Historic timber structures. Guidelines or standards

Transcript

1 COST Action: FP1101 Working Group 2 Technical University of Eindhoven March 2015 Historic timber structures. Guidelines or standards Dr. Tsakanika Eleftheria, Civil Engineer, Lecturer, School of Architecture, NTUA

2 for hundreds of centuries the technicians /engineers of different historical periods in different places around the world were using wood, producing different magnificent structures

3

4

5

6

7

8 ZEYKTO (king post truss) Ingenious system probably invented in Roman period for covering large spans with out internal supports. First Basilicas.

9

10 Ζαγόρι Ηπείρου Λίθινη ή ξύλινη κατασκευή ;; ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

11 Β. Τσούρας, Φ. Ψυχής Ζαγόρι Ηπείρου ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΞΕΧΝΑΜΕ ΤΟ ΞΥΛΟ!!! Μόνο τμήμα του κατακόρυφου φέροντα οργανισμού είναι λίθινο. Όλα τα άλλα είναι ξύλινα.. ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

12 ROOFS INTERNAL LOAD BEARING AND NON LOAD BEARING TIMBER WALLS ΕΧΤERNAL TIMBER WALLS FLOORS TIMBER REINFORCEMENTS OF MASONRY WINDOWS ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ FLOORS ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

13

14 These examples are typical for a larger area around East Medeterranean Basin (areas ocupiedduring Ottoman period, Balcans, Turkey etc.) Concern is also for the timber structures of traditional buildings not only monuments or important historic ones.

15 The timber load bearing elements are the only parts of a historical structure, that are not studied adequately from architects and civil engineers. The easiest solution is to replace them with new.

16 Τα αυθεντικά ξύλινα δομικά συστήματα των παραδοσιακών κτιρίων αντικαθίστανται με μεγαλη ευκολία και χάνονται για πάντα. the authentic structural systems belonging mainly to vernacular and traditional buildings are lost for ever. ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

17 Πολιτιστικοί, ιστορικοί, επιστημονικοί και πρακτικοί λόγοι υπαγορεύουν την αναγκαιότητα να μελετάται και να προστατεύεται το δομικό σύστημα των ιστορικών κατασκευών, ο συνήθως μη εμφανής φέρων οργανισμός τους, και όχι μόνο τα αρχιτεκτονικά και μορφολογικά τους στοιχεία. ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

18 The multi-disciplinary team that should work on a restoration project, must have the necessary tools to evaluate the existing condition of a historical building and moreover to select the proper interventions using innovative and/or simple techniques that will save the authenticity of our architectural heritage, including the authenticity of the invisible in many cases load bearing system. (ΤSAKANIKA-THEOHARI, MOUZAKIS 2010) Διατήρηση της αυθεντικότητας και του μη ορατού δομικού συστήματος (Φ.Ο) κρυμένου πάνω από από οροφές η πίσω από σοβάδες ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

19 What to do with this structure?

20 Μπορούν να σωθούν τα ξύλινα μέλη αυτού του κτιρίου ; Αξίζει αφού τα περισσότερα δεν θα είναι ορατά μετά την αποκατάσταση του; ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ Το κτίριο παρέµεινε εκτεθειµένο (χωρίς σοβάδες) για πάρα πολλά χρόνια, µε συνέπεια πολλά ξύλινα στοχεία του φέροντος οργανισµού του να παρουσιάσουν σηµαντικά προβλήµατα σήψης.

21 A POST-BYZANTINE MANSION IN ATHENS. ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ ΝΑΙ! Almost 70% of the original timbers and the original timber structure was saved But with few code verifications

22 What to do with this structure? Many dilemmas!! Agony!! of the structural engineer

23 1. Civil engineers usually have the main responsibility for the safety of the structure and its users, in different levels. 1.Before any assessment 2.During the assessment 3.During restoration works 4.After restoration works for the rest of its lifetime In the cases of existing buildings their involving is necessary when: There is to be a change in the use of the structure and hence a possible change in loads. There has been significant decay or insect damage to the timbers, or the structure has suffered damage, e.g. due to fire. There has been mechanical damage or excessive deflection indicating overloading of the timbers in the past, inferior initial design or poor quality of the used materials. There have been alterations/interventions to the structure during its lifetime that have resulted in a reduction of its strength or changes to the original structural system. and last but not least in countries that extreme loading events may occur such as hurricanes, snow storms, and earthquakes an assessment of the safety taking these factors into account too. 2. Civil engineers are not educated or trained adequately either on restoration or on timber structures. Imagine if we speak for both, restoration of timber structures. They are trained really well on RC. And this is a problem. 3. They don t have a code to use TO BE ON THE SAFE SIDE

24 EC5 -no EC5 -YES

25 ΑΓΑ ΤΖΑΜΙ ΣΤΗΝ ΜΕΣΑΙΩΝΙΚΗ ΠΟΛΗ ΤΗΣ ΡΟΔΟΥ (ΜΕΛΕΤΗ: ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ, ΑΘΑΝΑΣΙΑΔΟΥ) Εργασίες αποκατάστασης της στέγης του Τεµένους. Ξύλινες καβίλιες διατοµής Φ12, (ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ 2004, TSAKANIKA, 2005) για την σύνδεση της ξυλοδεσιάς µε την υποκείµενη τοιχοποιία Οι καβίλιες προεξέχουν της ξυλοδεσιάς για να ελέγχονται και να αντικαθίστανται εύκολα. Timber dowels ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

26 ΤΟΥΡΚΙΚΟ ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΣΤΗΝ ΜΕΣΑΙΩΝΙΚΗ ΠΟΛΗ ΤΗΣ ΡΟΔΟΥ (ΜΕΛΕΤΗ :ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ, ΑΘΑΝΑΣΙΑΔΟΥ) Aγκύρωση ξυλοδεσιάς με ξύλινες καβίλιες σε δρομική τοιχοποιία πάχους ~25εκ. Φωτ. Μ. Ζερλέντης ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

27 Shear and compression in an angle to the grain of timber Κίνδυνος αστοχίας εάν το μήκος lv δεν είναι επαρκές lv

28

29

30

31

32 NATIONAL TECHNICAL UNIVERSITY OF ATHENS (NTUA) SCHOOL OF ARCHITECTURE 3Church of HagiaParaskevi, House of Bailos. Chalkis COST FP 1101: Assessment, Reinforcement and Monitoring of Timber Structures 1stTraining School 7-10/10/2013, Athens Greece Assessment of historical timber structures, analysis of restoration works : on field experience

33

34 post and beam system, a quite common type of roof of Ottoman period buildings in Greece and other countries around Eastern Mediterranean. This type of roof functions in a completely different way from the well known types of king post trusses which seem to be more common at Italy and other European countries than they were at countries around Eastern Mediterranean (Byzantine and Ottoman empire). Μοre details for the post and beam system can be found in the paper E. Tsakanika, Byzantine and Post-Byzantine Historical Timber Roofs in Greece. Typical failures, misunderstanding of their structural behaviour, restoration proposals. ICOMOS 16 th International Conference «From Material to Structure», Florence Σύστημα στέγης «Δοκός επί στύλου» Ζευκτό Post and beam type of roof in Benizelo s mansion in Athens King post truss ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

35 «Σταύρος Μαμαλούκος Αναστασία Καμπόλη -Μαμαλούκου & Συνεργάτες, Αρχιτέκτονες Μηχανικοί Αναστηλωτές», Ε. Τσακανίκα, Πολ. Μηχανικός Ιερός Ναός των Αγίων Πάντων και Αγίου Νικολάου στη Μακρυνίτσα Πηλίου Μέλισσα There is a structural concept even in this case and we must find it. Αξίζει να σωθούν αυτές οι «χαοτικές» στέγες;

36 evaluation

37

38 Structural intervention on the roofs One of the most problematic joint of the roofs is the connection of the rafters to the tie beams, because of the decay problems that occur usually in that area.

39 ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ ΣΕ ΞΥΛΙΝΕΣ ΣΤΕΓΕΣ TYΠΟΥ «ΔΟΚΟΥ ΕΠΙ ΣΤΥΛΟΥ» Μη ορατές επεμβάσεις, (κάλυψη από οροφή) προσβάσιμη μετά την ολοκλήρωση των εργασιών αποκατάστασης ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

40 ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ Τοπικές επισκευές των σαπισμένων άκρων ξύλινων μελών στέγης με απλές μεθόδους, χωρίς εξειδικευμένο προσωπικό. ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

41 Analysis and strengthening of carpentry joints Jorge M. Branco Assistant Professor ISISE, Dept. Civil Eng., University of Minho Guimarães, Portugal Thierry Descamps Assistant Professor URBAINE, Dept. Structural Mech. and Civil Eng., University of Mons Mons, Belgium

42 Shear reinforcement with screws Trautz[2009] investigated the influence of self tapping screws on the shear stiffness Different configurations examined Annette Harte [Widmann, 2013] COST FP1101 Training School, Athens 8/10/

43 Proposal of the study ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ New timber wedge ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

44 ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ στριφώνια Timber wedge σφήνες

45 The contribution of decking not taken into account in our calculations but it is working!!! All rafters nailed together every 5cm

46 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ Ι : Ι.Ν. Υπαπαντής στη Θεσσαλονίκη ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Ε. Ρειζίδου κύριοι φορείς της στέγης μεταξύ κιόνων κύριοι φορείς της στέγης επάνω από κίονες Χωρίς πέτσωμα Με πέτσωμα ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Μειώνεται ~50% η θλιπτική δύναµη των αµειβόντων στις θέσεις µεταξύ των κιόνων. Στις θέσεις των κιόνων η θλιπτική δύµαµη των αµειβόντων παραµένει ίδια. Με την προσθήκη πετσώματος πετυχαίνουμε καλύτερη κατανομή των θλιπτικών δυνάμεων των αμειβόντων σε όλες τις θέσεις Ρειζίδου, Τσακανίκα, Σέξτος

47 metal straps were not transferring forces!! The were used to keep timbers in place

48 Shear reinforcement with screws Trautz[2009] investigated the influence of self tapping screws on the shear stiffness Different configurations examined Annette Harte [Widmann, 2013] COST FP1101 Training School, Athens 8/10/

49 Ενίσχυση Φ.Ο. ξυλόπηκτων τοίχων για την παραλαβή κατακόρυφων και κυρίως οριζόντιων δυνάμεων ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ The connection of the timbers and the brick infill plays a significant role on the overall load bearing capacity and stiffness of the timber frames especially in seismic areas. ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

50 Reestablishment of the contact between the brick infill and the surrounding timber elements ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ (ΤSAKANIKA-THEOHARI, MOUZAKIS 2010) ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

51 ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

52 ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

53 Reinforcement of all timber connections using at least 2 stainless steel screws of 6mm diameter and timber wedges in order to reestablish the contact of the timber members, where ever was needed (ΤSAKANIKA-THEOHARI, MOUZAKIS 2010) σφήνες ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

54 Type 2 Two types of screws were used : type 1 with only a part of the shank threaded and type 2 with a shank fully threaded. (ΤSAKANIKA- THEOHARI, MOUZAKIS 2010) ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ Type 2 Type 1 ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ Type 1 ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

55 Ξύλινα στοιχεία ενίσχυσης διαμήκων ξύλινων δοκών Παράλληλα χρησιμοποιoύνται για την έδραση των ξύλινων και μεταλλικών δοκίδων αφού απομακρυνθούν οι υπάρχοντες ξύλινοι τάκοι Πείροι μεταλλικοί Ενίσχυση συνδέσεων

56 ΣΤΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ AΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΞΥΛΙΝΗΣ ΣΤΕΓΗΣ ΤΟΥ ΝΕΟΚΛΑΣΙΚΟΥ ΣΧΟΛΕΙΟΥ ΜΕΣΑΙΩΝΙΚΗΣ ΠΟΛΗΣ ΡΟ ΟΥ Ενίσχυση συνδέσεων με στριφώνια φ6 με ελικώσεις σε όλο το μήκος τους

57 ΣΤΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ AΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΞΥΛΙΝΗΣ ΣΤΕΓΗΣ ΤΟΥ ΝΕΟΚΛΑΣΙΚΟΥ ΣΧΟΛΕΙΟΥ ΜΕΣΑΙΩΝΙΚΗΣ ΠΟΛΗΣ ΡΟ ΟΥ >8εκ βίδωµα µε 2 στριφώνια Μ6 µε ελικώσεις σεόλοτοµήκοςτους Λοξόβίδωµαµε 2στριφώνια Μ6 Τοποθέτηση διαµήκους δοκού

58 End distances very small ΠΥΡΓΟΣ ΒΑΣΙΛΛΙΣΗΣ - ΙΛΙΟΝ Steurer, 2006

59

60 different intervention methods simple or sophisticated ones can be applied depending on : on the importance of the architectural and structural role of each member (type and magnitude of loading, verified by numerical analysis) the pathology of each timber the economy visible or not (TSAKANIKA THEOHARI, MOYZAKIS, 2010) ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

61 Εξειδικευμένη μέθοδος εμφανούς ενίσχυσης, ξύλινης, μη ορατής κύριας δοκού στέγης. Xρήση ανθρακουφάσματος. Απαιτείται εξειδικευμένο προσωπικό για την εφαρμογή της Sophisticated method hidden in the roof that can be visited οoccasionally. Reinforcement with carbon fibres tissues ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

62 ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ Bending failure of the main timber beam at the central part of the roof Καμπτική αστοχία κύριας δοκού στέγης ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

63 Εμφανής Φ.Ο. εμφανείς επεμβάσεις Εξεiδικευμένη μέθοδος ενίσχυσης ξύλινου ορατού στοιχείου. Xρήση ανθρακοράβδων

64 ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

65 ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ For the most difficult cases the connection between the old and the new timbers was accomplished with carbon fiber bars (8mm in diameter) fixed 50cm at each piece with a bicomponents epoxy resin. (ΤSAKANIKA-THEOHARI, MOUZAKIS 2010) ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

66 ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΜΠΕΝΙΖΕΛΩΝ ησύνδεση των ξύλων (παλαιών και νέων), έγινε με την χρήση ανθρακοράβδων διαμέτρου 8mm, αγκυρωμένων με εποξειδική ρητίνη δύο συστατικών στα υπό σύνδεση ξύλα ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

67 1.Guidelines YES!!!!!

68

69 A cyclic process. Although the list suggests a linear process it is essential to recognize that restoration procedures frequently involves iterations. Iterations between structural analysis and repair strategy stages are also often required.

70 Κεφ. 1 Γενικά ΕΝ 338, για φυσική ξυλεία (κωνοφόρων και πλατύφυλλων ξύλων) (TRADA, 2007)

71 Κεφ. 3 Ιδιότητες υλικών Πρέπει να τονιστεί η σηµαντικότατη αλλαγή στον τρόπο βαθµονόµησης των ξύλινων µελώνσεσχέσηµετην αντοχή. Η παρουσία των φυσικών ελαττωµάτων και κυρίως των ρόζων (διάταξη, θέση, αριθµός, µέγεθος) αποτελεί τον κρισιµότερο παράγοντα καθορισµού των µηχανικών ιδιοτήτων. Η πυκνότητα ακολουθεί. Γι αυτό το ξύλο, σε αντίθεση µε τα άλλα δοµικά υλικά (σκυρόδεµα, χάλυβα κλπ.) ΕΝ ΜΠΟΡΕΙ να διαβαθµιστεί ως προς την αντοχή µέσω δοκιµίων «καθαρών»,δηλαδή µικρών κοµµατιών ξύλου σε εργαστήρια. ιαβαθµίζεται όλο το δοµικό µέλος όπως θα χρησιµοποιηθεί στην κατασκευή.

72 Knots Slope of grain Rate of growth?? Fissures Wane Distortion Resin pockets and bark Pith 93

73 «The Timber Roof of Hagia Paraskevi Basilica in Chalkida, Greece: Multi-Disciplinary Methodological Approaches for the Understanding of the Structural Behaviour. Analysis and Diagnosis», ΙCOMOS, Florence 2007 A research program of two European Universities (National Technical University of Athens and Politecnico di Torino) and of two Ministries of Culture (Greece and Italy - Venice) ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

74

75 Diagnosis survey On the timber roof of Hagia Paraskevi Church, both inspection and grading methodologies were carried out following the Italian standard UNI 11119:2004 Loadbearing structures On site inspections for the diagnosis of timber members through the execution of : in situ visual inspections and the use of non-destructive techniques and methods

76 Determination of the wood species Additionally, some cores have been taken with the Presslerdrill, to have a better precision in the identification. Careful examinations identified Larix decidua Mill, with very similar characteristics with the ancient Venetian wood. The timber probably has been brought from Italy. Determination of the natural resistance of the above species accordingto UNI EN , UNI EN

77 Visual diagnostic procedure and results 2. Wood and environmental moisture content estimation. 3. Class of biological risk of the timber members. In order to establish the hazard classes of biological attack the UNI EN 335:2006 was followed it is standard to rate from 1 to 5 (1 being protected wood, 5 being material in salt water). For most members, the biological risk rating was type 1 The bearing of the trusses and locally, where water leaks inside the class of biological risk rises to 3

78 Diagnostic procedure using NDT The critical areas that the visual inspection highlighted, were checked with NDT. Possible rot infections and areas that were not visible were evaluated with the aid of a penetration method (Resistograph ) The use of the Resistograph allowed obtaining the density profile of the used tests specimens.

79 Use of resistograph For 5 truss about 114 resistographicmeasurements με σκοπό να προσδιορίσουν τη συνοχήκαι συνέχεια του ξύλου, την γεωμετρία των συνδέσεων και τις βλάβες τους από σήψη ή και από προγενέστερες επεμβάσεις. Επεξεργασμένο αποτέλεσμα ρεζιστομέτρησης ξύλινου στρωτήρα εντός του τοίχου. Η κατάσταση του είναι καλή. Επίσης διαπιστώνεται και το πάχος του.

80

81 Visual diagnostic procedure and results (Architectural and diagnostic survey) 6. Pathology due to biological attack(presence of decay + insects) Wood pathology is included in the visual grading of the elements considered (UNI EN , UNI EN , UNI EN ) Recording and assessment of pathology using α) visual observation on site typical drawings and axonometric (3d) sketches on site

82 TABLES for the recording of pathology for every truss, every member and every joint

83 RESULTS OF DIAGNOSTIC PROCEDURE Through the knowledge on wooden species, geometry and morphology of the beam, defect position and extension and with the results from non destructive instrumental inspection the strength grading was possible. Every single structural timber member was graded according to strength. (GRADING) The UNI and UNI EN standards grade the timberquality (UNI EN , UNI EN , UNI , UNI , UNI ISO ) on the basis of a number of parameters including the abundance of defects. - quality of workmanship; - lack of homogeneity and defects such as knots, angle grain, deformations, checks. Regarding the timber elements, which make up the main roof, the quality of the workmanship is mixed (UNI EN ); Large knots were common (larger than 50 mm diameter) and also knot nests (diameter smaller than the section height). Unsound knots and knotholes have also been observed. In these situations, a reduction coefficient of 0,75 was suggested in the calculations of residual bearing resistance.

84

85 Visual diagnostic procedure and results 5. Position, shape and dimension of the critical zone and critical section. All the defects, anomalies, alterations, damages and other characteristics that are present in the critical zone and have an influence on its strength are attributed to the critical section. Critical zone is defined as the part of a timber element with longitudinal axes no less than 150 mm of length, which is considered to be relevant for the diagnosis because of defects, position, state of conservation and also stress conditions which are determined by structural analysis. the efficient section was determined too (cross section minus the areas with decay)

86 that is what every structural engineer working with historical buildings is dreaming of..

87 Numerical analysis verification followed The European standards (Eurocode 5), the National Codes for the loads and the above discribed grading of the existing timbers have been used for the numerical analysis. The calculations concerning the load bearing capacity of the timber members and the connections verified the static efficiency of the authentic system.

88 Aντικατάσταση σαπισμένων άκρων ζευκτών με σανίδες από φυσική ξυλεία, συνδεδεμένες μεταξύ τους και με το αυθεντικό ξύλινο μέλος με εποξειδική ρητίνη και βίδες. The 13 th century Venetian Timber Roof of Hagia Paraskevi Basilica in Chalkida, Greece Replacement of decayed parts with timber boards, bonded with epoxy and screwed ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

89 Courtesy : C. Menichelli

90 Courtesy : C. Menichelli ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

91 Should every timber be graded??

92 (Federica Pompeano, University of Genova) Gjirokastra, Albania

93 structures -forests of timbers (not natural, but structural)

94 ΜΥΛΟΣ ΜΑΤΣΟΠΟΥΛΟΥ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΜΟΥΣΕΙΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑ ΕΙΞΗ ΤΟΥ ΙΣΤΟΡΙΚΟΥ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΟΥ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ

95

96 tables with several information help a lot understand the structure

97 In this case, is impossible to identify where the critical areas will be without a 3d precise model.

98 This way the interventions can be local. Otherwise, in order to be on the safe side, interventions would be more generalized and ofcourse more heavy.

99 fq We have a better idea what is the stress level also in areas that have diminished strength (decay, interventions)

100

101 Guidance for strength grading Identification of the different structural member types according to the type and level of stresses. Important for strength grading There is no point in grading a strut, which will only be loaded in compression, for characteristics that can only affect the ability of a member to resist bending. Besides, in members subjected to bending, the size allowance for knots should vary depending on their particular position along the section and along the length of the element.

102 Κεφ. 2 Βάσεις σχεδιασµού Έλεγχοι Οριακής Κατάστασης Αστοχίας Sd Rd ΡΑΣΕΙΣ και ΣΥΝ YΑΣΜΟΙ ΦΟΡΤΙΣΕΩΝ (Sd) (βλ. ΕΝ 1990:2002 και ΕΝ 1991 ) α. Χωρίς σεισµό Σ γg,j Gk,j + γq,1 Qk,1 + ΣγQ,i ψ0,i Qk,i β. Mε σεισµό ΣGk,j + Ad + Σψ2,i Qk,i

103 Κεφ. 7 Έλεγχοι Οριακών καταστάσεων λειτουργικότητας Υπολογισµός παραµορφώσεων Παραµορφώσεις λόγω : Εντατικών µεγεθών (στιγµιαία παραµόρφωση (u inst ).Απόεπίλυση φορέα µε Ε mean, G mean Ερπυσµού (ερπυστική παραµόρφωση u creep ). Για δοκούς χωρίς αντιβέλος u fin (τελικό βέλος) u fin = u inst + u creep = u net, fin

104 Κεφ. 7 Έλεγχοι Οριακών καταστάσεων λειτουργικότητας Υπολογισµός παραµορφώσεων Ερπυστικές παραµορφώσεις µόνο από το ίδιο βάρος ελκυστήρα ζευκτού

105 Κεφ. 7 Έλεγχοι Οριακών καταστάσεων λειτουργικότητας Υπολογισµός παραµορφώσεων 1. Έλεγχος στιγµιαίων παραµορφώσεων δράσεων για δοκούς χωρίς αντιβέλος Για δοκούς χωρίς αντιβέλος u fin = u net, fin Στον Ευρωκώδικα 5 (ΕΝ , (2), αναφέρεται ότι η στιγµιαία παραµόρφωση, uinst, θα πρέπει να υπολογίζεται για τον χαρακτηριστικό (σπάνιο) συνδυασµό που δίδεται στο ΕΝ ΣGkj + Qk,1 + Σψ0,i Qk,i (EN 1990 σχέση (6.14b)) u inst = Σu inst,gj + u inst,q,1 + Σψ 0,i u inst,q,k,i < l /300 Οριακές τιµές παραµόρφωσης δοκώνόπως έχουν οριστεί στο Ελληνικό Εθνικό Προσάρτηµα (βλ. επίσης ΕΝ , Πίνακα 7.2). Δοκοί ενός ή περισσοτέρων ανοιγμάτων u inst u net,fin l/300 l /250 πρόβολοι l/150 l /125 Επισηµαίνεται όµως ότι σε αρκετά εγχειρίδια (διεθνής βιβλιογραφία), ο έλεγχος των στιγµιαίων παραµορφώσεων γίνεται µόνο για τις µεταβλητές δράσεις u inst,q = u inst,q,1 +Σψ 0,i u inst,q,k,i < l /300 (διεθνής βιβλιογραφία)

106 Η καλή συμπεριφορά του συνόλου μιας κατασκευής εξαρτάται από την ικανότητα παραλαβής των κατακόρυφων φορτίων (μόνιμων και κινητών) αλλά και από την ικανότητα παραλαβής και μεταφοράς των οριζοντίων φορτίων που ασκούνται στην κατασκευή (π.χ. φορτία σεισμού και ανέμου) στα κατακόρυφα στοιχεία. Κατά συνέπεια, 1. η εξασφάλιση και αποκατάσταση της διαφραγματικής λειτουργίας του δώματος, του πατώματος και των στεγών, 2. και η σύνδεση των οριζόντιων ή κεκλιμένων διαφραγμάτων (πατώματα δώματα και στέγες) με την υποκείμενη τοιχοποιία, βελτιώνει σημαντικά την συμπεριφορά των κτιρίων από τοιχοποιία. Π. Τουλιάτος ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

107

108

109 Earthquake loads depend on q factor

110

111 Larger scale timber structures (buildings with long span timber frames - multi storey timber structures e.t.c) Wind is critical for most cases!!

112 Περίδεση κτιρίων µε ξυλοδεσιές (παραδοσιακός µηχανισµός µεταφοράς σεισµικών δυνάµεων στους τοίχους)

113 Larger scale timber structures (buildings with long span timber frames - multi storey timber structures e.t.c)

114 uncertainties In modern buildings safety factors In existing buildings these uncertainties are often reduced because the real behaviour of the structure can be observed and monitored.

115 Κεφ. 2 Βάσεις σχεδιασµού, Κεφ. 3 Ιδιότητες υλικών η επιρροή της διάρκειας φορτίσεως Πίνακας Κατατάξεως φορτίσεων σε κατηγορίες διάρκειας όπως ορίζονται στο Ελληνικό Εθνικό Προσάρτηµα (βλ. επίσης ΕΝ , Πίνακες 2.1, 2.2) Κατηγορίαδιάρκειας φόρτισης Παραδείγματα φορτίων Σωρευτική διάρκεια χαρακτηριστικού φορτίου Μόνιμη ίδιο βάρος άνω των 10 ετών Μακροχρόνια φορτία αποθηκεύσεως 6 μήνες έως 10 έτη Μεσοχρόνια Επιβαλλόμενα (κινητά) φορτία πατωμάτων 1 εβδομάδα έως 6 μήνες Βραχυχρόνια χιόνι λιγότερο από 1 εβδομάδα Στιγμιαία άνεμος, τυχηματικά φορτία (π.χ. σεισμός) Cost E55 Για άλλες χώρες το χιόνι µπορεί να είναι µεσοχρόνια φόρτιση και ο άνεµος βραχυχρόνια.

116 Κεφ. 2 Βάσεις σχεδιασµού Έλεγχοι Οριακής Κατάστασης Αστοχίας Sd Rd ΡΑΣΕΙΣ και ΣΥΝ YΑΣΜΟΙ ΦΟΡΤΙΣΕΩΝ (Sd) (βλ. ΕΝ 1990:2002 και ΕΝ 1991 ) α. Χωρίς σεισµό Σ γg,j Gk,j + γq,1 Qk,1 + ΣγQ,i ψ0,i Qk,i β. Mε σεισµό ΣGk,j + Ad + Σψ2,i Qk,i

117 The structural analysis of an historic structure is a difficult process, with many uncertainties because it is not always possible to estimate the strength and stiffness of structural members and joints, the load history, the boundary conditions or to know if elements of the fabric, which were not intended to be structural, may nevertheless be carrying load. The combinations of actions prescribed by ENs 1990 (intended for new structures), modification factors kmod, kdef for service classes for load duration effects, are not the same with modern structures due to previous load history.

118 Ο ξύλινος φέρων οργανισμός του κεντρικού κτιρίου, ως σπάνιο δείγμα δομικού πολυόροφου βιομηχανικού συστήματος του 19ου αιώνα, αποτελεί αυτόνομο έκθεμα και σημαντικότατο στοιχείο της μουσειακής ανάδειξης του συγκροτήματος του Μύλου.

119 National Technical University of Athens Μunicipality of Trikala

120 ΠΡΟΤΑΣΗ AΡXITEKTONIKH ΜΟΥΣΕΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΜΥΛΟΣ ΜΑΤΣΟΠΟΥΛΟΥ ΤΡΙΚΑΛΑ ΠΡΟΤΑΣΗ ΣΤΑΤΙΚΗ Μείωση κινητών φορτίων για σεισμό και όχι μόνο μείωση επεμβάσεων ΔΙΑΔΡΟΜΕΣ ΡΟΗ ΕΠΙΣΚΕΠΤΩΝ Γ ΕΠΙΠΕΔΟ Ο σχεδιασμός της στατικής πρότασης ενίσχυσης του ξύλινου φέροντος οργανισμού συγχρονίζεται με τον σχεδιασμό της αρχιτεκτονικής πρότασης (διαμόρφωση διαδρόμων) ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΤΣΑΚΑΝΙΚΑ ΕΤΕΠΑΜ 2014 ΕΜΦΑΝΕΙΣ & ΑΦΑΝΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ

121

122 For many civil engineers the calculations and the use of Standards, is considered the only part that they have to participate in the process of designing a modern timber structure or evaluating and interventing in a historical one. Not only in our offices

123 Unfortunately we can not have the structure in a bed. as doctors do..

124 WE MUST WORK ON SITE, on field εμφανής πρέπει και η παρουσία μας επί τόπου, ΚΑΙ των πολιτικών μηχανικών with the close collaboration of all professions, architects, archeologists, historians, conservators, and seismologists)

125 EPILOGUE OLD TIMBER STRUCTURES A better understanding of this kind of structures based also on experimental and analytical investigations is very important, since relative research works are very few especially if one takes into account the variety of the structural systems. The multi-disciplinary team that should work on a restoration project, must have the necessary tools to evaluate the existing condition of a historical building and moreover to select the proper interventions using innovative and/or simple techniques that will save the authenticity of our architectural heritage, including the authenticity of the invisible in many cases load bearing system.

126 EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN) / TC346 Conservation of Cultural Heritage. Oμάδα εργασίας(wg)10 -Historic timber structures -GUIDELINES FOR THE ON-SITE ASSESSMENT OF HISTORIC TIMBER STRUCTURES. Convenor : N. Macchioni Oμάδα σύνταξης: N. Macchioni, L. Uzzieli, D. Yeoman, E. Tsakanika, D. D ayla

127

128 The historical timber structures important or humble ones, gained our respect not only as a part of our tradition and history, but in strictly engineering terms, as constructions, that survived and worked properly for many years or centuries. Unfortunately they are not studied adequately at the Universities, the research activity is rather poor and the modern regulations don t take them into account. Nevertheless, in many countries civil engineers are obliged to use these regulations which in many cases lead them to heavy, not necessary interventions that destroy some of the most important elements of our historical architectural and structural heritage. I am sure, this Cost action, based on the previous ones and the increasing research on this field can contribute a lot in this direction. Guidelines, bases for regulations, ENs and why not European code, could be produced that can give us tools to save existing buildings with problems and mainly our historical, architectural and structural heritage. OUTCOME OF THIS COST ACTION : proposals to CEN

129 Design code for existing structures Guidelines for methodology of assessment and restoration interventions Philipp Dietch Need of research simulating as much as possible the construction peculiarities of historic structures

130

131

132