Χαρακτηρισµός ιστορικών κονιαµάτων ως βάση για το σχεδιασµό νέων για την επισκευή και ενίσχυση τοιχοποιϊών νεωτέρων κτηρίων

Transcript

1 Χαρακτηρισµός ιστορικών κονιαµάτων ως βάση για το σχεδιασµό νέων για την επισκευή και ενίσχυση τοιχοποιϊών νεωτέρων κτηρίων Ε.-Ε.Ε.Τουµπακάρη ρ Πολιτικός Μηχανικός, ΥΣΜΑ (Υπηρεσία Συντήρησης Μνηµείων Ακροπόλεως) Π. E. Τσακιρίδης ρ Χηµικός Μηχανικός, ΕΚΕΤ ΕΠΕ Χ. B. Μαλαµή ρ Χηµικός Μηχανικός, ΕΚΕΤ ΕΠΕ Χ. Θ. Παπαδόπουλος & Χ. Ε. Βαχλιώτης Πολιτικοί Μηχανικοί, ΟΜΟΣ Τεχνικές Μελέτες Σύµβουλοι Μηχανικοί Λέξεις κλειδιά: νεώτερα κτήρια, επισκευή, ενίσχυση, ανάλυση κονιαµάτων, οπτική µικροσκοπία ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στην ανακοίνωση αυτή παρουσιάζονται κονιάµατα διατηρητέων κτηρίων, τα οποία µελετήθηκαν στο πλαίσιο της στατικής µελέτης για την επισκευή και ενίσχυση τεσσάρων νεώτερων κτηρίων από τοιχοποιία. Στην αρχή παρουσιάζεται η µεθοδολογία ανάλυσης, η οποία βασίζεται στον χαρακτηρισµό των κονιαµάτων µε ταυτοποίηση συνδετικού υλικού και αδρανών. Τα αποτελέσµατα της ανάλυσης χρησιµοποιούνται για την εκτίµηση των µηχανικών χαρακτηριστικών των κονιαµάτων µε τη βοήθεια της διαθέσιµης σχετικής βιβλιογραφίας. Ακολουθεί η εκτίµηση των µηχανικών χαρακτηριστικών των υπαρχουσών λιθοδοµών, τα οποία χρησιµοποιήθηκαν ως βάση για την ανάλυση του φέροντος οργανισµού. Τα αποτελέσµατα της ανάλυσης σχολιάζονται συνοπτικά ως προς τις συνέπειές τους για το σχεδιασµό των υλικών επισκευής. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το πεδίο της ανάλυσης των ιστορικών κονιαµάτων έχει αναπτυχθεί ραγδαία από τη δεκαετία του 80 κ.ε. Η σχετική βιβλιογραφία στη χώρα µας είναι ήδη αρκετά πλούσια, ιδιαίτερα όσον αφορά σε κονιάµατα µνηµείων και κατασκευών πριν από το Λίγα όµως είναι γνωστά για τα κονιάµατα δόµησης ή τα επιχρίσµατα νεωτέρων κτηρίων. Όµως, η ανάγκη για τη µελέτη και τον χαρακτηρισµό των υπαρχόντων υλικών δεν υπαγορεύεται από την ηλικία των δοµηµάτων αλλά από την ανάγκη για τη συλλογή πληροφοριών χρήσιµων για τον µελετητή. Οι πληροφορίες αυτές αφορούν: στην τεκµηρίωση της υπάρχουσας κατάστασης, φάση κατά την οποία γίνεται προσπάθεια κατανόησης της συµπεριφοράς της κατασκευής σε όλη τη διάρκεια ζωής της, και η οποία περιλαµβάνει τον εντοπισµό του πλήθους διαφορετικών κονιαµάτων και των αστοχιών, τόσο σε όρους δοµοστατικούς όσο και δοµικών υλικών, στην παραγωγή δεδοµένων αναφορικά µε τις φυσικοχηµικές ιδιότητες του υπάρχοντος κονιάµατος και την έµµεση εξαγωγή συµπερασµάτων αναφορικά µε τα µηχανικά χαρακτηριστικά αυτού, ιδιαίτερα δε τη θλιπτική του αντοχή. Η διαδικασία αυτή είναι επιβεβληµένη από το γεγονός ότι γενικά είναι πολύ δύσκολο, συχνά δε αδύνατο, να γίνει δειγµατοληψία θραυσµάτων κονιαµάτων µε όγκο και σχήµα επαρκή για τη διεξαγωγή µηχανικών δοκιµών. Εάν όµως µερικά από τα βασικά χαρακτηριστικά του κονιάµατος

2 είναι γνωστά, τότε είναι δυνατό να εξαχθούν συµπεράσµατα ως προς τη σύνθεσή του και, στη συνέχεια, ως προς τα µηχανικά του χαρακτηριστικά µέσω της σύγκρισης µε αντίστοιχες συνθέσεις που διατίθενται στη σχετική βιβλιογραφία. Τέλος, στο σχεδιασµό των υλικών επισκευής, τα οποία δεν είναι απαραιτήτως τυποποιηµένα και τα οποία πρέπει να είναι συµβατά (τόσο φυσικοχηµικά όσο και µηχανικά) µε τα υπάρχοντα. Στη µελέτη αυτή παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά νεωτέρων κονιαµάτων δόµησης, όπως αυτά προέκυψαν κατά τη µελέτη τεσσάρων νεωτέρων διατηρητέων κτηρίων και συγκεκριµένα: Κτήριο ΣΠΑΠ στην Ολυµπία: Το κτήριο οικοδοµήθηκε στις αρχές του 1900 σε νεοκλασικό σχέδιο και άρχισε να λειτουργεί το Αποτελείται από δύο ορόφους και ισόγειο. Οι περιµετρικοί τοίχοι αυτού είναι κατασκευασµένοι από αργολιθοδοµή πάχους εκ. ενώ µερικοί εσωτερικοί τοίχοι είναι από οπτοπλινθοδοµή. Στο κτήριο έχουν γίνει νεώτερες επεµβάσεις, οι οποίες συνίστανται στην προσθήκη φέροντος οργανισµού από οπλισµένο σκυρόδεµα σε ορισµένες θέσεις. 1 ο Σ Αχαρνών: Το κτήριο αποτελεί χαρακτηριστικό δείγµα των νεοκλασσικών σχολείων του 1910 τύπου «Συγγρού». Είναι υπερυψωµένο ισόγειο και είναι κατασκευασµένο από αργολιθοδοµή µέσου πάχους 60 εκ. Οι λαµπάδες των ανοιγµάτων, οι γωνίες του κτηρίου και οι κίονες του πρόπυλου είναι δοµηµένα µε λαξευτούς λίθους. 46 ο Λύκειο Αθηνών: Το κτήριο είναι νεοκλασσικό κτισµένο το Αποτελείται από δύο ορόφους και υπόγειο, έχει δε κατασκευαστεί από λιθοδοµή πάχους εκ. από αργούς λίθους. Πολλοί από τους διαχωριστικούς τοίχους είναι κατασκευασµένοι από οπτοπλινθοδοµή. Οικία επί της οδού Σκρα στην Καλλιθέα: Το κτήριο οικοδοµήθηκε γύρω στα Πρόκειται για τυπικό οικοδόµηµα λαϊκής αρχιτεκτονικής της εποχής. Οι περιµετρικοί τοίχοι αυτού είναι κατασκευασµένοι από αργολιθοδοµή πάχους εκ. ενώ µερικοί εσωτερικοί τοίχοι είναι από οπτοπλινθοδοµή. Οι στατικές µελέτες των παραπάνω κτηρίων εκπονήθηκαν από το Γραφείο ΟΜΟΣ Τεχνικές Μελέτες Σύµβουλοι Μηχανικοί. Οι στατικές µελέτες περιλάµβαναν : α) την αποτίµηση της αποµένουσας φέρουσας ικανότητας των κτηρίων και β) το σχεδιασµό των απαιτούµενων επισκευών ενισχύσεων προκειµένου να εξασφαλίζεται η επιθυµητή στάθµη επιτελεστικότητας των κτηρίων (βλ. κριτήρια σχεδιασµού ΕΑΚ 2000 αλλά και οδηγίες FEMA 273) έναντι στατικών και σεισµικών δράσεων. 2 ΜΈΘΟ ΟΛΟΓΙΑ 2.1 Αυτοψία αναγνώριση του εσωτερικού της λιθοδοµής δειγµατοληψία Η αυτοψία στόχευε στην εκτεταµένη αναγνώριση του τρόπου κατασκευής των λιθοδοµών, η οποία έγινε µε τοπική αφαίρεση λίθων (οι οποίοι επανατοποθετήθηκαν µε το πέρας της αυτοψίας). Η απλή αυτή µέθοδος αναγνώρισης θεωρήθηκε ως η πλέον αξιόπιστη, δεδοµένου ότι η δειγµατοληψία πυρήνων διαταράσσει τα δείγµατα, ενώ η παρουσία του νερού της καροταρίας διαλύει το σχετικά αδύναµο συνδετικό κονίαµα. Η δειγµατοληψία πραγµατοποιήθηκε κυρίως µε καλέµι (στις θέσεις αφαίρεσης λίθων). Στο σηµείο αυτό θα πρέπει να τονιστεί ότι η ανοµοιογένεια των παλαιών κονιαµάτων είναι δεδοµένη. Απαιτείται συνεπώς µακροσκοπική παρατήρηση των υλικών σε όσο το δυνατόν περισσότερες θέσεις πριν από τη δειγµατοληψία, προκειµένου να εξασφαλιστεί η αντιπροσωπευτικότητα των δειγµάτων. 2.2 Χαρακτηρισµός υπαρχόντων υλικών Για το χαρακτηρισµό του κονιάµατος έγιναν οι παρακάτω εργασίες:

3 ! Προσδιορισµός Φαινόµενης Πυκνότητας ιαπερατού Πορώδους κατά ASTM C 642 [A]. Κατά την µέθοδο αυτή προσδιορίζεται η φαινόµενη πυκνότητα και το διαπερατό πορώδες µε πλήρη διαβροχή των δειγµάτων µε νερό µετά από βρασµό.! ιαχωρισµος Συνδετικού-Αδρανών-Προσδιορισµός Κοκκοµετρικής Κατανοµής Αδρανών (Moropoulou A. et al 1998). Ο διαχωρισµός συνδετικού-αδρανών και η κοκκοµετρική ανάλυση των αδρανών πραγµατοποιείται µε ελαφρά θραύση του υλικού, διαλογή και παράλληλο διαχωρισµό του, στα κόσκινα: 4,75mm, 2,36mm, 1,18mm, 850µm, 600µm, 300µm, 150µm, 90µm και 63µm. Ο διαχωρισµός συνδετικού-αδρανών στηρίζεται στην παραδοχή ότι στο πέρασµα από 63 µm συγκεντρώνεται το συνδετικό υλικό, αν και πολλές φορές, βρίσκονται σε αυτό το κλάσµα και λεπτόκοκκα αδρανή (θεωρητικά το ποσοστό αυτό είναι πολύ µικρό).! Χηµική Ανάλυση. Προσδιορίζονται τα κύρια οξείδια, (%SiO 2, %Al 2 O 3, %Fe 2 O 3, %CaO, %MgO, %K 2 O, %Na 2 O) και η %απώλεια πύρωσης, όπως επίσης το % αδιάλυτο υπόλειµµα σε HCl και το %CO 2 από ανθρακικές ενώσεις.! Ορυκτολογική ανάλυση. Με τη µέθοδο της περίθλασης ακτίνων Χ (X-Ray Diffraction) προσδιορίζεται η ορυκτολογική σύσταση των δειγµάτων R63 και P63, δηλαδή αδρανών και συνδετικού υλικού.! Πετρογραφικός έλεγχος λεπτής τοµής κονιάµατος. Με την µελέτη λεπτής τοµής των δειγµάτων κονιαµάτων δόµησης, στο οπτικό µικροσκόπιο, προσδιορίζονται, µε οδηγό τα αναφερόµενα στην παράγραφο Modified Point Count Method της µεθόδου ASTM C-457, τα ακόλουθα χαρακτηριστικα: ταυτοποίηση της ποιότητας της συνδετικής κονίας (πάστας) και των περιεχοµένων αδρανών, προσδιορισµό του λόγου αδρανών / συνδετικής κονίας και προσδιορισµό άλλων χαρακτηριστικών, τα οποία υποδεικνύουν την συνεκτικότητα της δοµής του κονιάµατος (Elsen J. et al. 2001, Georgali B et al. 2001). 3 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 3.1 Χαρακτηρισµός υπαρχόντων υλικών Από τα τέσσερα κτήρια που εξετάστηκαν, µόνο σε ένα, στο κτήριο ΣΠΑΠ, βρέθηκε ασβεστιτικό κονίαµα δόµησης (Εικ.1 α, β). Το κονίαµα των υπολοίπων χαρακτηρίστηκε ως ασβεστοποζολανικό (Εικ. 2-3). Η ταυτοποίηση του συνδετικού υλικού προκύπτει από την µελέτη της λεπτής τοµής στο οπτικό µικροσκόπιο µε βάση τα εξής κριτήρια:! Ανίχνευση άµορφου ποζολανικού υλικού το οποίο δεν έχει αντιδράσει.! Ανίχνευση κρυσταλλικών φάσεων οι οποίες προέρχονται από ηφαιστειογενή υλικά.! Συνεκτικότητα του συνδετικού υλικού, η οποία εκτιµάται από τον βαθµό ασυνέχειας στην δοµή, είτε µε την µορφή ρηγµατώσεων είτε µε την µορφή µεγάλων πόρων.! Εµφάνιση περιοχών µε έντονα σηµάδια ενανθράκωσης, ρηγµάτωσης και µεγάλη ανοµοιογένεια κατανοµής των αδρανών στο συνδετικό υλικό, κυρίως στα ασβεστιτικά κονιάµατα.! Χαρακτηριστικά της µικροδοµής του συνδετικού υλικού τα οποία προσδιορίζονται σύµφωνα µε την ακολουθούµενη µέθοδο (ASTM C ). Στη διάκριση του χαρακτήρα του συνδετικού υλικού των παραπάνω κονιαµάτων, εκτός των µικροσκοπικών παρατηρήσεων χρησιµοποιήθηκαν και τα αποτελέσµατα των χηµικών και ορυκτολογικών αναλύσεων. Το υψηλό αδιάλυτο υπόλειµµα και το ποσοστό των αργιλοπυριτικών συστατικών στα δείγµατα συνδετικού υλικού (Ρ63) υπέδειξε παρουσία ποζολάνης, κεραµάλευρου ή πηλού. Η ταυτοποίηση ορυκτολογικών φάσεων οι οποίες χαρακτηρίζουν ποζολάνες, υποδεικνύουν χρήση αντίστοιχων ποζολανικών υλικών στο συνδετικό υλικό (Elsen J. et al 2001, Georgali B et al 2001).

4 (α) (β) Εικόνα 1. (α) ΣΠΑΠ: κονίαµα µε συµπαγή δοµή (x, x32), (β) ΣΠΑΠ: κονίαµα µε σχετικά έντονες ρηγµατώσεις (x, x32) Με εξαίρεση το κτήριο της οδού Σκρα, στις υπόλοιπες περιπτώσεις τα περιεχόµενα αδρανή είναι κυρίως ασβεστολιθικά, ανιχνεύτηκαν όµως πυριτικά και, σε µικρότερο βαθµό, αργιλοπυριτικά συστατικά. Στην προσέγγιση του λόγου ασβεστολιθικών / αργιλοπυριτικώνχαλαζιακών αδρανών συνέβαλε και ο λόγος CO 2 / Αδιάλυτο Υπόλειµµα των δειγµάτων R63. Στο κτήριο της οδού Σκρα, τα περισσότερα αδρανή είναι, αντιθέτως, πυριτικά. Στα τρία από τα τέσσερα κτήρια ( 1 ο.σ.αχαρνών, 46 ο Λύκειο Αθηνών, κτήριο οδού Σκρα) σηµειώνεται η παρουσία αργιλικών φάσεων (καολινίτη, µοντµοριλονίτη, ιλλίτη), που υποδεικνύουν την παρουσία «πηλού» ως πρόσθετου συστατικού του κονιάµατος. Η χρήση πηλού αποτελεί µια γνωστή κατασκευαστική πρακτική στα νεώτερα χρόνια. Γενικά, ο πηλός χρησιµοποιούνταν για να προσδώσει συνεκτικότητα στο φρέσκο µίγµα, η παρουσία του όµως µειώνει την αντοχή των υλικών και αυξάνει τη διαπερατότητα σε νερό και υγρασία (Leemann Q., Holzer L. 2001). Σηµειώνεται τέλος η παρουσία κεραµικών θραυσµάτων και άµορφων συστατικών σε ορισµένα δείγµατα. Βέβαια, η ταυτοποίηση ποζολανικών και κεραµικών προσµίξεων δεν συνοδεύεται κατ ανάγκη και από ταυτοποίηση υδραυλικών φάσεων, γεγονός το οποίο πιθανόν οφείλεται στην ενανθράκωσή τους. Η κοκκοµετρική διαβάθµιση των µέσων όρων των κονιαµάτων παρουσιάζεται στην Εικόνα 4. ιαπιστώθηκε µακροσκοπικά η ύπαρξη αδρανών έως και 8 χιλιοστών στα δείγµατα. Γενικά, τα αποτελέσµατα της ανάλυσης µέσω λεπτών τοµών δίνουν παραπλήσιες τιµές, ενώ η ανάλυση µε (α) (β) Εικόνα 2. (α) 1 ο.σ.αχαρνών: δύο τύποι κονιάµατος: ασβεστοποζολανικό (Π) και ασβεστιτικό (Α) (x, x32), (β) 1 ο.σ.αχαρνών: ανίχνευση κρυστάλλων γύψου στη διεπιφάνεια ασβεστιτικούασβεστοποζολανικου κονιάµατος (x, x32)

5 (α) (β) Εικόνα 3. (α) 1 ο.σ.αχαρνών: ασβεστοποζολανικό κονίαµα µε µικρό ποσοστό θραυσµένων κεραµικών (Χ, x32), (β) 46 ο Λύκειο Αθηνών: ανίχνευση ρηγµατώσεων και κενών παρουσία χονδρόκοκκης ποζολάνης και αδρανές κίσσηρης(//, x32) µηχανικό διαχωρισµό µπορεί να δώσει µεγάλες διακυµάνσεις. Η διαφορά αυτή µπορεί να αποδοθεί, εκτός από την όχι πλήρη αποµάκρυνση της συνδετικής κονίας από τα αδρανή, στο γεγονός ότι τα µεγαλύτερα αδρανή αποκλείονται από την ανάλυση µέσω λεπτών τοµών, για λόγους αντιπροσωπευτικότητας της ανάλυσης, παραµένουν όµως στο υλικό και εµφανίζονται κατά το φυσικό διαχωρισµό στα 63µm, αυξάνοντας έτσι το λόγο αδρανών / συνδετικό υλικό. Σε κάθε περίπτωση, διαπιστώθηκαν έντονα προβλήµατα ανθεκτικότητας των κονιαµάτων. Σε πολλές θέσεις των λιθοδοµών, τα κονιάµατα είχαν απωλέσει τη συνεκτικότητά τους. Επίσης, τεκµηριώθηκε η παρουσία γύψου σε δύο από τα τέσσερα κτήρια, που σηµαίνει ότι έχει υπάρξει προσβολή από θειϊκά, πιθανόν από την ατµόσφαιρα ή από ανερχόµενη υγρασία διρχόµενο [%] µ.ο.σπαπ µ.ο.46ου.α. Σκρα-1 µ.ο.1ο.σ. άνω όριο ιδανική καµπύλη κάτω όριο 0 0, άνοιγµα κόσκινου [mm] Εικόνα 4. Κοκκοµετρική διαβάθµιση αδρανών (παρουσιάζεται ο µέσος όρος των κοκκοµετριών των δειγµάτων που µελετήθηκαν σε κάθε κτήριο)

6 Τέλος, η παρουσία βατερίτη αλλά και περιοχών άµορφης σύστασης που αποδίδονται σε οργανικές συµβιώσεις λόγω ατµοσφαιρικής ρύπανσης δείχνουν ότι τα κονιάµατα έχουν υποστεί πολύ µεγάλες φθορές, οι οποίες θα πρέπει να ληφθούν υπόψιν κατά το σχεδιασµό των νέων υλικών επισκευής. Τα βασικά χαρακτηριστικά των κονιαµάτων παρουσιάζονται συνοπτικά στον Πίνακα Εκτίµηση µηχανικών χαρακτηριστικών υπαρχόντων κονιαµάτων Με βάση τα παραπάνω στοιχεία αναζητήθηκαν στη βιβλιογραφία αντίστοιχες συνθέσεις κονιαµάτων, προκειµένου να εκτιµηθούν τα µηχανικά χαρακτηριστικά τους. Βρέθηκαν δύο ουσιαστικά αναφορές (Moropoulou A. et al. 1998, Papayianni I. 1998), στις οποίες παρουσιάζονται κονιάµατα περιέχοντα υδράσβεστο, κεραµάλευρο µε ή χωρίς φυσικές ποζολάνες και πηλό. Κριτήριο για τη σύγκριση µε τα κονιάµατα των νεωτέρων κτηρίων απετέλεσαν, πέρα από τη σύνθεση, το φαινόµενο πορώδες και η φαινόµενη πυκνότητα. Τα κονιάµατα που κρίθηκαν παραπλήσια των κονιαµάτων της µελέτης παρουσιάζουν θλιπτική αντοχή, η οποία κυµαίνεται από 0.5 MPa (στις 28 ηµέρες) ως 2 MPa (στις 90 ηµέρες). Βέβαια, οι προαναφερόµενες συνθέσεις δεν είναι άµεσα συγκρίσιµες µε τα κονιάµατα των νεωτέρων κτηρίων. Κατά κανόνα, οι νέες συνθέσεις έχουν ένα µικρότερο λόγο κονίας : αδρανή ενώ περιέχουν σύγχρονη ποζολάνη, η οποία, λόγω καλύτερων συνθηκών λειοτρίβησης, αναµένεται να είναι πιο δραστική από την ποζολάνη που παρατηρήθηκε στα δείγµατα που εξετάστηκαν στην παρούσα µελέτη. Με βάση τα δεδοµένα αυτά, αλλά και τη γενικότερη εικόνα του υλικού Πίνακας 1. Βασικά χαρακτηριστικά των κονιαµάτων των τεσσάρων νεωτέρων κτηρίων κτήριο ΣΠΑΠ 1 ο.σ. 46 ο Λύκειο οδού Σκρα Αχαρνών Αθηνών Συνδετικό υλικό ασβεστιτική ασβεστοποζολανική ασβεστοποζολανική ασβεστοποζολανική παθολογία απώλεια συνοχής γύψος απώλεια συνοχής βατερίτης αδρανή αδρανή/ κονία από µηχανικό διαχωρισµό αδρανή/ κονία από λεπτή τοµή φαινόµενο πορώδες φαινόµενη πυκνότητα εκτιµώµενη αρχική σύνθεση (σε µέρη βάρους) ασβεστολιθικά πυριτικά αργιλοπυριτικά απώλεια συνοχής γύψος άµορφα συστατικά βατερίτης ασβεστολιθικά χαλαζιακά άργιλοι κεραµικά ασβεστολιθικά χαλαζιακά άργιλοι κεραµικά άµορφα-ποζολάνη περίπου % 36-37% 35% g/cm g/cm g/cm 3 1 µ.β. ασβέστου (πιθανώς µε αργιλοπυριτικές προσµίξεις) προς 5 µ.β. αδρανών µε µέγιστο κόκκο έως και 8 χιλιοστά 1 µ.β. συνδετικού υλικού προς 3 µ.β. αδρανών έως 8χιλ. 1 µ.β. συνδετικού υλικού προς 5 µ.β. αδρανών απώλεια συνοχής άµορφα συστατικά ασβεστολιθικά χαλαζιακά αργιλοπυριτικά άργιλοι Λόγω αποσάθρωσης δεν έγινε προσδιορισµός

7 (όπως αυτή προέκυψε από την αυτοψία και συστηµατική παρατήρηση των τοιχοποιιών) εκτιµήθηκε η τωρινή θλιπτική αντοχή του κονιάµατος δόµησης κάθε κτηρίου (Πίν.2). Γενικά, η τιµή της θλιπτικής αντοχής κυµαίνεται µεταξύ Mpa και χρησιµοποιείται για τον υπολογισµό της θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας, η οποία είναι απαραίτητη για την ανάλυση του φέροντος οργανισµού. 3.3 Εκτίµηση µηχανικών χαρακτηριστικών υπαρχουσών λιθοδοµών Η θλιπτική αντοχή της υπάρχουσας τοιχοποιίας υπολογίστηκε µε τον τύπο Τάσιου-ΕΜΠ 1987 ως ακολούθως: 2 f w, c = ξ.. f b, c a + β. f m, c 3 όπου f w,c = θλιπτική αντοχή λιθοδοµής, f b,c = θλιπτική αντοχή λιθοσωµάτων, f m,c = θλιπτική αντοχή κονιάµατος δόµησης, β = εµπειρικός συντελεστής (= 0.50), a = διορθωτικός παράγοντας (= 2.50), ξ = µειωτικός συντελεστής για αρµούς µεγάλου πάχους, υπολογιζόµενος ως εξής: 1 ξ = k k όπου V τοιχ. ( ) 0 κον. k = (θεωρήθηκε =0.35), k 0 = 0.30 και συνεπώς ξ = V Η εφελκυστική αντοχή της λιθοδοµής f w,t υπολογίστηκε θεωρώντας ότι ο λόγος θλιπτικής (f w,c ) προς εφελκυστική (f w,t ) αντοχή κυµαίνεται από Το µέτρο ελαστικότητας Ε w, τέλος, υπολογίζεται από τη σχέση Ε w = f w,c Συνοπτική αναφορά στα συµπεράσµατα της ανάλυσης του φέροντος οργανισµού προ της επισκευής Για τους φορείς των τεσσάρων κτηρίων διενεργήθηκαν γραµµικές ελαστικές αναλύσεις και εξήχθησαν οι περιβάλλουσες των αναπτυσσόµενων τάσεων για τους προβλεπόµενους, από τους κανονισµούς, συνδυασµούς. Από τις αναλύσεις προέκυψαν σηµαντικές υπερβάσεις των εκτιµηθεισών εφελκυστικών αντοχών των υφιστάµενων τοιχοποιιών. Πίνακας 2. Μηχανικά χαρακτηριστικά κονιαµάτων και λιθοδοµών πριν από τις επεµβάσεις κτήριο f b,c ΜPa f m,c ΜPa f w,c ΜPa f w,t ΜPa Ε w GPa ΣΠΑΠ ο.σ. Αχαρνών 46 ο Λύκειο Αθηνών MPa οδού Σκρα ,

8 Ειδικά για τα σχολικά κτήρια (1ο.Σ. Αχαρνών και 46ο Λύκειο Αθηνών) διενεργήθηκαν επιπρόσθετα µη γραµµικές στατικές αναλύσεις για µονότονη οριζόντια φόρτιση σταδιακά αυξανόµενη µέχρι τη κατάρρευση (push over analysis). Από τις µη γραµµικές αναλύσεις προέκυψαν εκτεταµένες αστοχίες (πλαστικοποιήσεις) των φορέων για χαµηλές στάθµες συντελεστού σεισµικής τέµνουσας. 3.5 Κριτήρια σχεδιασµού κονιαµάτων και ενεµάτων επισκευής Τα αποτελέσµατα του χαρακτηρισµού του υπάρχοντος κονιάµατος χρησιµοποιήθηκαν, πέρα από την εκτίµηση των µηχανικών χαρακτηριστικών των τοιχοποιιών, και για το σχεδιασµό των νέων κονιαµάτων και ενεµάτων επισκευής. Πραγµατικά, η ανάλυση παρέχει δεδοµένα (κυρίως τα περιεχόµενα υλικά, το φαινόµενο πορώδες και η φαινόµενη πυκνότητα) τα οποία πρέπει να ληφθούν υπόψιν ώστε να µην προκύψουν ασυµβατότητες µεταξύ των νέων κονιαµάτων και ενεµάτων και των κατά χώραν ευρισκόµενων. Η έννοια της συµβατότητας, όµως, δεν αφορά µόνο φυσικο-χηµικά χαρακτηριστικά αλλά και µηχανικά, χωρίς αυτό να σηµαίνει ότι τα κονιάµατα επισκευής θα πρέπει απαραίτητα να έχουν ίδια θλιπτική αντοχή µε τα υπάρχοντα. Πραγµατικά, από την ανάλυση του φέροντος οργανισµού συνάγεται ότι υπάρχει ανάγκη αναβάθµισης της φέρουσας ικανότητας των κτηρίων. Όπως όµως είναι γνωστό, η θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας ελέγχεται κυρίως από τη θλιπτική αντοχή των κονιαµάτων της (Τάσιος 1986). Προφανώς, η αναπαραγωγή και εφαρµογή των ίδιων συνθέσεων δεν αρκούν για να προσδώσουν στην επισκευασµένη τοιχοποιία τα προσδοκώµενα µηχανικά χαρακτηριστικά. Εκτιµήθηκε ότι τα κονιάµατα που θα πρέπει να εφαρµοστούν επί των λιθοδοµών, σε αντικατάσταση των σαθρών κονιαµάτων που θα αποµακρυνθούν, θα πρέπει να αναπτύσσουν µια µέση θλιπτική αντοχή 5 MPa στις 28 ηµέρες µε παραπλήσιο φαινόµενο πορώδες και φαινόµενη πυκνότητα. Η µελέτη ενεσιµότητας διεξήχθη σε δύο φάσεις, οι οποίες περιλαµβάνουν:! Έλεγχος ενεσιµότητας των προτεινόµενων συνθέσεων µε τη µέθοδο της στήλης άµµου Paillère A.M. 1978)! Έλεγχος ενεσιµότητας και προεκτίµηση του ποσοστού κενών µε τη δοκιµαστική εφαρµογή ενεµάτων σε ένα µέρος του κτηρίου. Για τον έλεγχο των ενεµάτων πραγµατοποιήθηκε πειραµατική διερεύνηση στο Εργαστήριο Ωπλισµένου Σκυροδέµατος ΕΜΠ. Οι συνθέσεις δοκιµάστηκαν αρχικά σε στήλη άµµου µε κοκκοµετρία χιλ. Οι τελικές δοκιµές πραγµατοποιήθηκαν για κοκκοµετρία άµµου χιλ., που ισοδυναµεί µε εύρος κενών µεταξύ χιλ. (Dantu 1956). Πέραν του ελέγχου ενεσιµότητας, έγινε έλεγχος της σταθερότητας των ενεµάτων σε ογκοµετρικό σωλήνα των 100ml. Αναφορικά µε την επιλογή των υλικών, τόσο για το σχεδιασµό κονιαµάτων όσο και ενεµάτων, ελήφθη υπόψιν η παθολογία των υπαρχόντων κονιαµάτων, και ιδιαίτερα η παρουσία της γύψου. Είναι γνωστό ότι η γύψος παρουσία τσιµέντου (και συγκεκριµένα των αργιλικών φάσεων αυτού) είναι δυνατόν να δηµιουργήσει εττρινγκίτη, ένα άλας που λόγω αυξηµένου όγκου οδηγεί σε ρηγµάτωση των κονιαµάτων ή ενεµάτων που τον περιέχουν ενώ µπορεί να εξασκήσει σηµαντικές πιέσεις στην ίδια την τοιχοποιία. Για την αποφυγή τέτοιων ανεπιθύµητων αντιδράσεων, αλλά και για τη µείωση του κινδύνου δηµιουργίας εξανθήσεων, η παρουσία τσιµέντου πρέπει να είναι περιορισµένη και να χρησιµοποιούνται ποζολάνες (Mehr 1986, Winnefeld 1996). Οι απαιτήσεις που προαναφέρθηκαν οδήγησαν στο σχεδιασµό υδραυλικών κονιαµάτων και ενεµάτων, τα οποία περιέχουν τσιµέντο, υδράσβεστο και φυσική ποζολάνη. Για τη βελτίωση των ρεολογικών ιδιοτήτων των ενεµάτων, χρησιµοποιήθηκε υπερρευστοποιητής.

9 3.6 Εφαρµογή ενεµάτων επί τόπου του έργου Οι προτεινόµενες συνθέσεις ενεµάτων εφαρµόστηκαν σε τµήµατα (πεσσούς) της λιθοδοµής του 1 ου.σ.αχαρνών και 46 ου Λυκείου Αθηνών. Στόχοι της δράσης αυτής ήταν η αποτίµηση της ρεολογικής συµπεριφοράς του ενέµατος σε εργοταξιακές συνθήκες παραγωγής και η εκτίµηση του ποσοστού των κενών της µάζας της λιθοδοµής. Για την παραγωγή των ενεµάτων χρησιµοποιήθηκε κολλοειδής αναµικτήρας. Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στον περιορισµό των απωλειών ενέµατος (δεδοµένου ότι η τοιχοποιία, η υποκείµενη της περιοχής εφαρµογής των ενεµάτων, εξακολουθεί να διαθέτει κενά, µέσα από τα οποία το ένεµα µπορεί να διαφύγει). Έτσι, σε µια πρώτη φάση, δηµιουργήθηκε µε ένεµα ένα φράγµα στο κάτω µέρος του πεσσού και, σε δεύτερη φάση, πραγµατοποιήθηκε η κανονική διαδικασία εφαρµογής ενεµάτων. Από την εφαρµογή προέκυψε ότι το ποσοστό των κενών κυµαίνεται στο 15-20% του συνολικού όγκου της λιθοδοµής. 4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τη µελέτη τεσσάρων νεωτέρων διατηρητέων κτηρίων προέκυψαν τα ακόλουθα συµπεράσµατα: α. Η τεχνική της οπτικής µικροσκοπίας µπορεί να δώσει βασικές πληροφορίες για έναν αξιόπιστο χαρακτηρισµό των κονιαµάτων. Ο χαρακτηρισµός θα πρέπει να συνεπικουρείται και από την εκλεκτική χρήση άλλων τεχνικών, οι οποίες επιλέγονται ανάλογα µε τα συµπεράσµατα που προκύπτουν από τη µελέτη των λεπτών τοµών. β. Η µελέτη των λεπτών τοµών επί συµπαγών δειγµάτων έδειξε ότι τα περισσότερα κονιάµατα των νεώτερων κτηρίων που αναλύθηκαν, παρουσιάζουν υφή που ταιριάζει περισσότερο σε ασβεστο-ποζολανική παρά καθαρά ασβεστιτική κονία. γ. Για τον προσδιορισµό της προέλευσης της ποζολάνης απαιτείται συγκριτικός έλεγχος της σύστασης του συνδετικού υλικού µε ποζολάνες γνωστής προέλευσης. δ. Υπάρχει ποικιλία αδρανών µε µέγεθος κόκκου που φτάνει µέχρι τα 8 χιλ. Τα υπάρχοντα κονιάµατα διαφοροποιούνται εποµένως ως προς τούτο µε τα σύγχρονα, στα οποία ο µέγιστος κόκκος φτάνει συνήθως τα 3-4 χιλ.. Η κοκκοµετρική διαβάθµιση των κονιαµάτων είναι γενικά καλή µέχρι περίπου τα 3 χιλ. αλλά µετά εκφεύγει των ορίων των αποδεκτών (µε τις σηµερινές αντιλήψεις) κονιαµάτων. ε. Παρά τον ασβεστοποζολανικό χαρακτήρα των κονιαµάτων, η κατάσταση διατήρησης των κονιαµάτων των νεωτέρων κτηρίων που µελετήθηκαν δεν είναι ιδιαίτερα καλή. Εντοπίζεται απώλεια της συνεκτικότητας του υλικού και ανιχνεύονται συστατικά (π.χ. γύψος), τα οποία παραπέµπουν σε αντίδραση ορισµένων από τα υλικά µε το περιβάλλον. στ. Κατά συνέπεια, τα µηχανικά χαρακτηριστικά τόσο των κονιαµάτων όσο και των αντιστοίχων λιθοδοµών είναι αρκετά χαµηλά. Τα κονιάµατα επισκευής εκτιµάται ότι θα πρέπει να αναπτύσσουν υψηλότερη θλιπτική αντοχή (της τάξης των 5 MPa σε 28 ηµέρες). ζ. Για λόγους συµβατότητας µε τα υπάρχοντα υλικά συστήθηκε η εφαρµογή σύνθετων υλικών επισκευής, τόσο κονιαµάτων όσο και ενεµάτων. Τα υλικά αυτά περιέχουν υδράσβεστο, φυσική ποζολάνη και, σε περιορισµένη περιεκτικότητα, τσιµέντο. η. Το ποσοστό των κενών (που είναι διαπερατά από ενέµατα υψηλής διεισδυτικότητας) στο εσωτερικό των λιθοδοµών κυµαίνεται στο 15-20% του συνολικού όγκου της λιθοδοµής. θ. Για κτήρια µε αυξηµένο συντελεστή σπουδαιότητας (π.χ. σχολικά συγκροτήµατα 1 ου Σ Αχαρνών και 46 ου Λυκείου Αθηνών) κρίθηκε απαραίτητη η εφαρµογή πρόσθετων ενισχύσεων (µανδύες gunite κ.λ.π.), προκειµένου να εξασφαλιστεί η επιθυµητή στάθµη επιτελεστικότητας έναντι σεισµικών δράσεων (σύµφωνα µε τις απαιτήσεις των σύγχρονων κανονισµών, αλλά και του κυρίου του έργου).

10 5 ΑΝΑΦΟΡΕΣ ASTM C , Standard test method for microscopical determination of parameters of the air-void system in hardened concrete, Section 4, Volume ASTM C , Standard test method for density, absorption and voids in hardened concrete, Section 4, Volume Dantu P Etude mecanique d'un milieu pulvérulent formé de sphères égales de compacité maxima, in Proc. 5th Int. Conf. Soil Mechanics, εκδ. Dunod, Paris. Elsen J., Degryse P. & Waelkens M Mineralogical and petrographical study of ancient mortars from Salagassos in view of their conservation, in Proc. 8 th Euroseminar on Microscopy Applied to Building Materials, Stamatakis M. et al eds, Athens: Georgali B., Stamatakis M., Toumbakari E.-E., Characterizations of mortars of the fortifications of Kos (16 th c.), in Proc. 8 th Euroseminar on Microscopy Applied to Building Materials, Stamatakis M. et al eds, Athens: Leemann Q., Holzer L Influence of mica on the properties of mortar and concrete, in Proc. 8 th Euroseminar on Microscopy Applied to Building Materials, Stamatakis M. et al eds, Athens: Mehr S Σχεδιασµός κονιαµάτων µε ανθεκτικότητα έναντι θειϊκών µε χρήση τσιµέντου, σκωριών και ποζολανών, RWTH Aachen. Moropoulou A., Maravelaki-Kalaitzaki P., Borboudakis M., Bakolas A., Michailidis P. & Chronopoulos M., Historic mortars technologies in Crete and guidelines for compatible restoration mortars, in Proc. Compatible Materials for the Protection of European Cultural Heritage, Publ. Technical Chamber of Greece, Pact 55: Moropoulou A., Bakolas A., Moundoulas P., Cakmak A.S Compatible restoration mortars, preparation, and evaluation for Hagia Sophia earthquake protection, in Compatible materials for the protection of European Cultural Heritage, PACT 56, Biscontin G. et al eds: Paillère A.M. & Rizoulières Y Réparation des structures en béton par injection de polymères - Essais d'injectabilité à la colonne de sable, Bull. Liaison des Ponts et Chaussées, 96: Papayianni I Criteria and methodology for manufacturing compatible repair mortars and bricks, in Compatible materials for the protection of European Cultural Heritage, PACT 56, Biscontin G. et al eds: Τάσιος Θ.Π Η Μηχανική της Τοιχοποιίας, εκδ. ΕΩΣ/ΕΜΠ, Αθήνα. Winnefeld F., Boettger K.G. & Knoeffel D Ιδιότητες υδρασβέστων µε ποικίλες περιεκτικότητες υδραυλικών φάσεων κριτική θεώρηση σε σχέση µε τη χρήση τους στην συντήρηση ιστορικών κτηρίων, Proc. 4th Int.Conf.on "Werkstoffwissenschaften und Bauistandsetzen", Esslingen :