Er is de afgelopen tijd veel te doen geweest over de Merwedebrug bij Gorinchem. Afgesloten! Vanwege metaalmoeheid, wordt bericht in diverse media. Maar wat is dat eigenlijk, metaalmoeheid?

Metaalmoeheid door herhaaldelijke elastische rek

Wanneer het staal van de brug cyclisch wordt belast (bijvoorbeeld doordat er jarenlang vrachtwagens overheen rijden) dan wordt het staal een klein beetje op buiging belast. En dat is prima, want de buiging is zo gering dat het staal zich elastisch gedraagt. Dit ‘elastisch’ kun je vergelijken met een stukje elastiek: Als je er aan trekt wordt het langer en bij het loslaten “veert” het weer terug naar zijn oorspronkelijke lengte.

Nadat de belasting weer weg is (de vrachtwagen is voorbij de brug), veert het staal gewoon weer terug naar zijn oorspronkelijke vorm. De brug veert dus telkens iets op en neer. Door deze herhaaldelijke elastische rek ontstaat op den duur een microscopisch klein scheurtje aan het oppervlak van het staal. Op zich niet erg, want de constructie is sterk genoeg om deze verzwakking op te vangen. Dit kleine scheurtje groeit echter langzaam, onder invloed van de cyclische belasting. Afhankelijk van ontwerp, materiaalkeuze + toestand, weersinvloeden en belasting kan het tientallen jaren duren voordat de scheur dusdanig groot is dat het een probleem wordt.

Staal scheurt door

Op een gegeven moment is de scheur zó groot, dat het resterende deel de belasting niet meer kan dragen. Het staal scheurt volledig door, waardoor de brug kan instorten als er een vrachtwagen overheen rijdt. Vandaar dat zwaardere voertuigen zoals vrachtwagens en bussen niet over de brug mogen rijden, maar lichtere auto’s nog wel (liever niet, maar swa…).

Dit fenomeen noemen we ‘vermoeiing’ en komt voor bij metalen. Vandaar dat we ook wel spreken over metaalmoeheid. Het is redelijk voorspelbaar met behulp van duurproeven. Er wordt een proefopstelling opgebouwd waarbij het beoogde staal 100.000 tot 1.000.000 keer  wordt belast binnen het elastische gebied van het staal. Na afloop wordt er dan gekeken naar de (vermoeiings)scheurvorming en de grootte ervan. Aan de hand hiervan kan berekend worden hoe lang het ongeveer zal duren voordat het onderdeeltje breekt. Hoe groter de belasting, des te sneller groeien de vermoeiingsscheuren en des te korter is de levensduur van het onderdeel. Het feit dat de Merwedebrug er erger aan toe was dan verwacht, heeft waarschijnlijk te maken met de grotere dan gecalculeerde verkeersdrukte.

Breuk door vermoeiing

Breuk door vermoeiing, oftewel vermoeiingsbreuken hebben een karakteristiek uiterlijk. Ze bestaat uit twee delen, het ene deel vertoont een soort “jaarringen” en het andere deel vertoont een regulier breukvlak. Het voorkomen van metaalmoeheid is lastig, want dan wordt de constructie erg duur. Gelukkig kunnen we het probleem wel verhelpen.

Vervangen van het vermoeide onderdeel is de meest gemakkelijke oplossing. Als dat niet kan, kunnen scheurtjes worden dichtgesmolten met met behulp van een las. Ook kan het vermoeide deel uit de constructie worden gesneden en er een nieuw deel in gelast worden.

Auteur: Wonnie van Beek