19 mrt 2021

Het Kralingse Bos in Rotterdam krijgt dit voorjaar de eerste lichtgewicht 3D-geprinte voetgangersbrug van vezelversterkte kunststof (VVK) in Nederland. Royal HaskoningDHV, de gemeente Rotterdam en DSM Additive Manufacturing werken samen aan het ontwerp en de bouw. De brug is de voorbode van het soort innovatieve oplossingen dat zeer welkom is voor de miljardenopgave waarvoor Nederland staat als het gaat om renovatie en vervanging van bruggen in de komende decennia. “Het is niet alleen een brug naar de overkant, maar ook
naar een circulaire toekomst.”

OTAR ging over dit onderwerp in gesprek met Maurice Kardas, Manager Business Development en Additive Manufacturing bij Royal HaskoningDHV en Mozafar Said, Assetmanager bruggen bij de gemeente Rotterdam. “Wil je zo’n opgave duurzaam, effi ciënt en toekomstbestendig uitvoeren, met zo min mogelijk hinder tijdens de werkzaamheden, dan vraagt dat om de strategische inzet van innovatieve productietechnologie, met nieuwe materialen en ontwerpmogelijkheden”, zegt Maurice Kardas. Er wordt al ruim tien jaar gewerkt met composietmaterialen voor onder meer bruggen, maar die worden gemaakt van een hars die eenmalig hard wordt. Wordt zo’n brug afgebroken, dan kan het composiet hoogstens worden vermalen voor hergebruik in minder hoogwaardige toepassingen. Composiet heeft vele voordelen: het is vormvrij, het weegt minder, het vergt weinig onderhoud en het is sterk. Vandaar dat er het laatste decennium al veel bruggen geheel of gedeeltelijk van dat materiaal zijn gebouwd. “Vanuit onze ervaring met composiet én ons onderzoek naar de toepassingen van 3D-printen zijn we ook gaan kijken naar de mogelijkheden om die techniek te combineren met materiaal dat wél circulair is.”

Sterk, licht, veelzijdig en circulair

Daarvoor werkt Royal HaskoningDHV samen met DSM Additive Manufacturing, dat het thermoplastic Arnite® heeft ontwikkeld en ervaring heeft met het 3D-printen van grote formaten en structurele objecten en met HB3D, dat de brug voor Rotterdam zal gaan printen. De kunststof is versterkt met korte glasvezels. Tijdens het printen worden de vezels heel mooi verdeeld, en komen ze keurig in dezelfde richting te liggen. Daardoor wordt het sterker en stijver, met een grotere treksterkte. En het is volledig te hergebruiken. Maurice Kardas: “Je kunt een brug bij wijze van spreken gewoon shredden en hergebruiken om een nieuwe brug te 3D-printen. Het vervangen van delen kan daarmee sneller en is goedkoper. Ook is het eenvoudiger om een brug als geheel te verplaatsen. De veelzijdigheid is dus groot. Daardoor word je veel flexibeler en kun je sneller en met minder kapitaalvernietiging inspelen op veranderingen in de mobiliteitsvraag. Die optelsom zorgt ervoor dat deze bruggen volgens onze berekeningen over de hele looptijd gemeten ook goedkoper zijn.” De beschikbaarheid van nieuw materiaal en een nieuwe productietechnologie is een uitdaging en inspiratiebron voor architecten, omdat ze veel meer vrijheid hebben om met lichtgewicht materiaal zeer sterke bruggen te ontwerpen. Het ontsluit ook grote mogelijkheden voor parametrisch ontwerpen, waarbij op basis van data of relaties tussen onderdelen een ontwerp kan worden gegenereerd. Bovendien kan het proces als geheel leiden tot een kortere time-to-market.

“ROTTERDAM WAS DE IDEALE
LAUNCHING CUSTOMER: WATERRIJK,
VOORUITSTREVEND EN INNOVATIEF”

Aandacht voor leefklimaat

Naast de kosten is de snelheid van bouwen, onderhouden en repareren belangrijk. Dat kost nu vaak erg veel tijd, en zorgt dus voor een lange periode van overlast. Bij 3D-geprinte bruggen is er veel minder tijd nodig en dat komt de leefbaarheid zeer ten goede. Dat geldt voor het plaatsen van een brug, maar zeker ook voor reparaties. Een 3D-scan brengt het probleem in kaart, waarna de maatwerkoplossing snel kan worden ontworpen en gevisualiseerd voor alle belanghebbenden. Vervolgens kan het te vervangen deel één-op-één worden geprint en op zijn plaats worden gebracht. Zonder kwaliteitsverlies, met tijdwinst en dus winst voor het leefklimaat. Gelet op de renovatie-opgave van de Nederlandse infrastructuur is dat een wezenlijke factor.

Samen werken aan innovatie

Toen Royal HaskoningDHV en DSM op zoek gingen naar een launching customer die het aan zou durven om de 3D-geprinte brug in de praktijk te beproeven, bleek Rotterdam de perfecte partner: waterrijk, vooruitstrevend en innovatief, maar ook nuchter en zakelijk. Maurice Kardas: “Precies wat we nodig hadden. Voor innovatie moet je samenwerken, om het in de praktijk waar te maken. De Rotterdamse infrastructuurexperts in composietbruggen zijn nauw betrokken bij het ontwerpen bouwproces.” Ook voor Rotterdam is de samenwerking aantrekkelijk, vertelt Mozafar Said: “Bij het vervangen en renoveren van bruggen kiezen we voor zo duurzaam mogelijke concepten die langer meegaan, onderhoudsarm zijn en die we snel kunnen realiseren, waardoor we de overlast zoveel mogelijk kunnen beperken en tegelijkertijd bijdragen aan de veiligheid, de kwaliteit en de leefbaarheid van de openbare ruimte. Als een van de grote opdrachtgevers in Nederland hebben we ons met onze ambities gecommitteerd aan circulariteit en duurzaamheid. En we omarmen innovatie, want die is nodig om onze ambities te verwezenlijken.” In 2030 wil de stad de hoeveelheid bouwmateriaal met 50 procent verminderen en in 2050 wil de stad volledig circulair werken.

Van ambitie naar praktijk

Mozafar Said: “Daarom doen we op allerlei gebieden onderzoek en voeren we experimenten uit, om te bepalen hoe we onze ambitie kunnen vertalen naar een realistische strategie. 3D-printen vinden we interessant en we waren op zoek naar een marktpartij om er in de praktijk mee aan de slag te gaan. De combinatie van 3D-printen en de toepassing van VVK spreekt ons aan, ook omdat er verschillende expertises bij elkaar komen: de ingenieurswereld, de bouwsector, maar ook de chemie, in dit geval DSM. Daarom hebben we het concept omarmd en de afspraak gemaakt om samen de ontwikkeling verder vorm te geven. We zijn er trots op dat we de eerste stad zijn die hiermee aan de slag gaat.” Rotterdam past ook al zo’n tien jaar composietmateriaal toe in bruggen. In ongeveer honderd bruggen is composiet gebruikt, zowel volledig als hybride. Het gaat vooral om fiets- en voetgangersbruggen, en bruggen waar alleen bestemmingsverkeer overheen gaat. “Daar hebben we goede ervaringen mee, vooral ook als het gaat om het onderhoud. Daarom was het een goed moment om een volgende stap te zetten.” En Maurice Kardas: “De samenwerking is uitdagend, en daar waren we ook naar op zoek. Want ze hebben in Rotterdam meer dan duizend bruggen in beheer en dan heb je er echt verstand van. Het is de best denkbare omgeving om in de praktijk ervaring op te doen.”

Sensoring en digital twin

In een 3D-geprinte brug kunnen sensoren worden aangebracht. Die geven onmisbare informatie over het feitelijke gebruik van de brug, zoals de belasting en de intensiteit van het verkeer, het doorbuigen en de uitzetting door temperatuurverschillen. Al die data kunnen worden samengebracht in een digital twin, zeg maar het digitale tweelingzusje van de brug. Maurice Kardas: “Aan de hand van een digital twin wordt het mogelijk de brug continu te monitoren en zo het beheer en onderhoud heel doelgericht en efficiënt te maken, gebaseerd op de feitelijke en actuele situatie. Als blijkt dat de intensiteit en de belasting lager zijn dan vooraf aangenomen, dan kan een brug jaren langer meegaan, en tijdig en gericht onderhoud verlengt ook de levensduur. Dat scheelt meteen heel veel geld, zeker als je het hebt over honderden bruggen in de komende decennia. Voor ons zijn de data ook van grote waarde voor de volgende stappen die we willen zetten, naar de volgende bruggen.” Ook Mozafar Said ziet de mogelijkheden: “Het aanbrengen van sensoren in onder meer bruggen is al een belangrijke trend, en die zal alleen maar belangrijker worden. De data die we zo krijgen, helpen ons bij het opstellen van een kostenefficiënt onderhoudsprogramma.” De functionaliteit van de bruggen kan nog worden uitgebreid met sensors die bijvoorbeeld de luchtkwaliteit en de geluidsoverlast meten.  

“AANTREKKELIJK ALTERNATIEF VOOR
DE 60% KLEINERE BRUGGEN””

Samen op weg

De brug in het Kralingse Bos is van bescheiden omvang. Mozafar Said: “We beginnen klein, omdat we willen dat de constructieve veiligheid in de praktijk wordt aangetoond, en omdat we zo ervaring kunnen opdoen voor de korte en de langere termijn. Het is voor beheerders immers ook nieuw. Beton en staal gebruiken we al honderd jaar, daarover is alles uitgezocht en zijn alle normen in detail uitgewerkt, zowel voor het materiaal als voor de constructie. Dat je de brug relatief eenvoudig kunt demonteren en verplaatsen, dat er bij onderhoud en reparatie minder hinder is en dat het materiaal kan worden hergebruikt, maakt het concept als geheel mooi circulair. Dat past dus goed bij onze ambities. Maar we gaan het eerst goed testen. We willen in de praktijk zien hoe het materiaal zich gedraagt. En of repareren, of delen vervangen, van dit soort bruggen inderdaad relatief eenvoudig is. Als die ervaring positief is, kunnen we overwegen om op te schalen en de 3D-geprinte bruggen of brugdelen met VVK meer toe te passen. De testen die deze nieuwe brug ondergaat, hoeft wellicht straks niet elke nieuwe brug te ondergaan, omdat we dan de kwaliteit goed tijdens het proces weten te borgen. Hij moet voldoen aan de normen en voorschriften, ook van bouw- en woningtoezicht.” Maurice Kardas sluit zich daarbij aan: “We zetten kleine stappen, zodat je steeds nieuwe inzichten verkrijgt en vervolgens weer kunt toepassen. Het is immers nieuwe technologie, er is nog veel waar we meer van willen weten. Wat is de beste structuur, hoe liggen de spanningslijnen precies? Aan de hand van de sensoren en de digital twin kijken we of de brug zich gedraagt zoals we hebben voorspeld. Die ervaring geeft ons input om de printtechniek verder te verfijnen, en we kunnen er ook in het ontwerp rekening mee houden.”

Meer bruggen op komst

Het zal nog wel even duren voor er een tweede volledig 3D-geprinte Erasmusbrug is, maar de ontwikkeling kan niettemin snel gaan, zeker als het gaat om kleinere bruggen. Mozafar Said: “Ongeveer 60 procent van onze bruggen is vrij klein, tussen de 6 en 20 meter. Als de geprinte brug een succes is en we hebben goede ervaringen met het beheer en onderhoud, dan zie ik het als een aantrekkelijk alternatief voor het vervangen van een deel van de kleinere bruggen. Het nieuwe concept komt dan in het rijtje opties waaruit we in ons vervangingsprogramma kunnen kiezen.” Maurice Kardas voegt toe: “Ik verwacht dat we binnen vijf jaar met 3D-printen toe zijn aan wegdekken voor verkeersbruggen, en complete bruggen op kleinere schaal met een minder hoge belasting en verkeersintensiteit. Bijkomend voordeel van het vervangen van een wegdek is dat die bestaande constructie in de jaren daarna veel minder gewicht hoeft te dragen. Dat dat kan, hebben we te danken aan de ervaring die we onder meer opdoen in Rotterdam. Implementatie is cruciaal voor innovatie, dus daarvoor hebben we partners nodig die met ons die weg op willen gaan. Wij zijn ervan overtuigd dat 3D-printen met VVK zich zal bewijzen bij de enorme vervangings- en renovatieopgave waarvoor Nederland zich de komende decennia gesteld ziet.”

Andere businessmodellen

Opschaling is ook een voorwaarde om steeds meer expertise te vergaren en vervolgens steeds betere en ook steeds grotere bruggen bouwen, waaraan steeds hogere eisen kunnen worden gesteld. En natuurlijk nog steeds met dezelfde voordelen. Maurice Kardas: “We willen met de opschaling ook bereiken dat onze bruggen relatief eenvoudig overal ter wereld kunnen worden geprint, onder de voorwaarde dat iemand daarvoor de uitrusting heeft en de vereiste printkwaliteit kan leveren. Mede in het verlengde daarvan kunnen er ook andere businessmodellen ontstaan. Je kunt denken aan het leveren van een brug als een service, inclusief het onderhoud, of met statiegeld op het materiaal. Ook wat dat betreft voorzie ik innovatie.”

Transitie naar circulaire stad

Voor Royal HaskoningDHV staan 3D-geprinte bruggen niet op zichzelf, benadrukt Maurice Kardas. “Ze vormen voor onze opdrachtgevers in snel toenemende mate een waardevolle aanvulling op de gereedschapskist waarmee ze hun ambities en vervolgens hun strategische plannen kunnen verwezenlijken. Zoals Rotterdam, op weg naar de duurzame, circulaire en dus leefbare stad van de toekomst. En dat is ook steeds de basis waarop samen met onze opdrachtgevers bruggen slaan: van visie naar strategie naar implementatie, met weloverwogen toepassing van innovatieve technologie.” 

Royal HaskoningDHV en DSM organiseren in 2021 een reeks webinars over het gebruik van circulaire composieten voor het bouwen van bruggen. Als je meer wilt weten, registreer dan HIER om meer informatie te ontvangen. dan nemen we binnenkort via e-mail contact met je op.

 

Contact

Maurice Kardas

Business Development Manager

Amersfoort, NL

Send message Send message

Meer over circulaire composiet bruggen

Video