Raadselachtige golven

Andrei Metrikine en prof.dr.ir. Frans Molenkamp (Civiele Techniek)

Tussenstand: Halverwege

Jeroen Hoving. (Foto: Sam Rentmeester/FMAX)

“Als een hogesnelheidstrein over het spoor raast, dan trilt de grond. Ik onderzoek die trillingen. Een paar meter onder en naast het spoor, treedt bij het voorbij rijden een niet-lineaire reactie op. Dat betekent dat de deeltjes na de trillingen daar niet weer terugkomen in de oorspronkelijke vorm, waardoor bijvoorbeeld verzakkingen optreden. Achter de trein aan, in een driehoeksvorm, komen ook golfpatronen in de grond. Net als achter een speedboot in het water. Die golven kunnen gebouwen beschadigen die om het spoor heen staan. Ik maak een model om te kijken hoe hard een hogesnelheidstrein kan gaan, zonder gebouwen te beschadigen.

In Nederland reageert de grond op een volstrekt andere manier op de hogesnelheidstrein, dan bijvoorbeeld in Zuid-Frankrijk. Daar rijdt de trein voornamelijk over rotsgrond en zand. Iedere soort grond heeft een eigen karakteristieke snelheid in zich. In Nederland is de grond zo zacht, in tegenstelling tot rotsgrond, dat die snelheid hier heel laag ligt: rond de 160 kilometer per uur. Alles wat sneller gaat dan dat, veroorzaakt golven die schadelijk kunnen zijn. De hogesnelheidstrein haalt die snelheid gemakkelijk, die kan sneller dan driehonderd kilometer per uur. Ik werk volkomen onafhankelijk van ontwikkelaars van de hogesnelheidslijn, maar het is logisch dat ze erg blij zullen zijn als ik concludeer dat ze straks rustig driehonderd kilometer per uur kunnen rijden. En erg teleurgesteld als uit mijn onderzoek komt dat ze maar tweehonderd kilometer per uur mogen.

Een heikel punt in mijn onderzoek is de frequentie-onafhankelijke demping. Deze demping is heel onvoorspelbaar, want we weten niet waar deze demping in de grond vandaan komt. Het stelt wetenschappers voor een raadsel. En daarom is er totnogtoe ook geen goed model voor de dynamica in de grond te maken. Zonder dat ik het probleem van de frequentie-onafhankelijke demping heb opgelost, kan ik geen totaalplaatje geven. Daarom ben ik daar nu hard mee aan het werk. Als ik dit probleem kan oplossen, is het echt een wetenschappelijke doorbraak. Ik denk dat ik dicht bij de oplossing van het raadsel zit.

Mijn onderzoek wordt steeds completer, dat spreekt me het meeste aan in het promoveren. Twee jaar geleden begon ik met een eendimensionaal model, inmiddels heb ik daar een 2D-model van gemaakt en straks heb ik ingewikkelde 3D-modellen. Vanuit iets simpels bouw ik een complex model en dat vind ik erg mooi.

Naast mijn onderzoek, ben ik nu bezig met de organisatie van een Euromech colloquim in Delft over golfmechanica van 19 tot en met 22 september. Daardoor heb ik helaas wat minder tijd voor mijn onderzoek, maar het is ook een aangename afwisseling van het werk dat ik nu doe.” (RV)

Naam: Ir. Jeroen Hoving

Leeftijd: 27 jaar

Nationaliteit: Nederlandse

Onderwerp: Niet-lineaire trillingen in de grond ten gevolge van de hogesnelheidstrein

Promotoren: Dr. Andrei Metrikine en prof.dr.ir. Frans Molenkamp (Civiele Techniek)

Tussenstand: Halverwege

Jeroen Hoving. (Foto: Sam Rentmeester/FMAX)

“Als een hogesnelheidstrein over het spoor raast, dan trilt de grond. Ik onderzoek die trillingen. Een paar meter onder en naast het spoor, treedt bij het voorbij rijden een niet-lineaire reactie op. Dat betekent dat de deeltjes na de trillingen daar niet weer terugkomen in de oorspronkelijke vorm, waardoor bijvoorbeeld verzakkingen optreden. Achter de trein aan, in een driehoeksvorm, komen ook golfpatronen in de grond. Net als achter een speedboot in het water. Die golven kunnen gebouwen beschadigen die om het spoor heen staan. Ik maak een model om te kijken hoe hard een hogesnelheidstrein kan gaan, zonder gebouwen te beschadigen.

In Nederland reageert de grond op een volstrekt andere manier op de hogesnelheidstrein, dan bijvoorbeeld in Zuid-Frankrijk. Daar rijdt de trein voornamelijk over rotsgrond en zand. Iedere soort grond heeft een eigen karakteristieke snelheid in zich. In Nederland is de grond zo zacht, in tegenstelling tot rotsgrond, dat die snelheid hier heel laag ligt: rond de 160 kilometer per uur. Alles wat sneller gaat dan dat, veroorzaakt golven die schadelijk kunnen zijn. De hogesnelheidstrein haalt die snelheid gemakkelijk, die kan sneller dan driehonderd kilometer per uur. Ik werk volkomen onafhankelijk van ontwikkelaars van de hogesnelheidslijn, maar het is logisch dat ze erg blij zullen zijn als ik concludeer dat ze straks rustig driehonderd kilometer per uur kunnen rijden. En erg teleurgesteld als uit mijn onderzoek komt dat ze maar tweehonderd kilometer per uur mogen.

Een heikel punt in mijn onderzoek is de frequentie-onafhankelijke demping. Deze demping is heel onvoorspelbaar, want we weten niet waar deze demping in de grond vandaan komt. Het stelt wetenschappers voor een raadsel. En daarom is er totnogtoe ook geen goed model voor de dynamica in de grond te maken. Zonder dat ik het probleem van de frequentie-onafhankelijke demping heb opgelost, kan ik geen totaalplaatje geven. Daarom ben ik daar nu hard mee aan het werk. Als ik dit probleem kan oplossen, is het echt een wetenschappelijke doorbraak. Ik denk dat ik dicht bij de oplossing van het raadsel zit.

Mijn onderzoek wordt steeds completer, dat spreekt me het meeste aan in het promoveren. Twee jaar geleden begon ik met een eendimensionaal model, inmiddels heb ik daar een 2D-model van gemaakt en straks heb ik ingewikkelde 3D-modellen. Vanuit iets simpels bouw ik een complex model en dat vind ik erg mooi.

Naast mijn onderzoek, ben ik nu bezig met de organisatie van een Euromech colloquim in Delft over golfmechanica van 19 tot en met 22 september. Daardoor heb ik helaas wat minder tijd voor mijn onderzoek, maar het is ook een aangename afwisseling van het werk dat ik nu doe.” (RV)