dossier

Sensornetwerk brengt aardbevingstrillingen in kaart

20 februari 2015 • 4 min leestijd

Dat aardbevingen schade aan gebouwen kunnen veroorzaken, is algemeen bekend. Minder duidelijk is hoe en hoe hard trillingen uit de ondergrond zich in gebouwen voortplanten en wanneer dit resulteert in schade aan de gebouwen. Een sensornetwerk in Groningen brengt de antwoorden op die vragen dichterbij.

Trillen en beven doen vrijwel alle huizen en gebouwen op z’n tijd. Dat kan allerlei oorzaken hebben: een hard dichtgeslagen deur, een langsrijdende vrachtwagen of heiwerkzaamheden in de buurt. Zulke trillingen blijven binnenshuis vaak onopgemerkt en veroorzaken meestal geen blijvende schade. Dat gaat niet op voor aardbevingsgevoelige gebieden, zoals de provincie Groningen. Hier komen soms heftigere trillingen voor die ernstige schade kunnen veroorzaken aan huizen en gebouwen.

Trillingen in woningen meten

Omdat er nog weinig bekend is over de relatie tussen de hoeveelheid beweging en de hoeveelheid schade, kwam TNO met het idee om trillingen in Groningse woningen te gaan meten. ‘Als je echt wilt weten wat er in een woning gebeurt tijdens een aardbeving’, aldus schade-expert Huibert Borsje in zijn advies aan de NAM, ‘dan kun je er het best een bewegingssensor in aanbrengen.’ Inmiddels heeft TNO 300 panden –280 woningen en 20 publieke gebouwen – uitgerust met sensoren die continu trillingen meten. Samen vormen ze een netwerk dat een groot deel van de provincie Groningen beslaat.

Verzoek NAM

Met dit advies reageerde Borsje op het verzoek van de NAM om een analyse te maken van de schade aan gebouwen na de aardbeving in Huizinge, op 16 augustus 2012. Deze beving had een magnitude van 3,6 op de schaal van Richter – ongekend sterk voor Nederlandse begrippen.In hetzelfde gebied registreert KNMI hoe in de diepe ondergrond aardbevingen ontstaan en hoe de bijbehorende trillingen zich voortplanten. TNO-projectleider Marc Hamburg: ‘De metingen van TNO en KNMI passen als puzzelstukjes in elkaar: alles onder de grond wordt gedaan door KNMI, alles boven de grond door TNO.’

Soort trilling en schade

De hamvraag die TNO de komende jaren wil beantwoorden luidt: welke trillingen treden er in een gebouw op tijdens een aardbeving en welke schade ontstaat daardoor?’ Ieder gebouw in het sensornetwerk van TNO is uitgerust met één trillingsmeter. Deze is bevestigd bij een hoek van het pand, vlak boven de fundering. Continu en in drie richtingen meet deze sensor de trillingen van het gebouw. Het meetresultaat is een versnelling – bij een trilling raakt het pand immers uit stilstand in beweging – die wordt omgerekend naar de maximale snelheid gedurende de trilling.

‘Welke trillingen treden er in een gebouw op tijdens een aardbeving en welke schade ontstaat daardoor?’

Hartslaggrafiek

Iedere minuut geven sensoren een trillingsmeting door aan een centrale database. In het datacentrum weten ze dan dat de sensor nog leeft; de grafiek van deze continue metingen heet daarom de ‘hartslaggrafiek’. Deelnemende bewoners kunnen de grafiek van hun eigen woning bekijken op een afgeschermde website, iedereen mag meekijken naar de hartslaggrafiek van openbare gebouwen, zoals het gemeentehuis van Loppersum. Er zijn ook grafieken beschikbare van recente aardbevingen: het trillingsverloop vlak voor, tijdens en na de beving.

De schadecurve

Bij het installeren van de sensor is bestaande schade opgenomen, een herhalingsopname na een beving geeft uitsluitsel over nieuwe schade. In een zogeheten ‘schadecurve’ zetten TNO-onderzoekers de maximale trillingssnelheid uit tegen de toegenomen schade, in vijf schadeklassen. Uit deze puntenwolk is na enkele bevingen af te leiden hoe sterk de correlatie is tussen de hoeveelheid beweging en de mate van schade aan zo’n woning.

Trillings- en schadepatronen

Ieder gebouw heeft een andere constructie, staat op een andere ondergrond en is op een andere moment gebouwd. Geen wonder dat de gangbare mening is dat ieder gebouw op zijn eigen manier trilt en dus andere schade oploopt. Toch denkt Hamburg dat de trillingsmetingen en schade-opnamen van TNO straks patronen zullen onthullen.

Effecten per woningtype

Uit de 500 aanmeldingen kozen ze namelijk in eerste instantie 180 woningen, representatief voor vrijwel alle woningtypen in het gebied. Het sensornetwerk bevat daardoor groepen van vergelijkbare woningen: rijtjeshuis en vrijstaand, vooroorlogs en nieuwbouw, op palen gefundeerd en rechtsreeks op de grond. Eind 2015 zijn nog eens 100 gebouwen aan deze steekproefselectie toegevoegd. ‘Tussen deze woningtypen verwacht ik statistische verschillen in de gevoeligheid voor bevingen: het ene type is gemiddeld sterker dan het andere’, vertelt Hamburg.

Trillingsbestendige constructies

Dankzij het sensornetwerk weten we binnenkort hoe trillingen schade kunnen veroorzaken in gebouwen. Elders in de wereld is er al volop kennis over trillingsbestendige constructies. Zo zijn Japanse ingenieurs meesters in het wapenen van wolkenkrabbers tegen het trillen van de aarde. Maar zulke kennis gaat over nieuwbouw, in Groningen zoekt de NAM juist naar maatregelen om bestaande gebouwen te verstevigen, met als doel om nieuwe schade te voorkomen. Hoe dat moet, kan worden onderzocht zodra voldoende meetgegevens van TNO beschikbaar komen.

Innovatieve IT-infrastructuur

Naast kennis over trillingen, het ontstaan van schade en hoe woningen te versterken levert het Groningse sensornetwerk nog meer spin-off op. Innovatief is namelijk de IT-infrastructuur waarmee de 300 sensoren hun meetgegevens in realtime doorsturen naar datacenters: een autonoom functionerend en storingsbestendig samenspel van sensoren, datarecorders, routers en een database. Dit zorgt ervoor dat bewoners binnen twee minuten na een beving een grafiek met hun meetgegevens kunnen bekijken. Dat is niet alleen transparant en bevorderlijk voor het vertrouwen, maar blijkt ook toepasbaar in andere meetnetten, bijvoorbeeld over luchtkwaliteit.

'Bewoners kunnen binnen twee minuten na een beving een grafiek met hun meetgegevens bekijken'

Forensic engineering

Schade-expert Huibert Borsje analyseert schade aan constructies, zowel gebouwen als infrastructuur. Meestal gaat het om de wat lastigere gevallen, waarbij sprake is van ernstig letsel, grote financiële schade of bemoeienis van Justitie. Zulk speurwerk naar de oorzaak van schade staat bekend als ‘forensic engineering’.

  • In 2011 beoordeelde Borsje met zijn collega’s de schade aan het FC Twente stadion, waarvan het dak instortte.
  • In 2012 losten zij het raadsel op van de ‘triltoren’ in Utrecht; ze ontdekten dat de trillingen in het kantoor van Rijkswaterstaat werden veroorzaakt door de installatie op het dak voor de glazenwassers.
dossier

Sensornetwerk brengt aardbevingstrillingen in kaart

20 feb '15 - 4 min
Dat aardbevingen schade aan gebouwen kunnen veroorzaken, is algemeen bekend. Minder duidelijk is hoe en hoe hard trillingen uit de ondergrond zich in gebouwen voortplanten... Lees meer
blik op de toekomst

Nederland in transitie: van exporteur naar importeur van aardgas

30 aug '17 - 3 min
Ons land kan al over vier tot zes jaar netto-importeur zijn van aardgas. Dat is aanzienlijk sneller dan tot nu toe door deskundigen werd aangenomen. Daarmee komt... Lees meer
blik op de toekomst

Geo-ERA: geologisch onderzoek over landsgrenzen heen

15 feb '17 - 4 min
Geologische informatie over de ondergrond van Europa bleef tot nu toe voornamelijk hangen binnen de Geologische Diensten van de afzonderlijke Europese landen. Het... Lees meer
blik op de toekomst

Nieuw duurzaam leven voor oude platforms Noordzee

29 apr '16 - 2 min
Steeds meer verouderde olie- en gasinstallaties op de Noordzee produceren niet meer omdat de velden leegraken. Ze ontmantelen is een enorme kostbare operatie. Volgens... Lees meer
dossier

Zo koel je groente met warme lucht

1 jun '15 - 2 min
In het hete klimaat van India verliezen groenten die van het land af komen al snel hun versheid. Een goedkoop, zuinig en schoon koelsysteem dat onafhankelijk is... Lees meer
dossier

Schaliegas: wat doet het met mens en milieu?

1 jun '15 - 1 min
Op 1 juni 2015 gingen, in het kader van het onderzoeksprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie, de eerste grote Europese studies van start naar de effecten van... Lees meer

VOLG TNO OP SOCIAL MEDIA

blijf op de hoogte van ons laatste nieuws, vacatures en activiteiten

Wij gebruiken anonieme cookies om het gebruik van onze site te verbeteren. Ons privacystatement is aangepast aan de nieuwe privacywetgeving in de EU.