Hoe stevig zijn gescheurde muren na een aardbeving? Is het nog veilig om over een kade te lopen? Op dit soort vraagstukken probeert Rita Esposito, assistant professor in metselwerkmechanica , een antwoord te vinden met haar onderzoek naar metselwerk. Hiervoor bestudeert ze onder meer echte stukken uit muren van beschadigde huizen en eeuwenoude bruggen.
Met name het proces van scheuren vind ik heel interessant. Hoe een kleine barst uiteindelijk van grote invloed kan zijn op de hele draagkracht van een bouwwerk of constructie.
Het complexe van metselwerk is dat het – in tegenstelling tot bijvoorbeeld beton – bestaat uit meerdere materialen, zegt Esposito. “Vaak is metselwerk opgebouwd uit baksteen en mortel of specie. Dat zit weer aan elkaar vast met horizontale en verticale verbindingen. Met name het proces van scheuren vind ik heel interessant. Hoe een kleine barst uiteindelijk van grote invloed kan zijn op de hele draagkracht van een bouwwerk of constructie. Om dat proces goed te kunnen begrijpen verdiep ik mij in zowel het materiaal als constructiemechanica.”
Metselwerk van huizen
Esposito was een van de projectleiders van een onderzoek naar de effecten van aardbevingen op huizen in Groningen die gemaakt zijn van metselwerk. “Er was al veel onderzoek gedaan naar de effecten van aardbevingen op metselwerkgebouwen, maar nog nooit naar de typische Nederlandse huizen met hun slanke muren en grote ramen. In het lab bij de TU Delft hebben we daarom twee huizen en een aantal muren nagebouwd om experimenten te doen. Daarnaast konden we metselwerk van bestaande gebouwen onderzoeken, want we hadden stukken van echte huizen die onbewoonbaar zijn geworden of zouden worden afgebroken.
Haar onderzoek naar deze stukken metselwerk uit Groningse huizen leidde tot een databank met materiaaleigenschappen van allerlei soorten metselwerk, met gegevens over bouwjaartallen, soorten steen en mortel. Dankzij deze uitgebreide database kunnen ingenieurs nu snel en nauwkeurig het metselwerk van vergelijkbare Nederlandse huizen analyseren, waarmee het originele metselwerk aan zo min mogelijk destructieve tests wordt blootgesteld.
Core testing method
Om bouwwerken nauwkeurig te analyseren, moeten de eigenschappen als stijfheid, sterkte en taaiheid in verschillende richtingen van het metselwerk onderzocht worden. Daarvoor moet een groot oppervlak van de constructie bemonsterd worden. De samples ondergaan een belasting tot ze volledig breken. “Maar je kunt niet zomaar een complete muur van een bouwwerk afbreken”, zegt Esposito. Daarom maakt Esposito gebruik van de core testing method. Hiervoor wordt een cilindrisch sample uit de muur geboord (een core) voor analyse. Deze methode wordt veel gebruikt voor het bepalen van eigenschappen van beton, steen of asfalt. “Maar als het gaat om metselwerk zijn we een van de weinige onderzoeksgroepen ter wereld die hiermee werken.”
Dik metselwerk uit een brug
Momenteel werkt Esposito, samen met het Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS) aan een onderzoeksproject voor de gemeente Amsterdam. Ze onderzoeken of de core testing method ook geschikt is voor metselwerk dat dikker is dan dat in een woning. Hiervoor werd een stuk van maar liefst 1,4 meter uit de pijler van een negentiende-eeuwse brug gehaald, die op dat moment gerenoveerd werd. Esposito nam hieruit tientallen cores, variërend in diameter en lengte. Deze samples test ze, net als die uit de Groningse muren, op sterkte, stijfheid en taaiheid. Het gaat nu alleen om veel dikker metselwerk. “En die kennis is nodig”, zegt Esposito, “want we begrijpen nog niet hoe zo’n dik stuk metselwerk zich gedraagt. Deze bouwtechniek van dikke metselwerken is een typische bouwtechniek die veel aanwezig is in Nederlandse steden met kanalen.”
Ander verschil is dat een pijler van een brug – net als een kademuur – deels wordt blootgesteld aan water, vervolgt Esposito. “We weten nog niet precies wat de invloed hiervan is op de restcapaciteit van een bouwwerk. Ook heb je bij dikker metselwerk mogelijk grotere verschillen tussen de binnen- en buitenkant. Vandaar dat we de cores op verschillende plaatsen van een doorsnede testen.”
Veiligheid en prioriteiten bij onderhoud
En als blijkt dat de core testing method ook voor dikker metselwerk bruikbaar is, kan dat een hoop voordelen opleveren. Slechts enkele cores geven genoeg informatie om met modellen te berekenen wat de staat is van het metselwerk. Zonder dat je hele stukken kades of bruggen hoeft af te breken. Hiermee kan een gemeente vervolgens prioriteiten stellen voor onderhoud en renovatie. Zo voorkom je ook onnodige werkzaamheden en kosten. Esposito: “Zeker een gemeente als Amsterdam, met zo’n tweehonderd kilometer aan kademuren, kan daar veel aan hebben.”
Slimmere en eenvoudigere modellen moeten ervoor zorgen dat je zonder invasieve testen toch heel nauwkeurige voorspellingen kunt doen.
Slimme modellen
En wat als het gaat om een kwetsbaar monument en het niet mogelijk is om zelfs maar minimaal invasieve cores te nemen? Daarvoor wil Esposito een model maken. “De bestaande modellen kunnen heel goed aangeven wat de capaciteit is van metselwerk. Maar er is een groot nadeel. Om dat te berekenen moet je veel eigenschappen van het materiaal bepalen en in het model stoppen. Om die te weten moet je ontzettend veel samples nemen. Slimmere en eenvoudigere modellen moeten ervoor zorgen dat je met beperkte input uit niet-invasieve tests toch heel nauwkeurige voorspellingen kunt doen.”
Gepubliceerd: december 2022
