Metodyka wzmacniania murowanych sklepień

Naprawa sklepień – kiedyś i dziś

Zarysowania murowanych sklepień powstają na skutek pojawienia się w murze sklepienia naprężeń rozciągających, co może wystąpić na skutek osiadania stref podparcia lub pod wpływem eksploatacji górniczej [1–7]. Istnieją różne sposoby wzmocnień murowanych sklepień [8–11].

W przeszłości najczęściej stosowanym sposobem wzmacniania tego typu konstrukcji było wykonanie żelbetowej opaski. Niestety szczelne zamknięcie muru żelbetem może doprowadzić do zmian bilansu wilgotnościowego w sklepieniu i w konsekwencji do jego uszkodzenia. Stosowano również iniekcję powstałych zarysowań przy pomocy żywicy epoksydowej (FOT. 1–2).

Wzmocnienie takie może być skuteczne pod warunkiem występowania w sklepieniu ściskań, czyli ustania spływów powodujących powstanie zarysowania. W przypadku występowania rozciągań lub zginania obok naprawy często pojawiają się nowe rysy.

Obecnie stosuje się nowocześniejsze metody wzmocnień zabytkowych konstrukcji, do których zalicza się zszycia zbrojeniem, naprawy powierzchniowe oraz wykonanie dodatkowych konstrukcji wzmacniających. Zarówno przy wzmacnianiu, jak i naprawie konstrukcji murowanych konieczne jest uwzględnienie wielu czynników, gdyż jest to trudne zagadnienie [12–13].

Aby prawidłowo zaprojektować i skutecznie wykonać naprawę uszkodzonej konstrukcji, projektant musi indywidualnie przeanalizować stan awarii konstrukcji. Powinien dogłębnie zapoznać się z historią obiektu i określić, jaką rolę pełnił obiekt w przeszłości oraz jakie obciążenia wiązały się ze sposobem jego użytkowania.

Efektem poznania historycznych sposobów budowy konstrukcji wraz ze znajomością nowoczesnych technik wzmacniania konstrukcji może być przywrócenie uszkodzonym sklepieniom pierwotnych właściwości w zakresie sztywności i nośności [2, 14–18].

Przed przystąpieniem do wykonania naprawy uszkodzonego sklepienia ważne jest, aby wyeliminować lub zminimalizować przyczyny powstałych uszkodzeń. Po spełnieniu tego warunku można przejść do ustalenia sposobu naprawy, który jest zależny od skali problemu [19–20].

Zszywanie konstrukcji jako sposób wzmocnienia

Jednym z głównych sposobów naprawy rys powstałych na sklepieniu jest zszycie rys przy pomocy zbrojenia. Metoda ta polega na wykonaniu bruzdy oraz wklejeniu pręta zbrojeniowego. Zszycie takie może być wykonane ukośnie wzdłuż grubości sklepienia (RYS. 1) lub prostopadle do rysy (RYS. 2).

Rozwiązanie widoczne na pierwszym rysunku stosowane jest przy małych rozwarciach rys. Drugie rozwiązanie wymaga instalacji zbrojenia z jednej lub z dwóch stron (od góry i dołu), w zależności od grubości sklepienia. W tym przypadku często wykorzystywane jest systemowe zbrojenie spiralne lub spiralne kotwy.

Skuteczność tego rozwiązania została potwierdzona w licznych badaniach [21–25]. Zszycie rys najczęściej jest stosowane w kolebkach sklepień kolebkowych lub wysklepkach sklepień z żebrami. Jest to spowodowane koniecznością zakotwienia zbrojenia. Żebra są czasami też naprawiane przez zszycie równolegle do kierunku ich pracy.

Sklepienia naprawiane metodą zszywania często są łączone z iniekcją powstałych rys. Stosowanie iniekcji siłowej oraz zszywania rys jest jak najbardziej stosowne, jednak warto pamiętać o sztywności takiego połączenia.

Łączenie zwykłych prętów wraz z żywicą stosowaną w iniekcjach tworzy połączenie sztywne. Może to zaszkodzić naprawianej konstrukcji, dlatego też zaleca się stosować zbrojenie spiralne i systemowe zaprawy, które pozytywnie wpływają na sztywność starej konstrukcji i pozwalają na minimalne przemieszczenia w rysie [23]. Na FOT. 3–5 pokazano różne sposoby naprawy zarysowań sklepień przy pomocy zszycia rys.

Wzmocnienia powierzchniowe

Zastosowanie wzmocnienia powierzchniowego polega na utworzeniu konstrukcji zespolonej muru z cienką warstwą wzmacniającą. Najczęściej jest to kilkucentymetrowa warstwa z dodatkowym zbrojeniem niemetalicznym, układana na górnej lub dolnej powierzchni uszkodzonego sklepienia [16, 17, 19, 26–28].

Istnieje kilka typów warstw wzmacniających. Jedną z nich jest laminat FRP (fibre reinforced polimer lub fiber reinforced plastic), czyli materiał kompozytowy wykonany z żywic (np. epoksydowej, poliestrowej, winyloestrowej) ze zbrojeniem w postaci siatek z włókien węglowych (CFRP – carbon fiber reinforced polymer), szklanych (GFRP – glass fiber reinforced polymer), aramidowych (AFRP – aramid fiber reinforced polymer) lub innych.

Drugą opcją jest materiał kompozytowy na matrycy cementowej FRCM (fiber reinforced cementitious matrix), gdzie zamiast na żywicy podobne zbrojenie układa się na modyfikowanej zaprawie cementowej.

Wzmocnienia powierzchniowe są zwykle stosowane w przypadku, gdy liczba rys na powierzchni sklepienia jest znaczna oraz ich charakter jest nieregularny. Wzmocnienie powierzchniowe wykonuje się również w przypadku konieczności wzmocnienia lub zwiększenia nośności sklepienia. W większości wzmocnienie jest wykonywane od góry sklepienia (RYS. 3), gdyż od dołu zwykle jest tynk, a czasem polichromie. W badaniach [8, 21, 25, 29, 30] została potwierdzona skuteczność takich napraw.

Przy wzmacnianiu sklepień za pomocą laminatów FRP ważne jest, aby podłoże było całkowicie czyste, mocne, równe oraz suche. Należy pamiętać, że żywice nie krystalizują się w obecności wody. Konieczne jest też pozbycie się pozostałości tynków, zasypek i innych zanieczyszczeń występujących na sklepieniu.

Obecność wyżej wymienionych resztek znacząco obniży skuteczność działań naprawczych. Niewątpliwie jest to poważna wada metod naprawczych wykorzystujących FRP, gdyż trudno jest idealnie spełnić wszystkie wyżej wymienione warunki. Kolejną istotną wadą metod wzmacniania FRP jest znaczący spadek swoich właściwości podczas pożaru. Spadek ten jest spowodowany brakiem odporności żywic na wysoką temperaturę.

Przewagą metody FRCM w stosunku do wzmocnień z użyciem FRP jest lepsze chemiczne dopasowanie, a także brak konieczności wyrównywania powierzchni czy jej bardzo dokładnego czyszczenia. W metodzie FRCM nie jest też wymagane suche podłoże, a wręcz w niektórych systemach zalecane jest zwilżenie powierzchni przed nałożeniem zaprawy.

Naprawa sklepienia ogranicza się do ułożenia pierwszej warstwy zaprawy, wtopienia w nią siatki, a następnie ułożenia kolejnej warstwy zapraw. Grubość gotowej warstwy wynosi 1–4 cm. Wytrzymałość wzmocnienia kompozytami FRCM jest niższa niż wytrzymałość laminatów FRP, jednak warto pamiętać, że nie zawsze konieczne jest aż tak znaczne zwiększenie nośności sklepienia. FOT. 6 ukazuje przykład naprawy żeber sklepienia systemem FRCM.

Na FOT. 7–8 pokazano przykłady wzmocnienia kompozytem FRCM sklepienia krzyżowego (żeber i jednej wysklepki) wykonanego z cegły dziurawki. Jak widać, stan sklepień był zły. Występowały liczne zarysowania oraz luźne fragmenty konstrukcji muru, szczególnie żeber. Z kolei na FOT. 9–12. naprawy sklepień systemem FRCM (wtapianie siatki z włókien węglowych i wzmocnione żebra).

Zastosowanie dodatkowej konstrukcji wzmacniającej

Zastosowanie dodatkowej konstrukcji wzmacniającej wynika najczęściej z konieczności przeniesienia dodatkowych, spodziewanych sił w sklepieniu. Przykładem takiego rozwiązania może być sposób wzmocnienia przez nadbetonowanie żeber i utworzenie nad żebrem istniejącym nowego wzmacniającego żebra żelbetowego. Betonowanie nawet małych żeber na sklepianiach kościoła powoduje zwykle znaczne trudności wykonawcze, szczególnie w transporcie mieszanki betonowej na dużą odległość i wysokość.

W celu wyeliminowania tych trudności w kościele w Rudzie Śląskiej przyjęto, że żebra składać się będą częściowo z elementów prefabrykowanych w kształcie kostek z wykształconymi otworami do przeprowadzenia prętów zbrojenia oraz ze specjalnie ukształtowanymi powierzchniami do zakotwienia betonu monolitycznego. Widok i wymiary kostki pokazano na RYS. 4 i FOT. 13.

Przyjęto, że kostki będą układane w rozstawie osiowym co 32 cm, a przestrzenie między kostkami zostaną wypełnione betonem monolitycznym. W strefach tych wykonane zostaną również zakotwienia do istniejącego żebra. Na FOT. 14–15 pokazano sposób wzmocnienia żeber sklepień, przez utworzenie nad istniejącymi żebrami półprefabrykowanego żebra żelbetowego.

Podsumowanie

Istnieje wiele sposobów wzmacniania murowanych sklepień. O sposobie naprawy powinien decydować projektant na podstawie szczegółowej analizy historii obciążenia, warunków podparcia i zakresu uszkodzeń sklepienia. Do każdej konstrukcji należy podchodzić indywidualnie

Literatura

 1. A. Baratta, O. Corbi, „The static behavior of historical vaults and cupolas” („Zachowanie statyczne historycznych sklepień i kopuł”), „Wiadomości Konserwatorskie” 32/2012, s. 65–81.
 2. Ł. Drobiec, „Metody wzmocnienia murowanych sklepień”, „Materiały Budowlane” 5/2017, s. 6–7.
 3. Z. Janowski, Ł. Hojdys, P. Krajewski, „Uszkodzenia oraz analiza statyczna wpływu zasypki na pracę sklepień ceglanych”, VII Konferencja Naukowo-Techniczna „Inżynieryjne problemy odnowy staromiejskich zespołów zabytkowych”, Kraków 2006.
 4. J. Jasieńko, T. Łodygowski, P. Rapp, „Naprawa, konserwacja i wzmacnianie wybranych, zabytkowych konstrukcji ceglanych”, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2006.
 5. L. Małyszko, R. Orłowicz, „Konstrukcje murowe. Zarysowania i naprawy”, Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko­‑Mazurskiego, Olsztyn 2000.
 6. R. Nowak, R. Orłowicz, „Nośność stref podporowych wybranych sklepień ceglanych”, „Przegląd Budowlany” 11/2018, s. 38–40.
 7. R. Nowak, R. Orłowicz, „Selected problems of failures and repairs of historic masonry vault”, MATEC Web of Conferences 284:05008, 2019.
 8. Ł. Hojdys, P. Krajewski, „Badania doświadczalne wzmocnionego i niewzmocnionego sklepienia z zasypką”, „Wiadomości Konserwatorskie” 32/2012, s. 105–108.
 9. E. Masłowski, D. Spiżewska, „Wzmacnianie konstrukcji budowlanych”, Arkady, Warszawa 2014.
10. L. Rudziński, „Konstrukcje murowe. Remonty i wzmocnienia”, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2006.
11. B. Stawiski, „Konstrukcje murowe. Naprawy i wzmocnienia”, Polcen, Warszawa 2014.
12. R. Ciesielski, „O pomiarze, opisie i interpretacji rys w konstrukcjach murowych – wskazówki instrukcyjne”, „Przegląd Budowlany” 11/1987, s. 481–485.
13. R. Ciesielski, „Obciążenia wyjątkowe budowli zabytkowych”, IV Konferencja Naukowo-Techniczna „Inżynieryjne Problemy Odnowy Staromiejskich Zespołów Zabytkowych Rew-Inż.”, Kraków 1998, t. 1, s. 135–148.
14. Z. Janowski, Ł. Hojdys, P. Krajewski, „Analiza oraz naprawa i rekonstrukcja sklepień w obiektach historycznych”, XXIII Konferencja Naukowo-Techniczna „Awarie Budowlane 2007”, Szczyrk–Międzyzdroje 23–26 maja 2007, s. 251–260.
15. Z. Janowski, „Remonty i wzmacnianie murów oraz sklepień w obiektach zabytkowych”, XIII Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Ustroń 25–27 lutego 1999, t. 1, cz. 1, s. 223–252.
16. J. Jasieńko, Ł. Bednarz, „Innowacyjne technologie wzmacniania historycznych łuków i sklepień ceglanych”, „Materiały Budowlane” 2/2009, s. 23–26.
17. J. Jasieńko, Ł. Bednarz, „Metody wzmacniania zabytkowych sklepień ceglanych akceptowalne z punktu widzenia doktryny konserwatorskiej”, „Wiadomości Konserwatorskie” 23/2008, s. 104–113.
18. A. Rzeszotarski, R. Orłowicz, R. Nowak, „Przyczyny uszkodzeń i naprawa wybranych zabytkowych sklepień ceglanych”, „Wiadomości Konserwatorskie” 26/2009, s. 260–269.
19. Ł. Drobiec, „Naprawa rys i wzmocnienia murowanych ścian”, XXX Jubileuszowe Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji, Szczyrk 25–28 marca 2015, t. 1, s. 323–398.
20. Ł. Drobiec, „Przyczyny uszkodzeń murów”, XXII Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Szczyrk 7–10 marca 2007, t. 1, s. 105–147.
21. A. Carini, F. Genna, „Stability and strength of old masonry vaults under compressive longitudinal loads: Engineering analyses of a case study”, „Engineering Structures” 40/2012, s. 218–229.
22. Ł. Drobiec, R. Jasiński, J. Kubica, „Strengthening of cracked compressed masonry using different types of reinforcement located in the bed joints”, „ACEE Architecture, Civil Engineering, Environment” 4/2008, s. 39–48.
23. Ł. Drobiec, „Efektywność naprawy muru przez zszycie rys”, „Inżynieria i Budownictwo” 3/2016, s. 123–125.
24. J. Kubica, Ł. Drobiec, „Zasady obliczania wzmocnień konstrukcji murowych”, XIII Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Ustroń 25–27 luty 1999, t. 1, cz. 2, s. 73–115.
25. R. Nowak, „The problem of maintenance of historical arched lintels”, 10th International Conference on Structural Analysis of Historical Constructions, 2016.
26. A. Barbieri, G. Mantegazza, A. Gatti, „Wzmacnianie ścian murowanych za pomocą laminatów z włókna węglowego z matrycą cementową FRCM”, „Materiały Budowlane” 2/2006, s. 26–28.
27. Ł. Bednarz, M. Jackiewicz, G. Wojciechowska, M. Rutkowski, „Możliwość aplikacji kompozytów FRCM w żelbetowych obiektach historycznych”, „Materiały Budowlane” 11/2016, s. 136–139.
28. G. Mantegazza, „Efficacy of FRCM in earthquake – proofing of the Church of Madonna di Centurelle (L’Aquila – Italy)” („Efektywność materiałów FRCM w przypadku trzęsień ziemi – zabezpieczenie kościoła Madonna di Centurelle (L’Aquila we Włoszech)”), „Wiadomości Konserwatorskie” 26/2009, s. 159–165.
29. Ł. Bednarz, „Praca statyczna zabytkowych, zakrzywionych konstrukcji ceglanych poddanych zabiegom naprawy i wzmacniania”, praca doktorska, Politechnika Wrocławska, 2008.
30. Ł. Drobiec, „Renowacje konstrukcji obiektów zabytkowych. Systematyka – uszkodzenia – naprawy. Część II”, Archmedia, Warszawa 2019.
31. J. Adamski, „Sklepienia pseudopoligonalne w architekturze gotyckiej. Studium z dziejów architektonicznego iluzjonizmu”, Towarzystwo Naukowe Societas Vistulana, Kraków 2013.
32. R. Ahnert, K.H. Krause, „Typische Baukonstruktionen von 1860 bis 1960“, Beuth Verlag GmbH, 7 Auflage, Band 3, Berlin–Wien–Zürich 2014.
33. G.A. Breymann, H. Lang, „Allgemeine Bau-konstructions-lehre mit besonderer Beziehung auf das Hochbauwesen II Teil. Konstruktionen in Holz”, Verlag von Gusaw Weise, Stuttgart 1868.
34. Ł. Drobiec, T. Niemiec, M. Kawulok, L. Słowik, L. Chomacki, „Sposób wzmocnienia budynku kościoła w aspekcie projektowanej eksploatacji górniczej”, „Awarie budowlane. Zapobieganie, diagnostyka, naprawy, rekonstrukcje”, monografia, red. M. Kaszyńska, Wydawnictwo Uczelniane Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego, Szczecin 2019, s. 291–294.
35. Ł. Drobiec, T. Niemiec, M. Kawulok, L. Słowik, L. Chomacki, „The method of strengthening the church building in terms of the planned mining exploitation”, ICSF 2019, MATEC Web of Conferences 284, 05003, 2019.
36. Ł. Drobiec, „Renowacje konstrukcji obiektów zabytkowych. Systematyka – uszkodzenia – naprawy. Część I”, Archmedia, Warszawa 2018.
37. Z. Janowski, Ł. Hojdys, P. Krajewski, „Sklepienia murowane. Klasyfikacja, ocena stanu technicznego i nośności, sposoby napraw”, XXX Jubileuszowe Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji 2015, t. 1, s. 77–112.
38. Z. Janowski, „Przyczyny zawalenia sklepień i problemy związane z ich odbudową”, XII Konferencja Naukowo-Techniczna, Szczecin–Międzyzdroje 2005.
39. Z. Janowski, „Analiza sklepień w obiektach zabytkowych”, XI Konferencja naukowo-techniczna „Problemy remontowe w budownictwie ogólnym i zabytkowym” REMO 2004, Wrocław–Kliczków 2004.
40. S. Karczmarczyk, S. Jurczakiewicz, „Zabezpieczenie historycznych sklepień przed deformacjami pochodzącymi od rozporu”, „Czasopismo Techniczne” 2-B, Zeszyt 9, 2009, s. 163–174.
41. R. Nowak, R. Orłowicz, „Wzmocnienia sklepień ceglanych. Wybrane zagadnienia”, „Inżynier Budownictwa”, 2017.
42. R. Orłowicz, L. Małyszko, J. Kindracki, „Morfologia uszkodzeń ścian i elementów wykończenia w konstrukcjach murowych”, XIV Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Ustroń, 1999, t. 1, cz. 2, s. 167–192.
43. Z. Pająk, „Stan zachowania sklepień „Rabitza” w wybranych obiektach zabytkowych”, „Wiadomości Konserwatorskie” 26/2009, s. 574–583.
44. J. Sas-Zubrzycki, „Sklepienia polskie”, Księgarnia Naukowa, Lwów 1926.
45. M. Sieczkowski, J. Szołomicki, „Metody obliczeń statyczno­‑wytrzymałościowych sklepień w budowlach gotyckich”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1999.
46. C. Stewart, „Gothic Architecture”, Longmans 1964.
47. J. Tajchman, T. Najder, „Cement, beton i żelbet w zabytkach architektury – wady i zalety (wprowadzenie do problematyki konserwatorskiej”, XXI Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Szczyrk, 8–11 marca 2006, t. 3, s. 145–213.
48. M. Ullrich, „Projektowanie układów nośnych w odnawianych budynkach zabytkowych”, IV Konferencja Naukowo­‑Techniczna „Inżynieryjne Problemy Odnowy Staromiejskich Zespołów Zabytkowych REW-INŻ.”, Kraków 1998, t. 2, s. 31–40.
49. G. Ungewitter, „Lehrbuch der Gotischen Konstruktionen. Leipzig 1901.
50. A. Wyrobisz, „Budownictwo murowane w Małopolsce w XIV i XV w. Studia z dziejów rzemiosła i przemysłu”, t. 3, Instytut Historii i Kultury Materialnej Polskiej Akademii Nauk, Wrocław–Warszawa–Kraków 1963.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!