Op dit moment is de enige factor die bepaalt wanneer een weg nieuw asfalt nodig heeft, de toestand van het wegdek zelf. De toestand van de asfaltlaag eronder is echter ook een belangrijke indicator die tot nu toe onvoldoende in aanmerking is genomen. Om deze te beoordelen zijn alleen indirecte meetmethoden beschikbaar, die ofwel alleen het oppervlak meten ofwel de weg beschadigen door er in te boren. Een nieuw monitoringsysteem van Fraunhofer-onderzoekers en partners detecteert schade in een vroeg stadium en controleert continu de toestand van de onderliggende asfaltlaag, op een uitgebreide manier en zonder schade te veroorzaken.
Sensoren in het asfalt
Het belangrijkste onderdeel van de nieuwe oplossing is een netwerk van sensoren in het asfalt. AI-algoritmen om de gegevens te analyseren maken ook deel uit van het systeem. De onderzoekers hopen dat de interactie tussen de sensoren en AI in de toekomst zal helpen om de toestand van wegconstructies in realtime te beoordelen.
Schade in asfalt door verkeer en omgevingsfactoren
Wegen worden zwaar belast door verkeer en omgevingsfactoren. Op lange termijn leiden deze factoren tot scheuren en andere defecten in het asfalt. Micro-scheurtjes en schade aan diepere lagen zijn echter niet met het blote oog waarneembaar. Het huidige proces voor het beoordelen van de structurele toestand van de asfaltonderlaag omvat het boren van een kernmonster. Dit is een destructieve, tijdrovende meetmethode die de weg verder beschadigt en wegafsluitingen vereist. Deze methode is ook beperkt tot zeer lokaal gebruik. In sommige gevallen leidt deze situatie tot langdurige en ineffectieve herstelwerkzaamheden, omdat de volledige omvang van de schade vaak niet op tijd wordt gedetecteerd.
Slim meet- en analysesysteem
Hoe kan het proces van planning voor het opnieuw asfalteren van wegen, met al deze factoren in het spel, duurzamer en kostenefficiënter worden gemaakt, met langdurigere resultaten en minder verkeershinder? Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI hebben de handen ineengeslagen met partners in het SenAD2-project om deze uitdaging aan te gaan. Ze ontwikkelen een slim meet- en analysesysteem. Het systeem kan worden gebruikt om de toestand van de asfalt onderlaag op een niet-destructieve manier, over een groot gebied en op continue basis te monitoren. Hierdoor zijn planners beter in staat om wegdekvernieuwing aan te pakken.
Slijtage aan asfalt bepalen en voorspellen
Het doel is dat het systeem in de toekomst het mogelijk maakt om de mate van slijtage van asfaltwegen te bepalen en te voorspellen. “Ons doel is om over een langere periode te kunnen plannen, de veranderingen in de toestand van de weg continu te monitoren en op basis daarvan prognoses op te stellen en deze te integreren in het onderhoudsbeheer”, zegt Christina Haxter, onderzoekswetenschapper bij Fraunhofer WKI. “Hierdoor gaan de wegen niet langer mee, maar wordt het monitoren van hun toestand wel verbeterd.”
Vlasvezel verweven met elektrisch geleidende draad
Het belangrijkste onderdeel van het systeem is een weefsel gemaakt van vlasvezels en sensorcomponenten dat goedkoop te produceren is, zodat het over grote oppervlakken kan worden gebruikt. De sensordraad heeft een diameter van minder dan een millimeter. Deze wordt tijdens het weefproces rechtstreeks in het natuurlijke vezelweefsel verwerkt, dat zeer goed bestand is tegen verschuivingen of verplaatsingen. Dikke, zware garens en brede tussenruimtes stabiliseren het materiaal.
Zware omstandigheden
“De stof moet zo worden ontworpen dat de structuur in het asfalt niet wordt aangetast. De sensoren mogen ook niet worden beschadigd tijdens het weefproces of wanneer de stof in de wegbedding wordt aangebracht”, legt Haxter uit. Bovendien moet de stof het gewicht van vrachtwagens en asfalteermachines tijdens de bouwwerkzaamheden kunnen weerstaan. De sensorstof wordt geproduceerd met behulp van een dubbel grijperweefgetouw van Fraunhofer WKI. De stof wordt geproduceerd in een breedte van 50 centimeter, in elke gewenste lengte. “De stof is ontworpen om de zware omstandigheden tijdens de installatie en de omgevingsomstandigheden te weerstaan, zoals onze eerste tests hebben aangetoond”, legt Haxter uit.
Continu status van asfalt meten
Eenmaal in het asfalt ingebed, heeft het sensorweefsel als taak om continu metingen te verrichten, zodat conclusies kunnen worden getrokken over de interne toestand van de asfaltonderlaag. De belastingen die op wegen worden uitgeoefend, zorgen voor spanning op de asfaltbasislaag, wat ook veranderingen in de toestand van de elektrisch geleidende sensoren veroorzaakt. Naarmate het sensormateriaal uitzet, verandert ook de elektrische weerstand ervan. Dit kan worden gemeten en de verandering in weerstand kan worden gerelateerd aan de schade aan de asfaltbasislaag of aan de toestand van de weg. De sensordraad is aangesloten op een meeteenheid aan de kant van de weg die de gegevens opslaat en de informatie doorgeeft aan de analysesoftware.
Tests in industriegebieden: Als eerste stap wordt de sensorstof over de volledige breedte van het wegdek geïnstalleerd. (Foto: Fraunhofer WKI)
Digitalisering, sensoren en AI voor wegenonderhoud
Een andere innovatie van het project ligt in de AI-methoden die worden gebruikt om de gegevens van de asfaltonderlaag te analyseren. Nieuwe berekeningsmethoden die voor dit doel zijn ontwikkeld, bepalen de huidige toestand van het wegdek. Ze voorspellen ook de verwachte voortgang van de schade. Op basis hiervan kunnen de instanties die verantwoordelijk zijn voor de wegenbouw in een vroeg stadium de nodige maatregelen voor wegenonderhoud nemen. De gegevens worden gevisualiseerd met behulp van een internetplatform met een dashboard. Ook dit is in het kader van het project ontwikkeld. Het is de bedoeling om het platform te gebruiken om alle relevante informatie voor te bereiden en ter beschikking te stellen aan overheidsinstanties, omwonenden, bedrijven, weggebruikers en andere personen en entiteiten die door de bouw- en onderhoudswerkzaamheden worden getroffen.
Tests in industriegebied
Na een succesvolle eerste reeks haalbaarheidstests in het laboratorium worden nu tests uitgevoerd met een demonstratiemodel op een vlak testtraject in een industriegebied. De sensoren zijn over de volledige breedte van het wegdek geïnstalleerd. Meet- en analyseknooppunten registreren de veranderingen in weerstand in de sensoren wanneer een voertuig over het demonstratiemodel rijdt.
Openingsfoto: Eenmaal in het asfalt ingebed, heeft het sensorweefsel als taak om continu metingen te verrichten, zodat conclusies kunnen worden getrokken over de interne toestand van de asfaltonderlaag. (foto: © Fraunhofer WKI)
Lees ook: AI-modellen voorspellen onderhoudsbehoeften van vliegtuigen
