No image
Materiaalwetenschap

Is aluminium geschikt als constructiemateriaal voor verkeersbruggen?

Aluminium wordt reeds veelvuldig toegepast als dragend materiaal voor voetgangersbruggen. De gunstige sterkte-gewichtsverhouding en de goede weerstand tegen uniforme corrosie van veel legeringen bieden voordelen voor deze constructies ten opzichte van andere materialen. In veel gevallen kan bijvoorbeeld een coating achterwege worden gelaten, mits aandacht wordt besteed aan het voorkomen van galvanische corrosie. Maar is aluminium ook geschikt voor verkeersbruggen?

Verhouding stijfheid-sterkte

Voor dergelijke bruggen zijn bovengenoemde aspecten immers ook voordelig. De relatief lage stijfheid-sterkteverhouding van aluminium moet dan wel gecompenseerd worden door een iets grotere constructiehoogte, zoals is beschreven in dit artikel.

Vermoeiingssterkte

Blijft over de vermoeiingssterkte. Verkeersbruggen worden zwaar op vermoeiing belast door het passerende vrachtverkeer en vermoeiing kan daardoor bepalend zijn voor het ontwerp van de constructie. De vermoeiingssterkte van gelaste of geboute verbindingen in aluminium is ongeveer 1/3 à 1/2 van die van dezelfde verbinding in staal. Omdat de specifieke massa van aluminium ook 1/3 van die van staal bedraagt, lijkt hier op het eerste gezicht geen voordeel te behalen voor aluminium. Echter, schijn bedriegt. Door optimaal gebruik te maken van de mogelijkheden van de extrusietechniek kunnen we vermoeiingsgevoelige details in veel gevallen vermijden.

Een voorbeeld: Een extrusieprofiel zoals dit is goed geschikt als brugdek:

Door gebruik te maken van afrondingen in plaats van scherpe hoeken voorkomen we spanningspieken en vermoeiingsproblemen in de hoeken van een extrusieprofiel.

Blijft over de las. Vooral de las in de bovenflens behoeft aandacht omdat die direct de kracht vanuit vrachtwagenwielen moet opnemen. Om de spanning in de las te verminderen, kan de afstand tussen de diagonalen bij de las worden verkleind, zodat de buiging in de bovenflens ter plaatse van de las reduceert.

Tenslotte kan de dikte vergroot worden om de spanningen te verlagen. Door de mogelijkheden die extrusie ons biedt, hoeft deze verdikking enkel daar toegepast te worden waar we het nodig is, dus enkel bij de las.

Een consortium van bedrijven heeft enige tijd geleden een dergelijk profiel ontwikkeld en het is op vermoeiing beproefd bij TNO. Resultaat was een uitstekend gedrag bij vermoeiing. De ontwerplevensduur was veel groter dan de eis van 100 jaar.

Enkele voorbeelden van aluminium verkeersbruggen

Inmiddels zijn er meerdere volledig aluminium verkeersbruggen uitgevoerd. Voorbeelden zijn de Riekerhavenbrug te Amsterdam en een brug te Rhenen.

Aluminium kan dus voldoen aan de hoge eisen met betrekking tot stijfheid en vermoeiingssterkte en beschikt daarnaast over een gunstige sterkte-gewichtsverhouding en goede weerstand tegen uniforme corrosie. Aluminium is hierdoor dus zeker een interessante materiaalkeuze voor verkeersbruggen en andere constructies!