Czy istnieją bezpieczne fluktuacje wilgotności względnej? Łukasz Bratasz, Bartosz Rachwał

Transkrypt

1 Czy istnieją bezpieczne fluktuacje wilgotności względnej? Łukasz Bratasz, Bartosz Rachwał

2 Cel Określenie wahań wilgotności względnej odpowiadających krytycznym odkształceniom warstwy malarskiej wyznaczonym w testach zmęczeniowych.

3 Całkowita długość spękań warstwy malarskiej w zależności od liczby cykli 350 odkształcenie 0.5% 0.35% 300 całkowita długość spękań [mm] % 0.25% 0.2% 0.15% liczba cykli

4 Wahania wilgotności względnej obliczone z izoterm pęcznienia - drewno lipowe jest typowe zmiana wymiarowa w kierunku stycznym [%] wiąz wiśnia wierzba topola sosna orzech modrzew mahoń lipa klon jodła jesion jabłoń cyprys japoński czarny dąb dąb buk czereśnia brzoza świerk wilg. wzgl. [%]

5 Wahania wilgotności względnej obliczone z izoterm pęcznienia - drewno lipowe jest typowe zmiana wymiarowa w kierunku stycznym [%] wiąz wiśnia wierzba topola sosna orzech modrzew mahoń lipa klon jodła jesion jabłoń cyprys japoński czarny dąb dąb buk czereśnia brzoza świerk wilg. wzgl. [%]

6 Wahania wilg. wzgl. wokół poziomu 50% odpowiadające różnym odkształceniom zaprawy przez drewno 350 zmiana wilg. wzgl. ±16,5% ±11,7% 300 całkowita długość spekań [mm] ±13,4% ±8,5% ±6,5% ±5,2% liczba cykli

7 Amplituda wahań wilg. wzgl. zapoczątkowująca pękanie zaprawy w zależności od liczby cykli amplituda wahań wilg. wzgl. [%] liczba cykli

8 Pierwsze przybliżenie dozwolonych wahań wilgotności względnej Odpowiedź wilgotnościowa drewna powodująca odkształcenia zaprawy na poziomie 0,2% odpowiada bardzo niewielkim zmianom wilg. wzgl. rzędu ±6,5% wokół poziomu 50% w kierunku stycznym dla drewna lipowego. Należy uwzględnić dodatkowe zjawiska.

9 Dodatkowe zjawiska Bezpieczny zakres wahań wilgotności względnej poszerzają zjawiska takie jak: histereza pęcznienia i skurczu niepełna odpowiedź drewna na krótkotrwałe zmiany wilg. wzgl. wygięcie cienkich desek

10 Pętla histerezy w izotermach pęcznienia/ skurczu dla drewna lipowego średnia desorpcja adsorpcja zmiana wymiarowa w kierunku stycznym [%] wilg. wzgl. [%]

11 Redukcja odkształceń spowodowana zjawiskiem histerezy Redukcja odkształceń dla różnych zakresów wilg. wzgl. - 30%, 50% i 70% - wynosi w przybliżeniu 25%.

12 Amplituda dozwolonych wahań wilg. wzgl. w zależności od liczby cykli poprawka spowodowana histerezą amplituda wahań wilg. wzgl. [%] liczba cykli

13 Niepełna odpowiedź drewna na krótkie zmiany wilg. wzgl. Deska topolowa o grubości 4 cm, wilg. wzgl % P.D. Vici, P. Mazzanti, L. Uzielli, J. Cult. Her. 7 (2006) Czas osiągania równowagi 3-4 miesiące

14 Dyfuzja wilgoci w drewnie Czas potrzebny do osiągnięcia 63% końcowej zawartości wilgoci w desce dwustronnie otwartej dyfuzyjnie, poddanej skokowej zmianie wilg. wzgl. czas charakterystyczny [dzień] , grubość deski [mm]

15 Wahania wilg. wzgl. mają różną skalę czasową Cykl dzienny w Zamku w Malborku Cykl zmiany rocznej w Muzeum V&A, Londyn 50 wilg. wzgl. [%] czas [dzień] D J F M A M J J A S O N czas [miesiąc]

16 W ciągu 100 lat drewniane obiekty mogą doświadczyć większych odkształceń powtarzających się rzadziej. Wzrost dopuszczalnego odkształcenia jest największy dla cykli rocznych 0,55 czas trwania rok kwar. miesiąc tydz. dzień 0,50 odkształcenie krytyczne [%] 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0, liczba cykli

17 Zależność pomiędzy amplitudą dozwolonych wahań i długością ich trwania Wahania wilg. wzgl., które nie spowodują uszkodzeń w obrazach na deskach o grubości 10 lub 40 mm w ciągu 100 lat amplituda wahań wilg. wzgl. [%] mm wahania wilg. wzgl. są bardziej, a następnie mniej groźne z wydłużaniem się czasu ich trwania najgorszy przypadek 0, mm czas trwania zmiany wilg.wzgl. [dzień]

18 Obrazy na desce ulegają wygięciu Warstwa zaprawy modyfikuje wygięcie cienkich desek Chrystus błogosławiący dzieci, Łukasz Cranach Starszy Deska lipowa o grubości 3-5 mm Zamek Królewski na Wawelu

19 Wygięcie desek redukuje naprężenia w warstwie malarskiej deska o grubości 1 cm warstwa zaprawy o grubości 1 mm redukcja odkształceń 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 mocna zaprawa słaba zaprawa 0,2 0,1 0, czas [godzina]

20 Zależność pomiędzy amplitudą dozwolonych wahań i długością ich trwania Wahania wilg. wzgl., które nie spowodują uszkodzeń w obrazach na deskach o grubości 10 lub 40 mm w ciągu 100 lat. amplituda wahań wilg. wzgl. [%] mm 10mm, uwzględnione wygięcie 40mm 0 0, czas trwania zmiany wilg. wzgl. [dzień]

21 Krytyczne odkształcenia dla drewna 0.5% całkowita długość spękań [mm] % % odkształcenie 0.35% 0.25% 0.15% liczba cykli

22 Zależność pomiędzy amplitudą dozwolonych wahań i długością ich trwania mm amplituda wahań wilg. wzgl. [%] drewno 10mm, uwzględnione wygięcie 40mm 5 0 0, czas trwania zmiany wilg. wzgl. [dzień]

23 Zależność pomiędzy amplitudą dozwolonych wahań i długością ich trwania 50 B. Madsen, Forest Product Journal, 25, 8 (1975), amplituda wahań wilg. wzgl. [%] drewno 10mm 10mm, uwzględnione wygięcie 40mm 5 0 0, czas trwania zmiany wilg. wzgl. [dzień]

24 Dozwolone wartości wahań wilg. wzgl. - wnioski Wilgotnościowa zmiana wymiarowa drewna inicjująca pierwsze uszkodzenie po 100 latach odpowiada względnie wąskiemu pasmu dozwolonych wahań ±15% wokół poziomu 50% nawet jeśli uwzględniono dodatkowe zjawiska ograniczające odkształcenia

25 Dozwolone wahania wilg. wzgl - wnioski Rzeczywiste wahania wilg. wzgl. w kościołach, budynkach zabytkowych i wielu muzeach często przewyższają pasmo dozwolonych fluktuacji ±15%. Dlatego warstwa dekoracyjna jest zazwyczaj znacznie spękana.

26 Siatka podłużnych spękań w Mona Lizie Au coeur de La Joconde, Léonard de Vinci décodé Gallimard i Musée du Louvre Editions (2006)

27 Siatka podłużnych spękań w Mona Lizie Au coeur de La Joconde, Léonard de Vinci décodé Gallimard i Musée du Louvre Editions (2006)

28 Wyjście poza analizę mechanicznej odpowiedzi drewna polichromowanego analiza klimatu historycznego koncepcja aklimatyzacji lub fluktuacji dowiedzionej bezpośrednie śledzenie nieodwracalnych mikro-zmian w obiektach w celu określenia bezpiecznego mikroklimatu