WW: Waarom dingen soms naar beneden komen

De woensdagmiddag (of begin avond :-) is op Geencommentaar.nl Wondere Woensdagmiddag. Met extra aandacht voor de nieuwste ontwikkelingen in Wetenschap- en Techniekland.

[url=http://www.nytimes.com/2007/08/09/us/09bridge.html?_r=2&th&emc=th&oref=slogin&oref=slogin]Vorige week werd bekend[/url] dat het instorten van de brug over de Mississippi waarschijnlijk te wijten is aan een fout in het ontwerp van de koppelings platen waarmee de balken aan elkaar zaten. Ook zat er weinig buffer in het ontwerp: als een het zou begeven, zou de hele brug het begeven. Dat laatste is trouwens iets wat willens en wetens in het ontwerp meegenomen moet zijn, maar ik wil hier even inzoemen op die koppelingsplaat en de hysterie die in het algemeen uitgebroken is. Zelfs in Nederland werd er even vragen over gesteld en ook in [url=http://www.nu.nl/news/1193636/24/rss/Doden_bij_instorting_brug_in_China.html]China[/url] zijn instortende bruggen ineens een hot topic.

Moet je nu bang zijn als je over een brug loopt? Zijn ze niet voor de juiste belasting berekend? Ja; natuurlijk. Bij de meeste constructies wordt er gerekend met een zogenaamde veiligheidsfactor: je berekent wat de maximale belasting waarvan je denkt dat die op zal treden en je vermenigvuldigt die dan nog een keer met een factor. Meestal 4 of hoger voor een brug.

Waar gaat het dan mis? Er bestaan legio werken over het maken van ontwerp- en gebruikersfouten. En sinds een paar jaar kun je ook dit soort rampen op Discovery en National Geographic bekijken. Maar toevallig bestaat er ook een erg informatief – en met vlagen vermakelijk – boekje voor ingenieurs wat dit soort zaken behandelt aan de hand van, jawel, instortende bruggen.

En wat blijkt? Fouten worden bijna nooit gemaakt omdat er iets mis is met de getallen an sich. Ook worden fouten vrijwel nooit gemaakt omdat de berekening zoals hij opgezet is, niet goed uitgevoerd wordt. Natuurlijk gaat het ook hier wel eens mis, zoals bij het imploderen van de voet van het Troll-olieplatform, waarbij een veel te grof model gebruikt was.

[b]Ontwerpprincipes[/b]
Waar het wel meestal mis gaat, tenminste bij bruggen, is dat constructie en ontwerppricipes opgeschaald of opnieuw toegepast worden, waarbij de “oude” methodes gebruikt worden die niet meer opgaan. Of omdat er nieuwe omstandigheden zijn, die dan niet meegenomen worden. Voorbeeld? Als ik een brug ontwerp voor in de woestijn, dan kan ik die niet aan Finnen verkopen. Of neem de [url=http://en.wikipedia.org/wiki/Millennium_Bridge_%28London%29]Millenium Bridge[/url] in London die heen-en-weer aan het zwiepen was. Het bleek door het wandelen van de voetgangers te komen. Maar daar was hij toch op berekend? Maar waar was niet op gerekend: doordat onder het gewandel of een andere verstoring de brug een heel klein beetje ging zwiepen, gingen de voetgangers zich met z’n allen tegelijk ertegen afzetten en ging de brug nog harder zwiepen. Die versterkingsfactor had men over het hoofd gezien. Maar dit gaat meestal op voor kritische en extreme ontwerpen, zoals ook de Erasmusbrug.

Een andere reden, en die zou hier ook van toepassing kunnen zijn, is dat er iets mis gaat in het uitvoeren van het ontwerp. Wat hier bij voorbeeld het geval [i]zou kunnen[/i] zijn, is dat de uitvoerder niet de juist dikte staal kon krijgen voor die koppelingsplaten en toen maar een dikkere plaat heeft genomen. Want die houdt het dan zeker, toch? Nou, niet als vervolgens de nagels waarmee de boel aan elkaar zitten de beperkende factor worden.

[b]En nu?[/b]
Ik hoop dat ik zo een beetje een kijkje in de keuken heb kunnen geven. Mensen denken vaak dat een “rekenfout” iets is in de orde van 1+1=3, maar dat is een erg “alpha-manier” van denken. Ingenieurs zijn ook mensen en de meeste fouten worden gemaakt omdat men denkt dat de methode juist is, maar die niet op blijkt te gaan. Of omdat er in een onbewaakt moment een ondoordachte wijziging gemaakt wordt. Hou wel alstublieft een beetje vertrouwen in de bruggen waarover u rijdt en de mensen die ze ontworpen hebben. De maatregel om geen onderhoudsmachines meer op bruggen te zetten omdat die er die bewuste ochtend toevallig op stonden, slaat ook nergens op. Een file vrachtwagens mag wel, dan? De ingestorte brug is er, net als alle andere bruggen, zeker op berekend. Ook het naarstig controleren van [i]alle[/i] bruggen heeft geen zin, tenzij blijkt dat zwaar achterstallig onderhoud bij alle bruggen de boosdoener was. Maar ook hier geldt: het faalmechanisme waar de brug onder bezweken is, zal dan waarschijnlijk niet een [i]verwacht[/i] faalmechanisme zijn, waar inspecteurs naar gezocht hebben.

In de comments kunt u uw Wondere Wetenschap Woensdag Weetjes over andere mislukkingen en instortingen kwijt waar de mensheid nog wat van kan leren. Hier alvast een opzetje:

– [url=http://en.wikipedia.org/wiki/Tacoma_Narrows_Bridge]Tacoma Narrows Bridge[/url]: Opschalen van het ontwerp principe totdat een instabiele brug verkregen was. Nu kent iedereen de beelden van het zwiepende brugdek.
– [url=http://en.wikipedia.org/wiki/Ariane_5]Ariane 5[/url]: copy-paste van de besturingssoftware van de Ariane 4, waardoor de raket out-of-control ging en zichzelf liet exploderen. Duurste softwarefout ooit.
– …

  1. 1

    Ok, dus ik moet nu vertrouwen hebben in bruggen, omdat datgene waar de brug onder zal bezwijken niet de verwachte oorzaak zal zijn? ;-)

    Ik zou zo geen voorbeelden weten van mislukkingen en instortingen van bruggen. Ik hou meer van ingepakte bruggen…

  2. 2

    “Mensen denken vaak dat een “rekenfout” iets is in de orde van 1+1=3, maar dat is een erg “alpha-manier” van denken.”

    Ik vind dat nou juist heel erg een beta-manier van denken.

  3. 3

    Die ingenieurs en software-ontwikkelaars mankeren kennelijk een belangrijk stukje in hun hersenen. Oeps, vergeten naar dat kleine kriebelende gevoel te luisteren die zei: leuk ontwerp maar ergens klopt er iets niet.

    En mislukkingen waar de mens wat van kan leren? Die bestaan volgens mij niet. Het zijn niet de eerste bruggen in de gehele geschiedenis die door foutjes in elkaar donderen. En zo zullen er altijd ook vliegtuigen naar beneden blijven vallen en fabrieken ontploffen.
    Nu zijn er idealisten die alle hoop op zelflerende robots vestigen. Die zouden geen last hebben van emoties als narcisme of onzekerheid. Het blijven echter door mensen in elkaar geknutselde machines. Hoe je zo’n robot ook programmeert, je programmeert automatisch het menselijk tekort mee.
    De opvatting dat we in de toekomst een stuk gelukkiger zullen worden dankzij die robots zal de fout van de komende eeuw blijken te zijn.

  4. 4

    He meer bruggenbouwers op GC. Leuk.

    Alleen jammer van je foutje tav troll. Het model was een redelijk complex FEM model maar t was wel goed. De fout was het omzetten naar de praktijk. De verankeringslengte van de wapening rondom de silo’s was niet op tekening gekomen. Dus daar waar spanning zat was wel wapening maar het kon niet worden afgedragen. Gaf overigens wel een leuke uitslag op de seismografen. Kortom het is een uitstekend voorbeeld voor hoe doorgeslagen studiebollen worden achterhaald door de praktijk (enge blik ipv overzicht).

    Overige voorbeeld zijn tgv dynamica. Altijd moeilijk. Zelf heb ik een brug onderhanden gehad waarbij de tuien gingen zwiepen. Probleem bleek veroorzaakt door te zuiver staal. We beheersen t proces nu zo goed dat er weinig imperfecties in t metaal zitten en presto! De energiedemping wordt anders. Maar ja, tuien zij eigenlijk wel makkelijk te dempen.

    Maar blijft. Ja ik zou als ik door de VS rij wel huiverig zijn om over hun oude stalen bruggen te rijden. Ze zijn notoir voor hun achterstallig onderhoud. En natuurlijk een voorgaand bezwijkmechanisme (cascade) als bij bovenstaand voorbeeld is helemaal uit den boze. Ik kan me niet voorstellen dat in NL er ook maar ergens zo’n model wordt geaccepteerd. Maar dan hanteren we ook wat andere acceptatie van faalkansen dan de yanks (zie katrina).

    Einde epistel, slaap lekker.

  5. 6

    Ik was afgelopen zomer in een Frans dorpje waar ze een voor het eerst groot onderhoud pleegde aan een 150 jaar oude brug.
    Er gaan dagelijks horden auto’s overheen en dat terwijl er tijdens de bouw nog geen auto’s waren.
    Slimme jongens in die tijd en nog wel zonder laserwaterpassen en computers.

  6. 7

    3: “Die ingenieurs en software-ontwikkelaars mankeren kennelijk een belangrijk stukje in hun hersenen. Oeps, vergeten naar dat kleine kriebelende gevoel te luisteren die zei: leuk ontwerp maar ergens klopt er iets niet.”

    Ik moet eerlijk zeggen dat ik blij ben dat de meeste ingenieurs meer op hun ratio en expertise vertrouwen dan op hun intuitie.

    “En mislukkingen waar de mens wat van kan leren? Die bestaan volgens mij niet. Het zijn niet de eerste bruggen in de gehele geschiedenis die door foutjes in elkaar donderen.”

    Mensen leren juist heel veel van mislukkingen. Als gevolg van rampen en fouten worden ontwerpen herzien en aangepast, veiligheidsmaatregelen verscherpt. Ja, bruggen blijven instorten, maar niet meer door dezelfde oorzaak als waar de vorige brug door ingestort is.

    @6 de reden dat die brug zo stevig is is waarschijnlijk dezelfde als die waardoor huizen uit 1700 nog steeds onverwoestbaar overeind staan: men had in die tijd nooit van toleranties e.d. gehoord en bouwde gewoon “zo sterk mogelijk”, met draagbalken tot 5 keer dikker dan eigenlijk nodig enzo. Heel stevig maar veel te duur om in onze tijd nog toe te passen.

  7. 10

    @8: Nee, vertel….

    @7: Met andere woorden: wat we ook doen, we blijven fouten maken. Leuk dat we al die tijd dan ook blijven leren, hoewel het jammer is van de slcahtoffers die dat kost.

    @9: hm ja, gravity keeps men falling of zoiets? Van wie was dat ook alweer?

  8. 11

    @3 ”En mislukkingen waar de mens wat van kan leren? Die bestaan volgens mij niet.”

    Ooit van de Comet gehoord? Vermoeiing, Wasdah? Sindsdien worden vliegtuigen grondig ontworpen, getest en gecontroleerd op vermoeiing. Daarvoor was men er simpelweg niet op gekomen. Het is dus meestal niet een kwestie van “Oeps” maar van “Waar komt dit vandaan?!?”.

  9. 12

    Gelukkig werken onze vaklieden volgens hogere normen. De balkons in Maastricht en het winkelcentrum in Amsterdam zijn de uitzonderingetjes die het Hollands vakmanschap nog meer cachet geven.

  10. 13

    @10: Mensen maken een computer die kan bijleren, die vervolgens een bedrijf runt dat huisrobots maakt. De breincomputer laat vervolgens de huisrobots de aarde overnemen om de imperfecties van de mens eens aan te pakken.

  11. 15

    @10 ja, mensen blijven fouten maken ja. Het punt is dat mensen pogen (en soms erin slagen) om niet steeds _dezelfde_ fouten te maken. Zuurpruim.

  12. 16

    @peter:

    “Hoe je zo’n robot ook programmeert, je programmeert automatisch het menselijk tekort mee.”

    Graag even een onderbouwing van deze uitspraak. (hint: die bestaat niet)

  13. 17

    @15 Nou, nou…. valt wel mee met mijn zuurgraad want ook ik koester de hoop dat we ooit fouten zullen maken die geen slachtoffers kosten. De geconstateerde zurigheid heeft misschien iets te maken met dat mensen lang wel dezelfe fouten kunnen maken voor ze er iets van leren.

    @13 Bedankt. Dat moet ik dus nog gaan zien.

    @11: Kijk je wel eens naar de Discovery-docu’s over vliegtuigongelukken? Enerzijds een reclame voor de veiligheidsnormen, alsmaar verbeterende techniek en controle, anderzijds een opeenvolging van menselijke missers.

    @16: Het menselijke tekort bestaat niet? Daar ben ik het levende bewijs van, maar misschien niet representatief genoeg.
    Verder doet dit verschijnsel zich in telkens andere gedaanten voor: een moment van vermoeidheid,hebzucht, elk antwoord levert een nieuwe vraag op, tunnelvisies, geheugenvervalsing en dan ben ik er nog een paar vergeten (oh ja, vergeetachtigheid dus).
    De weerbaarheid tegen het menselijk tekort is grenzeloos optimisme. Da’s een mooi ding.

  14. 19

    @18: Hmm, ja, sorry, te snel gereageerd. Maar jij meent dat het mogelijk is kunstmatige intelligentie te creëren zonder dat daar foutjes insluipen op dezelfde manier als de foutjes die in andere constructies zitten?

  15. 20

    Misschien moet je je meer zorgen maken over de structuur van onze samenleving. Zoals Steve mooi wist aan te wijzen.

    Het ontwerp wordt gedaan door de goedkoopste. De goedkoopste aannemer wordt gekozen om het te bouwen. Die kiest weer de goedkoopst mogelijke materialen. En vervolgens gaan wij met 1ton auto over afgronden en met familie en vrienden onder rivieren, bergen, zeen door.

    Terwijl we onze kinderen daarentegen uitdossen met fietshelmen (God helpe ze mochten eens vallen) en koop je een volvo zodra je kinderen hebt.

    Waar zijn we toch helemaal mee bezig.

  16. 21

    @20: Oh ja, want bruggen komen voortdurend naar beneden. Dat iemand nog over een brug durft te rijden! Die dingen komen dagelijks naar beneden.

    Mensen op de fiets worden daarentegen nooit aangereden, dus die helm is overbodig.