Częstymi i niebezpiecznymi uszkodzeniami ceglanych sklepień są zarysowania i spękania, a także degradacja struktury muru, np. w postaci kruszenia się zaprawy.
Podczas remontów, przebudowy oraz zmiany sposobu użytkowania budynków zabytkowych dość często występuje potrzeba napraw i wzmocnienia ceglanych sklepień o rozmaitym kształcie i rozpiętościach. Wynikać to może z ich zużycia technicznego lub zwiększenia obciążenia użytkowego. Wybór sposobów napraw zależy od wielu czynników, a przede wszystkim od charakteru uszkodzeń konstrukcji. Najbardziej niebezpiecznymi uszkodzeniami sklepień ceglanych są zarysowania i spękania, które mogą być objawem przeciążenia lub nadmiernych deformacji wywołanych nierównomiernym osiadaniem fundamentów lub niekontrolowanych przemieszczeń poziomych podpór sklepień. Niekorzystna może być również degradacja struktury muru, np. w postaci kruszenia się zaprawy. W przypadkach tych konstrukcja może być wzmocniona za pomocą płaszcza żelbetowego usytuowanego przy dolnej lub górnej powierzchni sklepienia. Sposób ten jednak ma pewne mankamenty związane z dociążeniem sklepień masą żelbetu oraz zmniejszeniem paroprzepuszczalności sklepień ceglanych. Jest to istotne dla zabytkowych sklepień z polichromią lub freskami. Usytuowanie płaszcza żelbetowego na górnej powierzchni sklepienia powoduje kumulację wilgoci w murze, a co za tym idzie niszczenie polichromii. Z tych względów bardziej skuteczne jest wzmocnienie sklepień siatkami lub lamelami z materiałów kompozytowych. Jako sposób odciążenia sklepień są propozycje wymiany z ich pachwin zasypki z gruzu, polepy lub piasku na lżejszą zasypkę, np. z keramzytu [1]. Jest to bardzo lekki materiał, jednocześnie wytrzymały oraz ognioodporny i mrozoodporny. Jego paroprzepuszczalność oraz odporność na wilgoć zmniejsza ryzyko występowania pleśni czy grzybów. W przypadku pomieszczeń o dużej wilgotności między keramzytem a sklepieniem wkłada się paroizolację. Na zasypkę z keramzytu zwykle nakłada się szpryc cementowy. Jako ostatnią warstwę przewiduje się jastrych cementowy zbrojony oraz na to posadzkę (rys. 1). Warto nadmienić, że główną rolą zasypki pachwin sklepień jest zwiększenie ich stateczności. Im większy w układzie zasypka – sklepienie współczynnik tarcia między nimi oraz współczynnik tarcia wewnętrznego materiału zasypowego, tym większy jest efekt wpływu zasypki na stateczność sklepienia [2]. Pod tym względem keramzyt ustępuje tradycyjnym materiałom zasypowym, np. z kruszywa lub piasku.
Rys. 1 Przykład wykonania podłogi nad sklepieniem z zasypką z keramzytu: 1 – posadzka, 2 – jastrych, 3 – izolacja akustyczna, 4 – szpryc cementowy, 5 – keramzyt, 6 – paroizolacja, 7 – ceglane sklepienie
Rys. 2 Przekrój walcowego sklepienia ceglanego nad korytarzem: 1 – zasypka z keramzytu, 2 – sklepienie ceglane, 3 – strop zespolony stalowo-żelbetowy
Na potrzeby renowacji budynku zabytkowego z pierwszej połowy XVIII w. wykonano sprawdzenie możliwości zastosowania wymienionego rozwiązania dla walcowych sklepień nad korytarzami budynku. Ze strony zewnętrznej pachwiny sklepień wypełniono do poziomu grzbietu polepą ceglano-glinianą, na której usytuowano podłogę drewnianą (rys. 2). Sklepienia wykonano z cegły ceramicznej na zaprawie wapiennej i nie wykazywały one istotnych uszkodzeń poza strefami oparcia. Oparcie sklepień wykonano jako pogrubioną w półcegły na warstwę licową ścian korytarza, która po wieloletniej eksploatacji uległa degradacji (fot. 1). Ponieważ podłoga drewniana ze względu na zużycie techniczne podlegała wymianie, to na zlecenie inwestora rozważono zastosowanie rozwiązania jak na rys. 1. Sprawdzające obliczenia metodą elementów skończonych wykazały, że przekazanie obciążenia użytkowego o wartości 3 kN/m2 i masy nowej podłogi na sklepienie przez zasypkę z keramzytu nie wywołuje w jego przekrojach naprężeń rozciągających (rys. 3).
Fot. 1 Szczegóły oparcia walcowego sklepienia ceglanego na ściany
Rys. 3 Mapa naprężeń prostopadłych do spoin wspornych w sklepieniu ceglanym (Pa)
W obszarze strefy przęsłowej naprężenia ściskające w przekrojach sklepień wynosiły ok. 0,05 MPa i nie przekraczały wytrzymałości obliczeniowej na ściskanie muru sklepienia ceglanego równej 0,5 MPa. Natomiast w strefach oparcia sklepień na ściany maksymalne naprężenia ściskające o wartości ok. 1,0 MPa przekraczały wytrzymałość na ściskanie muru, co przy złym stanie technicznym muru w strefach oparć było niedopuszczalne. W związku z tym w celu odciążenia sklepienia zastosowano płyty zespolone stalowo-betonowe z zewnętrznym zbrojeniem z blachy trapezowej oparte na ścianach korytarza (rys. 2).
Jedną z metod wzmacniania uszkodzonych sklepień ze względu na przemieszczenia poziome podpór jest zastosowanie ściągów stalowych. Ich wprowadzenie jednak jest ingerencją w estetykę historycznej substancji, na co nie zawsze można dostać zgodę konserwatora zabytków.
Rys. 4 Sposoby wzmacniania sklepienia za pomocą żeber: a) – żelbetowych, b) – murowanych, c) – z drewna klejonego, d) – z kształtowników stalowych (1 – ściany, 2 – sklepienie ceglane, 3 – żebra wzmacniające, 4 – kotwy stalowe)
Fot. 2 Wzmocnienie sklepień ceglanych żebrami żelbetowymi [2]
Istnieją również inne sposoby wzmocnień sklepień, pokazane na rys. 4. Chodzi o elementy konstrukcyjne w postaci żeber usztywniających, które można spotkać w sklepieniach w postaci żeber ceglanych. Odrębne żebra wzmacniające mogą być usytuowane na powierzchni grzbietowej sklepienia i wykonane z żelbetu (fot. 2), muru, kształtowników stalowych, a nawet z drewna klejonego [2]. Problem w tym rozwiązaniu stanowi połączenie żeber ze sklepieniem, które zwykle wykonuje się za pomocą stalowych kotew lub klamr. Są to połączenia podatne, co trzeba brać pod uwagę w obliczeniach tak wzmocnionych sklepień. Ponadto przy bezpośrednim obciążeniu sklepienia na odcinkach między żebrami pracuje ono jako podwieszone do żeber. W związku z tym w sklepieniu mogą powstać odprężające naprężenia rozciągające, co niekorzystnie wpłynie na jego nośność. W przypadku tym przekazywanie obciążenia użytkowego powinno być dokonane za pośrednictwem elementów konstrukcyjnych opartych na żebrach. Te czynniki oraz racjonalny rozstaw żeber są obecnie badane przez autorów.
dr inż. Rafał Nowak
prof. dr hab. inż. Romuald Orłowicz
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie
Bibliografia
1. www.dom.pl
2. J. Jasieńko, T. Łodygowski, R. Rapp, Naprawa, konserwacja i wzmocnienia wybranych zabytkowych konstrukcji ceglanych, Wrocław 2006.
3. R. Krajewski, Analiza wpływu materiału zasypowego na nośność sklepień murowych, rozprawa doktorska, Kraków 2010.
