Vormbehoud in Assisi

Door gebouwen te versterken met geheugenmetaal zijn beschadigingen als gevolg van aardbevingen sneller te herstellen. De Basilica van St. Francis in het Italiaanse Assisi profiteert als eerste.

OP 25 EN 26 SEPTEMBER 1997 bracht een serie van vijf aardbevingen ernstige schade toe aan de Basilica van St. Franciscus in het Italiaanse Assisi. Het was niet de eerste keer dat de basiliek onder seismische activiteiten te lijden had, en het zal naar alle waarschijnlijkheid ook niet de laatste keer zijn. Maar de recente aardbevingen roepen opnieuw de vraag op hoe dit soort historische gebouwen tegen toekomstige beschadigingen valt te beschermen.

In het verleden zijn in dit soort situaties vaak stalen verstevigingsbuizen toegepast, maar die zijn te star. De oplossing zou moeten komen van een verstevigingsmateriaal dat tegelijk sterk genoeg is om het gebouw te steunen èn voldoende flexibel is om aardschokken te absorberen. Binnen het Vierde Framework Programma van de Europese Unie onderzoekt een internationale groep wetenschappers in het kader van het ISTECH-programma (Innovative Stability Techniques for the European Cultural Heritage) of geheugenmetaal voor dit doel te gebruiken zou kunnen zijn. Van dit materiaal van nikkel-titanium is sinds 1932 bekend dat het in staat is te `onthouden' wat de oorspronkelijke vorm was voordat deformatie optrad. Door vervorming verandert het materiaal van structuur, waarbij de aanwezige nikkel- en titaniumatomen in de legering een andere positie ten opzichte van elkaar innemen: de zogeheten austenietstructuur slaat om in martensiet. Hierbij komt energie vrij. Door later warmte toe te voeren, vindt het omgekeerde proces plaats en krijgt het materiaal de oorspronkelijke vorm terug. De laatste tien jaar heeft geheugenmetaal steeds meer toepassingsmogelijkheden gekregen. Een mooi voorbeeld zijn brilmonturen, die na een `crash' vanzelf weer hun oude model aannemen.

Het idee om geheugenmateriaal te gebruiken ter bescherming van gebouwen tegen aardbevingen komt van het ISTECH-team. In een laboratorium van het Joint Research Centre in het Italiaanse Ispra is ten behoeve van dit onderzoek een muur van 6,5 meter breed, 4,5 meter hoog en 35 centimeter dik gemetseld. Stalen diagonaal aangebrachte buizen, aan het uiteinde voorzien van geheugenmetaal, moeten de muur versterken. Door de muur tien centimeter uit balans te brengen kunnen de onderzoekers nagaan hoe de muur het beste te herstellen is. Het nikkel-titanium biedt voor dit doel volgens de onderzoekers veel perspectief: het is super-elastisch, het heeft een lage stijfheid, het neemt onder vervorming energie op en het is uitstekend tegen metaalmoeheid en corrosie bestendig.

Geheugenmateriaal kan, als verlengde van een kabel, krachten opvangen die in het vlak van de muur optreden. Maar het kan ook onderdeel uitmaken van verstevigingsbalken die loodrecht op de te beschermen muur zijn aangebracht. Het materiaal werkt op de `judo- manier': in plaats van zich tegen de kracht van de aardbeving te verzetten buigt het mee. ``Bij beide toepassingen beperkt het geheugenmetaal door de super-elastische eigenschappen de krachten op de constructie'', aldus Gabriela Castellano, projectcoördinator van het ISTECH-team. ``Met traditionele versteviging met stalen buizen zijn de krachten op de constructie veel groter door de hoge stijfheid van de stalen buizen.''

Inmiddels is uit het onderzoek gebleken dat het geheugenmetaal de stabiliteit van gemetselde constructies aanzienlijk kan verstevigen. Castellano pleit ervoor in de Basilica van St. Franciscus in Assisi geheugenmetalen de stalen balken te laten vervangen die nu het timpaan met het dak verbinden. ``We verwachten dat het timpaan dan een aardbeving van een gemiddelde kracht goed zal doorstaan.''