Czy istnieją bezpieczne fluktuacje wilgotności względnej?

Czy istnieją bezpieczne fluktuacje wilgotności względnej?

Czy istnieją bezpieczne fluktuacje
wilgotności względnej?
Łukasz Bratasz, Bartosz Rachwał
Cel
Określenie wahań wilgotności względnej
odpowiadających krytycznym odkształceniom
warstwy malarskiej wyznaczonym w testach
zmęczeniowych.
Całkowita długość spękań warstwy
malarskiej w zależności od liczby cykli
odkształcenie
350
0.5%
0.35%
całkowita długość spękań [mm]
300
250
0.4%
200
150
0.25%
100
0.2%
50
0
0.15%
-50
1
10
100
1000
liczba cykli
10000
Wahania wilgotności względnej obliczone z
izoterm pęcznienia - drewno lipowe jest
typowe
wiąz
wiśnia
wierzba
topola
sosna
orzech
modrzew
mahoń
lipa
klon
jodła
jesion
jabłoń
cyprys japoński
czarny dąb
dąb
buk
czereśnia
brzoza
świerk
zmiana wymiarowa w kierunku stycznym [%]
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
60
wilg. wzgl. [%]
70
80
90
100
Wahania wilgotności względnej obliczone z
izoterm pęcznienia - drewno lipowe jest
typowe
wiąz
wiśnia
wierzba
topola
sosna
orzech
modrzew
mahoń
lipa
klon
jodła
jesion
jabłoń
cyprys japoński
czarny dąb
dąb
buk
czereśnia
brzoza
świerk
zmiana wymiarowa w kierunku stycznym [%]
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
60
wilg. wzgl. [%]
70
80
90
100
Wahania wilg. wzgl. wokół poziomu 50%
odpowiadające różnym odkształceniom
zaprawy przez drewno
zmiana wilg. wzgl.
350
±16,5%
±11,7%
całkowita długość spekań [mm]
300
250
±13,4%
200
150
±8,5%
100
±6,5%
50
0
±5,2%
-50
1
10
100
1000
liczba cykli
10000
Amplituda wahań wilg. wzgl.
zapoczątkowująca pękanie zaprawy w
zależności od liczby cykli
30
amplituda wahań wilg. wzgl. [%]
25
20
15
10
5
0
1
10
100
liczba cykli
1000
10000
Pierwsze przybliżenie dozwolonych
wahań wilgotności względnej
Odpowiedź wilgotnościowa drewna
powodująca odkształcenia zaprawy na
poziomie 0,2% odpowiada bardzo
niewielkim zmianom wilg. wzgl. rzędu
±6,5% wokół poziomu 50% w kierunku
stycznym dla drewna lipowego.
Należy uwzględnić dodatkowe zjawiska.
Dodatkowe zjawiska
Bezpieczny zakres wahań wilgotności względnej
poszerzają zjawiska takie jak:
– histereza pęcznienia i skurczu
– niepełna odpowiedź drewna na krótkotrwałe
zmiany wilg. wzgl.
– wygięcie cienkich desek
zmiana wymiarowa w kierunku stycznym [%]
Pętla histerezy w izotermach pęcznienia/
skurczu dla drewna lipowego
6
5
4
ja
c
p
r
so
e
d
3
średnia
2
1
rpcja
adso
0
0
20
40
60
wilg. wzgl. [%]
80
100
Redukcja odkształceń spowodowana
zjawiskiem histerezy
Redukcja odkształceń dla różnych zakresów
wilg. wzgl. - 30%, 50% i 70% - wynosi w
przybliżeniu 25%.
Amplituda dozwolonych wahań wilg. wzgl.
w zależności od liczby cykli – poprawka
spowodowana histerezą
30
amplituda wahań wilg. wzgl. [%]
25
20
15
10
5
0
1
10
100
liczba cykli
1000
10000
Niepełna odpowiedź drewna na
krótkie zmiany wilg. wzgl.
Deska topolowa o grubości 4 cm, wilg. wzgl. 63 →45 →65%
P.D. Vici, P. Mazzanti, L. Uzielli, J. Cult. Her. 7 (2006) 37-48
Czas osiągania
równowagi 3-4
miesiące
Dyfuzja wilgoci w drewnie
czas charakterystyczny [dzień]
Czas potrzebny do osiągnięcia 63% końcowej zawartości
wilgoci w desce dwustronnie otwartej dyfuzyjnie, poddanej
skokowej zmianie wilg. wzgl.
10
1
0,1
0
10
20
30
grubość deski [mm]
40
50
Wahania wilg. wzgl. mają różną skalę
czasową
Cykl zmiany rocznej w
Muzeum V&A, Londyn
Cykl dzienny w Zamku w
Malborku
50
65
wilg. wzgl. [%]
45
40
60
35
55
30
0
1
2
czas [dzień]
3
4
D
J
F
M
A
M
J
czas [miesiąc]
J
A
S
O
N
W ciągu 100 lat drewniane obiekty mogą doświadczyć
większych odkształceń powtarzających się rzadziej.
Wzrost dopuszczalnego odkształcenia jest największy
dla cykli rocznych
rok
czas trwania
kwar. miesiąc tydz.
0,55
odkształcenie krytyczne [%]
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
1
10
100
liczba cykli
1000
10000
dzień
Zależność pomiędzy amplitudą
dozwolonych wahań i długością ich trwania
365000
36500
365
3650
45
amplituda wahań wilg. wzgl. [%]
Wahania wilg.
wzgl., które nie
spowodują
uszkodzeń w
obrazach na
deskach o
grubości 10 lub
40 mm w ciągu
100 lat
50
10mm
40
35
30
40mm
25
20
15
10
5
wahania wilg. wzgl. są
bardziej, a następnie
mniej groźne z
wydłużaniem się czasu
ich trwania
najgorszy
przypadek
0
0,1
1
10
czas trwania zmiany wilg.wzgl. [dzień]
100
Obrazy na desce ulegają wygięciu
Warstwa zaprawy modyfikuje wygięcie cienkich
desek
Chrystus
błogosławiący
dzieci, Łukasz
Cranach Starszy
Deska lipowa o
grubości
3-5 mm
Zamek Królewski
na Wawelu
Wygięcie desek redukuje naprężenia w
warstwie malarskiej
deska o
grubości 1 cm
1,0
0,9
mocna zaprawa
słaba zaprawa
warstwa
zaprawy o
grubości 1 mm
redukcja odkształceń
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0
168
czas [godzina]
Zależność pomiędzy amplitudą
dozwolonych wahań i długością ich trwania
45
amplituda wahań wilg. wzgl. [%]
Wahania wilg.
wzgl., które nie
spowodują
uszkodzeń w
obrazach na
deskach o
grubości 10 lub
40 mm w ciągu
100 lat.
50
10mm
40
35
30
40mm
25
20
15
10mm, uwzględnione
wygięcie
10
5
0
0,1
1
10
czas trwania zmiany wilg. wzgl. [dzień]
100
Krytyczne odkształcenia dla drewna – 0.5%
odkształcenie
0.5%
350
0.35%
całkowita długość spękań [mm]
300
250
0.4%
200
150
0.25%
100
50
0
0.15%
-50
1
10
100
1000
liczba cykli
10000
Zależność pomiędzy amplitudą
dozwolonych wahań i długością ich trwania
50
amplituda wahań wilg. wzgl. [%]
45
10mm
40
35
30
10mm, uwzględnione
wygięcie
25
40mm
20
15
drewno
10
5
0
0,1
1
10
czas trwania zmiany wilg. wzgl. [dzień]
100
Zależność pomiędzy amplitudą
dozwolonych wahań i długością ich trwania
50
45
amplituda wahań wilg. wzgl. [%]
B. Madsen, Forest
Product Journal, 25, 8
(1975), 48-53
10mm
40
35
30
10mm, uwzględnione
wygięcie
25
40mm
20
15
drewno
10
5
0
0,1
1
10
czas trwania zmiany wilg. wzgl. [dzień]
100
Dozwolone wartości wahań wilg.
wzgl. - wnioski
Wilgotnościowa zmiana wymiarowa drewna
inicjująca pierwsze uszkodzenie po 100 latach
odpowiada względnie wąskiemu pasmu
dozwolonych wahań ±15% wokół poziomu 50%
… nawet jeśli uwzględniono dodatkowe zjawiska
ograniczające odkształcenia
Dozwolone wahania wilg. wzgl wnioski
Rzeczywiste wahania wilg. wzgl. w kościołach,
budynkach zabytkowych i wielu muzeach często
przewyższają pasmo dozwolonych fluktuacji
±15%.
Dlatego warstwa dekoracyjna jest zazwyczaj
znacznie spękana.
Siatka podłużnych spękań w Mona
Lizie
Au coeur de La
Joconde, Léonard
de Vinci décodé
Gallimard i Musée
du Louvre Editions
(2006)
Siatka podłużnych
spękań w Mona
Lizie
Au coeur de La
Joconde, Léonard
de Vinci décodé
Gallimard i Musée
du Louvre Editions
(2006)
Wyjście poza analizę mechanicznej
odpowiedzi drewna polichromowanego
analiza klimatu historycznego –
koncepcja aklimatyzacji lub „fluktuacji
dowiedzionej”
bezpośrednie śledzenie
nieodwracalnych mikro-zmian w
obiektach w celu określenia
bezpiecznego mikroklimatu