diagnostyka uszkodzeń... - Instytut Budownictwa Politechniki

Piotr PIETRASZEK*
Tomasz NOWAK*
Maciej ŚLIWOWSKI*
DIAGNOSTYKA USZKODZEŃ, NAPRAWA I WZMACNIANIE
ZABYTKOWYCH KOŚCIOŁÓW DREWNIANYCH
O KONSTRUKCJI ZRĘBOWEJ
W referacie przedstawiono aktualny stan techniczny dwóch kościołów drewnianych o konstrukcji
zrębowej (wieńcowej). Jeden z nich znajduje się na terenie województwa dolnośląskiego we wsi
Złotów, drugi - w Smarchowicach Śląskich (województwo opolskie). Zaprezentowano koncepcję
naprawy, wzmocnienia elementów konstrukcyjnych oraz zabezpieczenia strukturalnego
i biochronnego. Obydwa obiekty znajdują się w rejestrze zabytków.
1. OPIS OBIEKTÓW
Kościół filipinów pw. św. Krzyża w Smarchowicach Śląskich (rys. 1) jest obiektem
wpisanym do rejestru zabytków woj. opolskiego. Obiekt pochodzi z XIV/XV wieku.
Do roku 1654 - ewangelicki. Obecna forma datowana jest na początek XVII wieku.
W 1822 roku odnowiono dach, a w 1848 roku przeprowadzono gruntowny remont
całego obiektu. W 1883 wprowadzono w nawie słup wspierający strop. Obiekt był
odnawiany i remontowany także w 1922 i 1928 roku.
Z przeprowadzonych oględzin cokołów należy wnioskować, że fundament
budynku jest murowany z cegły pełnej na zaprawie wapiennej. Teren wokół budynku
o nawierzchni trwałej (fartuch asfaltowy). Cokół fundamentowy o wysokości od 40
cm do 60 cm wykonano z cegły pełnej na zaprawie wapiennej. Zewnętrzne ściany
o grubości ok. 20 cm wykonane są z belek drewnianych ciosanych w formie
konstrukcji wieńcowej (zrębowej) bez ostatków, osadzone na podwalinach
drewnianych. Łączenie belek poszczególnych ścian wieńcowych wykonano za
pomocą złączy na jaskółczy ogon, bez wypustek.
*Instytut Budownictwa Politechniki Wrocławskiej
280
Rys. 1. Kościół w Smarchowicach Śląskich
Fig. 1. Church in Smarchowice Śląskie
Rys. 2. Kościół w Złotowie
Fig. 2. Church in Złotów
Ściany wieży wykonano jako słupowo-ryglowe, drewniane oszalowane od
zewnątrz deskami gr. 25 mm.
Konstrukcję dachu obiektu stanowi więźba drewniana. Konstrukcję można opisać
jako jętkową z dolnymi tramami w postaci belek stropu pod poddaszem – rys. 5.
281
Połączenia poszczególnych elementów w węzłach realizowane są na wręby z kołkami
drewnianymi. Usztywnienie wiązarów w ich płaszczyźnie wykonano za pomocą
zastrzałów. Usztywnienie podłużne zapewnia jedna ścianka stolcowa z zastrzałami
i mieczami. Pokrycie kościoła i wieży - gontem drewnianym. Brak odwodnień
i opierzeń – woda odprowadzana bezpośrednio z okapów.
Nie stwierdzono w budynku izolacji pionowych fundamentów lub poziomych
pomiędzy cokołem a belkami podwalinowymi.
Kościół w Złotowie (rys. 2) jest obiektem opisanym w Katalogu Zabytków Sztuki w
Polsce. Budowę Kościoła ukończono w 1754 r.
Z przeprowadzonych badań cokołów należy wnioskować, że fundament budynku
stanowią fundamenty kamienne na zaprawie gliniano-piaskowej.
Zewnętrzne ściany budynku o grubości 17 cm wykonane są z bali drewnianych
struganych w formie konstrukcji wieńcowej. Ściany zewnętrzne osadzono na
podwalinach drewnianych. Ściany wieży wykonano jako ryglowe, drewniane
oszalowane od zewnątrz deskami.
Konstrukcję dachu obiektu stanowi więźba drewniana, płatwiowo-jętkowa ze
ściągami. Pokrycie z blachy stalowej ocynkowanej.
2. OCENA STANU TECHNICZNEGO
W obu kościołach na podstawie stanu murów (cokołów) oraz deformacji
konstrukcji drewnianej można sądzić, że nie występują nadmierne osiadania gruntu.
Nie stwierdzono nigdzie pęknięć cokołów, świadczących o tym, że stan fundamentów
jest zły. Miejscowo cokoły były już wzmacniane - na całym obwodzie budynków
zaprawa z zewnętrznych spoin nie jest wymyta, spoiny pełne, zwarte. Stan ogólny
fundamentów i cokołów można uznać za średni, ale nie wymagający napraw.
Ściany zewnętrzne omawianych budynków o konstrukcji wieńcowej, zwłaszcza w
swojej dolnej części są znacznie uszkodzone przez korozję biologiczną. Dotyczy to
głównie belek podwalinowych oraz dwóch belek powyżej podwaliny. Stwierdzono III
stopień korozji biologicznej. Uszkodzone przez korozję biologiczną są również
krawędzie belek wieńcowych ułożonych powyżej podwalin. Stwierdzono obecność
owadów – szkodników drewna. Górna część ścian wieńcowych (belki, oczepy) są w
dużo lepszym stanie – porażenie jest dużo mniejsze, miejscowe. Po ociosaniu i po
impregnacji drewno może być dalej konstrukcyjnie użytkowane. Stan części
końcówek połączeń belek, czyli tzw. jaskółczych ogonów i ostatków jest zły,
zwłaszcza tych krzyżujących się pod kątem prostym – występuje znaczna destrukcja
wywołana działaniem szkodników biologicznych.
W budynku kościoła w Smarchowicach Śląskich ściany wieńcowe na całym
obwodzie budynku są znacznie wychylone z pionu i z płaszczyzny (rys .1).
Największa deformacja występuje na styku ściany szczytowej nawy głównej ze
282
ścianami prezbiterium – odchylenia od pionu dochodzą do 15 cm. Z
przeprowadzonych pomiarów wynika również, że ściany na wysokości są lokalnie
wyboczone. Deformacja ścian powoduje znaczną deformację połączeń na jaskółczy
ogon – pomiędzy poszczególnymi belkami powstają szerokie szczeliny, do których
wnika woda opadowa i powoduje korozję biologiczną końcówek belek. Deformacja
ścian powoduje również deformacje obramowań okien i drzwi.
Konstrukcja szkieletowa wież jest w stanie technicznym średnim, miejscowo
występują porażenia przez owady, I – II stopnia. Elementy konstrukcji wież, w tym
elementy wsporcze dzwonu, wymagają miejscowego usunięcia ognisk korozyjnych
i impregnacji. Słupy konstrukcji w obu obiektach są w stanie dobrym.
Stan konstrukcji dachów ogólnie można ocenić jako niezadowalający w przypadku
Kościoła w Smarchowicach Śląskich oraz średni w Kościele w Złotowie. Elementy
więźby dachowej (łaty, krokwie, płatwie, słupy, miecze, belki stropowe - ściągi,
murłaty) wykazują typowe, podłużne spękania spowodowane długotrwałym okresem
eksploatacji (wiekiem drewna) oraz zjawiskami mechano-sorpcyjnymi. Spękania takie
nie decydują o nośności eksploatacyjnej elementu drewnianego, obniżają ją jednak od
15÷30%. Po odsłonięciu warstw powierzchniowych niektórych elementów
zaobserwowano chodniki larwalne wypełnione mączką drzewną. Rozpoznano
spuszczela pospolitego (hylotrupes bajulus L.). Stopień porażenia niektórych murłat,
słupów, zastrzałów, płatwi i krokwi określono na I (porażenie przekroju do głębokości
0,5÷1,5 cm).
Aktualny stan techniczny obiektu w Smarchowicach Śląskich ogólnie można
określić jako niezadowalający, wymagający pilnego remontu ze wzmocnieniem
konstrukcji, zaś w Złotowie jako zadowalający, wymagający tylko remontu bieżącego.
Głównymi przyczynami powodującymi konieczność wykonania wzmocnień
i remontu w Kościele w Smarchowicach Śl. są:
– niewłaściwa sztywność konstrukcji drewnianej obiektu, powodująca odkształcenia
ścian, zwłaszcza od strony prezbiterium,
– brak izolacji poziomej i pionowej cokołu,
– stan techniczny drewna, głównie belek podwalinowych,
– lokalne, ale występujące w wielu miejscach, porażenie przez szkodniki
biologiczne konstrukcji wieńcowej ścian obiektu, konstrukcji wieży i dachu
szkodnikami.
3. PROGRAM NAPRAWCZY DLA KOŚCIOŁA W SMARCHOWICACH ŚL.
3.1. NAPRAWA I USZTYWNIENIE KONSTRUKCJI WIEŃCOWEJ ŚCIAN ZEWNĘTRZNYCH
ORAZ PODWALIN
Zaproponowano następujące działania w tym obszarze:
283
•
•
jako generalną zasadę należy przyjąć konieczność wymiany tych fragmentów,
które osiągnęły III stopień porażenia; zakłada się tu wymianę na belki ciosane z
wysezonowanego drewna modrzewiowego o pierwotnym przekroju: klasa drewna
C35;
ściany wieńcowe należy usztywnić za pomocą dodatkowych elementów
pionowych tzw. lisic – na ścianach nawy głównej należy założyć po 4 lisice, na
ścianach prezbiterium łącznie 6 lisic – rys. 3.
Rys. 3. Usztywnienie ścian Kościoła w Smarchowicach Śląskich
Fig. 3. Bracing the walls of the church in Smarchowice Śląskie village
Rys. 4. Szczegóły A i B – stężenie pod sufitem kościoła
Fig. 4. A and B details – bracing close under the church ceiling
284
•
•
górny wieniec (oczepowy) należy usztywnić zastrzałami poziomymi
zamontowanymi w 4 narożach, bezpośrednio pod stropem – rys. 3;
na połączeniu nawy głównej i prezbiterium wykonać ramę usztywniającą
w postaci dwóch słupów obejmujących naroże i górnego rygla w postaci kratowej
(rys. 5);
Rys. 5. Przekrój pionowy Kościoła w Smarchowicach Śląskich – rama usztywniająca
Fig. 5. Vertical section of the church in the Smarchowice Śląskie village – a bracing frame
•
konstrukcję wieńcową ścian zewnętrznych i podwalin należy poddać renowacji
i zabezpieczeniu wg opisanej poniżej technologii:
a) wymienić wszystkie belki podwalinowe skorodowane w znacznym stopniu
(rys. 6). Pod nowymi podwalinami wykonać izolację z papy;
b) usunąć luźno związane części drewna z belek i podwalin mniej uszkodzonych
oraz ewentualny destrukt w postaci mączki drzewnej. Drewno porażone, ale
jeszcze stabilne w swej strukturze – oczyścić;
c) dokonać wzmocnienia struktury przypowierzchniowej (do 5 cm) drewna przy
użyciu specjalnej płynnej, dwukomponentowej mieszanki epoksydowej
wzmacniającej elementy drewniane mocno porażone przez grzyby i produkowanej
przez firmę specjalizującą się w tym zakresie. Podwalinę dodatkowo
impregnować preparatem na bazie boru działającym zapobiegawczo przeciwko
atakującym drewno grzybom i owadom;
285
d) dokonać uzupełnienia (wklejenia) brakujących części przekrojów drewnianych
przy użyciu kompozycji klejowej opisanej poniżej stosując drewno
wysezonowane;
• do wszystkich konstrukcyjnych połączeń klejowych zastosować klej na bazie
żywicy epoksydowej o następującym składzie: Epidian 5 – 100 cz. w., cement
„R32,5” – 185 cz. w., utwardzacz Z-1 – 11 cz. w., ftalan dwubutylu – 5 cz. w.,
[1]. Można tu również zastosować odpowiedni gotowy dwukomponentowy klej
na bazie żywicy epoksydowej, mający aprobatę do stosowania w obiektach
zabytkowych.
Rys. 6. Połączenie wymienianych odcinków belki podwalinowej
Fig. 6. Joint between replaced segments of a ground beam
3.2. WIEŻA I KONSTRUKCJA DACHU
Wymienić uszkodzone- porażone w III stopniu części przekrojów konstrukcji
dachu i wieży. Pozostałe elementy należy ociosać i dokładnie oczyścić. Następnie
dokonać impregnacji drewna konstrukcji dachowej przy użyciu odpowiedniego
firmowego, środka o dobrych właściwościach penetracyjnych, którego substancje
bioaktywne pozostają w formie krystalicznej w drewnie, nie tworząc fazy gazowej,
dzięki czemu nie maleje ich skuteczność w czasie i nie obciążają środowiska do
ochrony drewna przed gniciem (grzybem) i szkodnikami.
Generalnie konstrukcję więźby należy impregnować środkami ogniochronnymi
czyniącymi drewno trudno zapalnym – zalecanymi do obiektów zabytkowych.
Ponadto „rozluźnione” połączenia na kołki elementów konstrukcji (głównie chodzi
tu o połączenia: „jętka - krokiew”, „zastrzał - słup”, etc.) należy wzmocnić śrubą M20
z podkładkami stalowymi kwadratowymi gr. 5 mm o wymiarach min. 50 x 50 mm.
Uzupełnienia (uciąglenia) przekroju w obszarze „rozluźnionych” połączeń należy
dokonać mieszaniną epoksydową: Epidian 5 – 100 cz. w., cement „R32,5” – 185 cz.
w., utwardzacz Z-1 – 11 cz. w., ftalan dwubutylu 5 cz. w., aerosil – 2 cz. w.
uszczelniając połączenie, na czas twardnienia żywicy, kitem węglowym. Można też tu
użyć odpowiedniej masy firmowej, zalecanej do obiektów zabytkowych.
286
Połączenia na klamry stalowe istniejące w „rozluźnionych” połączeniach części
płatwi w przekrojach nad słupami należy obustronnie wzmocnić przykładkami gr. 40
mm i dł. 70 cm z drewna C35, na całą wysokość przekroju, mocowanymi do każdej
części płatwi pięcioma śrubami ∅12 mm. „Rozluźnione” połączenia wypełnić
następnie mieszaniną epoksydową uszczelniając miejsca wycieku mieszaniny
(pomiędzy płatwią a przykładką wzmacniającą) kitem węglowym.
4. PODSUMOWANIE
Stare obiekty architektury drewnianej w Polsce są w przeważającej części w złym
stanie technicznym. Powodem tego stanu rzeczy jest ich niewłaściwa eksploatacja,
konserwacja oraz brak remontów. Nierzadko są to obiekty zabytkowe o dużej wartości
historycznej, architektonicznej i technicznej. Istnieje zatem konieczność ich
bezwzględnej ochrony co jest często, jednak nieskutecznie, podejmowane
w literaturze przedmiotu.
Opisywane obiekty należy z uwagi na ich wartość historyczną niezwłocznie
poddać procesom remontowym, które, zdaniem autorów, w chwili obecnej są również
uzasadnione ekonomicznie co wykazały przeprowadzone analizy.
LITERATURA
[1]
[2]
[3]
Jasieńko J., Połączenia klejowe w rehabilitacji i wzmacnianiu zginanych belek drewnianych.
Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2002.
Mielczarek Z., Kurtz K., Problemy konstrukcyjne w budownictwie zabytkowym. II Ogólnopolska
Konferencja pt. Architektura ryglowa – wspólne dziedzictwo. Szczecin, 1999, 53-64.
Rapp P., Zabytkowy kościół szachulcowy w Obornikach Wielkopolskich – historia, architektura i
stan zachowania. IX Konferencja Naukowo-Techniczna Remo 2000: Problemy remontowe w
budownictwie ogólnym i obiektach zabytkowych, Wrocław – Szklarska Poręba, 2000, 391-397.
DEFECT FINDING, REPAIR AND REINFORCEMENT OF
HISTORICAL WOODEN CHURCHES OF A FRAME
STRUCTURE
Actual technical state of two wooden churches built as framed (raft type) structures has been
presented. One such church is located in the Złotów village in the Lower Silesia district, and the other
one – in Smarchowice Śląskie village (Opole district). A concept of repair, reinforcement of structural
members, structural protection and bio-proofing has been proposed. Both churches can be found in the
register of historical buildings.