Materiaalverbeteraar voor spoorwegen en museumkasten

Prof.dr.ir. Akke Suiker - Applied Mechanics & Design

Beton, staal, hout: het zijn bouwmaterialen die we al sinds mensenheugenis gebruiken, maar ze hebben nog altijd genoeg geheimen. Hoe ontstaan breuken, scheuren of deformaties, en hoe is dat te voorkomen? Kunnen we de eigenschappen verbeteren door de structuur op microniveau aan te passen? Dat zijn het soort vragen waar Akke Suiker zich mee bezig houdt als hoogleraar Applied Mechanics & Design. Zijn gereken blijkt op allerlei terreinen van waarde, van spoorwegen tot museumkasten.

Hij is in feite nog maar net begonnen in Eindhoven. Sinds begin 2012 is Akke Suiker hoogleraar Applied Mechanics & Design aan de TU Eindhoven. Zelfs zijn website is nog niet gevuld, geeft hij schoorvoetend toe. Hij zit nog in de opstartfase. “Ik heb het eerste jaar gebruikt om mijn onderwijs op de rails te zetten. Dit jaar zijn pas de eerste onderzoeksvoorstellen de deur uitgegaan en zijn er promovendi bijgekomen.”  

Delftenaar

De TU/e mag trots zijn dat het Suiker heeft weten te verleiden naar Eindhoven te komen. Suiker is van oorsprong een echte ‘Delftenaar’: afgezien van twee tijdelijke verblijven aan universiteiten in Cambridge en Massachusetts vond zijn academische carrière tot nu aan de TU Delft plaats. En hij was daar populair: in 2010 werd hij verkozen tot ‘Beste docent van de TU Delft’. Maar Suiker is ook hongerig naar nieuwe uitdagingen. “Ik ben snel uitgekeken op één ding, en het is ook heel nuttig om van veel verschillende onderzoeksgebiedjes verstand te hebben. Dat maakt je zeer breed georiënteerd.”

De faculteit Bouwkunde waar hij nu onder valt is reeds zijn derde soort faculteit, zijn tijd in Delft meegerekend. Hij studeerde en promoveerde bij de faculteit Civiele Techniek, en vervolgde zijn onderzoek bij Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek. Het demonstreert de breedte waarbij zijn vakgebied tot uiting komt in de wetenschap. “Mechanica komt in veel terreinen terug. Ik had net zo goed hier bij Werktuigbouwkunde kunnen werken”, zegt Suiker.

In zijn algemeenheid richt Suiker zich op de mechanica van vaste materialen. Concreet: hoe materialen vervormen, scheuren, breken; hoe ze bezwijken of deformeren, maar ook hoe je dat kunt voorkomen of materialen bestendiger kunt maken tegen schade. Zijn aanstelling bij de faculteit Bouwkunde betekent dat de toepassingen over het algemeen in de bouw of infrastructuur zijn te vinden.

Spoordeformaties

Een goed voorbeeld van wat het werk van Suiker concreet inhoudt leren we van zijn promotieonderzoek in Delft. Hij berekende in hoeverre een hogesnelheidstrein de treinrails belast. Dat deed hij onder meer door met modellen de golfvoortplanting door de grondlagen in kaart te brengen. “Net als een vliegtuig last heeft van de geluidsbarrière gaat een TGV zijn eigen golven inhalen op een slappe ondergrond en gaat de trein trillen”, legt Suiker uit.

Die trillingen zorgen voor deformaties in het spoor. Dat geeft ongelijkmatige zettingen in de ondergrond, die op hun beurt weer leiden tot extra kracht op de assen en wielen, en dus slijtage. “Men dacht dat we dit verschijnsel uit onze duim zogen als academici, maar met metingen in Frankrijk en Engeland konden we ons gelijk aantonen”, zegt Suiker. Als gevolg daarvan werd besloten bij de aanleg van de hogesnelheidslijn in Nederland om de paar meter heipalen in de grond te slaan die de spoorconstructie ondersteunen en de golfvoortplantingsenergie afdragen naar dieper gelegen stijve zandlagen. “Als men niet naar ons had geluisterd, waren er waarschijnlijk serieuze problemen ontstaan”, aldus Suiker.

Materiaalverbeteraar

In feite is Suiker een soort ‘materiaalverbeteraar’. Hij werkte aan metalen voor de auto- en luchtvaartindustrie om bijvoorbeeld de energieopname en sterkte van staal te verbeteren. Suiker: “Een metaal bestaat uit microscopische kristalstructuren, waar je mee kunt spelen om de macroscopische eigenschappen van het materiaal te veranderen.” Hij doet iets vergelijkbaars met coatings – hoe je ze kunt optimaliseren zodat ze minder snel loslaten of bestand zijn tegen hoge temperaturen.

Zijn werk overlapt deels met dat van prof. Marc Geers van Werktuigbouwkunde, die eerder op dit onderzoekersblog aan bod is gekomen. “Ik ken hem heel goed”, lacht Suiker, “we hebben gedeeltelijk dezelfde wetenschappelijke ‘training’ gehad en komen elkaar nog regelmatig tegen in het veld.” Het soort modellen waar ze aan werken hebben overeenkomsten, maar de toepassingen of problemen verschillen wel. Beiden zijn overigens betrokken bij het Multiscale Instituut binnen de TU/e – een bundeling van Eindhovens onderzoek waarbij problemen over meerdere lengteschalen centraal staan.

Magnetisme in beton

Een mooi voorbeeld van materiaalverbetering waar Suiker nu mee bezig is draait om gewapend beton, waarin de trekkrachten worden opgenomen door stalen wapeningsstaven. “Gewapend beton bestaat al sinds 1867 toen een Franse tuinier bloembakken van ijzerdraad bepleisterde met cementmortel”, zegt Suiker. “Maar we kunnen nog altijd nieuwe ideeën bedenken om beton te wapenen, die weer nieuwe mogelijkheden bieden.”

Zo onderzoekt Suiker in samenwerking met prof. Theo Salet methodes om beton effici
ënt te wapenen met korte staalvezels, zodat met een 3D-printer hele gebouwen uit gewapend beton kunnen worden opgetrokken. Het oriënteren van de staalvezels kan met behulp van magnetisme worden gedaan, waarbij magnetische velden de vezels dan in de goede richting duwen tijdens het productieproces. “Hiermee ben je veel doeltreffender in de uitvoering en flexibeler in de vormgeving, en ik verwacht dat hier dan ook een heel andere architectuur uit voortkomt”, zegt Suiker.

Maar Suiker wil ook op zoek naar nieuwe materialen. “Beton is het bouwmateriaal dat wereldwijd het meest gebruikt wordt. Logisch, het is goedkoop en je kunt er bijvoorbeeld ook afvalstoffen in kwijt, zo toont onder meer prof. Jos Brouwers in onze faculteit aan. Maar ik vind dat je ook verder moet kijken, de bouw is een vrij conservatieve wereld. Ik denk bijvoorbeeld aan kunststoffen of polymeren. Daar kan veel meer mee gedaan worden in constructies. Daar ga ik dan ook mee aan de slag.”

Museumkasten

Een ander interessant project dat nog maar pas begonnen is, zit in een hele andere richting: kunstconservering. Samen met André Jorissen (Houtconstructies) en Henk Schellen (Bouwfysica) kijkt hij binnen het NWO-project Science for Arts naar hoe museumkasten van hout reageren op de klimatologische veranderingen in een museum, zoals de temperatuur of luchtvochtigheid. “Hout krimpt bij lagere temperaturen, en zet uit bij warmte”, zegt Suiker. “De temperatuur- en vochtwisselingen in een museum ten gevolge van klimaatregeling kunnen spanningen veroorzaken in het hout, met kans op scheuren.”

Volgens Suiker zien musea gebeuren dat stukken scheuren beginnen te vertonen. “Men snapt niet waarom er scheuren optreden en waarom dit op bepaalde plekken gebeurt. Ook niet hoe je dit probleem voorkomt. We gaan rekenen aan het ouderdomsproces van lijmen, van hout, welke voorkeursrichtingen het hout bevat voor spanningen, de montage, aan al die zaken. Een promovenda van ons gaat bijvoorbeeld kijken naar zeventiende-eeuwse kasten in het Rijksmuseum, van de Nederlandse meubelmaker Jan van Mekeren. Onlangs is een kast van hem gerestaureerd, waar een grote verticale scheur over één van de deuren liep.”  

Topsport

Suiker maakt lange dagen, want hij woont in Delft. “Ik heb 4 uur reistijd per dag en zit elke ochtend om half zeven in de trein”, zegt Suiker. Om dit vol te houden let hij op zijn voedingspatroon en loopt hij twee keer per week tien tot twintig kilometer hard. “Ik zie wetenschapper zijn als topsport”, zegt Suiker. “Je moet fit zijn en scherp van geest, het is een baan die veel van je vraagt. Sport is daarvoor essentieel vind ik. Met een goede balans tussen sport, werk en gezin merk ik dat je goed in je vel kunt zitten.”

Korte bio:

1969: Geboren in Venhuizen
1991: Afgestudeerd als civiel ingenieur aan HTS Alkmaar
1995: Cum laude afgestudeerd Civiele Techniek aan TU Delft
1998: Gastwetenschapper aan University of Massachusetts, VS
2000: Gastwetenschapper aan University of Cambridge, Groot-Brittannië
2001: Universitair docent aan faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek TU Delft
2002: Cum laude gepromoveerd aan TU Delft op het gebied van mechanisch gedrag van spoorwegen
2008: Universitair hoofddocent aan faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek TU Delft
2010: Verkozen tot beste docent van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek TU Delft
2010: Verkozen tot beste docent van de TU Delft
2012: Hoogleraar Applied Mechanics and Design aan faculteit Bouwkunde TU/e
2013: Verkozen tot beste Masterdocent van de faculteit Bouwkunde TU/e

Terug naar het overzicht