ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ & ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΛΙΚΩΝ ΕΠΕΜΒΑΣΗΣ ΣΕ ΙΣΤΟΡΙΚΕΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΕΣ

Transcript

1 ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΕΣ ΗΜΕΡΙΔΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΗΣ ΠΟΛΙΤΙΣΤΙΚΗΣ ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΑΣ - ΤΕΕ «ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΦΘΟΡΑΣ ΚΑΙ ΠΑΘΟΛΟΓΙΑΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ: ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΙΙ» Εκδήλωση στη μνήμη του Θ. Σκουλικίδη ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ & ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΛΙΚΩΝ ΕΠΕΜΒΑΣΗΣ ΣΕ ΙΣΤΟΡΙΚΕΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΕΣ Εισηγήτρια: Ιωάννα Παπαγιάννη Καθηγήτρια Α.Π.Θ. Αθήνα, 2 Μαρτίου 2007

2 Αναγκαιότητα Σχεδιασμού Υλικών Επέμβασης Ενώ στις σύγχρονες κατασκευές το κόστος των υλικών είναι κατά προσέγγιση 20-30% του συνολικού κόστους του έργου, σε έργα επισκευών μνημειακών κατασκευών αυτό είναι σημαντικά μεγαλύτερο λόγω: - ειδικών απαιτήσεων που πρέπει να πληρούνται - μη διαθεσιμότητας στην αγορά (παραγωγή κατά παραγγελία) Επιπλέον πολύ συχνά παρατηρούνται αστοχίες μετά την επισκευή που δεν συνδέονται πάντα με το υλικό καθ αυτό αλλά με τον τρόπο που εφαρμόσθηκε το υλικό ή από δευτερογενή προβλήματα που δημιουργήθηκαν εν σχέσει με το φορέα / υπόβαθρο στο οποίο εφαρμόσθηκε ή από την έλλειψη πρόβλεψης της συμπεριφοράς του υλικού στις συγκεκριμένες συνθήκες (περιβάλλοντος του μνημείου).

3 - Ο σχεδιασμός των υλικών επέμβασης αποτελεί ορθολογική απαίτηση για τη βελτίωση της ποιότητας των έργων αποκατάστασης που έχει ως επακόλουθο τη μείωση του ολικού κόστους.

4 Ο σχεδιασμός υλικών επέμβασης σε μνημειακές κατασκευές (το θέμα αντιμετωπίζεται κυρίως σε κατασκευές από τοιχοποιία) αποτελεί πρόβλημα γιατί: - Τα υλικά επέμβασης δεν πρέπει μακροπρόθεσμα να επιδεινώνουν τα προβλήματα φθοράς ή βλαβών για την αποφυγή των οποίων έγινε η επέμβαση ή να προκαλούν νέα άλλου τύπου. - Θα πρέπει στο σχεδιασμό να λαμβάνεται υπόψη η διατήρηση των αξιών του μνημείου όπως είναι π.χ. τα αισθητικά στοιχεία. - Αυτά αναφέρονται ή υπονοούνται και στις Διεθνείς Συμβάσεις ή Διακηρύξεις (Χάρτες) που έχουν ισχύ για τέτοιου είδους επεμβάσεις.

5 Αυτές οι αρχές που συνοψίζονται στον όρο «συμβατότητα» των Χαρτών δεν υλοποιούνται εύκολα γιατί δεν έχουν εκφρασθεί με τεχνικούς όρους. Για να γίνει αυτό και να τεθεί το θέμα του σχεδιασμού των υλικών σε επιστημονική βάση απαιτείται: - Πολύ καλή γνώση των χαρακτηριστικών και της συμπεριφοράς των παλαιών υλικών και της ιστορικής τοιχοποιίας ως δομικό στοιχείο. - Γνώση των ιδιοτήτων (και των σχέσεων που τις διέπουν) των υλικών που παράγονται σήμερα και χρησιμοποιούνται σε τέτοιες επεμβάσεις).

6 Οι τοιχοποιίες των ιστορικών κατασκευών χαρακτηρίζονται από τη χαμηλή θλιπτική αντοχή εν σχέση με το σκυρόδεμα (25-50kg/cm 2 ) γι αυτό και έχουν μεγάλα πάχη -Την αδυναμία μεταφοράς οριζόντιων τάσεων Μεταφέρουν κυρίως θλιπτικά φορτία και η αντοχή εξαρτάται απότοπάχοςτωναρμών - Τη σχετικά καλή συνάφεια πλίνθου κονιάματος που επηρεάζει την εφελκυστική αντοχή της τοιχοποιίας Οι παλαιοί οικοδόμοι λόγω της έλλειψης ισχυρών υδραυλικών κονιών στοχεύανε στη δημιουργία δομικού ιστού που να μη συγκρατεί το νερό αλλά να επιτρέπει την ελεύθερη αναπνοή και ταχεία ξήρανση. Αυτό αποτελεί στοιχείο της παλαιάς φιλοσοφίας δόμησης το οποίο πρέπει να λαμβάνεται υπόψη σε κάθε επέμβαση σε ιστορικό κτίσμα και να καθορίζει τη συμβατότητα παλαιού νέου υλικού

7 Τα κυριότερα προβλήματα που συναντάμε στις ιστορικές τοιχοποιίες είναι: - Ρηγματώσεις (συνήθως διαμπερείς) λόγω υπερφορτίσεων, διαφορικών καθιζήσεων σεισμών - Αποκολλήσεις τμημάτων ή αποκλίσεις από την κατακόρυφο συνήθως σε μεγάλου ύψους τοιχοποιίες λόγω σεισμών ή κατολισθήσεων ή ανεπαρκούς αντιστήριξης

8 - Φθορά λόγω του χρόνου (από θερμοϋγρασιακές μεταβολές). Εμφανίζονται μικρορωγμές στα υλικά και έλλειψη σταθερότητας όγκου με απώλεια μάζας, χαλάρωση συνδετικού υλικού - Φθορά λόγω μηχανισμού κρυστάλλωσης αλάτων κυρίως κοντά στην επιφάνεια της τοιχοποιίας. Φαινόμενα εξάνθισης

9 Οι πιο συχνές επεμβάσεις επισκευής αφορούν: - Αρμολογήματα - Ανακατασκευές - Ενισχύσεις τοιχοποιιών με ενέματα πλήρωσης με και χωρίς ελκυστήρες ή ραφές - Διαμορφώσεις δαπέδων - Επιχρίσεις (εσωτερικά ή εξωτερικά) - Προσθήκη νέων στοιχείων (σε συνεργασία με υφιστάμενα)

10 Τα υλικά που απαιτούνται είναι: - λιθοσώματα (λίθοι, ωμόπλινθοι, οπτόπλινθοι, που χρησιμοποιούνται στις ανακατασκευές ή συμπληρώσεις) - κονιάματα - Οι πλίνθοι παράγονται σε βιοτεχνίες ή βιομηχανίες κυρίως βάσει των μορφολογικών στοιχείων και της χρωματικής απόχρωσης. -Τα κονιάματα παρασκευάζονται επί τόπου στο εργοτάξιο που στήνεται στο έργο βάσει των αναλογιών αναμίγματος που έχουν προκύψει από το σχεδιασμό του κονιάματος. Το πρόβλημα λοιπόν, σχεδιασμού υλικών επέμβασης επικεντρώνεται στα κονιάματα.

11 Παλαιοχριστιανική Βασιλική Γ Φιλίππων (σύνθρονο)

12 Χαρακτηριστικά των παλαιών κονιαμάτων που βασίζονται στην άσβεστο - Χαμηλό φαιν. ειδ. βάρος (1,4 1,6) - Υψηλό πορώδες (25-40%) - Μικρή συγκρατησιμότητα νερού Ταχεία ξήρανση - Υψηλό βαθμό συμπύκνωσης (Πολύ καλή συνάφεια αδρανών συνδετικής κονίας) - Καλά κρυσταλλωμένη συνδετική κονία Η χρήση της πουζολάνης μαζί με άσβεστο εμφανίζεται στον ελληνικό χώρο από την ελληνιστική περίοδο (δάπεδα ψηφιδωτών) αλλά εξαπλώνεται η χρήση της στη Ρωμαϊκή εποχή. Μέχρι το τέλος του 19ου αιώνα τα ασβεστοπουζολανικά κονιάματα κυριαρχούν στην κατασκευή έργων λόγω της ανθεκτικότητάς του σε υγρό περιβάλλον

13 Προβλήματα τοιχοποιιών από την εφαρμογή ακατάλληλων υλικών Ηχρησιμοποίησηισχυρώνυδραυλικών κονιών, όπως είναι το τσιμέντο, για την παρασκευή κονιαμάτων, διαταράσσει τη συμπεριφορά της παραδοσιακής τοιχοποιίας. Η υγρασία μπλοκάρεται μέσα στη μάζα της τοιχοποιίας και δημιουργούνται πολλά δευτερογενή προβλήματα φθοράς. Byzantine City Walls in Constantinople

14 Προβλήματα τοιχοποιιών από την εφαρμογή ακατάλληλων υλικών Byzantine Church in Veria

15 Προβλήματα τοιχοποιιών από την εφαρμογή ακατάλληλων υλικών Rich in soluble salts raw materials, such as traditional bricks, create efflorescence phenomena and destroy bricks and mortars recently applied.

16 Προβλήματα τοιχοποιιών από την εφαρμογή ακατάλληλων υλικών Early cracking of repointing mortars or renderings due to wrong proportioning and lack of right curing period of fresh mortar City walls of Thessaloniki - Eptapyrgion

17 Προβλήματα τοιχοποιιών από την εφαρμογή ακατάλληλων υλικών Frost damaged of mortars and bricks due to low resistance to freezing

18 Προβλήματα τοιχοποιιών από την εφαρμογή ακατάλληλων υλικών Loss of the mortar of the repaired joints due to unsuitable binding system (for example: hydrated lime for places suffered from moisture presence) Dion, Sunctury of Isis (4 th cent. BC)

19 Σχεδιασμός ασβεστοκονιαμάτων επέμβασης συμβατών με την υπάρχουσα κατάσταση Τι επιζητείται με την επισκευή; - Η συντήρηση και παρεμπόδιση των μηχανισμών φθοράς του χρόνου - Η ενίσχυση του δομικού συστήματος για επανάχρηση - Ποιος θα είναι ο ρόλος του κονιάματος επισκευής Ποια χαρακτηριστικά / ιδιότητες καθορίζουν τη συμβατότητα παλαιού νέου υλικού που καλούνται να συνεργαστούν

20 Μακρόχρονη εμπειρία βασισμένη σε έρευνα SfS GR Restoration Project και σε εφαρμογές σε έργα, μας οδήγησε στην άποψη ότι: Η συμβατότητα των κονιαμάτων καθορίζεται από: - τα αισθητικά χαρακτηριστικά του (χρώμα, υφή, τραχύτητα) - τη σύσταση (τύπο συνδετικής κονίας, κοκκομετρία αδρανών) - το επίπεδο αντοχής (θλιπτικής και εφελκυστικής) - το πορώδες (κατανομή πόρων) - το συντελεστή θερμικής διαστολής

21 ΟΛΙΣΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΚΟΝΙΑΜΑΤΩΝ ΕΠΕΜΒΑΣΗΣ Πορώδες Χημική και Αντοχή Κατανομή πόρων Ορυκτολογική Απορροφητικότητα Ανάλυση Κοκκομετρία KATANΟΗΣΗ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗΣ Μικροσκοπική ανάλυση ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΤΟΥ Πληροφορίες Τύπος αδρανών ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ σχετικά με την Ρηγμάτωση ΒΑΘΜΟΥ ΦΘΟΡΑΣ τεχνολογία Παρουσία αλάτων ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΜΙΓΜΑΤΟΣ Δοκιμαστικά μίγματα Έλεγχος ιδιοτήτων Βελτίωση σύνθεσης Συνθήκες Ιδιότητες Απαιτήσεις σύγχρονου περιβάλλοντος Διαθέσιμων Υλικών Αγοράς τρόπου δόμησης (Εργασιμότητα Πρόοδος εργασίας Κόστος)

22 Παράμετροι που επηρεάζουν την ποιότητα και την ανθεκτικότητα των κονιαμάτων επέμβασης που βασίζονται στην άσβεστο - Οτύποςτηςσυνδετικήςκονίαςήοσυνδυασμόςτων συνδετικών κονιών

23 Επιρροή του τύπου της συνδετικής κονίας στην ανάπτυξη αντοχής κονιαμάτων Type of hydrated Ca(OH) 2 Proportions L= Lime S= Sand (0-4 mm) S 2 =Sand 80%+gravel 20% Compressive strength, kg/m 2 28-d 60-d putty L / S 1 1 : dry powder L / S 1 1 : hydraulic putty (CaO 83%, Clay 15%) L / S 1 1 : putty L / S 2 1 : dry powder L / S 2 1 : hydraylic putty L / S 2 1 :

24 Επιρροή του συστήματος συνδετικών κονιών στην αντοχή και πορώδες των κονιαμάτων Strength, Mpa Binding System 7-d 28-d 90-d Porosity % Proportions Comp. / Flex. Comp. / Flex. Comp. / Flex. 28-d 90-d L / / L:P = 1:1 0.49/ / / L:P:B = 1:0.5: /- 1.0/ / L:P:C = 1:1: / / / L:P:C = 1:1: / / / L:P:C = 1:0.8: /0,3-5.4/ L:P:C = 1:0.6: / / C 17.1/ / /

25 Η λεπτότητα άλεσης του πουζολανικού υλικού Compressive Strength, MPa Binding system : L:P = 1:1 L= Ca(OH) 2 dry powder P 1 : pozzolan, 40% residue on 45μm sieve P 2 : pozzolan, 20% residue on 45 μm sieve P 3 : pozzolan, 10% residue on 45 μm sieve 28-d 90-d L L+P1 L+P2 L+P3 Binder type Effect of fineness of pozzolan on the strength of lime based mortar.

26 Η δραστικότητα της ασβέστου

27 Ο λόγος Νερού / κονίας 28d Θλιπτική αντοχή ΜΡα 28d Θλιπτική αντοχή ΜΡα

28 Η προσθήκη ελάχιστης ποσότητας κατάλληλων ρευστοποιητών Proportions L= Lime P= Pozzolana Strength, kg/cm2 Shrinkage S= Sand (0-4 mm) Compressive Flexural at 150-d SP= Superplasticizer 28-d 180-d 28-d 180-d strain L:S= 1 : % L:S:SP= 1 : 2.5 : L:P:S= 1 : 1 : L:P:S:SP= 1 : 1 : 5 : %

29 Η σχέση αντοχής πορώδους σε άσβεστο-πουζολανο κονιάματα CORRELATION OF POROSITY WITH STRENGTH LIME- POZZOLAN MORTARS WITH STANDARD SAND 6 STRENGTH (MPa y = 37,884x 12,06 R 2 = 0, ,8 0,805 0,81 0,815 0,82 0,825 0,83 0,835 0,84 0,845 1-P

30 Η σχέση αντοχής πορώδους σε άσβεστο-πουζολανο κονιάματα

31 Η εξέλιξη του πορώδους των ασβεστοκονιαμάτων EVOLUTION OF OPEN POROSITY OF POZZOLANIC MORTAS 25 20, ,99 18,07 17,32 17 % DAYS

32 Ποιος είναι ο ρόλος των αδρανών στα ασβεστοκονιάματα 0,02 0,018 0,016 Volume change dv/v 0,014 0,012 0,01 0,008 0,006 0,004 0, DAYS 2-R1 2-R2 2-R3 Αδρανή R1 R2 R3 Άμμος (0-4mm) Χονδρ. αδρανή (4-8mm) Χονδρ. αδρανή (8-12mm)

33 Ερπυστικές παραμορφώσεις ασβεστοκονιαμάτων (Υδράσβεστος/Πουζολάνη:: 1/1) μstrain x DAYS 2-R1 2-R2 2-R3 Αδρανή R1 R2 R3 Άμμος (0-4mm) Χονδρ. αδρανή (4-8mm) Χονδρ. αδρανή (8-12mm)

34 Η συντήρηση των κονιαμάτων για την ωρίμανσή τους και ανάπτυξη αντοχών αποτελεί κρίσιμο θέμα για την ανθεκτικότητα των κονιαμάτων στο χρόνο

35

36

37 Παράδειγμα σχεδιασμού κονιάματος επέμβασης Α. Πληροφορίες που λαμβάνονται από την ανάλυση των παλαιών κονιαμάτων -Τύποςσυνδετικήςκονίας -Τύπος αδρανών-κοκκομετρία -Πορώδες -Εκτίμηση αντοχής Β. Αποφασίζουμε για το συνδετικό υλικό και τα αδρανή λαμβάνοντας υπόψη τις σύγχρονες συνθήκες λειτουργίας του κτιρίου Προσδιορίζεται ο λόγος Ν/Κ ανάλογα με τη χρήση του κονιάματος (επιθυμητή εργασιμότητα) και με οδηγό σχετικά διαγράμματα

38 Παράδειγμα σχεδιασμού κονιάματος επέμβασης Γ. Ελέγχεται η καταλληλότητα των πρώτων υλών Δραστικότητα ασβέστου Πουζολανικότητα Λεπτότητα Άλεσης Δ. Παρασκευάζονται δοκιμαστικά μίγματα και γίνονται οι βελτιώσεις (κυρίως χρώματος). Ελέγχεται η αντοχή σε θλίψη-κάμψη και το πορώδες. Πολλές φορές κάνουμε εφαρμογή επί τόπου Στ. Δίδεται τεχνική περιγραφή των υλικών και οδηγίες εφαρμογής.

39 : Mortar No : New composition

40 Case Study: Μονή Λαζαριστών (Θεσσαλονίκη 18ος αιώνας μ.χ.) Χαρακτηριστικά παλαιού κονιάματος Θέση: Δομικό Κονίαμα Χρώμα: Λευκό Γκρι Κονίες Ca(OH) 2 : 40-50% Παρουσία: αργιλλοπυριτικού υλικού Αναλογία ~ Άσβεστος αργιλλοπυρ. 1:1 Aδρανή : ποτάμια Διαβάθμιση: 0-8mm (72% 0,25-4mm) Πορώδες: 19-21% Αντοχή υγιούς δείγματος 13-15kg/cm 2 Aντοχή δείγματος από προβληματική περιοχή: 5kg/cm 2 Kονία / Αδρανή: 1:2,8 Mετάαπόδοκιμαστικάμίγματα αποφασίστηκε η παρακάτω σύνθεση: 1 μέρος υδρασβέστου κονίας 1 μέρος θηραϊκής γης αλεσμένης 6 μέρη άμμου ποταμού 75%, 0-4mm + 25% 4-8mm 1.3 μέρη βάρους νερού (απαιτούμενου για 15± 1cm εξάπλωση) 0,03 μέρη ρευστοποιητού πολυκαρβονικής βάσης Ο έλεγχος σε 28 ημ. έδειξε: Αντοχή σε θλίψη 10MPa Πορώδες 19-20% Αποδεκτό

41 Παράδειγμα: Moνή Δαφνίου, 11ος μ.χ. Χαρακτηριστικά παλαιού δομικού κονιάματος Χρώμα: Λευκό Ροζ Ποσοστό Ca(OH) 2 : 45-50% Παρουσία: πουζολανικού υλικού Αναλογία ~ Άσβεστος/πουζολάνης 1:0,5 Aδρανή : περιοχής Διαβάθμιση: 0-6mm (85% 0,25-4mm) Πορώδες: 25-28% Αντοχή υγιούς δείγματος: 13-15kg/cm 2 Aντοχή μη υγιούς: 11 kg/cm 2 Kονία / Αδρανές: 1:1,5 Mετάαπόδοκιμαστικάμίγματα αποφασίστηκε η παρακάτω σύνθεση: 1 μ.β. υδρασβέστου κονίας 0,5 μ.β. μηλαϊκής γης αλεσμένης 0,5 μ.β. κεραμάλευρου 4 μ.β. αδρανή ποταμού (85% 0-4mm+15% 4-6mm) 1 μ.β θραυστό κεραμικό (0,25 5mm) 1,4 μ.β. νερού απαιτούμενου για εξάπλωση 15± 1cm) 0,01 μέρη ρευστοποιητού Ο έλεγχος έδειξε: 28 ημ. αντοχή σε θλίψη 1,5MPa Πορώδες 25% Αποδεκτό