Zoektocht in het riool

Je trekt door, je rijdt er overheen, regenwater spoelt in een putje. Een kleine honderdduizend kilometer aan buizen onder de Nederlandse straten voert vuil water van huishoudens en regenwater uit de straat putjes af naar de rioolwaterzuivering.

Die vanzelfsprekendheid is een tamelijk recente verworvenheid. Tot in de jaren dertig van de twintigste eeuw deden de meeste Nederlanders hun behoefte nog op een emmer. Poepemmers en beertonnen werden opgehaald, in de rivier gekieperd of over het land verspreid. In de steden dienden de grachten als open riool, wat voor woonboten in Amsterdam tot 2013 bleef gelden. Nu zijn ook die aangesloten op het riool

Het riool valt pas op als het niet functioneert. Doordat het verstopt zit en de wc wel doortrekt maar overstroomt. Of er is zoveel grond weggelekt dat er plots een gat in het wegdek valt waar een auto in verdwijnt. Of de straten staan blank na een heftige regenbui en auto’s blijven steken in een ondergelopen tunnel. Dan haalt het riool de krant en is het voor even het onderwerp van verontwaardigde discussies.

Een van de thema’s van het rioolonderzoeksprogramma Tisca (zie kader pagina 10), waarvoor onderzoeksfinancier STW afgelopen voorjaar met 1,5 miljoen euro het door de sector ter beschikking gestelde bedrag heeft verdubbeld, richt zich op rioolvervanging. Want hoe gaat dat? Gemeenten zijn verantwoordelijk voor het rioolonderhoud. Ze huren rioolservicebedrijven in die met een hogedrukspuit en een rijdende camera de riolen schoonspoelen en inspecteren. Het bedrijf levert een inspectierapport af aan de gemeente volgens Europese standaards.

Video-inspectie
Beschadigingen, scheuren, ingroei en afzettingen krijgen een code en een graad mee (een 5 voor de hoogste aantasting). Aan de hand daarvan beslissen gemeenten waar de problemen het meest urgent zijn. Alleen gebeurt het regelmatig (12 reparaties per 100 kilometer) dat er toch opeens een verstopping of een inzakking optreedt, ondanks een geruststellende video-inspectie.

Een deel van het probleem is de menselijke factor. Met een vergelijkend onderzoek tussen verschillende inspecteurs liet dr.ir. Jojanneke Dirksen (Waternet) zien dat er verwarring bestond over scheuren en breuken, en over het verschil tussen afzetting en ingespoeld zand. Bovendien zagen de inspecteurs bepaalde zaken zoals mechanische beschadigingen of uitstulpende sluitringen vaak over het hoofd. Dirksen concludeerde dat het coderingssysteem een stuk eenvoudiger moest worden om tot eenduidiger rapportages te komen.

Laserscanner
Daarnaast heeft de video-inspectie een aantal inherente tekortkomingen, vertelt promovendus ir. Nikola StaniC.

Videobeelden zeggen niets over de dikte van de buis en ook niets over het omhullende grondpakket. Bovendien is de plaatsbepaling van beschadigingen summier (foutmarge van een meter) omdat het videokarretje maar een beetje heen en weer waggelt over de ronde bodem van de buis.

Maar er is hoop in de vorm van een laserscanner. StaniC heeft in het lab gewerkt met een prototype laserscanner die was samengesteld uit de gebruikelijke videotractor met een uitstekende stang. Een laserstraal die door een draaiend spiegeltje aan het eind van de stang wordt afgebogen, tast in vliegende vaart de binnenzijde van de rioolbuis af. Uit de positie van de lichtcirkel die ontstaat is veel af te leiden – veel meer dan uit een regulier videobeeld. Een belangrijk meetresultaat is de buisdiameter, die een maat is voor de dikte.

“Betonnen rioolbuizen worden in de loop van de tijd dunner”, weet promovendus Stanic. Bacteriën in uitwerpselen produceren zwaveldioxide die in een waterige omgeving een zuur kan vormen dat het kalk in de buis oplost. Het cement wordt bros en wordt hier en daar weggespoeld als er een waterjet langskomt voor de reiniging. “Je hoort de losgelaten kiezels langskomen als ze het water opzuigen”, vertelt Stanic. Uit de buisdiameter valt af te leiden hoeveel de buiswand aan dikte verloren heeft. “Zodra dat 15 tot 20 millimeter is (van de ongeveer 60 mm wanddikte) spreken we van een substantieel verlies aan dikte en dus aan sterkte”, aldus Stanic.

Druk opvoeren
In een laboratorium van de TU Eindhoven deed hij sterktemetingen aan oude betonnen rioolbuizen uit Den Haag en Breda. Hij mat de diameter met de laserscanner, hij nam rondom boorkernen om de materiaalsterkte te testen en hij drukte de buis samen (van boven en vanaf de zijkanten) tot de eerste scheuren ontstonden. Dat was bij twintig ton. Stanic wilde nog verder om te zien wanneer de buis zo bezwijken. De druk werd opgevoerd tot dertig ton totdat rondom grote krakende scheuren ontstonden en de proefleider riep: “Stop, stop!” uit vrees dat de drukbank zelf zou bezwijken.

Het is de bedoeling dat uit de combinatie van geometrie, materiaaleigenschappen (afgeleid van de boorkernen) en mechanische belasting een wiskundig model is op te stellen van de rioolbuis. Zo’n model moet duidelijk maken welke factoren de meeste invloed hebben op de sterkte en de levensduur van een buis: het interne milieu, de resterende wanddikte of toch de uitwendige krachten? Bovendien is de belasting van een rioolbuis in de zandgrond van Den Haag anders dan in de verzakkende bodem van Amsterdam of Rotterdam.

De laserscanner zal niet alle problemen rond de verouderingen van rioolbuizen oplossen, maar volgens Stanic heeft de laser wel de potentie om de nieuwe standaard in rioolinspectie te worden. Dit omdat de laserinspectie veel meer informatie oplevert. Naast de diameter wordt namelijk de ruwheid van de buis gemeten (resolutie 1 millimeter). Bezinksel en afval worden precies gelokaliseerd, en de diepte van scheuren en beschadigingen wordt precies vastgelegd, evenals de plek. Die exacte plaatsbepaling is mogelijk geworden doordat de driedimensionale positie van de videotractor gebruikt wordt om de beelden mee te corrigeren. De volgende stap is volgens Stanic om een robuust prototype videoscanner te ontwikkelen en die in het riool te beproeven. Maar dat zal na zijn promotie zijn.

Uitnodiging tot innovatie
“Soms moet je iets kwijtraken om de waarde ervan in te zien”, constateert onderzoeksleider dr.ir. Jeroen Langeveld (Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen en onderzoeks- en adviesbureau Urban Water). Pas toen de leerstoel riolering en stedelijk water dreigde te verdwijnen bij de sectie gezondheidstechniek (afdeling watermanagement van CiTG), kwam de sector in actie. De koepelorganisatie Stichting Rioned voor stedelijk waterbeheer bracht geld bijeen om met een onderzoeksprogramma de leerstoel te steunen(prof.dr.ir. François Clemens). Dit resulteerde in 2010 tot het kennisprogramma Urban Drainage waarvan Jeroen Langeveld (universitair hoofddocent bij Clemens) onderzoeksleider is. Toen de eerste promovendi hun proefschrift inleverden, nam Langeveld het initiatief voor een aanvullend programma met de naam Tisca (Technologie innovatie voor sterkte- en conditiemeting van afvalwaterleidingen) dat afgelopen voorjaar door STW gehonoreerd werd met 3 miljoen euro voor de komende vier jaar.

“Video-inspectie is de huidige standaard op de markt en de prijsdruk maakt het moeilijk om met iets nieuws te komen, hoewel dat wel hard nodig is”, vertelt Langeveld. “Het onderzoeksprogramma wil die impasse doorbreken door nieuwe technieken te ontwikkelen die het mogelijk maken om rioolinspecties naar een hoger plan te brengen.”

Laser, akoestiek, optisch, radar – er zijn legio technieken denkbaar die het falen van een rioolbuis beter voorspellen dan de huidige video-inspecties.

“Het is nu aan de universiteiten om met technieken te komen die ze verder willen onderzoeken”, zegt Rioned-directeur Hugo Gastkemper. “Uiteindelijk is het de bedoeling van dit STW-programma om een breder scala van inspectiemiddelen te ontwikkelen.”

Als dat lukt, heeft die technologie ook een exportwaarde, denkt Langeveld: “De hele Europese Unie heeft met dezelfde uitdaging te maken: een zo efficiënt mogelijk beheer van een verouderende infrastructuur. Iedereen gebruikt nu de video-inspectie, maar die schiet duidelijk tekort.”