Mechanika muru historycznego obciążonego z płaszczyzny - Szyszka, Marcin (Out-of-plane behaviour of historic, 2022)
Zrozumienie pracy jakościowej oraz ilościowej murów obciążonych z płaszczyzny jest kluczowym aspektem określania odporności obiektów historycznych na obciążenia sejsmiczne. W dalszej kolejności pozwoli to na poprawny dobór metod wzmacniania i szacowania ich wpływu na nośność muru i obiektu. Ważkość tych zagadnień podkreśla fakt, iż wiele centrów europejskich miast o charakterze historycznym zlokalizowanych jest w strefach sejsmicznych – przykładowo Asyż, Lizbona, Ateny, Split. Biorąc pod uwagę fakt, iż mury historyczne cechują się znaczną różnorodnością technik wznoszenia oraz stosowanych materiałów, ich analiza wymagausystematyzowanego podejścia badawczego. W pracy analizowano następujące cechy murów historycznych: brak zaprawy lub obecność zaprawy o słabej jakości/zaprawy zwietrzałej, wielowarstwowość (tutaj mur dwuwarstwowy) oraz obecność więzów (połączeń) międzywarstwowych. Ponadto analizowano wpływ obecności więzi zewnętrznych oraz jakości ich realizacji. Mury były reprezentowane przez modele wykonane w skali 1:10. Bloczki otrzymano z proszku gipsowego z wykorzystaniem druku 3D. Modele badano z wykorzystaniem równi pochyłej oraz stołu wstrząsowego. W celu uchwycenia pracy jakościowej, a także przeprowadzenia analiz ilościowych, próby rejestrowano kamerą wysokich prędkości (500 klatek/sekunda). Zapisy wideo przetwarzano z wykorzystaniem oprogramowania umożliwiającego śledzenie obiektów. Na równi zbadano 57 modeli o zróżnicowanej charakterystyce. Na podstawie badań zidentyfikowano możliwe schematy zniszczenia oraz ich mnożniki. Otrzymane wyniki skonfrontowano z predykcjami teoretycznymi. Na stole wstrząsowym zbadano 9 modeli obciążając je pojedynczymi impulsami typu sinus. Teoretyczne zachowanie modeli przybliżano z wykorzystaniem równania ruchu bloku sztywnego podlegającego kołysaniu. Otrzymane wyniki doświadczalne wykorzystano do analizy metod szacowania nośności murów przedstawionych w normie włoskiej i nowozelandzkiej. Posłużyły również do analizy probabilistycznych modeli zapotrzebowania sejsmicznego oraz przeprowadzenie tak zwanej analizy. Najistotniejsze wnioski sformułowane na podstawie badań i analiz są następujące: - zastosowanie bloczków drukowanych może być tańszą, a także mniej pracochłonną alternatywą dla testów w skali wykonywanych za pomocą elementów z materiałów skalnych; - analiza wielowarstwowych murów historycznych wymaga rzetelnej oceny stanu oraz uwzględnienia wszystkich cech przekroju, a także rozważenia dwóch lub więcej mechanizmów zniszczenia dla danego elementu; - nadrzędną rolę dla nośności murów z płaszczyzny pełni ich integralność oraz smukłość (pionowa i pozioma), parametry wytrzymałościowe są drugorzędne; - optymalne metody wzmacniania murów tego typu to pręty kotwiące oraz łączniki międzywarstwowe. Są to również metody zgodne z doktryną konserwatorską; - badania potwierdziły, iż stosowanie analizy sił do określania nośności murów historycznych o niskiej jakości jest podejściem zasadnym; brak integralności tych murów utrudnia wykorzystanie rezerwy przemieszczeniowej muru po aktywacji mechanizmu; - wyznaczając nośność filarów i kolumn na obciążenia dynamiczne, należy uwzględniać niekorzystny wpływ smukłości w obu płaszczyznach; - ocena odporności muru na obciążenia sejsmiczne tylko na podstawie oględzin może prowadzić do błędnych wniosków; - stosując analizę sił i przemieszczeń należy mieć na uwadze, iż przyjęte mechanizmy zniszczenia mogą być dalekie od rzeczywistych – wskazują na to otrzymane schematy zniszczenia dla identycznych modeli na równi pochyłej oraz stole wstrząsowym; - probabilistyczna analiza wrażliwości wykazała, iż najefektywniejsze są krzywe, które opierają się o miary intensywności powiązane z przyspieszeniem podłoża; - analiza otrzymanych danych ze stołu wstrząsowego potwierdziły, iż zjawisko kołysania zachodzące w murach, ma potencjał w zastosowaniach inżynierskich, przy wykorzystaniu narzędzi probabilistycznych; analizy eterministyczne mogą prowadzić do błędnych wniosków.
Keywords: mur dwuwarstwowy; mur suchy; bloczki gipsowe; równia pochyła; stół wstrząsowy; schemat zniszczenia