Odspajanie lica fortecznych murów oporowych

 

Mur oporowy należy do najpowszechniej spotykanych elementów przeszkodowych (przeciwszturmowych) w fortyfikacji, szczególnie w okresie nowożytnym. Jego prawidłowy stan techniczny warunkuje często stan dużej części dzieła obronnego (awaria muru powoduje utratę stabilności znajdującego się za nim wału). Widoczne nierzadko w obiektach pozbawionych bieżącej konserwacji, charakterystyczne odspojenie lica murów, szczególnie tych wykonanych z cegły, każą przyjrzeć się procesom, jakie zagrażają temu elementowi konstrukcyjnemu i warunkom jakie należy spełnić by skutecznie je zatrzymać

Kluczowym zagadnieniem dla utrzymania muru oporowego w prawidłowym stanie technicznym jest jego zabezpieczenie od wpływu wody, znajdującej się w przylegającym gruncie. Z jednej strony należy odprowadzić jej nadmiar, aby nie powiększał on ciężaru gruntu utrzymywanego przez mur, z drugiej chronić go przed nasiąkaniem wodą. Środkiem przeciwdziałania pierwszemu zagrożeniu było wykonanie w dolnej części konstrukcji kanałów odpływowych, które odprowadzały wodę na zewnątrz bezpośrednio lub poprzez system drenażowy. Przebiegowi procesu niszczącego związanemu z nasiąkaniem muru przyjrzymy się dokładniej. Zaznaczyć na wstępie należy, że opisany w dalszej części tekstu problem ujawnia się przede wszystkim przy konstrukcjach wykonanych z materiałów porowatych. Przyjrzyjmy się zatem kilku sytuacjom modelowym, ukazującym zjawiska jakie prowadzą do zniszczenia muru.

Sytuacja wyjściowa. Od strony nasypu, mur jest starannie zaizolowany lub posiada zasyp drenujący z odprowadzeniem wody u podstawy. Zasadniczo woda utrzymywana jest w oddaleniu od konstrukcji i odprowadzana na zewnątrz. Ewentualne niewielkie zawilgocenie jest stopniowo odparowywane z powierzchni zewnętrznej muru.

Sytuacja awaryjna. Następuje uszkodzenie warstwy izolacyjnej lub drenażowej. Wilgoć gruntowa wchodzi w styk z wewnętrznym licem muru. Następuje nasączenie muru wodą, penetrującą w kierunku lica zewnętrznego, gdzie następuje jej odparowanie. Dopóki panują temperatury dodatnie brak jest gwałtownych procesów niszczących (o ile nie występuje transport wraz z wodą materiałów krystalizujących, co stanowi osobny problem, nie poruszany w tym opracowaniu).

Po spadku temperatury poniżej zera procesy zachodzące w grubości muru wyglądają następująco: od strony wewnętrznej (na styku z nasypem) mur pozostaje silnie nawodniony, z porami materiału budowlanego całkowicie lub w znacznym stopniu wypełnionymi wodą. Jednocześnie grunt spełnia funkcję izolującą termicznie, co zapobiega zamarzaniu wody w strukturze materiału budowlanego. Od strony zewnętrznej temperatura powietrza powoduje zamarzanie wody w porach, które jednak na skutek stałego odparowywania do otaczającego powietrza nie są wypełnione w stopniu pozwalającym na ich rozerwanie. Na styku opisanych wyżej stref pozostaje jednak płaszczyzna, gdzie grunt nie ogrzewa już w wystarczającym stopniu muru a jednocześnie pory są wypełnione poza krytyczną objętość. Następuje tam zamarznięcie wody, rozsadzenie porów i po pewnej ilości tego typu cyklów, odspojenie całej partii lica.

Schemat działania niszczącego (mrozowego). Wody opadowe lub roztopowe nasączają grunt wału (1). W obszarze uszkodzonej izolacji, napierająca woda (2) nasącza mur oporowy. Od strony wewnętrznej konstrukcja pozostaje silnie zamoczona (3), pozostając jednocześnie w strefie temperatury dodatniej (+), wynikającej z ciepłoty gruntu. Zewnętrzne lico ściany (4) pozostaje słabo nawodnione na skutek odparowywania wilgoci do otaczającej atmosfery (5). Na styku stref (3) i (4) pozostaje obszar wystarczająco silnie nawodniony i pozostający w strefie temperatur ujemnych (-), w którym koncentrują się działania niszczące, powodujące odspojenie zewnętrznej partii muru.

 

Historyczne sposoby radzenia sobie z zagrożeniem i przyczyny awarii.

Środkiem zabezpieczającym przed wystąpieniem opisanego wyżej zjawiska niszczącego, było stosowanie wspomnianych wcześniej izolacji przeciwwodnych i drenaży od strony nasypu ziemnego a także wykonywanie całych murów lub przynajmniej ich oblicowań wewnętrznych z materiałów o niskiej nasiąkliwości (np. wapieni krystalicznych). Należy przy tym zaznaczyć, że pod pojęciem „izolacji przeciwwodnych” kryją się zarówno różnego rodzaju masy bitumiczne jak i odpowiednio wykonane warstwy słabo przepuszczalnych gruntów (np. iłu). Te ostatnie pozostawały szczególnie narażone na uszkodzenie przez korzenie wtórnie wyrosłych w pobliżu drzew i krzewów lub prace budowlane, prowadzone bez zrozumienia działania pierwotnego rozwiązania budowlanego. Z kolei brak bieżącej konserwacji (oczyszczania) systemów drenażowych, mógł prowadzić do ich niedrożności i zaprzestania spełniania swojej funkcji.

Fort nr 51 "Rajsko" twierdzy Kraków. Zniszczenia mrozowe będące skutkiem uszkodzenia izolacji przez korzenie drzewa, wyrosłego na styku z murem oporowym.

 Wnioski:

1.      Warunkiem trwałości przedmiotowych konstrukcji jest ich bieżąca konserwacja, odpowiadająca zastosowanym dla jej ochrony historycznym rozwiązaniom technicznym. Obejmuje to niedopuszczanie do wzrostu drzew i krzewów w pobliżu murów oraz regularną kontrolę i udrażnianie otworów odpływowych czy systemów drenażowych,

2.      Dopuszczenie do uszkodzenia warstw izolacyjnych, na przykład poprzez pojawienie się zieleni wysokiej i średniej w pobliżu murów oporowych, powoduje, że należy liczyć się z wystąpieniem opisanych wyżej zjawisk, skutkujących koniecznością wykonywania poważnych, kosztownych napraw,

3.      Wystąpienie opisanego zjawiska odspajania warstwy licowej muru wskazuje na rodzaj problemu z jakim mamy do czynienia oraz miejsce jego występowania po zakrytej części muru. W zależności od skali problemu, zjawisko może mieć charakter punktowy, powierzchniowy lub liniowy,

4.      Rozwiązaniem problemu jest przede wszystkim likwidacja jego przyczyny, czyli przywrócenie sprawnego działania warstw izolacyjnych lub drenujących od strony nasypu. Dopiero w kolejnym etapie można rozpocząć naprawy lica. Próba naprawy zniszczonego lica bez usunięcia problemu (zamakania muru od strony nasypu) pozostanie kosztownym, lecz bezskutecznym działaniem. Po pewnym czasie zjawisko niszczące ponownie da o sobie znać, skutkując zniszczeniem wykonanych prac.

"Bastion III" twierdzy Kraków. Katastrofa budowlana wywołana osłabieniem muru oporowego po wcześniejszym odpadnięciu jego warstwy licowej (widoczne w prawej części zdjęcia).