Dopuszczalne fluktuacje temperatury i wilgotności powietrza w otoczeniu zabytkowego drewna pomiary i modelowanie numeryczne

Transkrypt

1 Dopuszczalne fluktuacje temperatury i wilgotności powietrza w otoczeniu zabytkowego drewna pomiary i modelowanie numeryczne Łukasz Bratasz Sławomir Jakieła Roman Kozłowski Polska Akademia Nauk, Kraków

2 Zagrożenie drewna polichromowanego Drewno chłonie lub oddaje parę wodną w zależności od zmian wilgotności otaczającego go powietrza. Izoterma sorpcji pary wodnej dla lipy Zmiana masy [%] Wilgotność względna [%]

3 Zagrożenie drewna polichromowanego Namakanie drewna powoduje pęcznienie, a schnięcie skurcz. Izoterma zmian metrycznych. 6 Zmiana wymiarowa [%] od stanu suchego kierunek promienisty kierunek styczny Wilgotność względna [%]

4 Zagrożenie drewna polichromowanego Zmiany metryczne drewna prowadzą do uszkodzeń samego materiału, jak i warstwy malarskiej.

5 Mechanizm niszczenia drewna Podczas nagłych zmian wilgotności wytworzony zostaje gradient zawartości wilgoci powodujący powstanie naprężeń w drewnie.

6 Mechanizm niszczenia drewna eksperyment Svietlana Vasic

7 Mechanizm niszczenia warstwy malarskiej Zróżnicowana reakcja metryczna warstwy malarskiej i drewna na zmiany temperatury i wilgotności względnej prowadzi do: łuszczenia pękania

8 Problem Czy każda fluktuacja temperatury i wilgotności względnej powoduje niszczenie? Jakie są wartości krytyczne tych fluktuacji? Czy naturalne wahania mikroklimatu przekraczają poziomy krytyczne?

9 Pomiary w obiekcie Zrozumienie mechanizmów niszczenia drewna polichromowanego laserowe pomiary in-situ zmian wymiarowych ołtarza w Rocca Pietore, Włochy

10

11

12 Porównanie systemów grzewczych T [ o C ] i wilg.wzgl. [ % ] Nadmuch ciepłego powietrza 0,2 0,0-0,2-0,4-0,6 Ogrzewanie ławkowe (FH) 0,2 0,0-0,2-0,4-0,6 Zmiana wymiarowa [%] T [ o C] wilg.wzgl. [%] zmiana wymiarowa [%] Czas [godzina] -0,8-0, Czas [godzina]

13 Wyznaczenie dopuszczalnych fluktuacji log s axis stworzenie modelu opisującego powstawanie zniszczeń: - metoda elementów skończonych - drewniany cylinder symuluje rzeźbę

14 Wyznaczenie dopuszczalnych fluktuacji Pomiary laboratoryjne: -izotermy sorpcji -krzywe pęcznienia i skurczu -współczynniki dyfuzji -właściwości mechaniczne

15 Wyznaczenie dopuszczalnych fluktuacji Obliczenia numeryczne: - transport wilgoci w drewnie - zmiany zawartości wilgoci -skurcz lub pęcznienie drewna odpowiadające zmianom zawartości wilgoci - powstawanie naprężeń wynikających z nałożonych na ruch więzów

16 Rozkład zawartość wilgoci dla spadku wilgotności względnej 70% 30% Cylinder drewniany o średnicy 155m mm 12 7 mm Zawartość wilgoci [ % ] mm 3 mm 5 mm mm Czas [ godzina ]

17 Rozkład naprężeń dla spadku wilgotności względnej 70% 30% Cylinder drewniany o średnicy 155m 3,5 3, mm Naprężenie [ MPa ] 2,5 2,0 1,5 1,0 1.0 mm 3 mm 5 mm 0,5 7 mm 0,0 15 mm Czas [godzina]

18 Maksymalna wartość naprężenia dla spadku wilgotności 70% 30% zachodzącego z różną szybkością 4,0 3,5 Duży obiekt mm Naprężenie [ MPa ] 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 wartośc progowa naprężeń 0,5 0, Szybkość zmiany [godzina] Mały obiekt - 5 mm

19 Fluktuacje rzeczywiste 70 Impuls grzewczy Cykl dzienny Zmiana pogodowa T [ o C ] i wilgotność wzg. [ % ] Czas [godzina] Czas [godzina] Czas [godzina]

20 Naprężenia dla fluktuacji klimatycznych Cylinder drewniany o średnicy 155m 3,5 3,0 impuls grzewczy Naprężenie [ MPa ] 2,5 2,0 1,5 1,0 wartość progowa naprężeń cykl dzienny kościół murowany cykl dzienny w kościele drewnianym 0,5 zmiana pogodowa 0, Zmiana wilgotności wzgl. [ % ]

21 Eksperymentalna weryfikacja obliczeń numerycznych emisja akustyczna kiedy ryzyko pęknięcia jest duże poziom emisji akustycznej (trzasku) jest wysoki stopień ograniczenia ruchu jest wysoki zmiana wymiarowa jest mała lub zerowa emisja akustyczna bezpośrednia informacja pomiar zmian wymiarowych pośrednia informacja

22 Eksperymentalna weryfikacja obliczeń numerycznych - fluktuacje Temperatura [ 0 C ] Wilgotność wzgl. [ % ] % - 30% 70% - 40% 70% - 50% 70% - 60% Czas [godzina] Czas [godzina]

23 Emisja akustyczna fluktuacje wilgotności względnej T [ o C] i wilg. wzg. [%] Liczba aktów emisji akustycznej na 15 min Czas [godzina] 70% - 30% 70% - 40% 70% - 50% 70% - 60%

24 Emisja akustyczna pomiar w obiekcie

25 Emisja akustyczna pomiar w obiekcie Energia emisji akustycznej [ j.u. ] Rocca Piettore; Energia EA Temperatura Wilgotność względna T [ 0 C ] i wilgotność wzgl. [ % ] Czas [godzina] 5

26 Emisja akustyczna pomiar w obiekcie Energia emisji akustycznej [j.u.] Zmiana wilgotności względnej [ % ]

27 Wnioski Został rozpoznany mechanizm niszczenia drewna polichromowanego Można wyznaczyć wartości progowe fluktuacji mikroklimatycznych, które nie szkodzą drewnu polichromowanemu Dla dużych rzeźb wykonanych z drewna lipowego wartość progowa fluktuacji wynosi ok. 20% wilgotności względnej Metoda emisji akustycznej potwierdziła swoją przydatność w badaniach mechanizmów niszczenia obiektów zabytkowych

28 Badania - co dalej? Przedstawione badania zostaną uzupełnione o badania niszczenia warstwy malarskiej Do badania warstwy malarskiej zostanie zastosowana metoda wibrometrii laserowej