Langs Nidelva ligger de gamle lagerbygningene i tre, kjent som bryggene. De er blant Trondheims mest karakteristiske bygninger. Flere er mange hundre år gamle. Men hvordan kan vi vite om bjelker og vegger som har stått i århundrer, fortsatt er sterke nok?
Tradisjonelt kan man undersøke treverk ved å ta ut prøver og belaste dem til de går i stykker. Utfordringen er åpenbar når bygningen er verneverdig. Man ønsker å bevare mest mulig – ikke ødelegge noe for å finne ut om det kan bevares.
Derfor undersøker forskerne metoder som kan fortelle hvordan det står til med gammelt treverk helt uten eller med minimale inngrep.
Gamle trebygninger kan ha mer levetid igjen enn alderen skulle tilsi. Brygga 53–55 i Trondheim er undersøkt med metoder som krever minimale inngrep. Foto: Saule Tulebekova
I en ny studie testet forskere ved SINTEF og NTNU metodene på Brygga 53–55. Brygga ligger i Kjøpmannsgata i Trondheim, og er under restaurering. Den regnes som en av de eldste bevarte i byen, med historie tilbake til 1600-tallet.
Fant klare mønstre
Forskerne undersøkte ikke bare enkelte bjelker. De ville også finne ut hvordan hele den gamle konstruksjonen oppfører seg. Til det brukte de 18 trådløse akselerometre plassert på ulike steder.
Sensorene registrerte svært små bevegelser i to timer. Målingene ble gjort om kvelden for å redusere forstyrrelser fra byggearbeidene som pågår.
Alle bygninger beveger seg nemlig litt. Vind og aktivitet i omgivelsene får konstruksjonen til å vibrere. Disse bevegelsene er vanligvis så små at vi mennesker ikke merker dem.
– Måten bygningen vibrerer på, kan sammenlignes med et slags fingeravtrykk. En konstruksjons masse, stivhet og oppbygning påvirker hvilke frekvenser den naturlig svinger med og hvordan ulike deler beveger seg i forhold til hverandre.
Forsker Katarzyna Ostapska (t.v.) og førsteamanuensis Saule Tulebekova inne i Brygga 53–55, der gammelt treverk er undersøkt med moderne målemetoder. Foto: Privat
Det sier førsteamanuensis Saule Tulebekova ved NTNU, som utførte vibrasjonsmålinger av bygningen.
Lydbølger gjennom flere hundre år gammelt tre
Under restaureringen var en rekke gamle granbjelker allerede tatt ut av bygningen. Seks av disse ble undersøkt nærmere. Her kombinerte forskerne flere metoder for å få informasjon om for eksempel tetthet og elastisitet. Blant annet sendte de ultralyd og mekaniske spenningsbølger gjennom treverket.
– Måten bygningen vibrerer på, kan sammenlignes med et slags fingeravtrykk. En konstruksjons masse, stivhet og oppbygning påvirker hvilke frekvenser den naturlig svinger med og hvordan ulike deler beveger seg i forhold til hverandre.
– Prinsippet er at hastigheten på bølgene gir informasjon om treets mekaniske egenskaper som stivhet, men også mulige defekter som sprekker eller råte, forklarer Tulebekova.
I tillegg ble bjelkene skannet med LiDAR (en optisk fjernmålingsteknikk som også lager 3D-modeller). Her ble faktisk LiDAR-sensoren i en iPhone brukt til å registrere geometri og tekstur ved bruk av fotogrammetri.
De digitale modellene gjorde det mulig å beregne bjelkenes dimensjoner og volum mer nøyaktig, som igjen var nødvendig for å kunne anslå densitet og stivhet.
Forskerne brukte dessuten en resistograf på materiale som uansett skulle kasseres: Instrumentet fører en svært tynn nål inn i treet og måler motstanden underveis. På den måten kan man få informasjon om variasjoner i treets tetthet.
– Fordi metoden lager et lite hull, regnes den som delvis destruktiv og ble derfor ikke brukt på de seks bjelkene som ikke skulle ødelegges, forklarer SINTEF-forsker Katarzyna Ostapska.
Gammelt, men godt tre
Resultatene viser at gammelt treverk kan beholde mye av styrken sin, selv etter flere hundre år. Samtidig var det tydelige forskjeller både mellom de enkelte bjelkene og mellom de ulike målemetodene. Sprekker, ujevnheter og naturlig variasjon i treverket kan være noe av forklaringen.
Undersøkelsene tyder på at treverket fortsatt har gode nok egenskaper til å brukes videre under tilsvarende forhold.
Simone Conta og Katarzyna Ostapska måler opp treprøver fra bygningen.
Foto: Saule Tulebekova
– Det er et viktig forbehold. Studien omfatter bare seks bjelker, og resultatene kan derfor ikke uten videre overføres til alt treverk i brygga eller til andre historiske bygninger. Vi må også teste noen treelementer for å verifisere styrken, sier Ostapska.
Bygde en digital kopi
Men målemetodene var ikke nok for forskerteamet: De laget også en digital modell av brygga basert på feltmålingene. Den virtuelle bygningen ble satt i bevegelse, og resultatene ble sammenlignet med målingene fra den virkelige brygga.
Modellen gjenga bevegelsene godt, men ikke helt. Beregningene viste blant annet noe lavere svingefrekvenser enn målingene.
– Det forteller oss at modellen ennå ikke fanger opp alle egenskapene til den kompliserte, gamle konstruksjonen, sier Tulebekova.
Brygga har blitt reparert og endret gjennom flere hundre år. Blant annet er deler av den forsterket med stål, noe som også kan påvirke hvordan bygningen oppfører seg.
Tømmerveggene betyr mer enn forventet
En av de interessante observasjonene kom da forskerne undersøkte hvilke deler av konstruksjonen som betyr mest for hvordan hele bygningen oppfører seg.
Det viste seg nemlig at de gamle laftede tømmerveggene spiller en særlig viktig rolle for bygningens stabilitet. De har større betydning enn både bindingsverket og etasjeskillene.
– Også treverkets tetthet og vekt påvirker hvordan bygningen beveger seg. Skal man lage gode digitale modeller av gamle trebygninger, må man derfor kjenne både materialene og måten bygningen er satt sammen på, forklarer Ostapska.
Kan gjøre gjenbruk enklere
Når gamle bygninger restaureres, må man vurdere hva som kan bevares og hva som må skiftes ut. Manglende kunnskap om treverket kan føre til at mer enn nødvendig blir erstattet.
– Ved å kombinere metoder som sensormålinger, materialtesting og digitale modeller kan vi forstå både det enkelte treelement og bygningen som helhet. Slik kan inngrepene begrenses, sier Ostapska.
Det kan være særlig verdifullt i kulturhistoriske bygninger, der selve originalmaterialet er en viktig del av det man ønsker å bevare.
Ved å lytte til hvordan gamle bygninger beveger seg, kan vi altså få kunnskap som gjør det lettere å ta vare på dem. Studien er gjennomført som en del av prosjektet TiReX.
Referanse:
Saule Tulebekova, Katarzyna Ostapska & Simone Conta: Non-destructive field tests and FEA modeling of a timber wharf building in Norway from 1767
