Diament Innowacji dla UPWr

Wrocławski kościół pw. św. Stanisława, św. Doroty i św. Wacława ma największą więźbę gotycką w Polsce – drewniana konstrukcja świątyni, mierząca blisko 24 metry, czyli mniej więcej tyle, co 8-piętrowy budynek mieszkalny, powstała około 1400 roku, przeszła dwa poważne remonty na początku wieków XIX i XXI i szczęśliwie nie ucierpiała wskutek żadnego pożaru czy wojny. Więźba jest wyniesiona ponad otaczające kościół budynki, co sprawia, że jest niemal całkowicie odsłonięta na działanie środowiska, głównie wiatru. Dzięki swojemu położeniu przez ostatnich kilka lat jest placem badawczym naukowców z Instytutu Budownictwa UPWr. Grupa „imodos” (Interactive Measurements of Deformation of Structures), czyli doktorzy Maciej Orzechowski i Radosław Tatko, bada odkształcenia i zgłębia złożoną pracę konstrukcji więźby dachowej kościoła. Jak to często bywa i w tym przypadku potrzeba stała się matką wynalazku.

– Zaczęliśmy od pomiaru odkształceń z wykorzystaniem czujników linowych umieszczanych w płaszczyźnie wiązarów dachowych. Szybko okazało się, że mierzenie odkształceń tak dużej konstrukcji tylko w tej płaszczyźnie, z wykorzystaniem jednego czujnika przypadającego na jeden punkt pomiarowy, nie ma najmniejszego sensu. Konstrukcja pracuje przestrzennie, a nie w jednej płaszczyźnie – opowiada dr Maciej Orzechowski. – Wpadliśmy na pomysł, żeby połączyć trzy czujniki w grupę. Ich wskazania dadzą nam przestrzenny wektor przemieszczenia od punktu początkowego do punktu w danym momencie odkształcenia.

– Same czujniki drogi, których używamy do badań, są powszechnie wykorzystywane w różnych dziedzinach przemysłu, wszędzie tam, gdzie mają kontrolować przemieszczenie jednych elementów względem drugich – w rezonansach magnetycznych, platformach samolotowych, dźwigach. Zawsze działają kontrolując przemieszczenie wybranego punktu względem punktu, do którego zamocowany jest sam czujnik, na kierunku łączącym oba te punkty. Dodam jeszcze, że w konstrukcji, takiej jak dach kościoła św. Doroty jest tak dużo elementów – belek, słupów – które taki pomiar utrudniają – dodaje dr Radosław Tatko.

Draw Wire 3D to system, który pozwala zmierzyć przemieszczenie dowolnego punktu w dowolnym kierunku w przestrzeni 3D. Na potrzeby testów laboratoryjnych powstała metalowa konstrukcja, mająca formę ramy sześciennej. Usztywnieniem ramy są stalowe liny łączące jej naroża. Liny te imitują jednocześnie przeszkody, które należy ominąć w czasie pomiarów przemieszczeń badanego elementu konstrukcyjnego. Czujniki linkowe zamontowane są na jednym ze słupków ramy, linki z tych czujników odchodzą w różnych (dowolnych) kierunkach do punktów pośrednich na kostce, a dopiero stamtąd do punktu pomiarowego, umiejscowionego na drewnianym elemencie, którego przemieszczenia system Draw Wire 3D mierzy. Dzięki prostemu mechanizmowi, wykorzystującemu śrubę rzymską, na badanym elemencie można wymusić dowolne przemieszczenie. Pomiary rejestrowane są z dokładnością do jednej dziesiątej milimetra.

– Oczywiście jako naukowcy i praktycy myślimy już o wdrożeniu systemu. Chcemy żeby nasze urządzenie miało zastosowanie w przemyśle. Dzięki temu, że definiujemy swój własny układ przemieszczenia i nie jesteśmy dłużej ograniczeni do kierunku linki, możemy zmierzyć przemieszczenie właściwie wszystkiego, na przykład przesunięcie laptopa na stole, gdyby ktoś miał takie życzenie – wyjaśnia dr Orzechowski. Nowe zastosowanie czujników, ich zgrupowanie i napisanie odpowiedniego oprogramowania przyniosło grupie „imodos” Diament Innowacji, zdobyty na IV Międzynarodowych Targach Budowlanych i Wnętrzarskich Warsaw Build 2016.

– Co do badań w kościele, to… czekamy na wiatr – śmieją się naukowcy. – Konstrukcje buduje się uwzględniając normowe obciążenia m.in. wiatrem. Normowa prędkość wiatru to 22 m/s. Zgodnie z normą z taką prędkością wiatr musiałby wiać bez przerwy przez 10 minut. Problem w tym, że prawdopodobieństwo wystąpienia takiego wiatru wynosi tylko 63 procent w okresie pięćdziesięciu lat. Odkąd mamy stanowisko w kościele św. Stanisława, św. Doroty i św. Wacława wiatr jeszcze nigdy nie wiał z taką właśnie prędkością przez dłużej niż kilka sekund. Oczywiście nie ograniczamy się tylko do badania wpływu wiatru na konstrukcję, ale nadal mamy nadzieję, ze uda nam się go „przyłapać”. I co ważne – podsumowuje dr Tatko – bo to jest chyba najczęściej zadawane nam pytanie – to, że obserwujemy konstrukcję tego kościoła, nie znaczy, że jest z nią coś nie tak, wręcz przeciwnie – jest po remoncie, nic jej nie zagraża. Nasze stanowisko pomiarowe jest typowo badawcze.

mj