lca & monitoring bio-based bridge · knowledge about the bio-based composite deck of the...

LCA & Monitoring Bio-based Bridge

ir. W. Claassen(Wouter) | senior specialist (bio)composieten

Witteveen+Bos

Symposium D.R.I.V.E.Leeuwarden | 28 november 2019

Content

2

LCA (Life Cycle Assesment)

Monitoring

BIO-based innovaties

Containerbegrippen

3

Mensen, de planeet (klimaat energie etc.) en economie

Grondstoffen

Life Cycle Assessment

4

˗ Doel: Milieuwinst t.o.v. andere materialen inzichtelijk maken en delen;

˗ Vergelijk: Ontwerp biocomposiet vergelijken met staal, beton, glasvezel en (accoya)hout;

˗ Producten: 1 x DO in Vlas en 4x VO-constructieberekeningen met alternatieve materialen,

hoeveelhedenlijsten, ramingen en eindrapportage

˗ Resultaat: Eindrapportage beschikbaar rond week 50 2019

˗ Hoe?: Circulairiteitsscan (Circulair Design Tool) – vlasvezelcomposiet vs. Traditionele

vervangingsopgave

Circulairiteitsscan (Circulair Design Tool) – vlasvezelcomposiet vs. Traditionele vervangingsopgave

6

De +Circular Design tool helpt om de circulariteit van een ontwerp inzichtelijke te

maken door bepaling van:

- CO2-uitstoot

- MilieuKostenIndicator (MKI)

- Material Circularity Indicator (MCI)

˗ Sanky diagram -> geeft de herkomst en de herbruikbaarheid van de materialen

(los of samengesteld in componenten) in het ontwerp visueel weer

- Aangevuld met een kostencalculatie

8

bron

9

materiaal

10

Element/object

11

herbruikbaarheid

MKI – Milieu Kosten Indicator

12

• MKI is een methode om de milieueffecten (13

stuks) te berekenen van een materiaal, een

bouwwerk -of methode. De gehele

levenscyclus komt daarbij in beeld, vanaf de

winning tot en met de sloop.

• MKI wordt berekend met behulp van DuboCalc

en resulteert in een fictief bedrag. Hoe hoger

het bedrag hoe grotere milieubelasting.

Afbakening Life Cycle Assessment

13

- Alleen schaduwontwerp van vaste brugdek

- Enkel beschouwing van de hoofddraagconstructie;

- Randelementen en leuning buiten beschouwing

- Invloed gewicht varianten brugdek op onderbouw op kwalitatief niveau beschouwd;

- Levensduur van de brug van 100 jaar, zonder vervanging van de hoofddraagconstructie

- Berekening CO2-uitstoot en MKI uitsluitend getallen gebruikt uit de Nationale Milieu

Database (NMD) conform bepalingsmethoden voor GWW-werken;

14

Vlasvezelcomposiet

hout

staal

glasvezelcomposiet

beton

Eerste bevindingen Life Cycle Assessment vlasvezelcomposiet

15

˗ MKI voor glasvezelcomposiet is bepaald met de processendatabase

˗ MKI voor vlasvezelcomposiet is gebasseerd op de LCA van vlasvezel volgens de

internationale standaarden ISO 14040 en ISO 14044;

˗ UGP Coating stalen brug gaat 25 jaar mee;

˗ Glasvelcomposiet UPG 80% verbranding en 20% stort einde levensduur -> studies

laten zien dat hergebruik ook mogelijk is

16

0

50

100

150

200

250

Beton Staal Hout Glasvezelcomposiet Vlasvezelcomposiet

Massa (ton)

C55/67 (CEMII)

Voorspanstaal

Betonstaal

Profielstaal

Epoxy coating

Alkydverf

Polyesterhars/Glasvezel

Naaldhout

Biocomposiet

Vinylester lijm

17

C55/67 (CEMII)

Voorspanstaal

Betonstaal

Profielstaal

Epoxy coating

Epoxy coatingEpoxy coating

AccoyaBalsa Balsa

Vinylester hars


Vinylester lijm_

Biocomposiet

Einde levensduur

-10000

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000


CO2-uitstoot (Kg CO2-eq)

18

C55/67 (CEMII)

Voorspanstaal

Betonstaal

Profielstaal

Epoxy coating

Epoxy coatingEpoxy coating Epoxy coating

AccoyaBalsa Balsa Balsa

Vinylester hars


Vinylester hars_

Biocomposiet

100% groen

Einde levensduur

-10000

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

Beton Staal Hout Glasvezelcomposiet Vlasvezelcomposiet 100% bio-based

CO2-uitstoot (Kg CO2-eq)

19

C55/67 (CEMII)

VoorspanstaalBetonstaal

ProfielstaalNaaldhout Naaldhout Naaldhout

Epoxy coating

Epoxy coating Epoxy coating


Vinylester lijm

Vinylester lijmBiocomposiet

EindelevensduurBiocomposiet

0

5000

10000

15000

20000

25000


MKI (EUR)

20

Bouw Bouw Bouw

Bouw

Bouw

Onderhoud Onderhoud Onderhoud

Onderhoud

OnderhoudEinde levensduur

Einde levensduur Einde levensduur

Einde levensduur

Einde levensduur

-5000

0

5000

10000

15000

20000

25000


MKI – Opgedeeld in fasen (EUR)

21

Bouw Bouw Bouw

Bouw

Bouw Bouw

Onderhoud Onderhoud Onderhoud

Onderhoud

Onderhoud OnderhoudEinde levensduur

Einde levensduur Einde levensduur

Einde levensduur

Einde levensduur

-5000

0

5000

10000

15000

20000

25000

Beton Staal Hout Glasvezelcomposiet Vlasvezelcomposiet 100% groen

MKI – Opgedeeld in fasen (EUR)

22

MCI; 0,51

MCI; 0,66

MCI; 1,00

MCI; 0,58

MCI; 0,90

LFILFI

LFI

LFI

LFI

-

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20


Material Circularity Indicator (MCI)Vervanging ruim voor technische levensduur

Relatief vergelijk bouwkosten

23

Beton Staal Glasvezelcomposiet Hout Bio-based composiet

EUR/m2

Content

24

LCA (life Cycle Assesment)

Monitoring

Main Goal

25

• The main goal of the monitoring plan is to obtain more data-driven insights and

knowledge about the bio-based composite deck of the bridge. This concerns the

condition, properties, behavior and lifetime of the composite deck.

Engineering

monitoring plan

Data

managementAcces of the

information

management

and

maintenance

Deck (movable) Equipped with optical sensors

Weather station:• Relative humidity

• Precipitation

• Wind + direction

• Temperature + direction

Data acquisitie unit

Transport data –

fiber optical

cable

Disclosure of

information

Deck (Fixed) Equipped with optical sensors

Camera Traffic counts

Bridge operationPLC data

Brug sensoren

27

• FBG = Fibre Bragg grating sensors

• Ws = windsnelheid (m/s)

• Wr = Windrichting (rad clockwise 0=north)

• T = Temperatuur (graden Celsius)

• Lv = Luchtvochtigheid (%)

• Ld = luchtdruk (mBar)

• Rm = Regenmeter / neerslag (mm/24hour)

• Uvm = uv waarde (W/m2)

• AO = aantal (brug) openingen (cumulative count)

• DUm = Draaiuren motor (cumulative count hours)

• Dufo = Draaiuren frequentieregelaar (cumulative count hours)

• TLO = Tijden laatste opening (UTC time)

• POn = Positie opzetwerk noord (angle RAD, 0-90 DEG)

• KOn = kracht opzetwerk noord (0-43800 N/m)

• POz = Positie opzetwerk zuid (angle RAD, 0-90 DEG)

• KOz = kracht opzetwerk zuid (0-43800 N/m)

28

Bragg Grating Fibre optic sensors

Temprature sensor

31

• Resolution: 0,3°C

• Measuring range: -20°C - 150°C

• Diameter: 1 mm

• Sensor length: 8 mm

Sensoring

32

• Output = ASCII-format;

• Every 10 minutes 1 file with data;

• 8 channel interigator that controls 204 sensors (24 temp – 180 normal FBG);

• Postcurring, Rooving from Glass, Temperature till max. 100 degree are acceptable;

• Maximum measuring frequency: 2 KHz;

• High frequency used for determining natural frequency;

• 100 Hz used as standard value to measure al the unintended vehicles;

33

OVERZICHT DATA-GEDREVEN WORKFLOW

ToepassingData Informatie Kennis

INTELLIGENTE MODELLEN

Inzichten, begrip, ervaring en domein kennis, plus

kunstmatige intelligentie & machine learning

ANALYSEREN EN VOORSPELLEN CONDITIES

I.e. strucutural health monitoring, herkennen van

calamiteiten en plannen onderhoud

RUWE SENSOR DATA

Discrete en objectieve feiten over

gebeurtenis en sensor data

DATABASE(S)

Data met vastgestelde relaties en

verbanden

glasvezelsensoren

meteo

vochtsensoren

verkeerstellingen

Centrale PC DMS

Rekenmodellen en voorspellingen

Webportaal

API

Leveranciers Combinatie WB/Sweco

34

Strain state vs yield strain

35

• “Working” strain state of the bridge in comparison with

the yield strains defined during the experimental test

material session

• Already proved to be beneficial for decision making

with respect to actions after a calculation mistake in

the produced shape of the fixed-span

Deflection model

36

1)

2)

3)

• Strain values along the bridge

(top and bottom edge)

• Draw strain regression lines

• Calculation of the curvature

along the bridge

Integrate twice

and adjust for BC’s

Capturing creep effect (pre-creep session)

37

1. Selection of the most

compressed sensor

2. Relate temperature data

with strain data

3. Extracting the temp effec,t

“isolating” thus the creep

effect

4. Draw creep prediction lines

1)2)3)

4)

Website monitoring

38

lca & monitoring bio-based bridge · knowledge about the bio-based composite deck of the...

Documents