Bruggen Ahoy

Gisteren de Infratech bezocht in Ahoy Rotterdam. Traditioneel beton en staal voor civiele werken. Grote werken die wellicht in composiet zouden kunnen. Voor mij een redelijk onbekend terrein om te verkennen.
Wat ben ik zoal tegengekomen?

Een groot sloopbedrijf. Slopen gebeurt met een omgebouwde graafmachine die met een auxillary stick wat verder en hoger kan reiken om dan met een schaar een gebouw in brokjes van boven naar beneden af te knabbelen. Ik had altijd al aan een sloper willen vragen of er werkelijk een voordeel is als het verst uitstekende arm de helft lichter zou worden. Is het dan mogelijk om een grotere schaar te gebruiken en zo sneller te kunnen werken? Interessant gesprek, maar volgens de aanwezige specialist zou 40% of 1000 kg gewichtsbesparing weinig uitmaken. Misschien zit er een winst in het brandstofverbruik... ik weet zeker dat op goedkopere manieren meer brandstofbesparing te bereiken valt. De opgave om een zware sloop machine lichter te maken, moet ik voorlopig laten rusten.
Overgewicht blijft overigens wel een probleem om ergens in een oude binnenstad te mogen werken. Ook hier kun je het probleem ergens anders aanpakken door bijvoorbeeld het apparaat in onderdelen daarnaartoe te vervoeren. 

Minder opvallend in het dagelijks leven doch erg aanwezig waren leidingen en riool. Deze lijken al helemaal te zijn overgenomen door plastic of glasvezelversterkte varianten. Geen betonnen buis op de beurs te vinden. Of is dit een vertekend beeld? Worden op de beurs alleen de innovaties getoond en bestaat toch het gros van de nieuw te plaatsen rioolbuizen nog uit beton?

Interessant.
Op de beurs stonden maar liefst 3 aanbieders van bruggen (FiberCore, Bijl en Lightweight Structures), alle 3 van composiet. Is het afgelopen met betonnen bruggen en worden die alleen maar gesloopt (sloopmachines en puinverwerkers waren wel aanwezig op de beurs)? Is dit wederom een vertekend beeld? Dergelijke bruggen tot wel 80 meter overspanning worden in composiet ontworpen met stijfheid als belangrijkste ontwerp criterium. Ze zijn dus altijd wel sterk genoeg. Natuurlijk zijn composiet bruggen onderhoudsarm en lichter zodat de fundering aan beide zijden ook weer lichter kan. Een bezoeker vroeg aan FiberCore of er een risico was van wegwaaien als de brug zo licht is... Daar had FiberCore, denk ik, nog niet over nagedacht. Maar als de brug is weggewaaid, wil FiberCore de brug een eindje verderop weer oprapen en terugleggen. En dan wat extra schroeven gebruiken natuurlijk. Zou de trend van lichter construeren het zo ver brengen?

Ketelformule

Allereerst iedereen een gezond, succesvol en plezierig 2011 toegewenst.
Voor eenieder die in de composieten werkzaam is, moet dat, wat betreft succes en plezier, lukken. Kansen genoeg om mooie, betere en duurzame producten te maken.

Een voorbeeld van zo'n kans wil ik hier aanhalen. Sinds het eind van de 18e eeuw wordt er gewerkt met stoommachines en gerekend met de zogenaamde ketelformule (zie http://nl.wikipedia.org/wiki/Drukvat). Deze formule wordt gebruikt om de spanning te berekenen in een cilinder die onder druk staat. Met de formule kan worden berekend welke druk een LPG-tank in een auto aan kan, of tot welke diepte een onderzeeër kan afdalen en wellicht welke bloeddruk je aorta en andere bloedvaten kunnen verdragen.
De formule is als volgt:
De spanning in radiale richting (de kracht in de rondte van het vat) = druk*straal/wanddikte
De spanning in lengterichting (de kracht in de lengte van het vat) = druk*straal/(2*wanddikte)

Wat valt op aan de formules?

1. De spanning (radiaal en in lengterichting) neemt evenredig toe met de straal van het vat. Als de straal 2 keer zo groot wordt, moet de wanddikte ook 2 keer zo groot zijn om dezelfde druk te kunnen weerstaan. Maar ook de omtrek wordt 2 keer zo groot. Dus met 4 keer zoveel materiaal kan het volume ook 4 keer zo groot geworden. Grappig is dat het dus niet uit maakt wat materiaalkosten betreft of het vat 4 keer langer wordt gemaakt of 2 keer in diameter toeneemt. Het maakt cijferlijk niet uit of het volume uit de lengte of de breedte komt of dat gewoon 2 vaten worden gebruikt.
2. De spanning in de lengterichting is maar de helft van de spanning in radiale richting. Een stalen vat dat in lengte en radiale richting even dik is zal bij overbelasting dus scheuren over de lengte en niet in de rondte. Als je aan staal denkt voor een vat dimensioneer je eenvoudig op de grootste kracht. In composiet kan dat stukken beter.

Waar bamboe, zie composiet-in-de-natuur, de grootste krachten en dus de vezels in de lengte richting heeft zou een drukvat van composiet de meeste vezels in radiale richting hebben. Volgens de ketelformule 2 keer zoveel in radiale windingen als lengtewindingen. Ten opzichte van een stalen vat is dat een materiaal besparing van 25%. Bovendien zijn vezels veel lichter en ook nog sterker dan staal wat ook nog eens een flinke gewichtsbesparing geeft. Een tank van bijvoorbeeld een tankauto, een tankcontainer of een gastank in de auto kan dus heel veel lichter worden gemaakt. Volgens het Delftse bedrijf www.Low8.com geeft dat voor een LPG tank een gewichtsbesparing van 80%!
Hoe minder gewicht een zwaar wegend argument kan worden...