Dijagnostika drva povijesnih građevina u postupcima obnove – 2. dio

… nastavk

GLAVNI PARAMETRI OCJENE STANJA DRVA U KONSTRUKCIJAMA

Projektant obnove treba znati nekoliko stvari koje su mu bitne za proračun nosivosti i trajnosti drvene konstrukcije:

O kojoj se vrsti drva radi? Ovo naoko trivijalno pitanje može skrivati zahtjevan odgovor. Mnogo ljudi odmah znade prepoznati drvo četinjača i razlikovati ga, primjerice, od hrastovine. Kakogod, vrste drva se specifično razlikuju po svojoj prirodnoj postojanosti i mehaničkim svojstvima, stoga nije svejedno je li predmetna četinjača jelovina, smrekovina ili pak borovina ili ariševina, koje su mnogo trajnije i „čvršće“. Izbor vrste drva je bitan i konzervatorima, jer oni s pravom zahtijevaju da se stare zgrade od povijesnog značaja i zaštićena kulturna dobra održavaju i obnavljaju po mogućnosti istim materijalima i tehnikama izrade kao i njihovi izvornici. Mikroskopijsko određivanje vrste drva bitno je i za proračun nosivosti, jer u kombinaciji s njezinom gustoćom može bitno odrediti razred čvrstoće: sporo rastuća smrekovina uskih godova, velikog učešća kasnog drva i velike gustoće može biti mehanički povoljnija od brzorastuće ariševine širokoga goda i relativno male gustoće.

Slika 10 a) i b). Na poprečnom presjeku drva se vide njegova karakteristična strukturna obilježja koja omogućuju determinaciju vrste. Četinjače se poznaju po izraženim godovima i razlici u boji kasnog i ranog drva . Točna determinacija zahtijeva mikroskopsku tehniku, u ovom se slučaju vidi postupni prijelaz debljine stijenki traheida iz ranog u kasno drvo (lijevo, ca 10x), i smolenice (strelica) koje karakteriziraju smrekovinu za razliku od jelovine (desno, ca 173x).

Koja su stvarna fizička svojstva drva?  Najvažnije fizičko svojstvo drva je njegov sadržaj vode, jer što je drvo vlažnije, čvrstoća mu je manja. Projektant, dakle, mora znati hoće li računati nosivost u razredu uporabe 1 (sadržaj vode drva do 12 %) ili u razredu uporabe 2, u kojem sadržaj vode može iznositi do 20 % ali relativna vlažnost zraka samo nekoliko tjedana u godini premaši 85 % (znači negrijani, ali natkriti i zatvoreni uvjeti). Nadalje, o sadržaju vode ovisi rizik razvoja biološke razgradnje, pa ako on iznosi više od 20 %, sasvim je izvjesno da staro drvo (koje nije bilo sterilizirano u industrijskim sušarama) bude infestirano sporama gljiva koje samo čekaju da se pri ovako visokoj vlažnosti počnu živo razvijati.

Drugi najvažniji fizički parametar je gustoća drva. Tablice svojstava drva u pojedinom razredu čvrstoće u normi HRN EN 338 (donose vrijednosti za primjerice razrede četinjača C18, C20, C24 ili više) između ostaloga razvrstavaju drvo i prema gustoći. Na taj je način vrlo indikativno ako projektantu znamo reći prosječnu i karakterističnu vrijednost gustoće, jer već i po tome može odabrati razred nosivosti iz kojega će uzeti vrijednosti pojedinih čvrstoća u proračun nosivosti. Gustoća se mjeri malo razornom metodom, tako da se iz drva specijalnim cilindričnim svrdlima izbuše izvrci promjera 6,5 ili 12,5 mm, pa im se odredi volumen i masa. Gustoća, međutim, može upozoriti i na neočekivana odstupanja drvenih elemenata od onih prosječnih. Može se dogoditi, naime, da drvo vidnom razredbom svrstamo u razred C24 (već prema udjelu i veličini kvrga, pukotina, nagiba žice, udjelu oboda trupca). Ako je gustoća drva, međutim, bitno manja zbog velikog prirasta i širine ranog drva u godu četinjača, tada je oportuno nosivost projektirati konzervativnije i odabrati niži razred čvrstoće od onoga određenoga vidnom razredbom.

Kakva je globalna biološka zdravost drva?

Kad je drvo trulo, s time u stvari nema problema: svakome je jasno da se takvo drvo treba ukloniti. Do koje duljine elementa je drvo trulo, međutim, i kako će se ono ukloniti, te čime će se i na koji način zamijeniti, to već zahtijeva razmatranje stručnjaka. Najgore je što drvo u međukatnim ili krovnim konstrukcijama može naoko izgledati „dobro“, tj. drveni dijelovi imaju možda prašnjav i zastarjeli izgled, ali još uvijek djeluju cjelovito i kompaktno. Stvarnost, međutim, može ispod površine i u dubini izgledati mnogo gore: unutra su možda skrivene pukotine, otvoreni spojevi ili džepovi zbog dugogodišnjih djelovanja vode i bioloških čimbenika: kukaca razarača drva, gljiva truležnica i bakterija. Biološko djelovanje može obuhvatiti 5 – 10 % volumena elementa prije negoli se bilo što na njemu primijeti. Problem je, međutim, u nesrazmjernom djelovanju biološke razgradnje na nosivost: gubitak od 10 % mase može značiti smanjenje od 40 -50, pa čak i do 80 % njegove čvrstoće! Poslužit ću se jednostavnom prispodobom koju će svatko od nas razumjeti: zdravlje naših nogu presudno je za svakodnevnu mobilnost. Ako netko ima gangrenu (ne daj Bože), noga se mora amputirati. Za većinu nas je, međutim, mnogo značajnije koliko su mišići atrofirali, iako noge izgledaju primjereno za „normalne“ fizičke napore. Pitamo se, dakle,  koliko čovjek, s naizgled normalnim nogama, može načiniti čučnjeva. Ili, s druge strane, koliku najveću masu može na ramenima podignuti u jednom čučnju?

Slika 11. Ubodi rezistografa u radijalnom smjeru grede jasno indiciraju stanje drva po dubini presjeka

Slika 12. Hrastova konstrukcija je na jednom dijelu potpuno trula (slika gore desno), a naoko zdrava na susjednom mjestu (gore lijevo: crtkane strelice pokazuju smjer uboda i izuzimanja izvrtaka). U otvorenom spoju se skuplja vlaga. Taj se džep truleži vidi na rezistogramima, ali i na mikroskopskim prikazima iz izvrtaka, gdje se vidi potpuno zdrava struktura drva (dolje lijevo) i potpuno narušena anatomska struktura djelovanjem gljiva truležnica (dolje desno)

Slika 13. Na izvrtku se vidi uglavnom zdravo drvo, ali pod mikroskopom se vide i tragovi bušotina kukaca i njihov ekskrement, koji po karakterističnom obliku indicira točkastog drvotočca – Anobium punctatum. Ovakva šteta ne oslabljuje drvo u bitnoj mjeri.

Koji je zaostao koristan poprečni presjek elementa?

Drvo koje je u starije doba bilo obrađeno tesanjem sigurno ima nešto manji poprečni presjek od nominalnog, jer se za mjerodavnu dimenziju uzima širina ili visina na mjestu najdubljeg zasjeka. Dio površine sigurno je razgrađen svjetlosnim djelovanjem u kombinaciji s vlagom, kemijskim djelovanjima, pa čak i erozijom, pa je tako promijenjenu površinu u cijeloj njezinoj dubini (ca 5 – 10 mm) dobro izuzeti iz izračuna poprečnog presjeka. Nadalje, otesani trupci često imaju uklopljen obod, pa dijelovi presjeka zaobljenih bridova ili cijelih ploha trebaju biti izuzeti iz sigurnog proračuna. Ovi dijelovi trupca sigurno sadrže i uklopljenu bjeljiku a i nju je, zbog bioloških razloga, najbolje konzervativno izuzeti iz proračuna korisnog presjeka. Bjeljika je u povijesnih konstrukcija najčešće već oštećena djelovanjem kukaca – čak i ako se drvo nađe suhim i pošteđenim opsežnije razgradnje gljivama. Nadalje, treba uzeti u obzir da je drvo u povijesti bilo ugrađivano bez dovoljnoga sušenja, znači da je čak i u grijanim zgradama ono barem nekoliko prvih godina imalo sadržaj vode povoljan za razvoj biološke razgradnje (bakterijama i gljivama plavila).  Ako se mikroskopskom analizom utvrdi djelomična razgradnja biološkim štetnicima, bolje je konzervativno smanjiti presjek nego uzeti da je drvo na takvim mjestima nosivo u potpunosti.

Slika 14. Prikaz preporučenog smanjenja korisnog presjeka elementa zbog površinske oštećenosti i izuzeća djelomično razjedene bjeljike.

Koja su mehanička svojstva drva?

Mehanička svojstva drva najjednostavnije je odrediti vidnom razredbom prema nekoj normi koja određuje klasu kvalitete prema pojavnosti strukturnih obilježja drva za koja je empirijski vrlo dobro utvrđeno da mu smanjuju čvrstoću: kvrge po svojoj veličini, učestalosti i zdravosti, nadalje pukotine, otklon žice i usukanost, te naposljetku urast kore ili druge grublje greške. S obzirom na to da JUS norme više nisu aktivne, nama su najsrodnije njemačke norme za klasiranje konstrukcijskog drva iz serije DIN 4074. Kakogod, s takvom razredbom treba biti oprezan s nekoliko razloga. Kao prvo, drvo u unutrašnjosti može imati defekte (tlačni lom u stablu, geleri iz rata, biološka oštećenja i slično)  koji se ne vide na površini. Nadalje, Prof. Rajčić s Građevinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u svojim je istraživanjima upozorila da mehanička svojstva naših vrsta drva, određena tim normama, ponekada budu podcijenjena, jer hrastovina s naših područja, primjerice, ima bolja mehanička svojstva nego što je u normi predviđeno za prosječno drvo europske provenijencije. Nadalje, pokazala je da povijesnom drvu mogu biti dodijeljeni različiti razredi  čvrstoće ako se rabe različiti kriteriji ocjene: prema gustoći i čvrstoći na savijanje u naravnoj veličini drvo može biti drugačije klasirano nego prema vizualnom klasiranju odnosno nedestruktivno određenom modulu elastičnosti. Stoga je potrebno projektantu ponuditi čim više mogućih izvora podataka za definiranje mehaničkih svojstava: gustoću, rezultate mikro-mehaničkih ili standardnih ispitivanja (čvrstoća na tlak, vlak ili smicanje), nedestruktivno (npr. ultrazvučno) procijenjen modul elastičnosti.

Stanje spojeva

Pregledom konstrukcije je potrebno ukazati na to jesu li spojevi funkcionalni ili ne. Norma za pregled povijesnih drvenih konstrukcija HRN EN 17121 naglašava da se tesarski spojevi u povijesnim konstrukcijama općenito mogu smatrati adekvatnim za prenošenje opterećenja i ne bi zahtijevali pozorniju analizu ili proračun osim ako u međuvremenu nije došlo do povećanja opterećenja ili njihove očite manjkavosti ili oštećenja. Treba, dakle, razmotriti spojeve i uvidjeti da li su neke nepreciznosti u nalijeganju posljedicom tesarske greške pri izradi, ili su otvaranja spojeva, pa i štete (pukotine, nagnječenja) nastala uslijed prekomjernih opterećenja. Najviše pozornosti treba obratiti na moguće otvaranje spojeva uslijed neodgovarajućih pomaka konstrukcije, odnosno na greške koje nastaju silama koje drvo ne može podnijeti (npr. smične pukotine, pukotine od isušivanja ili nepravilnog prikivanja, nagnječenja na čelima ili – što je još gore – okomito na vlakanca i slično). Nemamo vremena niti prostora ovome posvetiti zasluženu pozornost, no slika 15 će ilustrirati barem djelić onoga što se pri analizi nosivosti konstrukcije može primijetiti i onda projektantu savjetovati za potrebu sanacije.

Slika 15 a) i b). Lijevo je spoj učepljenjem sa zasjekom koji je tijesan, bez nagnječenja i bez pomaka skobe u mjestu usada. Desno jako lijepi spoj (18. stoljeće!) šesterokrakog prijeklopa u ravnini kojemu drveni klin nije mogao osigurati stezno djelovanje, pa su se grede s vremenom zamaknule, a površina nalijeganja je premalena.

ZAKLJUČAK

Istražne radnje za ocjenu stanja građevina prvi su korak u dugotrajnom procesu obnove, a o njihovom rezultatu ovisit će mjere projektiranja sanacije nakon potresnih djelovanja. Dijagnostika drva u povijesnim konstrukcijama, pogotovo u zaštićenim kulturnim dobrima, osjetljiv je zadatak koji zahtijeva višestrano razmatranje ne samo svojstava materijala, nego i spojeva, geometrijskog i statičkog stanja konstrukcije te svih činitelja koji su možebitno uzrokovali, ili u budućnosti mogu umanjiti funkcionalnost konstrukcije. U prvom redu to se odnosi na biološke činitelje razgradnje drva i higrotehničke uvjete na zgradi. Usuglašavanje stručnjaka različitih profila, uporaba mnoštva istražnih i ispitnih metoda, te sveobuhvatno sagledavanje konstrukcije predstavlja jedini način da se njezino stanje ocijeni što je moguće temeljitije, te da joj se nakon toga što pouzdanije može predvidjeti budući vijek funkcionalnog i lijepog trajanja.

LITERATURA I MJERODAVNE NORME
HRN EN 16085 (2013): Očuvanje kulturnoga dobra – Metodologija uzorkovanja materijala od kojih je načinjeno kulturno dobro – Osnovna pravila
HRN EN 16096 (2013): Očuvanje kulturnoga dobra – Utvrđivanje stanja nepokretne baštine
HRN EN 16682 (2017): Očuvanje kulturne baštine – Metode mjerenja sadržaja vlage odnosno sadržaja vode u materijalima koji tvore nepokretnu kulturnu baštinu
HRN EN 17121 (2019):  Očuvanje kulturne baštine – Povijesne drvene konstrukcije – Smjernice za ocjenjivanje nosivih drvenih konstrukcija na licu mjesta
HRN ISO 13822 (2014): Osnove projektiranja konstrukcija – Ocjenjivanje postojećih konstrukcija
DIN 4074-1,-5 (2012): Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit, Teil  1: Nadelholz. Teil 5: Laubschnittholz. (Razvrstavanje drva prema nosivosti, Dio 1: Piljeno drvo četinjača, Dio 5: piljeno drvo listača)
Dietsch, P.; Koehler, J. (Eds.) (2010): Assessment of timber structures. Muenchen: Shaker Verlag
Kasal, B.; Tannert, T. (Eds.) (2010): In situ assessment of structural timber. Dondrecht: Springer
WTA Merkblatt 7-2 (2019): Historische Holzkonstruktionen. Zustandsermittlung und Beurteilung der Tragfaehigkeit geschaedigter und verformter Holzkonstrutkionen. Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag

prof.dr.sc. Hrvoje Turkulin