Een basgitaar bespelen bovenop een dijk. Het is niet direct iets wat je verwacht van een TU Delft wetenschapper. Toch is dat precies wat post-doc Juan Aguilar-López gebruikte bij zijn experiment over het monitoren van dijken met glasvezelkabels. Een technologie die in de toekomst veel kan betekenen voor de veiligheid van de Hollandse dijken.

Aguilar werkte als dam ingenieur in zijn thuisland Colombia voordat hij naar Nederland kwam. Na zowel in zijn PhD als zijn huidige post-doc onderzoek naar dijken te hebben gedaan is hij nu een ware dijkexpert. “Nergens ter wereld zijn de dijken zo robuust en zorgvuldig ontworpen als in Nederland.” De bijna 18.000 kilometer aan dijk die Nederland beschermt tegen de stijgende waterspiegel moet wel nauw worden gecontroleerd. Zwakke plekken moeten snel worden gelokaliseerd en verstevigd. Hier kan Aguilar’s onderzoek naar optische glasvezelsensoren aan bijdragen. Een glasvezelsensor kan de waterdruk en zwaktes in een dijk detecteren. Cruciale informatie als het aankomt op het voorkomen van overstromingen.

Met geluid in de dijk kijken

Aguilar legt uit hoe dit werkt: “Glasvezeltechnologie gaat over licht. Je hebt een kabel, daar schiet licht doorheen, dat wordt gereflecteerd en dan leest een machine deze informatie uit. De kabel is enorm gevoelig voor veranderingen in temperatuur en druk. Het idee is om hier gebruik van te maken.” Aguilar’s onderzoeksgroep heeft als hoofddoel om innovatieve glasvezel gebaseerde technieken te ontwikkelen om de waterdruk in een dijk te meten. Dus om dit vast te stellen gebaseerd op de druk op de glasvezelkabel.

Na een bezoek aan het lab in Spanje ontstond een nieuw idee. “We ontdekten dat de elektrotechnici in Spanje ook geweldige technologie om geluid mee op te vangen hadden ontwikkeld. Geluid is een trilling in de vorm van een golf. Als dit de kabel raakt, trilt deze ook. Het is alsof je een microfoon hebt.” Aguilar wilde uitzoeken of het meten van geluidsgolven in de dijk hem iets zou vertellen over het watergehalte in de bodem. “Het meten van geluid in grond is niet nieuw, dat is al eerder gedaan. Maar niet bij dijken met glasvezelkabels.”

Experimentele overstromingen

Om zijn idee te testen zette Aguilar een experiment op in de proeftuin Flood Proof Holland, dichtbij de TU Delft campus. “Het is fijn dat we dit lab hebben om dijken te kunnen overstromen zonder een catastrofe aan te richten. Zonder Nederland te overstromen,” zegt Aguilar lachend. Samen met zijn collega’s plaatste hij 140 meter aan glasvezelkabel in een tien centimeter diepe geul in de dijk. “Het belangrijkste is dat de kabel en de grond goed met elkaar in contact staan, anders vang je geen trillingen op.”

Dit bleek een uitdaging. “We hadden de droogste zomer in honderd jaar in Nederland. Dus in plaats van dat de aarde over de kabel heen groeide, ging deze barsten en openstaan. Om dit op te lossen moest ik de dijk nat houden met een gieter. Mensen lachten me uit en zeiden: ‘ben je kabels aan het groeien?’”

Trillingen maken

Om geluidsgolven te meten moest Aguilar eerst trillingen in de dijk creëren. Zijn methodes waren om de dijk met een hamer te slaan, om een passieve meting uit te voeren met de natuurlijke trillingen van de omgeving en een derde meetinstrument bestond uit een machine die computer gecontroleerde trillingen kon uitvoeren. Maar die was in de week voor het experiment nog niet aangekomen. Dit is waar de basgitaar van pas kwam. Deze ongewone methode om trillingen te maken bleek heel geschikt om te testen welke frequenties het best gebruikt konden worden in het echte experiment. “Het was fantastisch. We konden in de kabel aflezen welke noot ik speelde.”

Van geluidsgolf tot model 

Een week later was het tijd voor de proef. Aguilar mat de verschillende trillingen terwijl hij de dijk drie keer liet overstromen gedurende vijf dagen. Gebaseerd op deze data en het numerieke model dat hij maakte van het watergehalte van de dijk, concludeert hij dat zijn experiment succesvol was. “Ik moet nog meer post-processing doen om exact uit te kunnen tekenen wat er binnenin de dijk gebeurde. Maar dit experiment toont aan dat het meten van geluid werkt bij dijken. Dat is een geweldige uitkomst.”

‘Mensen kunnen niet binnenin een dijk kijken’

Aguilar is overtuigd van de voordelen van glasvezel. “Het is non-destructive. Je hoeft de dijk niet kapot te maken door een gat te boren om de kabel te plaatsen. Dit zou de dijk verzwakken wat je niet wil.” Een nog specialer aspect is dat met glasvezelkabels iedere meter over een lange afstand wordt gemeten. Nu worden onze dijken gemonitord met sensoren die om de 500 meter geplaatst zijn. “Bij een glasvezelkabel is het alsof je een heleboel sensoren op een rij hebt. Bij andere sensoren is alles wat daartussenin gebeurt onzichtbaar.”

Dijken worden ook nog vaak op de traditionele manier gecontroleerd: met visuele inspecties door mensen. “Maar,” zegt Aguilar, “mensen kunnen niet binnenin de dijk kijken. Met deze technologie kunnen we de waterdruk en verschuivingen voorspellen, zonder iemand het veld in te sturen. Een machine zal aangeven: ‘ga naar kilometer zeven van de dijk want daar gebeurt iets.’ Meer onderzoek is nodig, maar we weten nu dat het werkt.”

Gepubliceerd: februari 2019


Contact


Aguilar’s post-doc onderzoek is onderdeel van project DOMINO. Een Europees project met als doel innovatieve glasvezeltechnieken te ontwikkelen om dijken te monitoren en puinstromen te voorspellen in bergachtige gebieden. Deze internationale onderzoeksgroep is een samenwerking tussen wetenschappers van TU Delft, de Universiteit van Alcalá in Spanje, de Universiteit van Padua en het CNR-IRPI onderzoeksinstituut in Italië. Het onderzoeksteam van TU Delft wordt geleid door hydroloog Thom Bogaard van het departement van Civiele Techniek en Geowetenschappen.