte) beoogde levensduur en zal dus op een bepaald ogenblik in de toekomst niet meer bestaan of moeten worden vervangen. Door gebrekkig onderhoud kan het verval sneller inzetten en wordt het einde van de levensduur sneller bereikt. Onderhoud mag dan ook niet als een vervelende post met onvoorziene kosten worden beschouwd. Het is onmisbaar om investeringen optimaal te laten renderen.

Regelmatige inspecties maken het mogelijk tijdig gepaste onderhoudsmaatregelen te plannen en uit te voeren.

Wegbeheersystemen zijn een praktisch hulpmiddel voor wegbeheerders bij strategische keuzen en beslissingen over het toewijzen van beschikbare budgetten aan de verschillende onderdelen (bruggen, wegen, uitrusting) van het wegennet. Ze helpen hen ook de noodzaak ervan aan te tonen.

Inspectiegegevens kunnen ook op projectniveau worden benut, om de specifieke aard van de werkzaamheden te bepalen en na te gaan of vooraf nog grondiger onderzoek met geavanceerdere inspectietechnieken nodig is.

TRIMM-project

Met steun van het Zevende kaderprogramma voor onderzoek van de Europese Unie (KP7, 2007-2013) is het TRIMM-project (acroniem voor Tomorrow’s Road Infrastructure Monitoring & Management) opgezet. Dit project had als doel de rol van conditieonderzoek in het beheer van wegen te versterken en de positieve effecten ervan in de kijker te plaatsen.

De conditie van een wegennet is immers bepalend voor de diensten die het aan de weggebruikers verleent. Onderhoudsmaatregelen zorgen voor het behoud of de verbetering van de conditie van bruggen en wegen.

Projectpartners

Eind 2014 is het project afgerond. Sinds kort zijn de officiële resultaten beschikbaar op de TRIMM-website, in de vorm van deliverables.

Het TRIMM-programma was opgebouwd rond de volgende taken:

  • evaluatie en verdere ontwikkeling van een selectie van beloftevolle inspectietechnieken voor bruggen en wegen;
  • identificatie van toepassingsbeperkingen van de inspectietechnieken;
  • onderzoek naar de behoeften van de betrokken partijen bij patrimoniumbeheer;
  • ontwikkeling van indicatoren uit inspectiegegevens en aanzet voor het gebruik ervan;
  • ondersteuning van wegbeheerders bij het opzetten van inspectieschema’s.

Bij het uitwerken van de meeste taken waren ook kmo’s betrokken.

Concreet werd onderzocht hoe nieuwe meetgegevens in bruikbare indicatoren voor wegbeheer kunnen worden omgezet. Voorts werden hulpmiddelen ontwikkeld om een kosten-batenanalyse te kunnen maken voor een totaalaanpak van wegbeheer tijdens de gehele levensduur van het beheerde patrimonium.

De resultaten van het project hebben betrekking op drie thema’s, die elk in een ander werkpakket (WP) werden behandeld:

  • gebruik en nut van inspectiedata in wegbeheersystemen (asset management systems – AMS) (WP2);
  • verbeteren van inspectietechnieken voor bruggen (WP3);
  • verbeteren van inspectietechnieken voor wegen (WP4).

WP 2 – Asset management

In WP 2 werd onderzocht welke factoren het beheer van een patrimonium van bruggen en wegen kunnen optimaliseren.

Hoewel de noden en behoeften van wegbeheerders, weggebruikers en andere spelers weinig of niet verschillen, worden vaak wel verschillende inspectietechnieken toegepast. Dat levert meestal verschillende indicatoren op. Daarom is een geïntegreerde aanpak nodig.

Een dergelijke aanpak vereist echter dat asset management-activiteiten en beschikbare inspectietechnieken met elkaar worden verbonden. Dat is tot nog toe meestal niet het geval, behalve voor een beperkt aantal indicatoren dat al wat langer wordt gebruikt. Het koppelen van verzamelde gegevens aan technische, conditie-, prestatie- en impact-indicatoren opent de deur naar asset management op alle niveaus – van strategisch tot projectniveau. Als indicatoren aan onderhoudskosten kunnen worden gekoppeld, is het effect nog groter. Het voorspellen van de evolutie van technische en conditie-indicatoren en het koppelen daarvan aan prestaties van bepaalde onderdelen van het patrimonium, bereiden de weg naar optimale planning en ontwerp. Kennis van het effect van onderhoud op de indicatoren en de evolutie ervan is daarvoor ook nuttig. In de andere werkpakketten werd dan ook, in de mate van het mogelijke, aandacht besteed aan al deze relaties voor de meetmethoden en indicatoren die in het TRIMM-project werden bestudeerd.

Voorts werd onderzocht hoe de meerwaarde van inspecties te berekenen.

Daartoe werd een procedure ontwikkeld ter ondersteuning van beslissingen voor het ontwikkelen en opzetten van inspectieschema’s. Omdat verwacht kan worden dat de meerwaarde stijgt wanneer de verzamelde inspectiegegevens op meerdere niveaus in het beheer kunnen worden ingezet, wordt een procedure in drie stappen voorgesteld:

  • een inventarisatiestap, om alle relevante feiten over de verschillende onderdelen van het patrimonium op een gestructureerde manier op te slaan;
  • een kwalitatieve stap, om de toegevoegde waarde van inspecties te beschrijven en te structureren;
  • een kwantitatieve stap, om stevigere bewijzen te leveren voor het verband tussen kosten en baten die voortkomen uit inspecties.

Voor de keuze uit twee gelijksoortige inspectietechnieken kan een wegbeheerder deze drie stappen volgen, om de kosten en baten van de twee technieken te analyseren en te vergelijken.

De procedure biedt hem daarbij de nodige beslissingshulp.

Ook voor andere complexere strategische keuzen kan deze procedure worden gevolgd, zij het aangevuld met hulpmiddelen om rekening te houden met onzekerheden voor kosten en baten, door een gevoeligheids- of risicoanalyse te maken of door geavanceerdere technieken in te zetten.

WP 3 – Inspectie van bruggen

In WP3 kwamen visuele inspectie, inspectie van de mechanische toestand en inspectie van elektrochemische schade bij bruggen aan bod.

1. Visuele inspectie

Voor de visuele inspectie van bruggen werd een camerasysteem ontwikkeld, waarmee beelden op kantoor kunnen worden geanalyseerd. Het systeem werd getest op verschillende bruggen en is geschikt voor de detectie van scheuren, afschilfering, en verkleuring als indicator van corrosie en waterlekken op betonnen constructies.

2. Inspectie van de mechanische toestand

Voor de inspectie van de mechanische toestand van bruggen werden enkele technieken verder ontwikkeld.

Met een akoestische emissietechniek kan de activiteit van scheuren worden gevolgd. Met deze techniek kan het schadeniveau tijdens gecontroleerde belastingsproeven worden bepaald, terwijl een kwalitatieve evaluatie bij gewoon verkeer kan worden uitgevoerd.

Voor het volgen van de werking van voegen en opleggingen werden twee methoden onderzocht, namelijk voor het meten van invloedslijnen en van resonantiefrequenties. De twee methoden geven aan wanneer een diepgaandere inspectie nodig is. Ze kunnen worden gebruikt om beperkingen in bewegingen op te sporen voordat deze ergere schade veroorzaken.

Met een model-updatetechniek werd de integriteit van belangrijke dragende onderdelen gevolgd. Deze techniek detecteert vooraf gedefinieerde schadescenario’s en de kans dat ze optreden wordt continu geëvalueerd. Voor het TRIMM-onderzoek werd vooral gewerkt rond omgaan met onzekerheden op indicatoren en rond geautomatiseerde, continue uitvoering. De techniek geeft aan op welke plaatsen op de brug een gedetailleerdere inspectie nodig is en kan dienen om reparaties te plannen.

3. Elektrochemische schade

Verscheidene technieken voor het opsporen van elektrochemische schade aan bruggen werden getest.

Als efficiëntste werkwijze voor vroege detectie van corrosie wordt aanbevolen een combinatie van elektrische resistentie (ER) en multi-dieptesensoren toe te passen. Naast criteria voor corrosiebewaking aan de hand van gemeten corrosiewaarden werd een schaal met vijf niveaus ontwikkeld, om toekomstig verlies van versterking door wapening te voorspellen.

WP4 – Inspectie van wegen

In WP4 werden de toepassingsmogelijkheden van recente technieken in nieuwe domeinen van weginspectie onderzocht.

1. Oppervlakkenmerken

Voor de inspectie van oppervlakkenmerken werden twee werkwijzen getest:

  • dataverzameling met een “klassiek” wagenpark, dat met CAN-bus en smartphone is uitgerust (zie het artikel Comfortbeoordeling);
  • dataverzameling met gespecialiseerde meetwagens, die met LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) en profielmeters zijn uitgerust, aangevuld met gps en een inertieel navigatiesysteem.

De vorm van het wegoppervlak speelt een grote rol bij mogelijke stilstand van water. Water dat op het wegoppervlak blijft staan, leidt tot verminderde zichtbaarheid (door opspattend en opstuivend water), lagere stroefheid en aquaplaning. Met de gespecialiseerde meetwagens kunnen lasergegevens met hoge resolutie worden verzameld. Om de plaatsen te bepalen waar water kan blijven staan, moeten weggegevens van verschillende rijstroken naast elkaar worden gelegd en dienen ook omgevingsfactoren (aanwezigheid van drainagevoorzieningen) in overweging te worden genomen. Eerst werd beschreven hoe het meetsysteem er moet uitzien om met de gegevens een voldoende gedetailleerd profiel over de gehele breedte van het wegoppervlak te kunnen maken. Hierbij worden verschillende methoden aangegeven om rijstrookgegevens naast elkaar te leggen. Vervolgens werd beschreven hoe met deze meetgegevens een totaalbeeld van het risico op stilstand van water kan worden verkregen (netwerkniveau) en hoe een gedetailleerde studie van een plaatselijk weggedeelte kan worden gemaakt (projectniveau).

Bestaande softwarealgoritmen voor de detectie van scheurvorming en rafeling, die doorgaans op het hoofdwegennet gebruikt worden, werden getest op plaatselijke wegen die vaak een moeilijke geometrie hebben of met minder financiële middelen onderhouden dienen te worden. Het blijkt dat voor de analyse van rafeling op plaatselijke wegen andere instellingen moeten worden toegepast. Daarom werden nieuwe grenswaarden voor de detectie van rafeling gedefinieerd. Voorts werden de aanpak voor langere weggedeelten met rafeling en de lokalisatie van een smalle strook met rafeling in de dwarsrichting onderzocht. Twee verschillende algoritmen voor scheurdetectie bleken elk andere beperkingen te hebben wanneer ze op beelden van plaatselijke wegen met ingewikkelde scheurpatronen werden toegepast.

2. Structurele kenmerken

Voorts werd het gebruik van de Traffic Speed Deflectometer (TSD) en de Ground-Penetrating Radar (GPR) voor de evaluatie van de structurele kenmerken van wegconstructies bestudeerd.

De TSD evalueert met dopplerlasers de tijdelijke doorbuiging (deflectie) van een wegconstructie bij wielbelasting.

Op grond van dit kenmerk kunnen de draagkracht en de restlevensduur van een wegconstructie worden geschat. Dit meettoestel is ontwikkeld voor autosnelwegen. Om de inzetbaarheid op secundaire wegen na te gaan, is onderzocht of de lasers dichter bij elkaar kunnen worden gezet om het voertuig korter te maken en in hoeverre deflectie nog meetbaar is bij een lagere voortgangssnelheid. Het blijkt dat het mogelijk moet zijn een kleinere en lichtere versie van de TSD te ontwikkelen voor gebruik op secundaire wegen met een lagere snelheid.

Om laagdikten met de GPR te kunnen bepalen, wordt doorgaans voorgesteld toch een beperkt aantal kernboringen uit te voeren. Daarom werden enkele technieken en radarantenneopstellingen onderzocht, om kernboringen totaal overbodig te maken. Aangetoond werd dat met twee hogefrequentieantennes (2 GHz) en een bijbehorende verwerkingswijze van de meetgegevens een hoge nauwkeurigheid kan worden bereikt voor de bepaling van de laagdikte van asfalt dat op een fundering is aangebracht. Voor de studie werd gesteund op meetgegevens van speciaal aangelegde proefvakken. Vervolgens werd de methode op enkele weggedeelten getoetst. Voor de bepaling van de dikte van dieper liggende lagen is verder onderzoek nodig.

Voorts is onder wegbeheerders in de Europese Unie een enquête over de inventarisatie van wegennetten gehouden. Gewoonlijk worden nieuwe technieken als duur en onbetrouwbaar ervaren, ook al blijken de meeste ondervraagde personen er wel interesse voor te hebben.

De enquête leverde een lijst van laboratoriumafstemmingen met meettoestellen voor retroreflectie van verkeersborden op.

Voor droge borden leveren mobiele toestellen met automatische verwerking en statische toestellen met handmatige inventarisatie een vergelijkbare nauwkeurigheid, maar voor natte borden nemen de afwijkingen toe. Daarom werd een vergelijkend onderzoek uitgevoerd, waarbij de nauwkeurigheid van de positie en de volledigheid van de inventarisatie werden geëvalueerd. Een hoog percentage van verkeersborden, palen, masten en straatkranen werd gedetecteerd. Kolken en riooldeksels, die dikwijls in de parkeerstrook liggen, zijn echter vaker onzichtbaar op de camerabeelden. De afwijking voor de positie bedraagt doorgaans minder dan 1 m. Door het gebruik van controlepunten kan dit resultaat worden verbeterd. Het blijkt dat mobiele inventarisatie sneller en veiliger (voor het personeel en de weggebruikers) is.

Contact: