Piotr PIETRASZEK* Tomasz NOWAK* Maciej ŚLIWOWSKI* DIAGNOSTYKA USZKODZEŃ, NAPRAWA I WZMACNIANIE ZABYTKOWYCH KOŚCIOŁÓW DREWNIANYCH O KONSTRUKCJI ZRĘBOWEJ W referacie przedstawiono aktualny stan techniczny dwóch kościołów drewnianych o konstrukcji zrębowej (wieńcowej). Jeden z nich znajduje się na terenie województwa dolnośląskiego we wsi Złotów, drugi - w Smarchowicach Śląskich (województwo opolskie). Zaprezentowano koncepcję naprawy, wzmocnienia elementów konstrukcyjnych oraz zabezpieczenia strukturalnego i biochronnego. Obydwa obiekty znajdują się w rejestrze zabytków. 1. OPIS OBIEKTÓW Kościół filipinów pw. św. Krzyża w Smarchowicach Śląskich (rys. 1) jest obiektem wpisanym do rejestru zabytków woj. opolskiego. Obiekt pochodzi z XIV/XV wieku. Do roku 1654 - ewangelicki. Obecna forma datowana jest na początek XVII wieku. W 1822 roku odnowiono dach, a w 1848 roku przeprowadzono gruntowny remont całego obiektu. W 1883 wprowadzono w nawie słup wspierający strop. Obiekt był odnawiany i remontowany także w 1922 i 1928 roku. Z przeprowadzonych oględzin cokołów należy wnioskować, że fundament budynku jest murowany z cegły pełnej na zaprawie wapiennej. Teren wokół budynku o nawierzchni trwałej (fartuch asfaltowy). Cokół fundamentowy o wysokości od 40 cm do 60 cm wykonano z cegły pełnej na zaprawie wapiennej. Zewnętrzne ściany o grubości ok. 20 cm wykonane są z belek drewnianych ciosanych w formie konstrukcji wieńcowej (zrębowej) bez ostatków, osadzone na podwalinach drewnianych. Łączenie belek poszczególnych ścian wieńcowych wykonano za pomocą złączy na jaskółczy ogon, bez wypustek. *Instytut Budownictwa Politechniki Wrocławskiej
280 Rys. 1. Kościół w Smarchowicach Śląskich Fig. 1. Church in Smarchowice Śląskie Rys. 2. Kościół w Złotowie Fig. 2. Church in Złotów Ściany wieży wykonano jako słupowo-ryglowe, drewniane oszalowane od zewnątrz deskami gr. 25 mm. Konstrukcję dachu obiektu stanowi więźba drewniana. Konstrukcję można opisać jako jętkową z dolnymi tramami w postaci belek stropu pod poddaszem rys. 5.
281 Połączenia poszczególnych elementów w węzłach realizowane są na wręby z kołkami drewnianymi. Usztywnienie wiązarów w ich płaszczyźnie wykonano za pomocą zastrzałów. Usztywnienie podłużne zapewnia jedna ścianka stolcowa z zastrzałami i mieczami. Pokrycie kościoła i wieży - gontem drewnianym. Brak odwodnień i opierzeń woda odprowadzana bezpośrednio z okapów. Nie stwierdzono w budynku izolacji pionowych fundamentów lub poziomych pomiędzy cokołem a belkami podwalinowymi. Kościół w Złotowie (rys. 2) jest obiektem opisanym w Katalogu Zabytków Sztuki w Polsce. Budowę Kościoła ukończono w 1754 r. Z przeprowadzonych badań cokołów należy wnioskować, że fundament budynku stanowią fundamenty kamienne na zaprawie gliniano-piaskowej. Zewnętrzne ściany budynku o grubości 17 cm wykonane są z bali drewnianych struganych w formie konstrukcji wieńcowej. Ściany zewnętrzne osadzono na podwalinach drewnianych. Ściany wieży wykonano jako ryglowe, drewniane oszalowane od zewnątrz deskami. Konstrukcję dachu obiektu stanowi więźba drewniana, płatwiowo-jętkowa ze ściągami. Pokrycie z blachy stalowej ocynkowanej. 2. OCENA STANU TECHNICZNEGO W obu kościołach na podstawie stanu murów (cokołów) oraz deformacji konstrukcji drewnianej można sądzić, że nie występują nadmierne osiadania gruntu. Nie stwierdzono nigdzie pęknięć cokołów, świadczących o tym, że stan fundamentów jest zły. Miejscowo cokoły były już wzmacniane - na całym obwodzie budynków zaprawa z zewnętrznych spoin nie jest wymyta, spoiny pełne, zwarte. Stan ogólny fundamentów i cokołów można uznać za średni, ale nie wymagający napraw. Ściany zewnętrzne omawianych budynków o konstrukcji wieńcowej, zwłaszcza w swojej dolnej części są znacznie uszkodzone przez korozję biologiczną. Dotyczy to głównie belek podwalinowych oraz dwóch belek powyżej podwaliny. Stwierdzono III stopień korozji biologicznej. Uszkodzone przez korozję biologiczną są również krawędzie belek wieńcowych ułożonych powyżej podwalin. Stwierdzono obecność owadów szkodników drewna. Górna część ścian wieńcowych (belki, oczepy) są w dużo lepszym stanie porażenie jest dużo mniejsze, miejscowe. Po ociosaniu i po impregnacji drewno może być dalej konstrukcyjnie użytkowane. Stan części końcówek połączeń belek, czyli tzw. jaskółczych ogonów i ostatków jest zły, zwłaszcza tych krzyżujących się pod kątem prostym występuje znaczna destrukcja wywołana działaniem szkodników biologicznych. W budynku kościoła w Smarchowicach Śląskich ściany wieńcowe na całym obwodzie budynku są znacznie wychylone z pionu i z płaszczyzny (rys.1). Największa deformacja występuje na styku ściany szczytowej nawy głównej ze
282 ścianami prezbiterium odchylenia od pionu dochodzą do 15 cm. Z przeprowadzonych pomiarów wynika również, że ściany na wysokości są lokalnie wyboczone. Deformacja ścian powoduje znaczną deformację połączeń na jaskółczy ogon pomiędzy poszczególnymi belkami powstają szerokie szczeliny, do których wnika woda opadowa i powoduje korozję biologiczną końcówek belek. Deformacja ścian powoduje również deformacje obramowań okien i drzwi. Konstrukcja szkieletowa wież jest w stanie technicznym średnim, miejscowo występują porażenia przez owady, I II stopnia. Elementy konstrukcji wież, w tym elementy wsporcze dzwonu, wymagają miejscowego usunięcia ognisk korozyjnych i impregnacji. Słupy konstrukcji w obu obiektach są w stanie dobrym. Stan konstrukcji dachów ogólnie można ocenić jako niezadowalający w przypadku Kościoła w Smarchowicach Śląskich oraz średni w Kościele w Złotowie. Elementy więźby dachowej (łaty, krokwie, płatwie, słupy, miecze, belki stropowe - ściągi, murłaty) wykazują typowe, podłużne spękania spowodowane długotrwałym okresem eksploatacji (wiekiem drewna) oraz zjawiskami mechano-sorpcyjnymi. Spękania takie nie decydują o nośności eksploatacyjnej elementu drewnianego, obniżają ją jednak od 15 30%. Po odsłonięciu warstw powierzchniowych niektórych elementów zaobserwowano chodniki larwalne wypełnione mączką drzewną. Rozpoznano spuszczela pospolitego (hylotrupes bajulus L.). Stopień porażenia niektórych murłat, słupów, zastrzałów, płatwi i krokwi określono na I (porażenie przekroju do głębokości 0,5 1,5 cm). Aktualny stan techniczny obiektu w Smarchowicach Śląskich ogólnie można określić jako niezadowalający, wymagający pilnego remontu ze wzmocnieniem konstrukcji, zaś w Złotowie jako zadowalający, wymagający tylko remontu bieżącego. Głównymi przyczynami powodującymi konieczność wykonania wzmocnień i remontu w Kościele w Smarchowicach Śl. są: niewłaściwa sztywność konstrukcji drewnianej obiektu, powodująca odkształcenia ścian, zwłaszcza od strony prezbiterium, brak izolacji poziomej i pionowej cokołu, stan techniczny drewna, głównie belek podwalinowych, lokalne, ale występujące w wielu miejscach, porażenie przez szkodniki biologiczne konstrukcji wieńcowej ścian obiektu, konstrukcji wieży i dachu szkodnikami. 3. PROGRAM NAPRAWCZY DLA KOŚCIOŁA W SMARCHOWICACH ŚL. 3.1. NAPRAWA I USZTYWNIENIE KONSTRUKCJI WIEŃCOWEJ ŚCIAN ZEWNĘTRZNYCH ORAZ PODWALIN Zaproponowano następujące działania w tym obszarze:
283 jako generalną zasadę należy przyjąć konieczność wymiany tych fragmentów, które osiągnęły III stopień porażenia; zakłada się tu wymianę na belki ciosane z wysezonowanego drewna modrzewiowego o pierwotnym przekroju: klasa drewna C35; ściany wieńcowe należy usztywnić za pomocą dodatkowych elementów pionowych tzw. lisic na ścianach nawy głównej należy założyć po 4 lisice, na ścianach prezbiterium łącznie 6 lisic rys. 3. Rys. 3. Usztywnienie ścian Kościoła w Smarchowicach Śląskich Fig. 3. Bracing the walls of the church in Smarchowice Śląskie village Rys. 4. Szczegóły A i B stężenie pod sufitem kościoła Fig. 4. A and B details bracing close under the church ceiling
284 górny wieniec (oczepowy) należy usztywnić zastrzałami poziomymi zamontowanymi w 4 narożach, bezpośrednio pod stropem rys. 3; na połączeniu nawy głównej i prezbiterium wykonać ramę usztywniającą w postaci dwóch słupów obejmujących naroże i górnego rygla w postaci kratowej (rys. 5); Rys. 5. Przekrój pionowy Kościoła w Smarchowicach Śląskich rama usztywniająca Fig. 5. Vertical section of the church in the Smarchowice Śląskie village a bracing frame konstrukcję wieńcową ścian zewnętrznych i podwalin należy poddać renowacji i zabezpieczeniu wg opisanej poniżej technologii: a) wymienić wszystkie belki podwalinowe skorodowane w znacznym stopniu (rys. 6). Pod nowymi podwalinami wykonać izolację z papy; b) usunąć luźno związane części drewna z belek i podwalin mniej uszkodzonych oraz ewentualny destrukt w postaci mączki drzewnej. Drewno porażone, ale jeszcze stabilne w swej strukturze oczyścić; c) dokonać wzmocnienia struktury przypowierzchniowej (do 5 cm) drewna przy użyciu specjalnej płynnej, dwukomponentowej mieszanki epoksydowej wzmacniającej elementy drewniane mocno porażone przez grzyby i produkowanej przez firmę specjalizującą się w tym zakresie. Podwalinę dodatkowo impregnować preparatem na bazie boru działającym zapobiegawczo przeciwko atakującym drewno grzybom i owadom;
285 d) dokonać uzupełnienia (wklejenia) brakujących części przekrojów drewnianych przy użyciu kompozycji klejowej opisanej poniżej stosując drewno wysezonowane; do wszystkich konstrukcyjnych połączeń klejowych zastosować klej na bazie żywicy epoksydowej o następującym składzie: Epidian 5 100 cz. w., cement R32,5 185 cz. w., utwardzacz Z-1 11 cz. w., ftalan dwubutylu 5 cz. w., [1]. Można tu również zastosować odpowiedni gotowy dwukomponentowy klej na bazie żywicy epoksydowej, mający aprobatę do stosowania w obiektach zabytkowych. Rys. 6. Połączenie wymienianych odcinków belki podwalinowej Fig. 6. Joint between replaced segments of a ground beam 3.2. WIEŻA I KONSTRUKCJA DACHU Wymienić uszkodzone- porażone w III stopniu części przekrojów konstrukcji dachu i wieży. Pozostałe elementy należy ociosać i dokładnie oczyścić. Następnie dokonać impregnacji drewna konstrukcji dachowej przy użyciu odpowiedniego firmowego, środka o dobrych właściwościach penetracyjnych, którego substancje bioaktywne pozostają w formie krystalicznej w drewnie, nie tworząc fazy gazowej, dzięki czemu nie maleje ich skuteczność w czasie i nie obciążają środowiska do ochrony drewna przed gniciem (grzybem) i szkodnikami. Generalnie konstrukcję więźby należy impregnować środkami ogniochronnymi czyniącymi drewno trudno zapalnym zalecanymi do obiektów zabytkowych. Ponadto rozluźnione połączenia na kołki elementów konstrukcji (głównie chodzi tu o połączenia: jętka - krokiew, zastrzał - słup, etc.) należy wzmocnić śrubą M20 z podkładkami stalowymi kwadratowymi gr. 5 mm o wymiarach min. 50 x 50 mm. Uzupełnienia (uciąglenia) przekroju w obszarze rozluźnionych połączeń należy dokonać mieszaniną epoksydową: Epidian 5 100 cz. w., cement R32,5 185 cz. w., utwardzacz Z-1 11 cz. w., ftalan dwubutylu 5 cz. w., aerosil 2 cz. w. uszczelniając połączenie, na czas twardnienia żywicy, kitem węglowym. Można też tu użyć odpowiedniej masy firmowej, zalecanej do obiektów zabytkowych.
286 Połączenia na klamry stalowe istniejące w rozluźnionych połączeniach części płatwi w przekrojach nad słupami należy obustronnie wzmocnić przykładkami gr. 40 mm i dł. 70 cm z drewna C35, na całą wysokość przekroju, mocowanymi do każdej części płatwi pięcioma śrubami 12 mm. Rozluźnione połączenia wypełnić następnie mieszaniną epoksydową uszczelniając miejsca wycieku mieszaniny (pomiędzy płatwią a przykładką wzmacniającą) kitem węglowym. 4. PODSUMOWANIE Stare obiekty architektury drewnianej w Polsce są w przeważającej części w złym stanie technicznym. Powodem tego stanu rzeczy jest ich niewłaściwa eksploatacja, konserwacja oraz brak remontów. Nierzadko są to obiekty zabytkowe o dużej wartości historycznej, architektonicznej i technicznej. Istnieje zatem konieczność ich bezwzględnej ochrony co jest często, jednak nieskutecznie, podejmowane w literaturze przedmiotu. Opisywane obiekty należy z uwagi na ich wartość historyczną niezwłocznie poddać procesom remontowym, które, zdaniem autorów, w chwili obecnej są również uzasadnione ekonomicznie co wykazały przeprowadzone analizy. LITERATURA [1] Jasieńko J., Połączenia klejowe w rehabilitacji i wzmacnianiu zginanych belek drewnianych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2002. [2] Mielczarek Z., Kurtz K., Problemy konstrukcyjne w budownictwie zabytkowym. II Ogólnopolska Konferencja pt. Architektura ryglowa wspólne dziedzictwo. Szczecin, 1999, 53-64. [3] Rapp P., Zabytkowy kościół szachulcowy w Obornikach Wielkopolskich historia, architektura i stan zachowania. IX Konferencja Naukowo-Techniczna Remo 2000: Problemy remontowe w budownictwie ogólnym i obiektach zabytkowych, Wrocław Szklarska Poręba, 2000, 391-397. DEFECT FINDING, REPAIR AND REINFORCEMENT OF HISTORICAL WOODEN CHURCHES OF A FRAME STRUCTURE Actual technical state of two wooden churches built as framed (raft type) structures has been presented. One such church is located in the Złotów village in the Lower Silesia district, and the other one in Smarchowice Śląskie village (Opole district). A concept of repair, reinforcement of structural members, structural protection and bio-proofing has been proposed. Both churches can be found in the register of historical buildings.