Uitzetting bruggen..

[Anton_v_U]

Hoe lost de natuur dit op bij een lange weg op een hete zomerdag? Ontstaan er boven een bepaalde temperatuur ribbels, de ribbels die de luchtspiegeling laat zien?

[attachment=13912:Luchtspiegeling.jpg]

Ik vraag me af of die ribbels in het plaatje geen optische illusie zijn die worden veroorzaakt door variatie in de brekingsindex van de lucht tgv temperatuursverschillen door wervelingen boven het hete asfalt o.i.d..

[jkien]

Ik vraag me af of die ribbels in het plaatje geen optische illusie zijn die worden veroorzaakt door variatie in de brekingsindex van de lucht tgv temperatuursverschillen door wervelingen boven het hete asfalt o.i.d..

Deze youtubevideo laat de luchtspiegelingen zien vanuit een rijdende auto. De luchtspiegelingen reageren niet op de auto's en vrachtwagen die er door heen rijden. Kennelijk ligt de spiegelende luchtlaag heel dicht op het oppervlak, waar het nog laminair is, en waar de luchtwervels van het verkeer boven langs waaien.

Tijdens de video verplaatsen de luchtspiegelingen zich zo te zien niet over de weg, ze 'verdampen' op hun plaats. Dat wijst erop dat de luchtspiegeling vaste 'golven' van het wegdek zichtbaar maakt.

[Anton_v_U]

De luchtspiegelingen reageren niet op de auto's en vrachtwagen die er door heen rijden.

Jemig, zelden werd een van mijn vele rare gedachtenkronkels op een overtuigender manier weerlegd.... Thanks !

[jkien]

Vanwege de zomerse temperatuur gaan vanaf vandaag 12 bruggen in Amsterdam voor langere tijd dicht. Grote boten kunnen er niet meer door. De bruggen werden al dagenlang gekoeld met water, maar door de aanhoudende warmte zitten ze nu bijna op slot. Eigenlijk is het vreemd dat ze geen voldoend grote dilatatievoeg hebben aangelegd. Hoe groot moet die zijn? Bij de Berlagebrug bijvoorbeeld is het brugdek dat opengaat 12 meter lang. Het maximale temperatuurverschil is ongeveer 70 °C. Het lengteverschil is dan 1 cm (uitgaande van de uitzettingscoefficient van staal). Waarom hebben ze geen dilatatievoeg met vingers gebruikt, zoals op de foto. Heeft zo een voeg nadelen?
 

[Michel Uphoff]

De kosten wellicht, of misschien gaan die voegen dichtzitten met deeltjes rubber, asfalt en vuil. Dan weer een kostenpost om ze weer open te maken.

Maar het lijkt mij sterk dat de economische kosten nu minder zijn, dus ik begrijp ook niet echt waarom een dergelijke oplossing niet standaard wordt toegepast.

Daarnaast; een voeg moet er zijn, en zoveel groter hoeft hij toch niet gemaakt te worden voor zeg eens 10 graden delta meer.

[Benm]

Dat soort voegen heeft zeker nadelen: bij lage temperatuur komt er allerlei rommel in die met extreme kracht wordt 'aangestampt' bij hogere temperatuur, waardoor het mogelijk niet meer functioneert, tenzij je het regelmatig schoonmaakt. 
 
Een ander nadeel lijken me winterse omstandigheden: als het koud is en die vingers open staan, en er bijvoorbeeld sneeuw op het oppervlak ligt dat net begin te smelten dan vult het geheel zich effectief met ijs. Gezien het enorme contactoppervlak gaat die brug dan echt niet meer open zolang het vriest. Als je een paar dagen hebt waarop het overdag net een beetje dooit en snachts vriest zit dat in de kortste keren muurvast. Uiteraard is dat geen probleem in gebieden waar het zelden tot nooit vriest of er geen neerslag is. 
 
Maar het is natuurlijk ook een kwestie van ontwerp voor een zekere temperatuur range: in nederland is het vrij zeldzaam kouder dan -20 of +30 celcius, ik kan me voorstellen dat de functionele eisen aan een systeem binnen die toleranties gegarandeerd moeten werken bij aankoop van een burg of iets dergelijks, en er dus geen garantie is dat ze buiten dergelijke temperaturen nog correct werken. Gezien er een systeem is waarbij opdrachten gegund worden aan de leverancier met de laagste prijs krijg je ook ontwerpen die nog net aan de gestelde eisen voldoen, en daarbuiten gewoon kunnen en mogen falen gezien die situatie niet in de eisen stond. 

[jkien]

Ik heb vanmiddag met een infraroodthermometer gemeten dat het natte wegdek van de Berlagebrug ongeveer 10 °C kouder is dan het droge. Dat vermindert de uitzetting van de 12 meter lange brugklep met ~1.5 mm, dat is eigenlijk niet veel. De spleet leek me vanmiddag nog wel 1 cm. 
 
Misschien gaat het om uitzetting van de hele brugoverspanning over de Amstel, die ~70 meter lang is, dan zou het afkoelen met 10 °C de uitzetting verminderen met 1 cm, wat niet gering is. Maar de zon beschijnt alleen de bovenkant van de brug, niet de onderkant. Ik kan me voorstellen dat de temperatuur van het stalen skelet van de brug minder afhangt van de temperatuur bovenop de brug, en meer van de luchttemperatuur onder de brug,  en het stralingscontact met het koele water onder de brug.

[Benm]

Als er een flink temperatuurverschil is in het staal aan de onder- en bovenkant van de brug zou dat ervoor zorgen dat de brug krom trekt, als het ware met een (extra) bolling in het midden. 
 
Bovendien is 1 cm per 10 graden bepaald niet niks: Laten we even aannemen dat de meest extreme omstandigheden in nederland ergens tussen -30 en +80 graden (van het asfalt, niet de lucht) kunnen belopen. Dat zou indien het verband linear is een verschil opleveren van 11 centimeter voor die brug over de amstel.
 
Ik vraag me wel af hoe hoog de temperatuur van die brug daadwerkelijk kan worden op een zonnige, windstille, hete dag: Op een "gewone" weg kan het asfalt zeker boven de 70 graden terecht komen, maar daar heb je natuurlijk niet de convectie zoals je die wel hebt om een brug. Wat dat betreft zou het wel interessant zijn als je met een IR thermometer zowel de boven als onderkant van de brug kunt meten, zeker op dagen als deze. De bovenkant lijkt me niet zo lastig, maar de onderkant... zou dat nog nauwkeurig zijn als je onder de brug gaat staan en het probeert te meten op tientallen meters afstand?

[king nero]

Een ander nadeel lijken me winterse omstandigheden: als het koud is en die vingers open staan, en er bijvoorbeeld sneeuw op het oppervlak ligt dat net begin te smelten dan vult het geheel zich effectief met ijs. Gezien het enorme contactoppervlak gaat die brug dan echt niet meer open zolang het vriest. Als je een paar dagen hebt waarop het overdag net een beetje dooit en snachts vriest zit dat in de kortste keren muurvast. Uiteraard is dat geen probleem in gebieden waar het zelden tot nooit vriest of er geen neerslag is. 

 
 Bekijk eens de kracht (of spanning) van de brug die wilt uitzetten, en vergelijk dit met de compressive strength van ijs (~ enkele MPa). Muurvast lijkt me het goede woord niet...

[jkien]

Wat dat betreft zou het wel interessant zijn als je met een IR thermometer zowel de boven als onderkant van de brug kunt meten, zeker op dagen als deze. De bovenkant lijkt me niet zo lastig, maar de onderkant... zou dat nog nauwkeurig zijn als je onder de brug gaat staan en het probeert te meten op tientallen meters afstand?

 

Ik heb gisteren de infraroodthermometer met plakband op een lange stok geplakt om de onderkant te kunnen meten terwijl ik bovenop de brug stond. De infraroodthermometer was schuin omhoog gericht naar de onderkant van de brug. Het resultaat staat in het diagram hieronder. Conclusie: het water koelt de brugklep sterk af, en de onderkant van de brug is veel koeler dan de droge bovenkant.

 

brug.png (16.42 KiB) 1494 keer bekeken

Bovenaanzicht van de Berlagebrug, met temperaturen in °C volgens infraroodthermometer, tijdens een hete zomermiddag. Groen: temperatuur van de onderkant van de brug, rood: temperatuur van de bovenkant. Paars: temperatuur van het water van de Amstel, volgens de infraroodthermometer. Blauw: natte zone op de brug. De brugklep wordt natgespoten, en de verkeersstroom neemt het water mee.

Gisteren bleek hoe het mis kan gaan. Een ongekoelde brug is met een knal open gesprongen. Als er verkeer op gestaan had was iedereen de lucht in gevlogen. (link)

[Benm]

Ai, je zou er inderdaad maar op staan als zoiets openspringt, zeker in de buurt van het midden zou een voetganger een flinke lancering en gevaarlijke landing kunnnen maken. 
 
Wat me wel opvalt aan die tekening: eigenlijk wordt maar de halve brug gekoeld, maar dat scheelt natuurlijk ook al een flink stuk. Ik vraag me echter af wat het idee erachter is: specifiek de brugklep koelen, of toch de hele brug om  uitzetting daarvan te beperken - het lijkt me niet zoveel meer werk om het hele oppervlak nat te houden. 

[jkien]

Wat me wel opvalt aan die tekening: eigenlijk wordt maar de halve brug gekoeld, maar dat scheelt natuurlijk ook al een flink stuk. Ik vraag me echter af wat het idee erachter is: specifiek de brugklep koelen, of toch de hele brug om  uitzetting daarvan te beperken - het lijkt me niet zoveel meer werk om het hele oppervlak nat te houden.

 
Later zag ik dat ze de slangen anders hadden neergelegd waardoor de droge banen van de tekening natgespoten werden. Blijkbaar kunnen ze met twee slangen niet alles tegelijk nat maken, en wisselen ze het af. 

[Benm]

Dat zal het dan wel zijn inderdaad
 
Overigens is het denk ik vooral een probleem met oude bruggen en dergelijke: zo'n klein bruggetje in amsterdam centrum dat aan diggelen gaat door de warmte, terwijl een enorme constructie als de erasmusbrug in rotterdam er geen enkel probleem mee lijkt te hebben en ook niet gekoeld hoeft te worden. 
 
Hier in utrecht hebben we ook de nodige bruggen en dat lijkt over het algemeen ook niet zoveel problemen op te leveren. Iets recents als de prins Claus brug over het amsterdam rijnkanaal gaat prima ondanks de aanzienlijke lengte (230 meter oid). Het is daarmee niet direct vergelijkbaar met de erasmusbrug die 3 keer zo lang is, overigens wel gemaakt door dezelfde ontwerper. 

[klazon]

De totale lengte van een brug zegt niet zo veel. Bij de Erasmusbrug is het grootste deel vast en daar houden ze echt wel rekening met thermische uitzetting. Het gaat meestal fout bij de beweegbare klep.
In Middelburg hebben we de Schroebrug, die is jaren geleden ook een paar keer vastgelopen. Dan moest de brandweer er aan te pas komen om de zaak nat te spuiten. Maar nadat ze in één jaar drie dagen achter elkaar moesten uitrukken hebben ze tegen de beheerder gezegd: we stoppen er mee, zorg zelf maar voor een oplossing. Toen hebben ze op een avond de klep een stukje omhoog gezet en zijn een aantal mannetjes de hele nacht met slijptollen bezig geweest om hem een paar millimeter korter te maken. Bij metingen bleek dat er in het ontwerp genoeg uitzetruimte was voorzien, maar de landhoofden waren een stukje naar elkaar toe gezakt. Was een kwestie van millimeters, maar net genoeg om de zaak klem te zetten.

[Benm]

Dat kan natuurlijk ook nog... wel geluk dat je voldoende metaal hebt om er millimeters vanaf te kunnen slijpen.