C-Bridge: Stappenplan naar Ontwerp, Regelgeving en Constructie van Composietbruggen in Vlaanderen

(Engelstalige pagina)

Composieten vertonen een belangrijk potentieel voor de Vlaamse bruggenbouw. Zo zijn ze verhoudingsgewijs sterker en lichter dan klassieke bouwmaterialen zoals beton en staal, zijn ze duurzamer dan bijvoorbeeld hout en vergen ze minder onderhoud.

In het bijzonder wanneer gekeken wordt naar fiets- en voetgangersbruggen leert de buitenlandse ervaring dat dit type bruggen een meerwaarde biedt. In het kader van de vergroening van de mobiliteit zal dit soort bruggen in de toekomst een veel belangrijker aandeel uitmaken van de openbare infrastructuur. Maar ook voor wegbruggen voor licht en matig wegverkeer, voor brugdekken en voor vervangings- en uitbreidingsopdrachten van bestaande bruggen biedt het materiaal belangrijke troeven.

Bij aanvang van het project in 2018 waren er in Vlaanderen nog maar een 4-tal kleinschalige bruggen in composieten. Het beperkte aantal realisaties in België waren voor een groot deel te wijten aan de gebrekkige kennis bij opdrachtgevers (overheden en particulieren), projectleiders, ontwerpers en uitvoerders waardoor deze optie ofwel niet bekend is of met een zekere graad van argwaan werd bekeken. Daarnaast bestaan er tot op heden geen normen op Belgisch of Europees niveau voor de berekening van dergelijk composietstructuren, hetgeen een aantal moeilijkheden meebrengt in het ontwerp.

Dit TETRA-project, beëindigd in 2020, had tot globaal doel om het ontwerp, de realisatie en de bouw van composietbruggen in Vlaanderen te stimuleren, en dit door het ter beschikking stellen van de noodzakelijke kennis onder de meest geschikte vorm. Deze kennistransfer heeft toelaten aan de voorschrijvers en bouwheren om weloverwogen keuzes te kunnen maken maar bied tevens ook de mogelijkheid aan verschillende Vlaamse ondernemingen om de transformatie naar deze nieuwe en veelbelovende markt mogelijk te maken.

Het project is onderverdeeld in 7 werkpakketten:

1. Kennisvergaring en vertaling
2. Bestekbepalingen
3. Structurele analyse en normeringen
4. Kostenaspecten
5. Uitvoering, opvolging, onderhoud en oplevering
6. Langetermijnperspectieven
7. Stappenplan composietbruggen

Hieronder worden de projectresultaten per werkpakket in de vorm van Whitepapers gebundeld. In aanvulling op deze Whitepapers worden ook enkele internationale publicaties vermeld die in het kader van dit project zijn voorbereid. In het werkpakket Structurele analyse en normeringen tenslotte werd ook een Excel rekentool ontwikkeld voor een eerste dimensionering van een composietbrug.

Aan het einde van het project werd een studienamiddag georganiseerd. De presentaties van het C-Bridge slotevent inclusief een korte conclusie en overzicht van enkele belangrijke cijfers van het C-Bridge project kunnen op het einde van deze projectwebsite teruggevonden worden.

1    Kennisvergaring en vertaling

In dit eerste werkpakket wordt de state-of-the-art in het binnen- en buitenland van de bestaande composiettoepassingen in de bruggenbouw in kaart gebracht aan de hand van een uitgebreid literatuuronderzoek. Hiertoe behoort een uitgebreide beschrijving van de in de bouwsector gebruikte composieten, inclusief de productiemethodes, een algemene structurele werking van composieten en de gebruikte testmethoden voor de bepaling van de materiaaleigenschappen. De huidig uitgevoerde composietbruggen in Vlaanderen werden uitgezet op een kaart welke voor het brede publiek beschikbaar is. Deze kaart is hieronder weergegeven en heeft voor de verschillende bruggen een korte beschrijving.

De resultaten van werkpakket 1 worden beschreven in de Whitepaper ‘Kennisvergaring en vertaling’. Deze Whitepaper geeft in de eerste plaats een korte kennismaking met composietmaterialen en de mogelijke aandachtspunten bij het gebruik. Verder wordt een state of the art van de composiettoepassingen in structurele applicaties met een nadruk op bruggenbouw weergegeven en wordt deze getoetst aan de Vlaamse context door het in kaart brengen van de composietbruggen in Vlaanderen. Vervolgens wordt een diagnosematrix met betrekking tot de hiaten in de kennis van de leden van de gebruikersgroep opgesteld om de nodige kennis aan te reiken om in eigen beheer een Vlaams composiet-project te ontwerpen, te bestellen, te bouwen en/of te evalueren en op te leveren. Als laatste worden representatieve cases vastgelegd die in de loop van de andere werk-pakketten terug zullen komen en helpen bij meerdere project-objectieven.

In het kader van dit werkpakket werd één (C1) conference paper voor het CICE 2020 congres voorbereid.

10th International Conference on Fibre-Reinforced Polymer Composites in Civil Engineering (CICE 2020) Istanbul Technical University, Turkey, 30 juni – 2 juli 2021

FRP bridges in the Flanders region: Experiences from the C-bridge project

W. De Corte J. Uyttersprot R. Somers

2    Bestekbepalingen

Door het beperkte aantal uitgevoerde composietbruggen in Vlaanderen, in vergelijking met ons buurland Nederland, zijn er slecht een klein aantal beschikbare bestekteksten specifiek voor composietbruggen. De huidige bestekteksten zijn dan ook vaak gerelateerd aan het Vlaamse standaardbestek 260 voor kunstwerken en waterbouw. Om die reden wordt gekeken naar de Nederlandse ervaring en hoe zij omgaan met het ontwerp, de uitvoering, de oplevering en de opvolging van composiet projecten in de bruggenbouw.

De resultaten van werkpakket 2 worden beschreven in de Whitepaper ‘State of the art bestekteksten Composietbruggen’. Deze Whitepaper geeft een state of the art van de bestekteksten voor vezelversterkte kunststof bruggen. Dit overzicht werd opgesteld op basis van verschillende interviews van bouw-professionelen met uitgebreide praktische ervaring met het materiaal in deze context en een diepgaande analyse van voorbeeld-bestekteksten in de context van de CUR96:2019.

3    Structurele analyse en normeringen

Op dit ogenblik is er geen enkele Belgische of Europese norm rond het ontwerp van composietstructuren zoals bruggen. Echter is er wel een ‘Technical Specification’ in voorbereiding die op termijn een Eurocode zal worden. Een Europese productnorm EN13706 rond pultrusieprofielen bestaat wel. Deze norm is vooral relevant voor de productiekenmerken en -eisen maar niet voor het eigenlijke ontwerp. In dit werkpakket wordt een samenvatting van de bestaande richtlijnen en normdocumenten gegeven met een advies hoe, waar en in welke combinatie deze standaarddocumenten te gebruiken in afwachting van een Europese regelgeving. Daarnaast wordt tevens een samenvatting van de bestaande ontwerpmethodieken en softwarematige analysetechnieken gegeven en hieraan gekoppeld een advies hoe, waar en in welke combinatie deze te gebruiken.

De resultaten van werkpakket 3 omtrent normeringen worden beschreven in de Whitepaper ‘Richtlijnen en Normen’. Deze Whitepaper geeft een overzicht van de Europese richtlijnen die momenteel beschikbaar zijn voor het ontwerp van composietstructuren in bouwkundige en civieltechnische toepassingen, de verschillen tussen de Nederlandse richtlijn CUR96:2019 en het EuCIA document ‘Prospect for new guidance in the design of FRP structures’ en een bespreking van de verschillende hoofdstukken in de CUR-Aanbevelingen.

Gerelateerd aan de berekeningswijze vermeld in de CUR96:2019 is binnen dit werkpakket tevens een Whitepaper ‘Ontwerpmethodes en softwarematige analysetechnieken’ opgesteld die de analytische berekeningswijze van een vezelversterkte kunststoffen fietsers- en voetgangersbrug aan de hand van een rekenvoorbeeld beschrijft. De berekeningswijze wordt geïntegreerd in een Excel rekentool, die een eerste inschatting maakt van het materiaalgebruik voor een composietbrug met bepaalde randvoorwaarden en afmetingen. Tenslotte worden de analytische resultaten vergeleken met meer gedetailleerde eindige elementenanalyses.

In het kader van dit werkpakket werd één (C1) conference paper voor het IALCCE 2020 congres en één peer-reviewed (A1) paper in het internationaal tijdschrift Composite Structures voorbereid.

	Seventh International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering (IALCCE 2020) Tongji University (Shanghai) 27 – 30 oktober 2020	Calculation tool for the design of GFRP bridges with a single span: an analytical approach	J. Uyttersprot W. De Corte W. Van Paepegem
	Composite Structure Volume 2020, 113334	Influence of SLS design requirements on the material consumption and self-weight of web-core sandwich panel FRP composite footbridges	J. Uyttersprot W. De Corte B. Ingelbinck

4    Kostenaspecten

In dit werkpakket wordt gefocust op de kostenaspecten die relevant zijn voor een constructie uit composieten, en die op sommige punten zullen verschillen van andere traditionele bouwmaterialen zoals gewapend beton en staal door bijvoorbeeld het meer doorgedreven prefab karakter van composietbruggen, beperkter funderingen of de deels veranderde samenwerking tussen studie, voorbereiding werf en productie. Tevens worden relevante partners voor het realiseren van (brug)projecten met composieten in kaart gebracht.

De resultaten van werkpakket 4 worden beschreven in de Whitepaper ‘Waarom composieten?’. Hierin wordt overzicht gegeven van de voordelen en het gebruik van glasvezelversterkte kunststoffen in de bruggenbouw. Hierbij wordt gebruik gemaakt van reeds uitgevoerde bruggen die aangeleverd werden door de leden van de gebruikersgroep en die terug te vinden zijn via elektronische bronnen.

5 Uitvoering, opvolging, onderhoud en oplevering

In dit werkpakket wordt de uitvoering, de werfopvolging, de oplevering en het onderhoud van composietbruggen bekeken. Voor de uitvoering, de werfopvolging en het onderhoud zal in eerste instantie gekeken worden naar de Nederlandse ervaring. Voor de eisen bij oplevering is het vanuit structureel oogpunt belangrijk te noteren dat parameters zoals sterkte, stijfheid, eerste eigenfrequentie en trillingsdemping niet eenvoudig uit klassieke materiaaltesten zijn te bepalen. De basisgegevens van sterkte en stijfheid van hars en vezels zijn bekend maar het oneindige aantal combinaties van die twee materialen in massaverhouding en vezelrichtingen laat alleen een voorspelling toe van de eigenschappen van het uiteindelijke composiet. Het is daarom niet gebruikelijk om testen te eisen op het composietmateriaal, dat enkel in exact dezelfde samenstelling beschikbaar is in de brug zelf. Stijfheid en trillingsgedrag worden typisch gemeten op de volledige as-built constructie, voorafgaand of in extenso aan de plaatsing. Dit houdt dus een verschuiving in op het vlak van kwaliteits- en opleveringscontroles, van materiaalniveau naar structuurniveau.

De resultaten van werkpakket 5 worden beschreven in de Whitepaper ‘Opleveringsproeven’. Deze geeft een overzicht van enkele tijdens de loopduur van het project uitgevoerde opleverings-proeven. Hierbij gaat het voornamelijk om trillingsproeven op tien composietbruggen in Vlaanderen uitgevoerd door UGent, trillings-proeven op de stroomafwaartse Canadabrug te Brugge uitgevoerd door KULeuven, belastingsproeven met een dienstvoertuig op de stroomafwaartse Canadabrug en de brug in Tremelo door MOW en een halflastbelastingsproef en kwartlast-kruipproef op de stroomopwaartse Canadabrug uitgevoerd door WTCB.

In het kader van dit werkpakket werd één (C1) conference paper voor het IALCEE 2020 congres en één peer-reviewed (A1) paper in het internationaal tijdschrift Composite Structures voorbereid.

	Seventh International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering (IALCCE 2020) Tongji University (Shanghai) 27 – 30 oktober 2020	Assessment of human-induced vibrations on GFRP pedestrian and bicycle bridges in Flanders	W. De Corte J. Uyttersprot
	Composite Structure Volume 2020, 113334	Measured dynamic properties of web-core sandwich panel FRP composite footbridges and their relation to pedestrian comfort analysis	J. Uyttersprot W. De Corte

6 Langetermijnperspectieven

Net zoals voor andere courant traditionele bouwmaterialen (gewapend beton en staal) is de milieu impact per kg of m³ materiaal voor composietmaterialen niet gering. In de zoektocht naar milieuvriendelijke alternatieven zijn in andere sectoren al tal van andere vezels (natuurvezels zoals hennep of vlas), harsen (gedeeltelijk of volledig bio gebaseerd) en kernmateriaal (PLA) toegepast. De ontwerplevensduur van 100 jaar voor bouwkundige constructie is echter gevoelig hoger dan deze voor courante gebruiksvoorwerpen zoals in de automobielsector. Daarnaast zijn bruggen onderworpen aan heel strenge uitwendige belasting. In dit werkpakket zal de stand van zaken rondom milieuvriendelijke alternatieven binnen de bruggenbouw gedissemineerd worden aan de hand van de concrete case van de bio-composietbrug in Ritsumasyl, zodat de gebruikersgroep een correct inzicht krijgt in deze materie en over de huidige beperkingen ervan. In dit werkpakket zal tevens de Nederlandse ervaring omtrent de LCA-studie van courante bouwkundige composietmaterialen worden gedissemineerd aan de hand van de concrete cases die voorhanden zijn.

De resultaten van werkpakket 6 worden beschreven in de Whitepaper ‘Langetermijnperspectieven’. Deze Whitepaper verschaft inkijk in de verschillende stappen van het voorafgaande onderzoek en de opvolging van de innovatieve voetganger- en fietsersbrug in Ritsumasyl, die opgebouwd is uit bio-composieten met het oog op een hoge duurzaamheid en milieuvriendelijkheid. Daarnaast worden ook de resultaten van LCA-studies op composietbruggen besproken.

7 Stappenplan composietbruggen

Om concrete composietprojecten in de toekomst te stimuleren, wordt in eerste instantie ingezet op de publicatie van een richtlijn “Stappenplan Composietbruggen”. Deze richtlijn zal bouwheren, ontwerpers, aannemers en producenten in staat stellen het volledige (bouw)proces voor een composietbrug te doorlopen. De richtlijn vormt een bundeling van de theoretische analyses uit de verschillende werkpakketten aangevuld met uitvoerig gedocumenteerd en geconcretiseerd casestudies.

De resultaten van werkpakket 7 worden beschreven in de Whitepaper ‘Stappenplan Composietbruggen’. Deze Whitepaper geeft een overzicht van de chronologisch te doorlopen stappen om tot een vezelversterkte kunststof brug te komen. Het overzicht werd opgesteld op basis van de verschillende Whitepapers opgesteld in het kader van het TETRA-project C-Bridge. Deze Whitepaper vat de voornaamste bevindingen samen in een overzichtelijke flowchart die de bouwprofessional zal ondersteunen om tot een goede VVK-realisatie te komen.

C-bridge slotevent

Op 10 december 2020 werd het slotevent van het TETRA-onderzoeksproject C-bridge georganiseerd. Met 173 inschrijvingen uit verschillende domeinen van de bouwsector (overheidsinstellingen, gemeenten en steden, privébedrijven en -instellingen en universiteiten) en meer dan 120 deelnemers die het volledige slotevent van begin tot einde hebben gevolgd, was het slotevent zeker een groot succes. Hieronder kan een oplijsting teruggevonden worden van de verschillende presentaties gedurende het slotevent.

• Jordi Uyttersprot (Universiteit Gent) over de voordelen en het gebruik van composieten in de bruggenbouw.
• Bram Ingelbinck (Universiteit Gent) over de C-Bridge rekentool en twee uitgewerkte bestaande cases.
• Rob Somers (MOW Expertise Staal & Beton) en Petra Van Itterbeeck (WTCB) over de Canadabruggen te Brugge en de hierop uitgevoerde proeven.
• Jordi Uyttersprot (Universiteit Gent) over trillingsproeven op verschillende Vlaamse composietbruggen.
• Petra Van Itterbeeck (WTCB) over de type bestekteksten voor composietbruggen.
• Bram Ingelbinck (Universiteit Gent) over LCA-studies en het gebruik van bio-composieten in composietbruggen

Conclusies en cijfers

Over het algemeen kan geconcludeerd worden dat het C-Bridge onderzoeksproject een grote interesse van en kennisverspreiding binnen de overheden en de bedrijven heeft teweeggebracht. Deze conclusies kan gestaafd worden aan de hand van de onderstaande cijfers die het succes van het project weerspiegelen.

• Tijdens het project zijn vier bijkomende partners toegetreden aan de gebruikersgroep, dit heeft geleid tot een totaal van 20 leden.
• Op het slotevent van het C-Bridge project waren 150+ aanwezigen.
• Gedurende het project zijn 21 bijkomende composietbruggen in Vlaanderen gebouwd met een totaal van 26 composietbruggen in Vlaanderen op het moment van publiceren van dit verslag.
• Gedurende het project zijn 14 cases opgevolgd in samenwerking met de gebruikersgroep.

Daarnaast heeft het onderzoeksproject tot een grote hoeveelheid opgeleverde resultaten. Hierbij gaat het zowel over Whitepapers die zorgen voor een algemene kennisverspreiding als verschillende cases studies die zorgen voor een concrete implementatie van de kennis. Tevens heeft dit C-Bridge onderzoeksproject een belangrijke functie in de disseminatie van de kennis naar het onderwijs. De projectresultaten zullen in de opleiding industrieel ingenieur bouwkunde geïmplementeerd worden en zullen de huidige generatie ingenieurs meer vertrouwd maken met het composietgebeuren. Hieronder kunnen de belangrijkste projectresultaten van het TETRA C-Bridge project teruggevonden worden.

• Er werden vier gebruikers- en drie klankbordgroepvergaderingen georganiseerd.
• Er werden drie studiedagen georganiseerd.
• Er werden zeven Whitepapers met de gebruikersgroep gedeeld en gepubliceerd.
• Er werd een rekentool voor een eerste inschatting van de dimensies en de prijs met de gebruikersgroep gedeeld en gepubliceerd.
• Er werden twee A1 peer reviewed journal papers en drie conference papers met input uit het C-Bridge project gepubliceerd.
• Er werden zes afstudeerwerken (Ba-Ma) voorbereid aan de UGent.
• Composieten wordt als keuzevak ‘Bouwkundige staal- en composiettoepassingen’ aan de industrieel ingenieurs aangeboden.

Leden van de gebruikersgroep

Onderzoeksinstellingen

Met steun van

Projectteam