Parametrische Emissie-arme Stootplaten

Afstudeerder Cas en Tijn hebben binnen Verhoeven en Leenders een afstudeeronderzoek gedaan naar het parametrisch ontwerpen van stootplaten op basis van vrijkomende emissies ten gevolge van de productie.

 

Stootplaten vormen de overgangsconstructie tussen de aardebaan en het kunstwerk. De stootplaten liggen direct boven op de ondergrond met als gevolg een grote blootstelling aan het milieu, waardoor stootplaten tot op heden van gewapend beton worden gefabriceerd. De productie van cement en het wapeningsstaal resulteert in een grote uitstoot van broeikasgassen zoals CO₂. De wereldwijde uitstoot van broeikasgassen was in 2015, 35.496 megaton CO₂. De staal- en cementindustrie leveren een grote bijdrage aan deze totale uitstoot, 8% van de totale uitstoot is te wijden aan de cementproductie en 7% aan de productie van staal. De Rijksoverheid heeft in de Klimaatwet vastgesteld dat er in 2030, 49% minder CO₂-uitstoot is ten opzichte van 1990. In 2050 dient dit er een reductie van 95% te zijn. Het doel van dit afstudeeronderzoek was het realiseren van een parametrisch model dat optimaliseert op emissies om het milieutechnisch meest verantwoorde ontwerp voor een betonnen stootplaat te generen.

 

Het afstudeerproces

Allereerst is een onderzoek uitgevoerd naar de normen en richtlijnen welke van toepassing zijn en de huidige berekeningsmethodiek binnen Verhoeven en Leenders. Op basis van dit onderzoek is een vergelijking gemaakt tussen de huidige berekeningsmethodiek (1D-beschouwing) welke door ingenieursbureau Verhoeven en Leenders gebruikt wordt en een 2D-beschouwing middels een EEM-software. Vervolgens is op basis van de 2D-beschouwing een parametrisch basismodel opgesteld waarin onder andere de bedding en stootplaten met een kruisingshoek verwerkt zijn. Op basis van dit model is bepaald welke parameters een grote invloed hebben op de emissies (MKI-score) van een stootplaat. Aan het basismodel is een iteratiecomponent toegevoegd welke combinaties van deze parameters geautomatiseerd invoert en berekent.

 

De resultaten

Uit de vergelijking van de huidige berekeningsmethodiek en de 2D-beschouwing met behulp van een EEM-software is gebleken dat de berekeningsmethodiek als valide beschouwd mag worden voor langere stootplaten, echter resulteert de 2D-beschouwing in een realistischere benadering van de werkelijkheid. Uit het parametrisch model met iteratiecomponent bleek dat de MKI-scores van een lange stootplaat gereduceerd kunnen worden met 11,34%, voor korte stootplaten bedraagt de winst 14,40%. Deze winst is bepaald aan de hand van 2 voorbeeldcasussen.

Dit onderzoek heeft gerealiseerd in een parametrisch-model waarmee automatisch verschillende varianten berekend en vergeleken worden op basis van milieubelasting, op basis hiervan wordt automatisch een 3D-ontwerp gegenereerd voor de variant met de laagste MKI-score. Het model maakt het mogelijk om op economisch verantwoorde wijze milieubelastingen te beperken zonder uitvoeringsaspecten te wijzigen.

 

 

Het leerproces

Aan het begin van dit afstudeeronderzoek was voor ons een stootplaatberekening en parametrisch ontwerpen nog onbekend. Tijdens het onderzoek hebben we veel geleerd over de werking van visueel programmeren en de koppelingen tussen de verschillende software-omgevingen. Hiernaast hebben we ondervonden dat er veel milieuwinst te behalen valt wanneer er in het ontwerp rekening gehouden wordt met het materiaalgebruik en de milieubelastingen.