Sensorer kan gjøre broer tryggere og mer miljøvennlige

Jevnlige kontroller av broer kan være kostbart og lite miljøvennlig, og blir ofte gjort når skaden først har skjedd. 

Mer enn 30 prosent av jernbanebroene i Norge er over 100 år gamle, og de er opprinnelig laget for tog med lavere hastighet og mindre last enn i dag. 

Når global oppvarming kombineres med høyere fart og mer last, blir broene mer utsatt for skade og kollaps.

Det er rundt 18 000 broer i Norge, som alle trenger en sjekk hvert femte år for å kunne gjøre nødvendig vedlikehold og endringer. Dette krever tid, penger og menneskelig arbeidsinnsats.

Smarte løsninger prøves ut

Et substitutt til dette er smartere konstruksjoner som ved hjelp av sensorer overvåker og måler jevnlige vibreringer i broene, og registrerer behov for vedlikehold og endringer. 

Dette har kun vært gjort digitalt gjennom simuleringer, men nå skal en fysisk bro benytte seg av denne løsningen. 

Emrah Erduran, førsteamanuensis ved Institutt for bygg- og energiteknikk på Fakultet for teknologi, kunst og design (TKD), jobber med et slikt prosjekt. 

Erduran forsker på struktursikkerhet, og har ekspertise på hvordan konstruksjoner oppfører seg når de eksponeres for dynamiske effekter. 

Et eksempel på dette er stødigheten til brokonstruksjoner når de kjøres over av tog. Da gir toget fra seg dynamiske bølger.  

Stange-broen ved Hamar

Jernbaneovergangen på Stange ble designet i 1999 og bygget i 2002. Mange broer har blitt endret og utvidet gjennom årene, men togenes hastighet og last har økt enda raskere i løpet av denne tiden. 

Feil og mangler bør derfor oppdages før det er for sent. Mellom 2021 og 2022 blir derfor jernbaneovergangen i Stange utstyrt med såkalte ”smart-bridge”- sensorer. 

I tillegg har det blitt utviklet en detaljert 3D-modell av broen i strukturanalyseprogrammet SAP2000. 

Det blir installert et instrumentasjonsoppsett i selve broen av OsloMet i samarbeid med Bane NOR, i mars 2021. 

Bane NOR er ansvarlig for vedlikehold og kontroll av mer enn 3000 jernbanebroer i Norge.

Dataene fra sensorene vil bli evaluert og analysert ved hjelp av forskjellige metoder, blant annet med maskinlæring og kunstig intelligens. 

På bildene kan du se en 3D-gjengivelse av broen med fokus på en av støttene, og utsikten fra østsiden av broen.

Handler også om bærekraft

Om skader på en bro oppdages for seint, kan det bli dyrt, og det kan være lite miljøvennlig. Det kan kreve utbedring med mye betong eller stål, som verken er billig eller miljøvennlig å produsere. 

Hvis broen i tillegg må stenges, kan det føre til at trafikk må ledes rundt i månedsvis. Ved bruk av sensorer blir det kanskje bare nødvendig å stenge broen i et par dager, i tillegg til å spare inn på materialer til utbedring. 

Hva skjer i framtiden?  

Forskningsområdet Erduran jobber med er fortsatt i en tidlig fase, men det er et tema med global interesse. Et videre steg i forskningen kan ifølge Erduran være ”Cross sourcing”, altså å samle inn data fra flere kilder.  

– Nå jobbes det mest med å sette sensorer på broene, men etter hvert kan vi sette det på togene også. Da kan vi se hvordan de korrelerer med hverandre, slik at vi ikke kun forstår broen alene, sier Erduran. 

Dette er et stort prosjekt som krever flere steg før forskerne er i mål. Eksempelvis kan målinger av metall i toget måle temperaturer annerledes enn data fra broen. Dette er en av flere faktorer som må vurderes. 

Prosjektet Erduran jobber med hører til under OsloMets forskningsfelt ”Smarte byer”, som universitetet har store ambisjoner for, spesielt de kommende årene.