Причини природного руйнування будівель загалом

Причини руйнування будівель та пам'ятників можна розділити на дві великі групи:

Перша – руйнація внаслідок цілеспрямованих, спланованих дій людини – вандалізм, господарська діяльність, наукові дослідження.

Друга — руйнація внаслідок бездіяльності людини — руйнація під впливом природних причин — клімату, води, вітру, сонця, зрушень ґрунту, вібрації, біологічних об'єктів тощо.

Причини першої групи гранично конкретні та зрозумілі. Питання, пов'язані з ними, можуть цікавити психологів, економістів, культурологів, політиків тощо. Їхнє обговорення знаходиться за рамками справжньої роботи.

Природні причини, навпаки, становлять великий інтерес, оскільки своєчасний їх облік дозволяє продовжити термін життя будівлі та скоротити витрати на догляд за нею.

До першої належать:

1) деформації, пов'язані з внутрішньою, спочатку закладеною пороком конструкції або системи «основа – пам'ятка»;

2) деформації, спричинені дією зовнішніх, вторинних непередбачених чинників.

Причинами деформацій у першій групі можуть бути:

- недостатньо стійка природна або штучна основа - фундамент - лісовий грунт, мул, просадні і пучинисті грунти, зроблені з колод розподільні подушки, дерев'яні палі, різна органіка;

- зсувний, карстовий, затоплюваний або сейсмічно активний характер ділянки стародавнього будівництва. наявність джерел, близький рівень ґрунтових вод;

— слабкий (пухкий, дрібно закладений тощо) фундамент споруди, непропорційна навантаженням площа стрічкових та стовпчастих фундаментів у різноманітних спорудах, наприклад у храмах хрестово-купольноїсистеми.

- Бічний тиск грунту в підпірних стінках, засипних цоколях, підвальних і ступінчастих конструкціях;

- Недостатня загальна просторова жорсткість будівель (великі прольоти і довжина споруди, будівлі з високорозташованим центром ваги мас); великий ступінь стиснення елементів-колон, що збільшує схильність до деформації стін та склепінчастих перекриттів;

— слабкий чи незамкнений каркас та зв'язки;

- Несприйнятий розпір арочно-стійкових систем і склепінчастих перекриттів;

- нераціонально розподілене або надмірне навантаження на перекриття; не відцентроване навантаження вертикальних несучих конструкцій;

- використання слабкого - тріщинуватого або нестійкого до агресивних впливів будівельного матеріалу (погано обпалена цегла, сира деревина, взагалі матеріал, що має міцність нижче за розрахункову);

- нераціональна орієнтація блоків анізотропного, наприклад, шаруватого матеріалу;

- Нерегулярний характер кладки;

— несприятливий руйнівний режим роботи деяких міцних будівельних матеріалів, наприклад новгородського залізистого вапняку, у фундаментних конструкціях, що руйнуються в агресивному ґрунтовому середовищі, або елементів металевого каркасу зв'язків, що корродують у вапняному гігроскопічному розчині старої кладки;

- нераціональна форма покрівельних поверхонь, що утруднює водосток і затримує сніг, недосконала гідроізоляція, що сприяє намоканню та розморожуванню кладки конструкцій перекриття (позакомарні покриття, ступінчасті покрівлі з кокошниками, плоскі покрівлі відкритих галерей, сходові майданчики, балкони та ін.);

- Відсутність деформаційних і будівельних швів в рівнооб'ємних, витягнутих або різночасних спорудах.

Непрямими причинами деформацій,зокрема, є:

- Зміна гідрогеологічних умов ділянки пам'ятника в результаті обводнення або осушення території, коли зменшується несуча здатність основи (зниження сил зчеплення водонасиченого грунту, гниття дерев'яних паль та іншої органіки, утворення карстових порожнин, засолення грунту);

- Риття, котлованів, бомбосховищ, прокладання різних комунікацій або ліній метрополітену поблизу пам'ятників; будову глибоких підвалів та колодязів усередині існуючих будівель, що призводять до порушення балансу сил, що діють у шарі ґрунту, та його переміщенні;

— недотримання технології підведення фундаментів; - Прибудова до пам'ятника додаткових обсягів з великим заглибленням фундаментів або значним навантаженням на основу;

- Будівництво поряд з пам'ятником споруд, що надають на нього бічне тиск;

- перепланування та перебудова будівель зі зміною початкової робочої схеми (розтеска та закладка прорізів; заміна склепінних перекриттів плоскими; розбирання існуючих перекриттів або пристрій додаткових; демонтаж повітряних зв'язків, розбирання контрфорсів та контрфорсуючих пристроїв);

- Зміна (збільшення, перенесення) експлуатаційного навантаження;

- вібраційний вплив транспорту, забиття та занурень паль, робота двигунів, генераторів та вентиляторів усередині будівлі; використання механізмів ударно-обертального буріння для влаштування шпурів та свердловин ін'єкційного зміцнення кладки;

- Дефекти покрівель, водостоків, вимощення; протікання водопроводу та каналізації;

- Порушення оптимального температурно-вологісного режиму пам'ятника;

- усушка деревини, обминання вузлів стрижневих дерев'яних та комбінованих систем;

— неорганізоване скидання відходів хімічних тапереробних підприємств, забруднення повітря різними сполуками, що активно руйнують будівельний матеріал пам'ятників.

Представлена класифікація пошкоджень за групами полегшує аналіз та оцінку стану конкретного об'єкта в польових умовах обстеження, оскільки дозволяє впорядкувати інтерпретацію досить хаотичного набору ознак з урахуванням масиву перевірених і багаторазово апробованих типових ситуацій пошкодження.

Мал. 8. Схема деформації ґрунтів основи стародавніх будівель із зміною гідрологічних умов при міграційному підтопленні фундаментів підземними водами верховодки[9]:

Виходячи із зовнішнього вигляду, деформацій можна виділити:

Вертикальні - пов'язані з осіданням фундаментів та окремих конструкцій або частин, будівлі, усадка та роздавлювання кладки, зминання та усушка дерев'яних несучих елементів; руйнування основних або тимчасових конструкцій, що підтримують;

Горизонтальні — зумовлені зсувом фундаментів і частин пам'ятника, зміщенням п'яти окремих склепінь, арок та розпірних систем, розповзанням кроквяних ніг при втраті затяжок, розшаруванням кладки при корозії заставного металу, температурними деформаціями.

Згинальні – у разі невідцентрованого навантаження відбувається викривлення стійок, тонких стін та інших елементів, прогини балок та плит перекриттів, провиси поясів ферм, місцеві викладання кладки склепінь.

Змішані — поєднання кількох видів деформацій.

З кожним видом деформації пов'язані характерні зовнішні ознаки - ушкодження - розкриття тріщин або швів, розрив зв'язків, утворення зазорів у вузлах ферм і т.п. Складнідеформації просторових конструкцій супроводжуються іноді розкриттям на фасадах і в інтер'єрі цілої системи по-різному орієнтованих тріщин, що вказують на стадійність процесу або «супідрядність» елементів, що сходяться в деформаційному блоці [10].

На рис. 9 зображено ряд пошкоджень кам'яної будівлі, які можуть бути зафіксовані неозброєним оком та є характерними ознаками деформації та руйнування окремих конструктивних елементів будівлі.

Мал. 9. Візуальний вияв деформації будівлі.

1 - стадії просідання кутової та кінцевої частини суцільної стіни.

2 - послідовне просідання середньої частини стіни.

3 — просідання кута та середньої частини стіни будівлі.

4 - просідання колони арочно-стійкової системи.

5 - просідання центрального модуля церкви хрестово-купольної системи.

6 - усадка розчину арочної перемички.

7 - рух п'яти підпружної арки.

8 - переміщення п'яти склепіння міжповерхового перекриття.

9 - відшарування та випукування лицьової кладки при перевантаженні пілону.

Представлені матеріали показують, що питання про механізми та причини природного руйнування кам'яних будівель ретельно вивчалося і докладно описано в деталях.

Тим не менш, потрібно враховувати, що в даний час відбувається швидка зміна номенклатури матеріалів, що застосовуються у будівництві та технології виконання робіт. Тому багато висновків, зроблені на основі аналізу поведінки старих будівель, до новобудов будуть незастосовні. Крім цього в останні кілька десятиліть відбувалося інтенсивне забруднення навколишнього природного середовища шкідливими хімічно високоактивними речовинами, що не могло не вплинути на швидкість руйнування будівельних матеріалів.

В останні роки велика увага була приділена вивченню впливу біологічних об'єктів на збереження кам'яних споруд. З'ясувалося, що біологічні ушкодження відбуваються настільки швидко, що ними в жодному разі не можна нехтувати.

Слід зазначити також, що природно руйнація, як було продемонстровано, починається з появи дрібних ушкоджень. Тому процес розвивається порівняно повільно і це різко відрізняється від руйнації під впливом інших чинників.

Аналізу руйнування присвячена велика література: — Методичні рекомендації щодо екологічного моніторингу нерухомих об'єктів культурної спадщини, підготовлені українським науково-дослідним інститутом культурної та природної спадщини імені Д.С. Лихачова української Академії наук[11]

- Робота Д.С. Лихачова Руйнування пам'яток архітектури[12]

- Робота «Види дефектів у конструкціях та причини їх виникнення»[13]

- Ряд статей у Бюлетені НИПЦ Генплана Санкт-Петербурга, № 4, 2008 [14]