Notes sur l'affaissement lent de certains éléments de construction

Dinu Moraru

Notes sur l’affaissement lent de

certains éléments de construction

K

O

M

U

N

I

K

A

T

Y

,

D

Y

S

K

U

S

J

E

D IN U MORARU

NOTES SUR L’AFFAISSEMENT LENT DE CERTAINS ÉLÉMENTS DE CONSTRUCTION

La p ra tiq u e des in g é n ie u rs e n m a tiè re de m o n u m e n ts h isto riq u e s so u lèv e fré q u e m m e n t la qu estion d e la d é te rm in a tio n ides causes d e c e r­ ta in e s d é g ra d a tio n s n e se ra tta c h a n t pas à des causes c la ire s (comme le cas d e la séismiioité, d e l'affaissem e n t du sol des fondations, d es élé­ m en ts sous-dim ensionnés, l'ac tio n d ésag rég ente des p lantes, etc.).

C ’e st alinsi q u e l’on c o n sta te d a n s les m açon­ n e rie s des fissu res q u i n ’o n t p as u n e cause claire, des arcs qui cèd en t à la clef sans ê tre soum is à d e s pressions, à d e s surcharg es, ou à l ’e ffet d e la séism icité, etc.

D an s les phénom ènes, q u e n o u s étu d ion s, on n e re n c o n tre p a s non p lu s ides cau ses d ’o rd re c h im iq u e (com m e p a r e x em p le les n o civités a tm o sp h é riq u es).

Ces fissu res 'sont p ro d u ite s p a r d e phéno­ m ènes p h y siq u e s é tu d iés p a r la rhéologie. Q uelques ex em ples e m p ru n té s à n o tre ex p é ­ rie n c e p ra tiq u e p e u v e n t, croyons-nous, illu s tre r p a rfa ite m e n t le s asp ects que n o u s nous propo­ sons ide fa ire re s s o rtir d a n s c e tte note.

ARCS FISSURÉS A LA CLEF

N ous nous a rrê te ro n s a u x a rc s des co n stru c ­ tio n s m o n u m e n ta le s d ’in flu e n c e b y zan tin e qui d o m in e n t l ’an cien ne a rc h ite c tu re ro u m a in e et d o n t la fo rm e c a ra c té ristiq u e est l ’a rc en p lein cin tre. A la d iffé re n c e d e l’a rc h ite c tu re g o th iqu e q ui affectionne les a rcs b risés s ’a p p ro c h a n t de la fo rm e d ’u n e parabo le, l ’a rc e n p le in c in tre utilisé en a rc h ite c tu re b y zan tin e et rom ane, s ’éloigne co n sid érab lem en t d e la co u rb e de pression d ’u n e c h a rg e u n ifo rm é m en t d istrib u é e q u ’e st la p arabo le. Com m e n o u s le v erron s, c e tte d iffé re n c e d e fo rm e p e u t ê tre l ’u n e des causes p o u r lesq u elles on re n c o n tre d an s la p ra tiq u e p resq u e san s ex cep tio n l’affaissem en t de la clef d e c e tte catégorie d’arcs. P lu s la d if­ férence e n tre l ’a x e g é o m é triq u e d ’u n a rc e t la courbe d e pressio n ides c h a rg e s a u x q u e lle s il

est soum is e st p etite, p lu s l’éco ulem ent des e ffo rts ide com pression se p ro d u it d ’u n e façon centnique d e s o rte que les e ffo rts su p p lé m e n ta i­ re s d e flexio n d u fa it d e la com pression ex cen ­ triq u e so n t p lu s p e tits (fig. 1).

©

®

©

1. 1. L ’état in itial d ’éffort, 2. éta t m odifié par l ’a ffa is­ sem ent in itial de l ’arc (micro-fissures), 3. état final d e l ’éffort par rotation, de la section eit p u is par

l ’écrasem ent d e la brique (m acro-fissures) 1. 1. Początkow y układ naprężeń, 2. układ zm ieniony przez pierw otne osiadanie łuku (mikrospękania), 3. układ końcow y naprężeń w w yniku obrotu p ła sz­ czyzny przekroju i następnie zm iażdżenia cegły (ma­

kr ospękania)

L e p hén o m èn e d e fissu ra tio n de la clef se re n c o n tre ra re m e n t q u a n d il s ’a g it d ’a rc s ex é cu ­ tés en blocs de p ierre, m ais il est p re sq u e to u ­ jo u rs p ré se n t d a n s le cas de ceux en m aço n n e­ rie de b riq u e .

Les an c ie n n e s p ra tiq u e s de c o n stru c tio n p rév o y a ien t Г in trod uctio n, p re sq u e s a n s excep­ tion, des1 tir a n ts en bois à ces élém ents. C eux -ci to u te fo is n ’a u ra ie n t jam ais tra v a illé fav o ra b le ­ m ent, é ta n t d o n n é que p a r s u ite d u dessèche­ m en t e t d e la p u tré fa c tio n d u bois, o n co n state to u jo u rs u n e d islocatio n d e la p osition in itiale. E n ré a lité , a u -d e ssu s de l’a rc en m a ç o n n e rie se sup erp ose la m aço nnerie m êm e, qui rççodt les c h arg es des v o û tes ou d e s to u rs et a la fo rm e d ’u n e p o u tre -p a ro i. L ’éco ulem en t des e ffo rts à tra v e rs ces m assifs, les fro tte m e n ts q u i nais­ se n t p e tit à p e tit e n tre l’a rc e t la m aço n n erie qu i repose s u r lui (fro tte m e n ts p ro v o q u és p a r le tasse m e n t d e la c o n te x tu re des b riq u es, pair su ite d u le n t du rcissem en t d u m o rtie r de ch a u x — la c a rb o n a ta tio n d u r e p e n d a n t d e s années), o n t p o u r r é s u lta t que, avec le tem ps, l ’a rc n e tra v a ille p lu s seul, te l q u ‘il a v a it é té th éo riq u e ­ m en t conçu, m ais avec la m u ra ille d ’a u -d e ssu s

c ’eisft-à-di're souis form e d ’u n e p o u tre -p a ro i à in- tra-döis courbe (fiig. 2). Dets pressions p lu s fo rtes oommenceinit à se m anifester, pressions q u i m o­ d ifie n t le schém a sta tiq u e d es éco u lem en ts d ’e ffo rts, et p a r s u ite aussi le u r d istrib u tio n in té r ie u re d é jà défavorable du faiirt d e la non co ncordance signalée. Les p o in ts les p lu s solli­ c ités so n t la clef e t les som m iers des arcs. Ces d e rn ie rs, é ta n t d é lim ités p a r d e s m assifs, l ’écou­ lem e n t d e s e ffo rts p e u t s ’e ffe c tu e r d a n s de ’m eille u re s conditions, san s u n e g ra n d e p e rtu r ­ b ation de l’é ta t d ’effort. A la clef, à cause des p re m iè re s d é fo rm atio n s p rovoquées p a r les puspoussées, en ré a lité réd u ites, la zone é te n ­ d u e d e s m o rtie rs ne p e u t p lu s a s su re r les e ffo rts de te n sio n e t d es m icro fissu res se p ro d u isen t. L ’é ta t d ’e ffo rt de la section c h an g e à no uveau, le m a té rie l e ssa y a n t à s ’a d a p te r. La b riq u e est c e lle q u i d a n s la zone com prim ée de la section d e l ’a r c reço it u n e a u g m e n tatio n d ’effo rt; en g é n é ra l c e tte a u g m e n ta tio n d ’effo rt e st de l ’o r d re de q u elq u es k g/cm 2, ce qui s u ffit p o u r p ro v o q u er d a n s sa s tru c tu re d es écrasem en ts du ré se a u c rista llin form é p a r la cuisson, m ais q ui est d épassé p a r la p h a se gélique. La r o ta ­ tio n de la section d e l ’a rc d a n s la zone des p re­ m iè re s m icrofissures, s ’accentue et p a r su ite les fissu re s visibles ap p a ra isse n t. T out le phéno­ m è n e se dérou le d a n s le tem p s; la s tru c tu re d a n s so n ensem ble ain si q u e le m até rie l

2. 1. Arc en m açonnerie, 2. m açonnerie au-dessus de l ’arc (poutre-paroi), 3. l ’extra-dos de l ’arc naturel de

décharge, 4. fissure, 5. tirant en bois

2. 1. Łuk m urowany, 2. mur powyżej łuku (ściana- -belka), 3. grzbiet naturalnego łuku odciążającego,

4. pęknięcie, o. ściąg drewniany

s ’ a d a p t e n t , e t fin issen t p a r a tte in d re leui équilibre s ta tiq u e sous la fo rm e d ’u n a rc à poussées, m ais qui n ’a p as é té conçu com m e tel. C ’est là aussi la raiso n p o u r la q u e lle on constate ég alem en t d e s dislocations d e s tira n ts en bois (arrach em en t de la m uraille), o u tre celles d u e s a u x m odifications d e vo lu m e d u bois (contraction, fissuration , etc.).

L ’e x em p le ci-idessus est une illu s tra tio n du phénom ène d ’ a d a p t a t i o n , qui est u n p hé­ nom ène rh éologique a y a n t tr a it à la s tru c tu re (l’a rc e t la m açon n erie d ’a u -d essu s )et a u m a­ tériel, c’e st-à -d ire a u x m o difications rh éo log i- ques de la brique, com m e su ite a u x m odifica­ tions d ’étaifcs d ’effo rt (vieillissem ent).

AFFAISSEMENT DE LA MAÇONNERIE

D ans ce q u i su it, nous n o us référons' ta n t à la m açonnerie d ’en c ein te d ’une g ran d e longueur, q u ’à celle p ré s e n ta n t des vides. On o b serv e sou­ v e n t idles fissu res v e rtica les d ’o u v e rtu re con­ s ta n te q ui ap p a ra isse n t, p a r endroit, à la h a u ­ te u r o u aux lim ites d e s vides, san s a v o ir une cause se ra tta c h a n t a u x p hénom ènes m en tio n ­ nés d a n s l’in tro d u ctio n . La m ajo rité en est due à d e s d é fa u ts d e con stru ction , à d e s jo in ts v e rtica u x et h o rizo n tau x no n rem p lis, etc. P a r su ite d e ces défau ts, qui d a n s d es conditions norm ales, p o u r des co n stru ctio n s p lu s réd u ites, n e sa u ra ie n t ê tre considérés com m e d e s causes d e d ég rad atio n , d a n s le cas d e s co n stru ctio n s de g ran d e s p ro p o rtio n s ou se fon t s e n tir les e ffo rts d e s v a ria tio n s de te m p é ra tu re e t d hu ­ m idité, ces p o in ts de d isc o n tin u ité des p ro p rié ­ tés d u m até rie l so n t ceux où les affaissem ents, p a r su ite d e la ten d an ce d u m até rie l à l’a d a p ta ­ tion et à la com pensation des e ffo rts se p ro d u i­ se n t de p référen ce. Les m icrofissures q u i a p p a ­ ra isse n t d e la so rte, s ’a c ce n tu en t avec le tem ps, d u fait d ’a u tre s fa c te u rs corrosifs (gel-dégel, plan tes, séism icité, etc.) e t se tra n s fo rm e n t p e tit à pet,it en fissu res quii se la isse n t con­ sta te r.

Ingénieur Dinu Moraru

Direction des Monuments Historiques Bucarest — Roumanie

UWAGI NAD POWOLNYM OSIADANIEM NIEKTÓRYCH ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH

Praktyka inżynierska w zakresie konserw acji za­ bytków często nasuw a zagadnienie określenia źródeł pew nych uszkodzeń, n ie w iążących się z wyraźnym i przyczynam i (jak przypadek w strząsów sejsm icznych, osiadania gruntu pod fundam entam i, elem en tów n ie ­ praw idłow o zw ym iarowanych, szkodliw ego oddziały­ w ania instalacji itp.). Tak w ięc stw ierdza się w kon­ strukcjach m urowanych: spękania n ie m ające w y ja ś­ nionej przyczyny, łuki ustępujące w kluczu b ez pod­ dania ciśnieniom , przeciążeniom lub skutkom w strzą­

sów sejsm icznych itd. W badanych przez nas zjaw i­ skach n ie spotyka się ponadto przyczyn natury che­ micznej (jak na przykład szkodliw e w p ływ y atm o­ sferyczne). Spękania te są w yw ołane przez zjaw iska fizyczne, których badaniem zajm uje się reologia. K il­ ka przykładów, zaczerpniętych z naszego dośw iadcze­ nia praktycznego, może — w naszym przekonaniu — doskonale zilustrow ać te strony zagadnienia, które zam ierzamy uw ypuklić w niniejszych uwagach. 40

ŁUKI SPĘKANE W KLUCZU

Zatrzym am y się przy łukach budowli zabytko­ wych, p ow stałych pod w pływ em bizantyjskim , które przeważają w dawnej architekturze rum uńskiej i któ­ rych form ą charakterystyczną jest łuk pełny. W od­ różnieniu od architektury gotyckiej, która przejawia upodobanie do łuków ostrych, zbliżonych do farm y paraboli, łuk pełny, stosow any w architekturze bizan­ tyjskiej i rom ańskiej, znacznie odbiega ad krzywej ciśnień dla obciążenia ciągłego, jaką jest parabola. Jak to zobaczymy, ta różnica form y m oże być jedną z przyczyn, dla których w praktyce spotyka sie n ie­ mal bez w yjątk u osiadanie klucza tego rodzaju łu ­ ków. Im różnica pom iędzy osią geometryczną łuku i krzywą ciśnień dla obciążeń, którym go się poddaje jest m niejsza, tym bardziej rozkład naprężeń ścisk a­ jących dokonuje się w sposób w spółśrodkowy, tak że dodatkowe naprężenia zginające, w yn ik łe ze względu na ścisk anie m im ośrodowe, są m niejsze (ii. 1).

Zjaw isko spękania klucza spotykane jest rzadko, gdy chodzi o łuki w ykonane z bloków kam ienia, na­ tom iast w ystęp uje ono prawie zaw sze w przypadku tych że łu k ów o konstrukcji m urowanej z cegły. D a w ­ na praktyka budowlana przew idyw ała w prow adzenie do takich elem entów , niem al bez w yjątku, ściągów drew nianych. Takow e niie m ogły wszakże w ogóle pra­ cować w sposób korzystny, zważywszy, że — na sk u ­ tek zsychania się i butwienia drewna — stw ierdza się zawsze przem ieszczenie położenia początkowego. W rzeczyw istości, powyżej m urowanego łuku w znosi się sam mur, k tóry przejm uje obciążenia od sklepień lub w ież i ma form ę ściany-b elk i. Rozkład sił w tych m a­ syw ach, tarcia pow stające stopniowo m iędzy łukiem i spoczyw ającym na nim mureim (tarcia w yw ołane przez rozluźnienie spójności cegieł, w następstw ie p o­ w olnego twardnienia zaprawy wapiennej — przem ia­ na w w ęglan trwa całym i latami) mają ten skutek, że — z czasem — łuk n ie pracuje już w ięcej sam, taki jaki był pom yślany teoretycznie, lecz wraz. z leżącym powyżej murem. tzn. w form ie ściany-belki o podnie­ bieniu stanow iącym krzywą (il. 2). Coraz m ocniejsze ciśnienia zaczynają w ystępow ać, ciśnienia, które zm ie­ niają schem at statyczn y rozkładu sił, a w następstw ie również ich rozkład w ew nętrzny, już niekorzystny ze w zględu na w zm iankow ana niezgodność. Punktam i najbardziej narażonym i sa klucz i opory łuków. P o­ n iew aż te ostatnie sa u.jete masywam i muru, rozkład sił m oże odbyw ać się w lepszych warunkach, bez znacznego zakłócenia układu naprężeń. W kluczu, z po­ wodu pierw otnych odkształceń, w yw ołanych przez s i­ ły rozpierające, w rzeczyw istości zredukowanych, stre­ fa rozciągana zapraw v nie m oże już podołać napręże­ niom rozciagaiacym i p ow staia m ikrospękania. Układ naprężeń przekroju znowu sie zmienia, podczas gdy m ateriał próbuje się dostosować. Cegła jest ta sama.

która w strefie ściskanej przekroju łuku otrzym uje przyrost naprężeń; ogólnie biorąc ten przyrost naprę­ żeń jest rzędu kilku kg/cm 2, co wystaraza aby w y w o ­ łać w strukturze cegły zm iażdżenie siatki krystalicz­ nej, wytw orzonej przez w ypał, lecz zostaje p rzezw y­ ciężone przez fazę plastyczności. Obrót płaszczyzny przekroju łuku w strefie pierwsizyoh m ikrospękań p o ­ w iększa się i w następstw ie togo pojawiają się sp ęk a­ nia widoczne. Całe zjawisko przebiega w czasie, k on ­ strukcja jako całość, jak również m ateriał p r z y s t o ­ s o w u j ą s i ę i dochodzą do osiągnięcia sw ej rów ­ nowagi statycznej w postaci łuku rozporowego, który jednak nie był pom yślany jako taki. W tym także tkw i przyczyna, dla której stw ierdza się również przem iesz­ czenia ściągów drewnianych (wyrwanie z muru), poza w yw ołanym i przez zm iany objętości drewna (skurcz, spękanie itd.).

Pow yższy przykład jest ilustracją zjaw iska p r z y ­ s t o s o w a n i a s i ę , które jest zjaw iskiem z zakresu reologii, zw iązanym z konstrukcją (łuk i znajdujący się nad nim mur) i z m ateriałem , tzn. zm ianami Teo­ logicznym i cegły, jako następstw em przekształceń układu naprężeń (starzenie się).

PEŁZANIE MURÓW

W dalszym ciągu zajm iem y się zarówno m urami obwodow ym i o znacznej długości, jak też m uram i po­ siadającym i otwory. Zauważa się często spękania p io­ nowe, trw ale otwarte, które pojawiają się m iejscam i, na w ysokości lub na granicach otworów, bez tego, aby m iały przyczynę zw iązaną ze zjaw iskam i w zm ianko­ w anym i w e w stępie. Większość spękań jest w yw ołana przez usterki budowlane, przez niew yp ełn ion e spoiny pionowe i poziom e itd. W następstw ie tych błędów , które w w arunkach norm alnych, dla budowli o bar­ dziej ograniczonej rozciągłości, n ie powinny być uważane za przyczyny uszkodzeń, w przypadku b u ­ dowli o w ielk ich rozmiarach, gdzie dają znać o sobie w ahania tem peratury i w ilgotności, te m iejsca w y stę ­ powania braku ciągłości w łaściw ości m ateriału stają się tymi, gdzie osiadanie, w n astępstw ie tendencji m a ­ teriału do przystosowania się :i do w yrów nania naprę­ żeń, przejaw ia się przede w szystkim . W ystępujące z kolei mikrospętkania powiększają się z czasem, ze w zględu na in ne czynniki niszczące (zamarzanie — rozmarzanie, instalacje, w strząsy sejsm iczne itd.) i za­ m ieniają się stopniowo w spękania dające się stw ier­ dzić.

Inż. Din u Moraru

Zarząd Ochrony Zabytków Bukareszt — Rumunia

przeło żył Z dzisław Bieniecki

BARBARA BOSOWSKA

ZASTOSOWANIE PARKIETAŻU Z PLEXIGLASU I DURALUMINIUM

PRZY KONSERWACJI OBRAZU TABLICOWEGO „TRZECH ŚŚ. JANÓW” Z CZULIC

O braz „T rzech śś. Ja n ó w “ o w y m iarach 93,5 X 102,3 cm, pochodzący z kościoła p a ra ­ fialnego pt>d w ezw aniem św. M ikołaja B iskupa i W yznaw cy w C zulicach 1 w pow iecie k rak o w ­

1 Znajdow ał się tam w 1904 r. w za k r y s tii p rze­

chowan y, o czym w zm ian ku je St. T o m к o w i с z, T e ­ ka Grona K o n s e r w a to r ó w Galicji Zachodniej, Powiat K r a kow ski, K raków 1904, s. 78. Brak jest danych

źró-skim , a p rzech ow yw any obecnie w sk a rb c u kościoła N. P. M arii w K rakow ie, zapew ne p ro d u k t k rak o w sk ie j szkoły cechow ej p rzeło m u X V /X VI w., przed staw ia; św . J a n a E w an gelistę,

dłow ych co do jego w cześniejszych losów . K on serw a­ cja obrazu była wykonana jako praca dyplom ow a w Studium K onserw acji A SP w K rakow ie pod kier. prof, dra J. E. D utkiewicza.