jasienko analiza stanu - home icmyadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element...dworzec g≥Ûwny...

300 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009

Praca dopuszczona do druku po recenzjach Article accepted for publishing after reviews

NAUKA SCIENCE

1.Wstêp

Wroc≥aw pomimo zniszczeÒ wojennych i powojen-nych zachowa≥ wiele budowli w stanie oryginal-nym, miedzy innymi: barokowy zespÛ≥ g≥ÛwnychbudynkÛw Uniwersytetu Wroc≥awskiego z AulπLeopoldyÒskπ oraz neogotycki budynek kolejowe-go Dworca G≥Ûwnego. Oba te obiekty pomimoswego zabytkowego charakteru z biegiem czasuzaczÍ≥y traciÊ swÛj dawny blask. Przeprowadzaneremonty konserwatorskie nie zawsze wykonywa-ne by≥y w sposÛb kompleksowy lub w ogÛle nieby≥y przeprowadzane. SzczegÛlnie waønym wydajesiÍ zainteresowanie elementami konstrukcyjnymiwykonanymi z drewna. Materia≥ ten jest szczegÛl-nie naraøony na destrukcyjne dzia≥anie czynnikÛwzewnÍtrznych takich jak wilgoÊ, owady oraz grzy-by i pleúnie.

2. Charakterystyka obiektów

Aula LeopoldyÒska

Aula LeopoldyÒska, pomyúlana jako g≥Ûwne repre-zentacyjne pomieszczenie nowo wznoszonego w la-tach 1728-1732 gmachu, znajduje siÍ na pierwszympiÍtrze budynku g≥Ûwnego Uniwersytetu Wroc≥aw-skiego. Budynek ten naleøy do najznamienitszychzabytkÛw budownictwa okresu baroku we Wroc≥a-wiu. Zosta≥ wybudowany jako filozoficzne i teolo-

Analiza stanu zachowania drewnianych stropóww Auli Leopoldyńskiej Uniwersytetu Wrocławskiego orazw budynku głównego dworca kolejowego we Wrocławiu

Analysis of the condition of preservation of wooden ceilingsin the Leopoldina Assembly Hall at Wroclaw Universityand in the building of the main railway station in Wroclaw

Jerzy Jasieńko*

Łukasz Bednarz*, Tomasz Nowak*

1. Introduction

In Wroclaw, in spite of the war and post-war de-structions, many buildings have been preserved intheir original condition, amongst other things: thebaroque complex of the main buildings of The Wro-claw University with the Leopoldina Hall (assem-bly hall) and the neo-gothic building of The MainRailway Station. Both these objects in spite of theirantique character began losing their former glitteras the time was passing. The conservatorís repairsthat were carried out were not always executed inthe extensive way or no repairs were done at all.What seems particularly important is focusing onconstructional elements made from wood. Thismaterial is particularly subject to destructive actingof such external factors as moisture, insects and fungiand moulds.

2. Characteristics of the objects

Leopoldina Hall

The Lepoldina Hall, conceived as the main statelyroom of the edifice newly raised in years 1728-1732, is on the first floor of the main building ofWroclaw University. This building belongs to themost illustrious relics of building of the baroqueperiod in Wroclaw. It was built as the philosophi-cal and theological Jesuitís college. Since 1811,

301Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009

giczne kolegium jezuickie. Od roku 1811 po po≥π-czeniu tej szko≥y z frankfurckπ Viadrinπ zosta≥a onaprzekszta≥cona w pe≥nπ, obejmujπcπ wszystkie fa-kultety, szko≥Í wyøszπ. Aula (rys. 1), nazwana kuczci fundatora uniwersytetu, cesarza rzymskiegoLeopolda I ñ LeopoldyÒskπ, jest najwiÍkszπ i naj-bardziej uroczystπ salπ w tym budynku. Ma d≥ugoúÊoko≥o 37 m, szerokoúÊ wynoszπcπ przeciÍtnie 11,6m, wysokoúÊ 7,4 m i jest oúwietlona rozmieszczo-nymi nieregularnie oknami zwieÒczonymi pÛ≥koli-stymi ≥ukami, po dziewiÍÊ na zewnÍtrznych úcia-nach. W rozszerzeniu obu wschodnich przÍse≥, po-≥oøonych najbliøej wejúcia, znajduje siÍ wsparta nafilarach i hermach úciennych, wyprofilowana ≥uko-wato empora (rys. 2). Ponad wystajπcymi ze úcianwspornikami sklepienia wy≥ania siÍ sufit w formiestosunkowo p≥askiego, pozornego sklepienia koleb-kowego z lunetami (rys. 3). Ca≥π powierzchniÍ su-fitu pokrywa bogate malowid≥o barokowe, kore-spondujπce z podzia≥em sali na trzy czÍúci.

after connecting this school with Frankfurtís Vi-adrina, it became transformed into full-fledgedhigher school, including all the faculties. The as-sembly hall (fig. 1) was called Leopoldina Hall, tohonor the founder of the university, the RomanEmperor Leopold I ñ it is the largest and the mostsolemn hall in this building. It is about 37 m long,with the average width 11.6 m and of 7.4 m high,and it is lighted up with irregularly disposed win-dows topped with semicircular arches, nine of themon each external wall. In the extension of both east-ern spans, laid nearest to the entrance, there isa matroneum, which is supported on pillars andwall hermes, arch-like profiled (fig. 2). Above theSamson-posts of the vault protruding from thewalls there opens the ceiling in the form of com-paratively flat, apparent barrel vault with lunettes(fig. 3). The rich baroque painting covers the wholesurface of the ceiling, corresponding with the di-vision of the hall onto three parts.

Rys. 1. Aula Leopoldyńska – widok z emporyFig. 1. The Leopoldina assembly hall – view from the matroneum

Po ponad wieku uøytkowania, w 1896 r. powziÍtodecyzjÍ o odnowieniu wielu elementÛw dekoracyj-nych oraz konstrukcyjnych Auli. Zdecydowano rÛw-nieø o wzmocnieniu istniejπcego stropu drewniane-go, dylowego, tworzπcego konstrukcjÍ nad sklepie-niem pozornym Auli (rys. 4, 5). Przebudowa mia≥arÛwnieø na celu udostÍpnienie pomieszczenia po-nad Aulπ jako sal wyk≥adowych (obecna Sala Bal-

After over a century of using the Hall, in 1896,a decision was taken to renovate many decorative andconstructional elements thereof. It was also decidedto strengthen the existing wooden ceiling, of plankconstruction, forming the construction over the ap-parent vault of the Hall (fig. 4, 5). The refurbishingwas also intended to make the room above the hallaccessible, to use it as lecture halls (the present Balz-


zera oraz Sala Polonii Wroc≥awskiej). W roku 1905,po wielu zmianach koncepcji wzmocnienia, w hu-cie øelaza Walterh¸tte w Miko≥owie (GÛrny ålπsk),wykonano zestaw 8 blachownic wraz z pojedyn-czym stÍøeniem kratowym pionowym. Pod≥ogÍw formie amfiteatralnej (z ma≥ym spadkiem) wy-konano z desek mocowanych na gwoüdzie do belekdrewnianych opartych na blachownicach. Wzd≥uøúcian zewnÍtrznych, w pachach drewnianego skle-pienia pozornego, podwieszono strop dylowy nakszta≥townikach mocowanych do blachownic. Takiuk≥ad statyczny pozosta≥ do dnia dzisiejszego.

erís Hall and the Hall of Polish community abroadcoming from Wroclaw). In 1905, after many chang-es of the conception of strengthening, a set of 8 plategirders was made in the steelworks Walterh¸tte inMiko≥Ûw (Upper Silesia), together with a single ver-tical truss bracing. The floor is laid amphitheatrical-ly (with small decline), it was made from boards fixedon nails to the wooden beams resting on plate gird-ers. Along the external walls, in the haunches of ap-parent wooden vault, a plank ceiling was suspendedon sections fixed to the plate girders. Such static ar-rangement has remained till today.

Rys. 2. Empora Auli LeopoldyńskiejFig. 2. Matroneum in the Leopoldina assembly hall

Rys. 3. Sufit – sklepienie pozorne Auli LeopoldyńskiejFig. 3. The ceiling – apparent vault of The Leopoldina Hall


Rys. 4. Koncepcja przebudowy stropu nad Aulą Leopoldyńską z roku 1903Fig. 4. Conception of rebuilding of the ceiling over The Leopoldina Hall from 1903

Rys. 5. Przekrój przez strop nad AuląFig. 5. Cross−section of the ceiling over the Assembly Hall


Prace konstrukcyjno ñ konserwatorskie majπcena celu zachowanie tego unikalnego na skalÍ úwia-towπ obiektu wymagajπ przeprowadzenia analizystanu zachowania elementÛw drewnianych stropu,stanu zachowania blachownic stalowych oraz stanuzachowania elementÛw konstrukcji drewnianegosklepienia pozornego.

Dworzec G≥Ûwny

Dworzec G≥Ûwny we Wroc≥awiu jest jednπz najstarszych tego typu budowli w Polsce. Wybu-dowany zosta≥ w stylu angielskiego neogotyku,w latach 1855-1857, jako dworzec wÍz≥a KoleiGÛrnoúlπskieji Wroc≥awsko-PoznaÒsko-G≥ogowskiej(rys. 6). Projektantem, tej niegdyú najwiÍkszej,w swojej klasie budowli w Europie by≥ niemieckiarchitekt ñ Wilhelm Grapow.

The construction conservatorís works aimed atpreservation of this unique all over the world objectrequire the analysis of the condition of preservationof the wooden elements of the ceiling, the condi-tion of preservation of steel plate girders and thecondition of preservation of the construction ele-ments of the apparent vault made of wood.

Main Railway Station

The Main Railway Station in Wroclaw is one of theoldest buildings of this type in Poland. It was builtin the English Neo-gothic style, in years 1855-1857,as the railway station of the junction point of theRailway systems: GÛrny ålπsk (Upper Silesian) andWroc≥aw-Poznan-G≥ogow (fig. 6). The designer ofthis, once the largest building in this class in Eu-rope, was a German architect ñ Wilhelm Grapow.

Rys. 6. Widok Dworca Głównego do strony obecnej ul. Piłsudskiego (przełom XIX i XX wieku)Fig. 6. View of the Main Railway Station from the side of the present Piłsudski Street (at the turn of XIX and XX century)

Rys. 7. Strop kasetonowy nad salą reprezentacyjnąna I piętrze

Fig. 7. The coffered ceiling over the stately hallon the 1st floor

Rys. 8. Strop z powałą o profilowanych belkach drewnianychi profilowanych drewnianych podciągach

Fig. 8. The ceiling with wooden beams of profiled cross−sections and wooden binding joists of profiled cross−sections


Budynek Dworca sk≥ada siÍ z piÍciu czÍúci rÛø-niπcych siÍ wymiarami i uk≥adem konstrukcyjnymoraz wystrojem artystycznym stropÛw i stopniemzniszczenia elementÛw drewnianych. W budynkuwystÍpujπ rÛønego rodzaju stropy drewniane. OdszczegÛlnie piÍknej konstrukcji historycznej o bar-dzo bogatym wystroju i duøej wartoúci zabytkowejstropu kasetonowego nad salπ reprezentacyjnπ (rys.7), poprzez drewniane stropy z powa≥π ozdobnπ (rys.8), aø po stropy drewniane listwowe z podsufitkπbez elementÛw ozdobnych nie stanowiπce szczegÛl-nie cennej substancji zabytkowej.

Zbudowany przed ponad 150 laty gmach, jestjednym z waønych zabytkowych obiektÛw w pej-zaøu kulturowym Wroc≥awia. Przeprowadzana obec-nie rewitalizacja dworca ma za zadanie zachowaniejego unikalnego, XIX wiecznego klimatu w histo-rycznej bryle.

3. Badania i analiza

stanu zachowania stropów

drewnianych

W obu rozpatrywanych przypadkach stwierdzono, øestropy drewniane stanowiπ szczegÛlnie wartoúciowπhistorycznπ czeúÊ konstrukcji o znacznej wartoúciartystycznej. Poza kilkoma fragmentami stropÛww budynku Dworca G≥Ûwnego naleøa≥o by elementydrewniane stropÛw poddaÊ remontowi i konserwacjii bezwzglÍdnie zachowaÊ. Problem pojawia siÍw przypadku wprowadzenia nowych, dodatkowychobciπøeÒ uøytkowych i technologicznych zwiπzanychze zmianπ funkcji istniejπcych pomieszczeÒ. NiezbÍd-nym staje siÍ wykonanie analizy stanu zachowaniastropÛw i zaproponowanie programu naprawczego(wzmocnienia) i konserwacyjnego.

W ramach analizy zachowania stropÛw prowa-dzπcej do stworzenia w≥aúciwego programu wyko-nano badania konstrukcji. Badania te mia≥y na celuokreúlenie niektÛrych w≥aúciwoúci fizycznych i me-chanicznych drewna rozpatrywanych stropÛw orazokreúlenie normowych parametrÛw wytrzyma≥oúcidrewna, ktÛre mog≥y zostaÊ przyjÍte w koÒcowychanalizach statycznych.

W ramach badaÒ materia≥owych przeprowadzo-no badania cech drewna, obejmujπce m. in. ozna-czenie: wilgotnoúci, gÍstoúci, wytrzyma≥oúci na zgi-nanie statyczne, wytrzyma≥oúci na úciskanie wzd≥uøw≥Ûkien, wytrzyma≥oúci na úciskanie w poprzekw≥Ûkien. Badania wykonane zosta≥y na prÛbkachwykonanych z pobranych fragmentÛw stropÛw.

W obu przypadkach na podstawie uzyskanychwynikÛw z przeprowadzonych badaÒ materia≥o-wych oraz ich analizy przyjÍto, øe drewno stropÛwodpowiada klasie drewna C27.

The building of The Station consists of five parts,differing in their dimensions and constructional ar-rangement and in their artistic interior decorations ofthe ceilings and also in the extent of destruction ofwooden elements. Various kinds of wooden ceilingsoccur in this building. Starting from particularly beau-tiful historical construction of very rich interior dec-orations and the coffered ceiling of large antique val-ue over the stately hall (fig. 7), through wooden dec-orative ceilings (fig. 8), up to wooden slat ceilingswith soffit ceiling without any decorative elements,not making up particularly valuable antique substance.

The edifice was built over 150 years ago, it isone of important antique objects in the cultural land-scape of Wroclaw. The revitalization of the stationbeing carried out at present is aimed at preservationof its unique, XIX century climate in the historicalmass of the building.

3. Investigations and analysis

of the condition of preservation

of wooden ceilings

In both considered cases it was found that woodenceilings made up particularly valuable historical partof the construction of considerable artistic value.Except for a few fragments of the ceilings in thebuilding of the Main Railway Station all the wood-en elements of the ceilings absolutely deserve to beredecorated and should undergo conservation to bepreserved. The problem appears in the case of in-troducing new, additional exploitation and techno-logical loads, connected with the functional changeof the existing rooms. It becomes necessary to car-ry out an analysis of condition of preservation ofthe ceilings and to propose a program of their re-pair (strengthening) and conservation.

Within the analysis of preservation of the ceil-ings, leading to creation of proper program therewere executed investigations of the construction.Those investigations were to determine some phys-ical and mechanical proprieties of the wood of theconsidered ceilings and establishing of the norma-tive parameters of strength of the wood, which couldbe accepted in the final static analyses.

The material investigations of the wood includedthe features of the wood, amongst other things: mois-ture, density, static bending strength, compressionalong the filaments strength, compression across thefilaments strength. Investigations were executed onsamples made from the taken fragments of ceilings.

In both cases, on the basis of the results obtainedin the tests and their analysis, it was determined thatthe wood from the ceilings corresponded to woodof C27 class.


Analiza dendrochronologiczna

Materia≥ ze stropu dylowego Auli LeopoldyÒskiejpoddano analizie dendrochronologicznej drewna.Badaniom poddano prÛbkÍ drewna pobranπ z obiek-tu w postaci plastra z pe≥nym przekrojem poprzecz-nym. PrÛbka zosta≥a przygotowana do badaÒ. Wy-konano identyfikacjÍ gatunku drewna. Na po-wierzchni wyznaczono i przygotowano úcieøki po-miarowe, a nastÍpnie przy uøyciu aparatu pomiaro-wego typu LINTAB pomierzono szerokoúciprzyrostÛw rocznych drewna. Dok≥adnoúÊ pomiaruwynosi≥a 0,01 mm. SynchronizacjÍ sekwencji przy-rostowych i porÛwnanie ich z chronologiami wzor-cowymi przeprowadzono przy pomocy programÛwCATRAS v. 4.20, TSAPWin oraz DENDRO forWINDOWS.

W wyniku przeprowadzonej analizy okreúlono,øe prÛbka drewna naleøy do gatunku sosna pospoli-ta (Pinus sylvestris L.). Po≥oøenie sekwencji przy-rostowej w czasie zilustrowano na diagramie bel-kowym (rys. 9).

Dendro-chronological analysis

The material from the plank ceiling of the Leopoldi-na Hall was subjected to the dendro-chronologicalanalysis of the wood. The sample of wood, taken fromthe object in the form of a slice with full transversesection, underwent investigations. The sample wasprepared to the investigations. The species of woodwas identified. On the surface there were outlinedmeasuring paths, which were then prepared, and thenthe widths of the annual growth of the wood was de-termined with the use of measuring apparatus of typeLINTAB. The accuracy of the carried out measure-ments was 0.01 mm. Synchronizing of the annualgrowth sequences and comparison thereof with stand-ard chronologies were done with software CATRASv. 4.20, TSAPWin and DENDRO for WINDOWS.

In the result of the conducted analysis, it wasqualified that the sample of wood belongs to thecommon pine species (Pinus sylvestris L.). The po-sition of the annual growth sequence in the time wasillustrated on a beam diagram (fig. 9).

Rys. 9. Datowanie serii przyrostowej próbki drewna z ze stropu dylowego nad Aulą LeopoldyńskąFig. 9. Date determining of the annual growth sequence for a sample of wood from the plank ceiling over the Leopoldina Hall

Otrzymane rezultaty jednoznacznie wskazujπ naúcinkÍ drzewa pÛünπ jesieniπ 1728 roku lub zimπ1728/1729 roku, co w pe≥ni pokrywa siÍ z kweren-dπ historycznπ. Wykorzystanie drewna w konstruk-cji nastÍpowa≥o z regu≥y w tym samym roku, coúcinka drzewa, po kilku miesiπcach przeznaczo-nych na obrÛbkÍ, transport i sezonowanie drewna.

Badania wilgotnoúciowe i rezystograficzne

Jako badania stanu materia≥u konstrukcji drewnia-nego stropu dylowego Auli, drewnianej konstruk-cji sklepienia pozornego (sk≥onÛw) Auli oraz stro-pÛw dworca wykonano badania pomiaru wilgot-noúci oraz badania rezystograficzne. W celu okre-úlenia stanu zachowania tkanki drzewnej w ele-mentach konstrukcyjnych. Celem badaÒ by≥oustalenie stanu drewna, charakteru zawilgocenia,okreúlenie intensywnoúci czynnikÛw zawilgacajπ-cych obiekt, okreúlenie rodzaju i stopnia zasole-nia substancji zabytkowej.

The results obtained unambiguously show that thetree was felled in late autumn 1728 or in winter 1728/1729, which completely agrees with the historicalpreliminary research. The utilization of the wood inthe construction was as a rule done in the same yearas felling the tree, after several months taken byprocessing, transportation and seasoning the wood.

Moisture content measurementsand resistographic investigations

Within the scope of investigations of the condition ofthe construction material of the wooden plank ceil-ing of the Hall, of the wooden construction of theapparent vault (slopes) of the Hall and the ceilings ofthe railway station there were executed measurementsof moisture content and resistographic investigationsin order to determine the condition of preservation ofthe wood tissue in constructional elements. The aimof investigations was to qualify the condition of wood,the type of dampness, the intensity of factors makingthe object damp, and to determine the type and ex-tent of salinity of the antique substance.


Badania wilgotnoúci elementÛw drewnianychstropu dylowego Auli przeprowadzono stosujπcmetodÍ opartπ na pomiarach rezystancyjnych z uøy-ciem wilgotnoúciomierza LB-796 firmy Lab-El przypomocy sondy m≥otkowej LB-795. Urzπdzenie ska-librowano na drewno sosnowe.

Badania rezystograficzne ukierunkowano naokreúlenie stanu zachowania tkanki drzewnejw elementach konstrukcyjnych. Wykonano jez uøyciem rezystografu IML RESI F-400S. Meto-da ta oparta jest na pomiarze oporu skrawania za-pisanego w formacie wykresu, podczas nawierca-nia elementu. Wiercenia wykonywano cienkim,elastycznym wiert≥em o úrednicy 3mm. W przy-padku stropu Auli w celu unikniÍcia przewierce-nia siÍ w strefÍ zdobionych polichromiπ tynkÛw,roz≥oøonych bezpoúrednio na podniebieniu stropudylowego, odwierty wykonywano do szacowanejkaødorazowo bezpiecznej g≥Íbokoúci, wynikajπcejz porÛwnania wysokoúci dyla. Wyniki badaÒ przed-stawiono w postaci wykresÛw zaleønoúci amplitu-dy oporu od g≥Íbokoúci odwiertu, dla kaødegopunktu pomiarowego (rys. 10).

The investigations of moisture content of wood-en elements of the plank ceiling of the Hall were con-ducted by the method based on resistance measure-ments with the use of hygrometer LB-796 made bythe firm Lab-El, and with the use of hammer probeLB-795. The device was calibrated on pine wood.

The resistographic investigations were focusedon qualification of the condition of preservation ofwood tissue in the constructional elements. Theywere made with the use of resistograph IML RESIF-400S. This method is based on measurement ofcutting resistance while drilling in element, writtendown in the format of a graph. Drillings were exe-cuted with thin, elastic boring bit of 3 mm in diam-eter. In the case of the ceiling of the Hall, in order toavoid drilling through in the zone adorned with plas-ter polychromy, spread directly on the intrados ofplank ceiling, the bored holes were made up to thesafe depth, which each time had been earlier esti-mated by comparing the height of the plank. Theresults of investigations were introduced in the formof graphs of dependence of the amplitude of resist-ance on the depth of bored hole, for each measuringpoint (fig. 10).

Thermovision investigation

Thermovision investigations of the intrados of theplank ceiling in the Leopoldina Hall were appliedin order to determine in non-destructive way theareas of non-adherence between the direct plasterbase of the polychromy and the bottom plane of theplank ceiling. The investigations were conducted bymeasurement of the distribution of temperature on

Badania termowizyjne

Badania termowizyjne podniebienia stropu dylowe-go w Auli LeopoldyÒskiej zastosowano w celu nie-niszczπcego wyznaczenia obszarÛw niespÛjnoúcipomiÍdzy bezpoúrednim podk≥adem polichromiia dolnπ p≥aszczyznπ stropu dylowego. Badania prze-prowadzono poprzez pomiar rozk≥adu temperaturyna powierzchni stropu od strony pomieszczenia Auli

Rys. 10. Przykładowe wyniki pomiarów rezystograficznych dla belki stropu nad salą reprezentacyjną Dworca GłównegoFig. 10. An example of results of resistographic measurements for the ceiling beam over the stately hall of the Main Railway Station


za pomocπ kamery termowizyjnej ThermaCAM P65firmy FLIR SYSTEMS. Zastosowany system po-miarowy umoøliwi≥ pomiar, wizualizacjÍ oraz reje-stracjÍ rozk≥adu temperatury na powierzchni bada-nego obiektu (rys. 11) poprzez pomiar natÍøeniapromieniowania podczerwonego (cieplnego) emi-towanego przez obiekt.

the ceiling surface from the side of the Hallís room,using a thermovision camera ThermaCAM P65 ofthe firm FLIR SYSTEMS. The applied measuringsystem made possible measurement, visualizationand registration of the distribution of temperatureon the surface of the studied object (fig. 11) by meas-urements of the intensity of infra-red (thermal) ra-diation emitted by the object.

Badania termowizyjne powierzchni polichromo-wanego pod≥oøa pokaza≥y, øe metoda termografiipodczerwonej moøe byÊ skutecznym narzÍdziempomiarowym w defektoskopii miejsc odspojeniapod≥oøa od stropu. NiezbÍdnym warunkiem skutecz-noúci pomiaru jest wystÍpowanie rÛønicy tempera-tury powietrza po obu stronach stropu co najmniej5,0o C. Termogramy wyraünie wskaza≥y liczne ob-szary odspojeÒ. Moøna je uznaÊ za miarodajnezw≥aszcza w obszarze Ñwyp≥aszczeniaî podk≥adutzn. w obszarze odpowiadajπcym u≥oøeniu podk≥a-du poprzez matÍ trzcinowπ bezpoúrednio na dolnychpowierzchniach dyli.

Badania statyczne i dynamiczne

Przeprowadzone badania statyczne i dynamicznemia≥y na celu eksperymentalne okreúlenie pozio-mu przemieszczeÒ badanych blachownic stropunad Aulπ LeopoldyÒskπ. Wyniki badaÒ pozwoli-≥y okreúliÊ czy wystÍpujπ jakiekolwiek przemiesz-czenia blachownic stropu zwiπzane z ich obciπ-øaniem t≥umem w rÛønych schematach statycz-nych, oraz czy ma to wp≥yw na konstrukcjÍ stro-pu dylowego oraz malowid≥o sklepienia pozor-nego Auli Leopoldina.

Poniewaø konstrukcja podk≥adu pod polichromiÍAuli Leopoldina jest w trudnym do okreúlenia(w sensie statycznym i dynamicznym) stopniu po-≥πczona ze stropem Sali Balzera, nie by≥o pe≥nejmoøliwoúci teoretycznego okreúlenia wp≥ywu prze-mieszczeÒ na zachowanie sufitu Auli. Zastosowano

Thermovision investigations of the surface ofpolychromy base showed that the method of infra-red thermography could be an effective measuringtool in the flaw detection of detachment places ofplaster base from the ceiling. The indispensable con-dition for effectiveness of the measurement is oc-currence of temperature difference of the air on bothsides of the ceiling, which must be at least 5.0oC.Thermographs clearly showed numerous areas ofdetachment. One can recognize them as reliable es-pecially in the area where the plaster base ëgets flatíi.e. in the area corresponding to laying the plasterbase through the reed mat directly on the bottomsurfaces of the planks.

Static and dynamic investigations

Static and dynamic investigations were conductedin order to determine experimentally the level ofdislocation of studied plate girders of the ceiling overthe Leopoldina Hall. The results of investigationsallow to determine if there had occurred any dislo-cation of the plate girders of the ceiling due to theirload by the crowd in various static patterns, and ifthat had any influence on the construction of theplank ceiling and the painting of the apparent vaultof the Leopoldina Hall.

Because the construction of plaster base underthe polychromy of the Leopoldina Hall was joinedwith the ceiling of the Balzerís Hall in the way whichwas hard to determine (in the static and dynamicsense), it was not possible to determine theoretical-

Rys. 11. Termogram części stropu nad sceną Auli z wyraźnie widocznym zróżnicowaniem wartości temperatury powierzchniFig. 11. Thermograph of a part of ceiling over the Hall’s stage with clearly visible differentiation in the value of the surface temperature


ly the influence of dislocations on preservation ofthe Leopoldina Hallís ceiling. Therefore an experi-mental method of investigations was applied so thatthe tested elements were put under load of the crowd.The following parameters were measured:

ñ dislocation in 5 points of the plate girder con-struction no. 4 (fig. 12),

ñ dislocation in the centre of the spread of ad-jacent plate girders ñ no. 3 and no. 5,

ñ relative dislocation of the plank ceiling,ñ dislocation of horizontal plate girder in the

zone of its support on the walls.

zatem eksperymentalnπ metodÍ badaÒ obciπøajπcbadane elementy t≥umem. Mierzono:

ñ przemieszczenia w 5 punktach konstrukcjiblachownicy nr 4 (rys. 12),

ñ przemieszczenia w úrodku rozpiÍtoúci bla-chownic sπsiednich ñ nr 3 i nr 5,

ñ przemieszczenia wzglÍdne stropu dylowego,ñ przemieszczenia poziome blachownic w stre-

fie oparcia na úcianach.

Arrangement of the sensors

Rys. 12. Schemat rozmieszczenia czujników indukcyjnych na blachownicachFig. 12. Arrangement of the inductive sensors on the plate girders.

Rys. 13. Przykładowe pole na którym realizowano obciążenia statyczneFig. 13. The example area on which static load were realized

Do rejestracji wynikÛw przemieszczeÒ uøytoindukcyjnych czujnikÛw przemieszczeÒ W50 TSo zakresie pomiarowym +/ñ 50 mm, klasy 0,5%,firmy Hottinger Baldwin Messtechnik (fot. 5.4 i 5.5)sprzÍøonych z komputerem PC (wyposaøonymw oprogramowanie CATMAN firmy Hottinger Bal-dwin Messtechnik do wspÛ≥pracy komputera z urzπ-dzeniami pomiarowymi tej firmy) oraz wielokana-≥owego systemu pomiarowego SPIDER firmy Hot-tinger Baldwin Messtechnik.

Program badaÒ statycznych zrealizowano nafragmencie stropu o szerokoúci ok. 11,66 m i d≥u-goúci ok. 4 m po≥oøonym symetrycznie nad bla-chownicπ nr 4 (rys. 12). Obciπøenie uøytkowe re-alizowane by≥o przez 110 osobowπ grupÍ studen-tÛw uprzednio zwaøonych. Studenci ustawiali siÍw úciúle ustalonych polach, stopniowo zape≥niajπcca≥y obszar pod≥ogi w rejonie badanego obszaru,realizujπc zarÛwno symetryczne, jaki niesymetrycz-ne schematy obciπøenia (rys. 13, 14).

For registration of results of dislocations the in-ductive sensors of dislocation W50 TS of measur-ing range +/- 50 mm, class 0.5 %, of firm HottingerBaldwin Messtechnik (Photo 5.4 and 5.5) coupledwith the PC computer (equipped with softwareCATMAN of firm Hottinger Baldwin Messtechnikfor co-operation of a computer with measuring de-vices of this firm) and a multi-channel measuringsystem SPIDER of the firm Hottinger BaldwinMesstechnik were applied.

The program of static investigations was real-ized on a fragment of the ceiling of approx. 11.66 min width and approx. 4 m in length, laid symmetri-cally over the plate girder no. 4 (fig. 12). The ex-ploitation load was realized by a group of 110 stu-dents who had been earlier weighed. The studentsaligned in precisely established areas, gradually fill-ing the whole area of the ceiling in the studied re-gion, realizing both symmetrical, and asymmetri-cal pattern of load (fig. 13, 14).


Rys. 16. Autospektrum sygnałów rejestrowanych w przykładowym pomiarzeFig. 16. Auto spectrum of signals recorded in the example measurement

Rys. 15. Ugięcia blachownicy nr 4 przy różnych schematach obciążeniaFig. 15. Deflection of the plate girder no. 4 for various patterns of load

Rys. 14. Przykładowy schemat statyczny obciążeniaFig. 14. The example static pattern of load

Deflection of the plate girder

Support from the side of Town Square Measurement points

pattern I pattern II pattern III pattern IV pattern V

Schemat IIPattern II


Na podstawie wynikÛw badaÒ statycznych (rys.15) i dynamicznych (rys. 16) stwierdzono, øe ist-niejπca konstrukcja stalowa podtrzymujπca pod≥o-gÍ Sali Balzera i podtrzymujπca czÍúciowo podwie-szonπ do niej drewnianπ konstrukcjÍ dylowπ AuliLeopoldyÒskiej, umoøliwia nierÛwnomierne prze-noszenie obciπøeÒ i drgaÒ wywo≥anych obciπøeniempod≥ogi na konstrukcjÍ sufitu. Drgania dyli drew-nianych pod blachownicami stalowymi sπ duøowiÍksze niø dyli usytuowanymi poúrodku miÍdzyblachownicami. Drgania te mogπ powodowaÊ za-rysowania podk≥adu pod polichromiÍ sufitu Auliw kierunku rÛwnoleg≥ym do dyli.

Do celÛw projektowych konieczne by≥o ustale-nie wytrzyma≥oúci obliczeniowej stali z ktÛrej wy-konano blachownice. Ze wzglÍdu na brak moøliwo-úci pobrania z konstrukcji odpowiedniej liczby prÛ-bek stali do badaÒ niszczπcych na rozciπganie, zde-cydowano siÍ na oszacowanie jej parametrÛw wy-trzyma≥oúciowych na podstawie obszernych,nieniszczπcych badaÒ twardoúci stali istniejπcej kon-strukcji za pomocπ przenoúnego twardoúciomierzaBrinella typu PZ-3 firmy Zwick. Laboratoryjne ba-dania wytrzyma≥oúci stali na rozciπganie ograniczo-no do 1 prÛbki stali pobranej ze úrodnika blachow-nicy. Badanie przeprowadzono w AkredytowanymLaboratorium Badawczym Instytutu BudownictwaPolitechniki Wroc≥awskiej w maszynie wytrzyma-≥oúciowej Zwick Roell UFP 400, skalibrowanejw klasie dok≥adnoúci 0,5. Rezultaty z badaÒ w nisz-czπcej prÛbie rozciπgania, zestawione w tab. 1 po-twierdzajπ wartoúci granicy plastycznoúci R

e, jak

i wytrzyma≥oúci doraünej na rozciπganie Rm uzyska-

nych na podstawie nieniszczπcych badaÒ twardoúcistali. Wartoúci granicy plastycznoúci i wytrzyma≥o-úci na rozciπganie stali rÛøniπ siÍ od siebie odpo-wiednio: niespe≥na 1% i 3,5%.

On the basis of results of static (fig. 15) and dy-namic (fig. 16) investigations it was found that theexisting steel construction supporting the floor ofThe Balzerís Hall and partly supporting the wood-en plank construction of the Leopoldina Hall sus-pended underneath, enables unequal transfer of loadsand vibrations caused by the floor load on the ceil-ing construction. The vibrations of wooden planksunder the steel plate girders are a lot larger than ofthose planks which are situated between the plategirders, in the middle. These vibrations can causescratching of the plaster base under the polychromyof the ceiling of the Hall in the direction parallel tothe planks.

For the designing purposes it was necessary toestablish the calculation strength of the steel fromwhich plate girders were made. As it was not possi-ble to take necessary number of steel samples fordestructive tensile tests it was decided to estimateits strength parameters on the basis of the exten-sive, non-destructive hardness tests of the steel inthe existing construction with the help of portableBrinell hardness testing machine of the type PZ-3made by the firm Zwick. The laboratory investiga-tions of tensile strength were limited to 1 coupon ofsteel taken from the plate girder web. The test wasconducted at the Accredited Investigative Labora-tory of Building Engineering Institute, Wroc≥awUniversity of Technology in the testing machineZwick Roell UFP 400, calibrated in the accuracyclass 0.5. Results from investigations in the destruc-tive tensile test, presented in Table 1, confirm thevalues of the yield point R

e, and tensile strength R

m

which were obtained on the basis of non-destruc-tive testing of steel hardness. The values of the yieldpoint and tensile strength for steel differ from eachother respectively by: almost 1% and 3.5 %.

Metoda oznaczenia Granica plastyczności Wytrzymałość na rozciąganieMethod of determining Yield point Tensile strength

Re [MPa] Rm [MPa]

Na podstawietwardości Brinella 230,3 328,2

On the basisof Brinell hardness

Na podstawiepróby na rozciąganie 232,0* 340,0

On the basis of tensile test

Tab. 1. Porównanie wartości granicy wytrzymałości i wytrzymałości na rozciąganie badanej próbki na podstawie dwóch oznaczeńComparison of value of yield point and tensile strength of studied sample on basis of two tests


4. Conception of strengthening.

Summary.

The principal load-bearing elements of the ceilingover the Leopoldina Hall are steel riveted plate gird-ers of diverse height and span, strengthened in thehalf of their span with a vertical truss bracing, madefrom angle sections. In the zone of supports thewooden plank ceiling was suspended under the plategirder. This suspension was made using yokes,which consist of flat bars put on the upper chords ofplate girders, strings made from rods of 20 mm indiameter, threaded on ends and suspended under theplate girders with U-sections on which the planksrest. It was connected with weakening of the endsof planks resting on the walls of the object due totheir biological destruction. The conception ofstrengthening includes separating the constructionof floor (steel plate girders) from the constructionof the ceiling of the Leopoldina Hall, by independ-ent suspending the planks of the ceiling. It was pro-posed to suspend the ceiling to the external wallsthrough steel cantilevers anchored in the externalwalls with expandable steel anchors, where the con-nection is strengthened by glued joint on basis ofepoxy resins. The cantilevers are to be tied with theplank ceiling with the help of steel string (applyinga small tightening force) with the vibration damperand a wooden beam transversely fixed to each plankwith a steel screw, the connection is to be aided byglue joint on the basis of epoxy resin.

In the case of ceilings in the building of the MainRailway Station, on the basis of conducted materialtests and resistographic investigations, the calcula-tions made for checking and the conducted analysisof their condition and the causes of their destruc-tion, it was decided that XIX century wooden ceil-ings with rich decorations and of particularly valu-able historical construction absolutely deserve pres-ervation and repair. The remaining ceilings, with-out decorative elements, in all parts of the buildingand on all storeys, worn out to various extent, whichdo not make valuable antique substance, are quali-fied to be replaced, regarding their considerable lossof technical features.

In the investigative works the following personsparticipated beside the Authors: B. Gosowski, J.Dudkiewicz, H, Nowak, Z. WÛjcicki, J. Grossel, Z.Matros, P. Grabowski, J. GaÒko from Wroc≥aw Uni-versity of Technology, T. Waøny from NicolausKopernik University in ToruÒ and L. Engel, R. Mis-kÛw from CCI.

4. Koncepcja wzmocnienia.

Podsumowanie

Zasadniczymi elementami noúnymi stropu nad AulπLeopoldyÒskπ sπ stalowe nitowane blachowniceo zrÛønicowanej wysokoúci i rozpiÍtoúci, stÍøonew po≥owie rozpiÍtoúci kratownicowym stÍøeniempionowym, wykonanym z kπtownikÛw. W strefiepodpÛr do blachownic podwieszony zosta≥ drewnia-ny strop dylowy. Podwieszenie to zosta≥o wykonaneza pomocπ jarzm, z≥oøonych z p≥askownikÛw u≥oøo-nych na pasach gÛrnych blachownic, ciÍgien z prÍ-tÛw o úrednicy 20 mm nagwintowanych na koÒcachi podwieszonych do blachownic ceownikami, na ktÛ-rych spoczywajπ dyle. Zwiπzane to by≥o z os≥abie-niem w wyniku destrukcji biologicznej koÒcÛw dyliopartych na murach obiektu. W koncepcji wzmoc-nienia oddzielono konstrukcjÍ pod≥ogi stropu (bla-chownice stalowe) od konstrukcji sufitu Auli Leopol-dina, przez niezaleøne podwieszenie dyli stropu. Za-proponowano podwieszenie stropu do úcian zewnÍtrz-nych poprzez wsporniki stalowe kotwione w úcianachzewnÍtrznych na kotwy stalowe rozprÍøne ze wspo-maganiem po≥πczenia spoinπ klejowπ na bazie øy-wic epoksydowych. Wsporniki stalowe naleøy po≥π-czyÊ ze stropem dylowym poprzez ciÍgno stalowe(wprowadzajπc niewielkπ si≥Í naprÍøajπcπ) z t≥umi-kiem drgaÒ oraz belkÍ drewnianπ poprzecznπ moco-wanπ do kaødego dyla úrubπ stalowπ wkrÍcanπ zewspomaganiem po≥πczenia spoinπ klejowπ na bazieøywicy epoksydowej.

W przypadku stropÛw w budynku Dworca G≥Ûw-nego na podstawie przeprowadzonych badaÒ mate-ria≥owych i badaÒ rezystograficznych, wykonanychobliczeÒ sprawdzajπcych oraz przeprowadzonejanalizy stanu i przyczyn ich zniszczenia, zadecydo-wano, øe do bezwzglÍdnego zachowania i remontukwalifikujπ siÍ XIX wieczne stropy drewniane o bo-gatym wystroju i szczegÛlnie wartoúciowej histo-rycznej konstrukcji. Pozosta≥e stropy, bez ozdobne-go wystroju, we wszystkich czÍúciach budynku i nawszystkich kondygnacjach, zniszczone w rÛønymstopniu, nie stanowiπce cennej substancji zabytko-wej, kwalifikujπ siÍ do wymiany, z uwagi na znacz-nπ utratÍ cech technicznych.

Obok autorÛw w pracach badawczych wziÍliudzia≥: B. Gosowski, J. Dudkiewicz, H, Nowak, Z.WÛjcicki, J. Grossel, Z. Matros, P. Grabowski, J.GaÒko z Politechniki Wroc≥awskiej T. Waøny z Uni-wersytetu im. Miko≥aja Kopernika w Toruniu orazL. Engel, R. MiskÛw z CCI.

* Politechnika Wroc≥awska, Wroc≥aw, PolskaWroclaw University of Technology, Wroclaw, Poland


Streszczenie

W artykule omÛwiono badania stropÛw drewnia-nych Auli Leopoldina Uniwersytetu Wroc≥awskie-go oraz G≥Ûwnego Dworca kolejowego we Wroc≥a-wiu. Podano zakres przeprowadzonych badaÒ. Opi-sano sposÛb wykonania oraz podano wyniki prze-prowadzonych badaÒ. Przedstawiono miÍdzy inny-mi badania materia≥owe, badania wilgotnoúciowe,badania rezystograficzne, badania dynamiczne kon-strukcji, badania termograficzne. Okreúlono przy-czyny powstawania uszkodzeÒ cennych stropÛwi polichromii. Zaproponowano koncepcjÍ konserwa-cji i wzmocnienia istniejπcych stropÛw.

Abstract

In the article the investigations of the wooden ceil-ings of the assembly hall Leopoldina at WroclawUniversity and the Main Railway Station have beendiscuss. The scope of conducted investigations hasbeen presented. The way of the realization has beendescribed and the results of conducted investigationshave been presented. The following investigationshave been presented, amongst other: material, mois-ture, resistographic, thermographic and dynamicinvestigation of structures. The causes of occurringdamages of wooden ceilings and valuable polychro-my have been found. A conception of conservationand strengthening of the existing ceilings has beenproposed.

jasienko analiza stanu - home icmyadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element...dworzec g≥Ûwny...

Documents