De Gotthardtunnel lijkt rotsvast, maar onder de Alpen verandert de constructie voortdurend

Door temperatuurverschillen zou de tunnel iedere dag langer en korter worden, met een verschil dat zelfs tot 17 centimeter kan oplopen. De natuurkunde daarachter bestaat inderdaad. Alleen blijkt de werkelijkheid onder de Gotthard een stuk ingewikkelder. In de officiële Zwitserse documentatie is voor die dagelijkse 8 tot 17 centimeter geen meetreeks of bevestiging te vinden.

17 centimeter klinkt gek, maar is natuurkundig niet absurd

Het Italiaanse automedium Everyeye verklaart het verschijnsel met thermische uitzetting. Materialen worden bij opwarming iets groter en krimpen weer wanneer ze afkoelen. Beton vormt daarop geen uitzondering. De Gotthardtunnel is volgens het Zwitserse Bundesamt für Strassen, kortweg ASTRA, precies 16,942 kilometer lang. Daardoor kan een minuscuul verschil per meter over de volledige lengte ineens behoorlijk groot lijken.

De Amerikaanse Federal Highway Administration geeft voor gewoon beton typische uitzettingscoëfficiënten van ongeveer 7,4 tot 13 miljoenste per graad Celsius. In een puur theoretisch rekenvoorbeeld zou een volledig vrij stuk beton van 16,942 kilometer bij één graad temperatuurstijging daardoor ongeveer 12,5 tot 22 centimeter langer kunnen worden. Daarmee is een getal in de orde van enkele centimeters dus niet onmiddellijk onzin. Maar er zit een belangrijk woord in die berekening: vrij.

Een tunnel ligt niet los op tafel

De Gotthardtunnel bestaat niet uit één vrij bewegende betonnen staaf. De constructie zit opgesloten in een enorme berg en bestaat uit beton, wapening, wegdek, tussenplafonds en aansluitingen die allemaal op elkaar en op het omliggende gesteente reageren. Juist daardoor kan een temperatuurverandering zich niet alleen uiten in een verandering van lengte. Wanneer een materiaal wil uitzetten maar daarin wordt gehinderd, kunnen ook spanningen en plaatselijke vervormingen ontstaan.

Onderzoek naar tunnelconstructies laat hetzelfde zien. Temperatuurveranderingen kunnen zowel spanning als verplaatsing in de tunnelbekleding en het omliggende gesteente veroorzaken. Hoe groot het effect wordt, hangt onder meer af van materiaal, temperatuurverschillen, constructie en eigenschappen van het gesteente. De simpele rekensom "17 kilometer tunnel plus een beetje warmte is 17 centimeter extra tunnel" vertelt daarom maar een deel van het verhaal.

Bekijk ook

Een jaar nadat deze Brit 47 auto's inhaalde in de Gotthardtunnel blijkt hoe hard de rekening daarvoor kan oplopen | Autobahn

Zwitserland meet veel meer dan alleen temperatuur

Dat ingenieurs rekening houden met beweging in de Gotthardtunnel staat ondertussen buiten kijf. ASTRA documenteert dat de tunnel al sinds ongeveer 1990 op allerlei manieren wordt gemonitord. Daarbij worden onder meer scheuren, trillingen en vervormingen van het tussenplafond bekeken. Ook vervormingen van de tunnelconstructie en bewegingen of opbollingen van de rijbaan worden gemeten.

Opvallend genoeg noemt die uitgebreide monitoringsdocumentatie geen dagelijkse verlenging van de complete tunnel met 8 tot 17 centimeter. Dat betekent niet dat er thermisch niets beweegt. Het betekent wel dat het specifieke getal uit het Italiaanse verhaal niet zonder meer als gemeten eigenschap van de Gotthardtunnel kan worden gepresenteerd.

Juist deze maand grijpt ASTRA ondergronds in

Hoe serieus Zwitserland kleine veranderingen in de tunnelconstructie neemt, blijkt toevallig juist deze maand. De Gotthardtunnel wordt in augustus gedurende twaalf nachten gesloten voor preventief onderhoud. ASTRA heeft meetapparatuur geïnstalleerd die continu de spanning in afzonderlijke elementen van het tussenplafond registreert. Wanneer daar spanningen ontstaan, worden gecontroleerde scheidingssneden gemaakt om de betreffende delen te ontlasten.

ASTRA zegt nadrukkelijk dat deze werkzaamheden bedoeld zijn om schade en onverwachte tunnelsluitingen later te voorkomen. De Zwitserse wegbeheerder koppelt die gemeten spanning overigens niet specifiek aan dagelijkse thermische uitzetting. Die conclusie moeten we er dus ook niet zelf aan toevoegen.

Bekijk ook

Binnenkort met de auto naar Italië? De Gotthardtunnel gaat de komende maanden 30 keer dicht | Autobahn

Achter het stuur merk je hier helemaal niets van

Voor automobilisten blijft het allemaal onzichtbaar. De bestaande Gotthardtunnel werd in 1980 geopend en verwerkt jaarlijks meer dan zes miljoen voertuigen. Terwijl je door de berg rijdt, houden meetapparatuur en ingenieurs dus voortdurend in de gaten wat de constructie doet. Dat wordt de komende jaren alleen maar relevanter.

Naast de bestaande tunnel wordt inmiddels een tweede buis gebouwd. Die moet volgens de huidige planning in 2030 opengaan. Daarna wordt de oorspronkelijke tunnel tussen 2030 en 2033 grondig gerenoveerd. De Gotthardtunnel is dus inderdaad minder onbeweeglijk dan hij vanaf de bestuurdersstoel lijkt.

Beton reageert op temperatuur, gesteente oefent krachten uit en onderdelen vervormen en komen onder spanning te staan. Alleen de spectaculaire bewering dat de complete tunnel iedere dag aantoonbaar 8 tot 17 centimeter langer en korter wordt, gaat op basis van de beschikbare Zwitserse meetgegevens een stap te ver.