Ocena stanu konstrukcji murowych w kontekście prowadzenia działań renowacyjnych
Assessment of the condition of masonry construction in the context of renovation activities
FOT. Podłoże pod hydroizolację wymagające renowacji, fot. Bartłomiej Monczyński
Z praktycznego punktu widzenia to właśnie kwestia przygotowania podłoża stanowi podstawową różnicę między technologią wykonywania hydroizolacji wtórnych (w budynkach istniejących) a uszczelnianiem budynków nowo wznoszonych.
Zobacz także
KREISEL Technika Budowlana Sp. z o.o. Innowacyjne rozwiązania do renowacji budynków zabytkowych
Budynki zabytkowe mają duży potencjał w zakresie termomodernizacji, jednak ich możliwości przeprowadzenia działań są ograniczone, ponieważ mogą podlegać ochronie konserwatorskiej. Dlatego przywrócenie...
Budynki zabytkowe mają duży potencjał w zakresie termomodernizacji, jednak ich możliwości przeprowadzenia działań są ograniczone, ponieważ mogą podlegać ochronie konserwatorskiej. Dlatego przywrócenie obiektu zabytkowego do stanu z czasów jego świetności to zadanie dla profesjonalnych firm specjalizujących się w renowacji budynków. Eksperci dobiorą najlepsze technologie i produkty odpowiednie dla konkretnego budynku oraz warunków, z poszanowaniem walorów architektonicznych i historycznych.
LERG SA Poliole poliestrowe Rigidol®
Od lat obserwujemy dynamicznie rozwijający się trend eko, który stopniowo z mody konsumenckiej zaczął wsiąkać w coraz głębsze dziedziny życia społecznego, by w końcu dotrzeć do korzeni funkcjonowania wielu...
Od lat obserwujemy dynamicznie rozwijający się trend eko, który stopniowo z mody konsumenckiej zaczął wsiąkać w coraz głębsze dziedziny życia społecznego, by w końcu dotrzeć do korzeni funkcjonowania wielu biznesów. Obecnie marki, które chcą odnieść sukces, powinny oferować swoim odbiorcom zdecydowanie więcej niż tylko produkt czy usługę wysokiej jakości.
BLOKTHERM Sp. z o.o. Rewolucja w termoizolacji budynków z produktami firmy BLOKTHERM®
Rosnące koszty energii i pracy oraz coraz większy nacisk na ekologię powodują, że w branży budowlanej należy wciąż szukać nowych, a czasem wręcz rewolucyjnych rozwiązań, które sprostają oczekiwaniom zarówno...
Rosnące koszty energii i pracy oraz coraz większy nacisk na ekologię powodują, że w branży budowlanej należy wciąż szukać nowych, a czasem wręcz rewolucyjnych rozwiązań, które sprostają oczekiwaniom zarówno inwestorów, jak i wykonawców, a także pozwolą zapewnić maksymalną dbałość o środowisko. Takim rozwiązaniem w kwestii termoizolacji budynków dysponuje firma BLOKTHERM® – właściciel patentu na masę termoizolacyjną, której 1 mm może zastąpić 10 cm tradycyjnego styropianu.
Odpowiednie przygotowanie podłoża pod warstwy uszczelniające jest jednym z czynników decydujących o skuteczności hydroizolacji wtórnej [1, 2].
Podłoże pod hydroizolację wtórną powinno być nie tylko nieprzemarznięte, czyste i równe (choć niekoniecznie płaskie), a więc wymaga oczyszczenia i wyrównania (FOT. 1).
|
O czym przeczytasz w artykule:
|
W artykule przedstawiono opisane w instrukcji WTA nr 7-1-18/D zasady oceny istniejących konstrukcji murowych w kontekście prowadzenia prac renowacyjnych i konserwatorskich (w tym wykonania hydroizolacji wtórnych). Opisano sposób określenia i oceny stanu istniejącego (diagnostyki budynku), jak również określenia wymaganych działań oraz dokumentacji planowanych działań renowacyjnych. Assessment of the condition of masonry construction in the context of renovation activities The article presents the principles of assessment of existing masonry structures in the context of renovation and conservation work (including secondary waterproofing) as described in WTA Instruction No. 7-1-18/D. The method of determining and assessing the existing condition (building diagnostics) as well as determining the required actions and documentation of planned renovation activities is described in the article. |
FOT. 1. Podłoże pod hydroizolację wymagające przede wszystkim oczyszczenia i wyrównania; fot.: B. Monczyński
Musi być również stabilne wymiarowo oraz nośne, co oznacza, że w określonych przypadkach może wymagać renowacji i/lub wzmocnienia (FOT. główne).
Zarówno zasady utrzymywania, jak i przywracania stabilności oraz nośności murów opisane zostały w instrukcji WTA nr 7-1-18/D [3] (zastąpiła ona instrukcję WTA nr 4-3-89/D [4]). Stanowi ona pomoc w określaniu i ocenie stanu faktycznego, w opracowywaniu koncepcji konserwacji, w planowaniu realizacji oraz w działaniach konserwacyjnych i renowacyjnych.
Każdy zabieg konserwacyjny czy renowacyjny dotyczący muru w istniejącym budynku wymaga procedury dostosowanej do indywidualnego przypadku. Dotyczy to w szczególności doboru i planowania rozwiązań technicznych, a w przypadku obiektów zabytkowych również realizacji stawianych wymagań konserwatorskich. Powodzenie wszelkich działań renowacyjnych jest już w znacznym stopniu uzależnione od oceny stanu obecnego.
Podstawowymi elementami tego procesu są:
- określenie obecnego stanu istniejącego muru,
- ocena obecnego stanu istniejącego muru,
- opracowanie koncepcji działań renowacyjnych,
- zaplanowanie prac.
Procedurę konserwacji muru opisaną w instrukcji WTA 7-1-18/D przedstawiono schematycznie na RYS.
RYS. Schemat blokowy konserwacji muru wg instrukcji WTA 7-1-18/D; rys.: [3]
Inwentaryzacja i badanie wstępne
Pierwszym krokiem procesu jest ustalenie stanu faktycznego, czyli diagnostyka budynku [5] (zasady inwentaryzacji oraz opisu uszkodzeń zostały szczegółowo opisane w instrukcji WTA nr 4-5-99/D [6]). Aby ocenić nośność konstrukcji, należy opisać geometrię budynku wraz ze wszystkimi nierównościami (dokładny pomiar odkształceń). Wymiary elementów należy udokumentować, wykonując przekroje pionowe oraz poziome w formie rysunków ręcznych lub na rysunkach technicznych. W zależności od wymaganej dokładności pomiary/rejestrację można wykonać ręcznie lub cyfrowo, np. metodą fotogrametrii lub skaningu laserowego (FOT. 2).
FOT. 2. Inwentaryzacja konstrukcji murowej metodą skaningu laserowego; fot.: www.cyark.org
Inwentaryzacja konstrukcji, tj. struktury przegród, występujących dobudówek, zamurowanych otworów itp., może być wykonana poprzez oględziny oraz analizę istniejącej (w tym archiwalnej) dokumentacji. Dokładniejszy opis może zostać wykonany dzięki wykorzystaniu badań nieniszczących (np. ultradźwięków), seminiszczących (np. endoskopii) lub niszczących (np. na rdzeniach wiertniczych). W przypadku materiałów istotne jest, aby wykonać tylko te badania, które są istotne dla przedmiotu i wykonywanego zadania.
Badania i opis elementów murowych należy przeprowadzić zgodnie z zapisami normy PN-EN 771-6 [7] w przypadku kamienia naturalnego lub PN-EN 771-1 [8] w przypadku cegieł.
Zaprawy murarskie oraz tynkarskie należy oceniać na podstawie jakościowego opisu spoiwa – istotne jest, aby wykazać, czy jest to zaprawa wapienna, czy też zawiera inne spoiwa (np. gips lub cement). Stan zachowania elementów murowych oraz zapraw należy rejestrować za pomocą mapowania uszkodzeń.
Uszkodzenia strukturalne, takie jak pęknięcia lub wybrzuszenia, należy udokumentować na widoku oraz na przekroju (głębokość uszkodzenia). Należy udokumentować uszkodzenia spowodowane wilgocią, w tym również higroskopijne plamy wilgoci. W razie potrzeby do obserwacji szkód spowodowanych osiadaniem, niewspółosiowości, a także kawern oraz zarysowań można wykorzystać pomiary długoterminowe – monitorowanie geometryczne (FOT. 3) [9].
FOT. 3. Badanie aktywności rysy w murze przy użyciu plomby szklanej; fot.: B. Monczyński
Ocena badań wstępnych
Z uwagi na fakt, że wykryte uszkodzenia i wady mogą mieć bezpośredni wpływ na nośność, użyteczność i trwałość, aktualny poziom obciążenia należy z jednej strony porównać z pierwotnym poziomem obciążenia, a z drugiej z wymaganiami określonymi według aktualnych zasad technologii (zazwyczaj występuje deficyt w poziomie obciążenia w porównaniu ze stanem pierwotnym i „większy” deficyt w porównaniu ze współczesnymi, ogólnie uznanymi zasadami technologii).
Przy określeniu trwałości muru należy wziąć pod uwagę, że zależy ona nie tylko od odporności elementów murowych i zaprawy na warunki atmosferyczne, ale przede wszystkim od prawidłowego połączenia (wiązania) kamienia z zaprawą.
W przypadku pojawienia się pęknięć między kamieniem a zaprawą woda w większym stopniu wnika w mur, co znacznie przyspiesza jego wietrzenie, co z kolei może prowadzić do zmian konstrukcyjnych, a nawet uszkodzenia konstrukcji. Aby prawidłowo określić trwałość, należy sprawdzić nie tylko same właściwości materiału, ale także muru jako całości.
Czytaj też: Naprawa rys i wzmocnienia murowanych ścian
Ponieważ trwałości nie można scharakteryzować jedynie przez ustalenie parametrów materiału, dlatego oprócz badań wstępnych należy również określić zawilgocenie muru [10], jego zasolenie (rodzaj oraz zawartość szkodliwych soli budowlanych) [11], a także stopień przesiąknięcia wilgocią oraz wytrzymałość na ściskanie elementów murowych i zaprawy.
W razie konieczności należy ponadto wykonać dalsze badania, np. określić mrozoodporność (zachowanie próbek kompozytowych w cyklach zamarzania i rozmarzania), moduł sprężystości, rozszerzalność termiczną oraz pęcznienie zaprawy i elementów murowych, przyczepność (adhezję) między zaprawą a kamieniem itp.
Określenie nośności i użyteczności w obecnym stanie może stanowić podstawę do podjęcia decyzji o konieczności naprawy. W szczególności należy określić istniejący stopień występujących uszkodzeń oraz statystycznie istotne przyczyny ich powstania. Na podstawie oceny wyników inwentaryzacji należy przez ewaluację opracować sposób wzmocnienia. Istniejące przenoszenie obciążeń, odpowiednie wzmocnienia i wykorzystanie należy określić za pomocą analiz obliczeniowych.
Do oceny istniejącego wytężenia konstrukcji murowej (tj. stopnia obciążenia w stosunku do jej wytrzymałości) można wykorzystać testy obciążeniowe in-situ. Warunkiem ich sukcesu jest bezawaryjna realizacja, która nie wpłynie na bezpieczeństwo konstrukcji, użyteczność czy trwałość obiektu.
Porównując zmierzone i symulowane wyniki, można skalibrować numeryczne modele obliczeniowe, a tym samym poprawić jakość oceny nośności i użyteczności.
Ocena stanu istniejącego
W celu oceny trwałości należy określić, czy mur jest wystarczająco odporny na wszelkie wpływy w przewidywanym okresie użytkowania. Należy przy tym uwzględnić nie tylko czynniki, które prowadzą do normalnego starzenia się (warunki atmosferyczne), ale także te, które mogą prowadzić do wczesnej i do pewnego stopnia wyjątkowej utraty integralności elementów.
Przykładami takich obciążeń są drgania, skutki działania mrozu czy też nadmierne zawilgocenie wynikające z wadliwego połączenia elementów budynku, braku szczelności czy też niekorzystnych warunków gruntowych.
Za pomocą metod obliczeniowych oraz testów obciążeniowych należy wyjaśnić przyczyny uszkodzeń i pęknięć, które mają decydujące znaczenie dla nośności i użyteczności. Główne kryteria oceny stanowią stopień wytężenia (stosunek obciążeń do nośności) oraz wielkość odkształceń elementów konstrukcyjnych (z uwzględnieniem odkształceń wynikających z pełzania).
W przypadku budynków zabytkowych ocena nośności i użyteczności konstrukcji murowych zazwyczaj możliwa jest jedynie w oparciu o poziom bezpieczeństwa określony w obowiązujących normach. W takich przypadkach wymagana jest jak najwcześniejsza koordynacja koncepcji weryfikacji między inwestorem, projektantem, konserwatorem zabytków, konstruktorem oraz instytucją testującą.
Określenie wymaganych działań
Po ustaleniu i ocenie stanu aktualnego należy opracować koncepcję naprawy/konserwacji. Ocena inżynierska w takim wypadku obejmuje:
- stabilność zewnętrzną konstrukcji – zabezpieczenie przed globalną awarią, taką jak zawalenie się muru zewnętrznego. Mechanizm uszkodzenia działa w obszarze styku z elementem sąsiednim (mur traktowany jest w takim wypadku jak element monolityczny),
- stabilność wewnętrzną konstrukcji – zabezpieczenie przed uszkodzeniem lokalnym, takim jak pęknięcie warstwy muru (np. tynku) lub uszkodzenie wytrzymałościowe muru (zniszczenie w wyniku przekroczenia nośności przy ściskaniu, rozciąganiu lub ścinaniu). Mechanizm zniszczenia przebiega w murze lub przez mur,
- zabezpieczenie pasa ruchu – zabezpieczenie przed obrażeniami ciała i uszkodzeniem mienia, na przykład przez spadające kamienie,
- użyteczność – deformacje pełniące drugorzędną rolę w istniejącej konstrukcji,
- trwałość – odporność na rozwój uszkodzeń w czasie (np. wnikanie wody z późniejszym zmiękczeniem).
Powyższe kryteria techniczne podzielono na kategorie oceny:
- dobra → nadzór,
- wystarczająca → średniookresowa potrzeba działania,
- niewystarczająca → krótkotrwała potrzeba działania,
- nieznana (nie wykonano lub nie zakończono badań).
Ponieważ poza technicznymi dalsze postępowanie determinowane jest również przez inne aspekty, np. ekonomiczne i konserwatorskie, w idealnym przypadku ocena techniczna powinna zawierać prognozy dotyczące rozwoju stanu elementu, jeśli w najbliższej przyszłości nie będzie możliwe podjęcie działań naprawczych lub też będzie to możliwe jedynie w ograniczonym zakresie.
Obok prognoz przy podejmowaniu stosownych decyzji pomocna jest również lista priorytetów poprawy stanu, w zależności od potencjału zagrożenia.
Ocena stanu technicznego budynku wraz z koncepcją użytkowania oraz wymaganiami finansowymi, konserwatorskimi i restauratorskimi stanowią podstawę dalszych działań, które mogą prowadzić do następujących celów:
- utrzymania (konserwacji bieżącej) konstrukcji z niewielkimi uszkodzeniami lub bez uszkodzeń,
- renowacji konstrukcji w przypadku poważnych uszkodzeń oraz wystarczającej stabilności zewnętrznej i wewnętrznej,
- wzmocnienia konstrukcji w przypadku poważnych uszkodzeń i niewystarczającej stabilności zewnętrznej i wewnętrznej,
- przebudowy konstrukcji (rekonstrukcji) w przypadku niewystarczającej stabilności zewnętrznej,
- rozbiórki konstrukcji niekompletnej lub poważnie zagrożonej zawaleniem.
Ewentualne warianty działań należy ocenić w szczególności pod kątem ich konsekwencji technicznych, ekonomicznych oraz konserwatorskich dla budynku.
| Nośność – zdolność konstrukcji i jej elementów nośnych do przenoszenia wszystkich obciążeń, jakie mogą na nie oddziaływać podczas budowy i eksploatacji. Nośność wyrażana jest przez umowną, nieprzekraczalną wartość obciążeń, jakie mogą oddziaływać na konstrukcję, nie wywołując jej awarii [3, 5]. Użyteczność – w budownictwie to zdolność budynku i jego elementów do zagwarantowania nieograniczonego użytkowania zgodnie z przeznaczeniem; wraz z bezpieczeństwem, niezawodnością i dostępnością tworzy podstawowe filary inżynierii budowlanej [3, 6]. Trwałość – okres liczony w latach, podczas których konstrukcja i jej elementy zachowują parametry niezbędne do zapewnienia nośności i użyteczności, w normalnych warunkach eksploatacji [3, 5]. Konserwacja – całość wszystkich działań i środków mających na celu zabezpieczenie istnienia oraz wartości materialnych i kulturowych budynku [3, 5]. Utrzymanie – konserwacja bieżąca, czyli utrzymywanie budynku – za pomocą prostych i regularnych działań – w dobrym stanie (użyteczności), a tym samym zabezpieczenie przed szybkim zużyciem lub zniszczeniem [3, 5]. Renowacja – przywrócenie wartości użytkowych (nośności, trwałości) budynku na określony czas (bez zwiększania nośności elementu), przez wykrycie i usunięcie niedomagań oraz uszkodzeń powstałych podczas eksploatacji [3, 5]. Wzmocnienie – zwiększenie odporności elementów poprzez działania efektywne statycznie [3]. Restauracja – renowacja budynku o znacznej wartości kulturowej przy zachowaniu istniejącej kostrukcji [3]. Rekonstrukcja – odtworzenie zniszczonego obiektu budowlanego (w całości lub fragmentów), najczęściej o znacznej wartości kulturowej [3, 5]. Awaria – utrata zdolności budynku lub elementu do zapewnienia jego nośności lub użyteczności, w wyniku niezamierzonego zniszczenia lub uszkodzenia, bez skutków katastrofalnych [3, 5]. Przegląd – określenie i ocena stanu faktycznego poprzez ukierunkowane, zwykle wizualne i proste badania [3]. |
Dokumentacja obliczeniowa i planowanie realizacji
Celem planowania oraz prowadzonych obliczeń jest wykazanie, że konstrukcja po renowacji będzie posiadała odpowiednią nośność i użyteczność. System nośny opracowany na etapie oceny stanu faktycznego należy rozbudować z uwzględnieniem planowanych działań naprawczych. Metody obliczania nośności i użytkowalności muszą uwzględniać stan rzeczywisty jako stan początkowy (stan naprężenia pierwotnego). Działania naprawcze i wzmacniające można rozpatrywać tylko pod względem ich skuteczności zgodnie z chronologicznym porządkiem ich zastosowania (wbudowania).
Całkowite przyjęcie koncepcji oceny bezpieczeństwa, które zostały zawarte w normach dotyczących budynków nowo wznoszonych, nie jest możliwe w przypadku budynków historycznych, jako że normy te nie uwzględniają wszystkich istotnych aspektów.
Ocena stateczności w stanie po renowacji powinna ponadto uwzględniać wzrost nośności w stosunku do stanu faktycznego. W związku z tym szczególnie istotne są obliczenia historii obciążenia.
Ważnymi parametrami oceny stateczności są poziomy naprężeń lub stopnie wykorzystania konstrukcji, zachowanie względem przemieszczeń obciążenia oraz obliczone obciążenie niszczące. Wyniki koncepcji renowacji powinny być konstruktywnie wdrożone i udokumentowane w planie wdrożenia działań naprawczych.
Metody renowacji i utrzymania historycznych konstrukcji murowych zostaną opisane w kolejnej części cyklu.
Literatura
1. B. Monczyński, „Wtórna hydroizolacja przyziemnych części budynków”, „IZOLACJE” 4/2019, s. 120–125.
2. WTA Merkblatt 4-6-14/D, Nachträgliches Abdichten erdberührter Bauteile. München, Wis-senschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege e.V., 2014.
3. WTA Merkblatt 7-1-18/D, Erhaltung und Instandsetzung von Mauerwerk – Konstruktion und Tragfähigkeit. München, Wissenschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege e.V., 2018.
4. WTA Merkblatt 4-3-98/D, Instandsetzung von Mauerwerk – Standsicherheit und Tragfähigkeit. München, Wissenschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege e.V., 1998.
5. B. Monczyński, „Diagnostyka zawilgoconych konstrukcji murowych”, „IZOLACJE” 1/2019, s. 89–93.
6. WTA Merkblatt 4-5-99/D, Beurteilung von Mauerwerk – Mauerwerksdiagnostik. München, Wissenschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege e.V., 1999.
7. PN-EN 771-6+A1:2015-10, „Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 6: Elementy murowe z kamienia naturalnego”.
8. PN-EN 771-1+A1:2015-10, „Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 1: Elementy murowe ceramiczne”.
9. B. Stawiski, „Konstrukcje murowe. Naprawy i wzmocnienia”, Polcen, Warszawa 2014.
10. B. Monczyński, „Badanie wilgotności mineralnych materiałów budowlanych”, „IZOLACJE” 2/2019, s. 78–84.
11. B. Monczyński, „Zasolenie budynków i sposoby jego określania na potrzeby diagnostyki budowli”, „IZOLACJE” 3/2019, s. 96–101.
