Politechnika Opolska Wydzia Budownictwa Konstrukcje Budowlane i Inynierskie

Politechnika Opolska Wydział Budownictwa Konstrukcje Budowlane i Inżynierskie Studia niestacjonarne II stopnia Praca dyplomowa magisterska Ocena stanu technicznego i projekt rehabilitacji zabytkowej śluzy komorowej w miejscowości Kłodnica Promotor: Prof. dr hab. inż. Tadeusz Chmielewski Opole, 2015 Wykonał: Inż. Arkadiusz Kałużyński

Zawartość pracy 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Podstawowe informacje o śluzach Historia śluzy komorowej nr 2 w miejscowości Kłodnica Usytuowanie i opis systemu konstrukcyjnego śluzy nr 2 Opis przyczyn degradacji stanu technicznego śluz komorowych Opis zaobserwowanych uszkodzeń i zniszczeń Kryterium oceny stanu technicznego istniejących konstrukcji Ocena stanu technicznego śluzy komorowej numer 2 w miejscowości Kłodnica 8. Projekt rehabilitacji (robót naprawczych) śluzy komorowej numer 2 na Kanale Kłodnickim w miejscowości Kłodnica w powiecie Kędzierzyn-Koźle 9. Obliczenia 10. Uwagi końcowe

Śluza komorowa Budowla piętrząca, łącząca dwa stanowiska kanału żeglownego lub stopnia wodnego na rzece skanalizowanej o różnych poziomach zwierciadła wody. Umożliwia przejście statku z poziomu niższego na wyższy i odwrotnie. Rys. 1. Elementy składowe śluzy komorowej Rys. 2. Śluzowanie

Śluza komorowa numer 2 na kanale kłodnickim w miejscowości Kłodnica Rok budowy: 1792 - 1812 Odcinek: Zabrze – Koźle Długość: 45, 7 km Różnica poziomów: 49, 2 m Rys. 3. Widok na Kanał Kłodnicki na odcinku Kłodnica – Koźle Port Rys. 4. Konie ciągnące barkę po Kanale Kłodnickim

Rys. 5. Widok na śluzę komorową nr 2 w miejscowości Kłodnica - początek XX wieku Rok budowy: 1792 – 1815 – konstrukcja drewniana 1815 – 1817 – konstrukcja murowana

Rys. 6. Widok na śluzę komorową nr 2 w miejscowości Kłodnica – lata 30 XX wieku Długość całości – 53, 96 m, Długość komory – 29, 5 m, szerokość komory 4, 5 m, Spad – 2, 3 m

Opis uszkodzeń i zniszczeń Rys. 7. Młode drzewa wyrastające z korony głowy dolnej. Zdjęcie z dnia 01. 04. 2014

Rys. 8. Zachowana łata wodowskazowa oraz liczne wykwity solne na powierzchni muru oporowego łączącego głowę górną ze skarpą nasypu. Lewy brzeg, zdjęcie z dnia 01. 04. 2014 Rys. 9. Pęknięcie ceglanego muru oporowego łączące głowę górną z prawą skarpą nasypu. Zdjęcie z dnia 01. 04. 2014

Rys. 10. Ubytki w spoinowaniu, brak spójności między materiałami i zarysowania kamiennych ciosów korony. Mur oporowy łączący górną głowę z lewym brzegiem. Zdjęcie z dnia 01. 04. 2014 Rys. 11. Brak klapy w jednej z wnęk w której mocowane są zawiasy i młode drzewa wyrastające z zagłębienia

Rys. 12. Fragmenty drewnianych wrót na jednym z brzegów. Zdjęcie z dnia 01. 04. 2014 Rys. 13. Klawiszowanie bloków kamiennych korony – spowodowane przez wrastające się w ścianę drzewa. Zdjęcie z dnia 01. 04. 2014

Rys. 14. Braki w materiale i częściowo odsłonięty przez osiadającą ziemię mur oporowy łączący głowę dolną ze prawym brzegiem. Zdjęcie z dnia 01. 04. 2014 Rys. 15. Widoczne liczne wykwity solne na powierzchni ścian, i ubytki materiałowe w dolnej części prawej ściany komory. Zdjęcie z dnia 01. 04. 2014

Kryterium oceny stanu technicznego, [WACETOB] Lp. Klasyfikacja stanu technicznego elementu budynku Procentowe zużycie budynku Kryterium oceny 1 2 3 1 Dobry 0 – 15 % 2 Zadowalający 16 – 30 % Średni 31 – 50 % Zły 51 – 70 % 3 4 Element budynku dobrze utrzymany, konserwowany, nie wskazuje zużycia i uszkodzeń. Cechy i właściwości wbudowanych materiałów odpowiadają wymogom normy. Element budynku utrzymany należycie. Celowy jest remont bieżący, polegający na drobnych naprawach, uzupełnieniach, konserwacji, impregnacji. W elementach budynku występują niewielkie uszkodzenia i ubytki nie zagrażające bezpieczeństwu publicznemu. Celowy jest remont kapitalny. W elementach budynku występują znaczne uszkodzenia, ubytki. Cechy i właściwości wbudowanych materiałów mają obniżoną klasę. Wymagany kompleksowy remont kapitalny, względnie wymiana. WACETOB, Zużycie obiektów budowlanych, Warszawskie Centrum Postępu Techniczno – Organizacyjnego Budownictwa

L. p. Nazwa elementu Określenie % zużycia [%] Ocena stanu technicznego - dobry - zadowalający - średni - zły 1 2 3 4 5 6 Głowa górna Mur oporowy od strony wody górnej Głowa dolna Mur oporowy od strony wody dolnej Komora Elementy pozostałe Zużycie ogólne obiektu; całościowa ocena stanu technicznego 40 50 57 20 40 80 48 Średni Zły Zadowalający Średni Zły ŚREDNI Wymagany remont kapitalny.

Program robót naprawczych • Odmulenie dna komory i kanału w najbliższym sąsiedztwie konstrukcji śluzy, w tym murów oporowych łączących głowy ze skarpowymi brzegami. Należy wykonać inwentaryzację uszkodzeń i ich ewentualną naprawę, • Rozbiórkę lica ceglanych ścian komory i murów oporowych łączących głowy ze skarpowymi brzegami, na głębokość około 27 cm, wraz z odbudową do początkowych wymiarów, • Naprawę i konserwacje elementów kamiennych śluzy, t. j. korony głów śluzy wraz z wnękami i murów oporowych łączących głowę dolną ze skarpowymi brzegami, • Rozbiórkę i odbudowę czterech murowanych studzienek technologicznych, w których mieszczą się kotwienia zawiasów, • Wykonanie pionowej izolacji przeciwwilgociowej ścian śluzy, uzupełnienie i zagęszczenie wodoprzepuszczalnej zasypki, • Wykonanie i montaż brakujących drewnianych wrót wspornych górnych i dolnych wraz z wyposażeniem, • Uzupełnienie dna komory narzutem kamiennym, opcjonalnie wykonanie dna betonowego, które dodatkowo zabezpieczy ściany śluzy przed przesunięciem i wymywaniem w przyszłości.

Sprawdzenie stanów granicznych gruntu i konstrukcji ściany oporowej • Wypieranie gruntu spod płyty fundamentowej: Nr = 366, 17 < m. Qf = 2620, 37 k. N a więc warunek pierwszego stanu granicznego jest spełniony z dużym zapasem. • Przesunięcie w poziomie posadowienia fundamentu lub w głębszych warstwach podłoża: m. Qtf = 0, 95 x 164, 78 = 159, 39 k. N > Qt(r) = 145, 48 k. N m. Qtf = 0, 95 x 160, 77 = 152, 73 k. N > Qt(r) = 145, 48 k. N W obu przypadkach warunek obliczeniowy pierwszego stanu granicznego jest spełniony. • Sprawdzenie stateczności na obrót względem przedniej krawędzi podstawy (p. A. ) m. Mu(r) = 0, 8 x 526, 52=421, 22 > Mo(r) = 326, 73 k. Nm Warunek obliczeniowy pierwszego stanu granicznego jest spełniony. Rys. 16. Schemat obliczeniowy

• Sprawdzenie stateczności uskoku naziomu wraz ze ścianą oporową dla wariantu I: M 0(r) = 2231, 9 < Mu(r) = 0, 8 x 3675, 31 = 2940, 24 k. Nm dla wariantu II: M 0(r) = 1765, 14 < Mu(r) = 0, 8 x 3148, 60 = 2518, 90 k. Nm Warunek obliczeniowy został spełniony dla obu wariantów. Rys. 17. Schemat obliczeniowy

• Sprawdzenie stanów granicznych płyty pionowej Nsd = 270, 69 k. N < (tfk)/(3γm) = 808, 82 k. N Nsd = 270, 69 k. N > (ρehhe 2)/(20 t) = 98, 4 k. N Warunki obliczeniowe dla płyty pionowej zostały spełnione dla obu stanów granicznych • Sprawdzenie stanów granicznych płyty poziomej Mr. II/Wf = 0, 0128 MPa < Rb = 0, 118 MPa Warunek obliczeniowy stanu granicznego nośności płyty poziomej został spełniony. Rys. 18. Przekroje I-I i II-II konstrukcji

Rekonstrukcja wrót – wrota górne Rys. 19. Widok na wrota górne

Rekonstrukcja wrót – wrota dolne Rys. 20. Widok na wrota dolne

Obliczenia wrót wspornych Wrota górne Rys. 21. Schemat obliczeniowy Wrota dolne Z 4, 8 k. N V 19, 79 k. N Z 1 2, 02 k. N Z 2 3, 66 k. N P 145, 45 k. N R 184, 14 k. N S 190, 00 k. N Rys. 22. Schemat obliczeniowy Z 4, 96 k. N V 14, 88 k. N Z 1 2, 16 k. N Z 2 3, 76 k. N P 27, 53 k. N R 38, 41 k. N S 35, 86 k. N

Obliczanie czasu napełniania komory śluzy przez otwór we wrotach – wrota górne FAZA I – Otwieranie stawideł t [s] 0 y [m] 20 40 60 80 100 120 2, 3 2, 277 2, 210 2, 077 1, 939 1, 736 1, 487 (H-y) [m] 0 0, 023 0, 090 0, 203 0, 361 0, 564 0, 813 [m 3/s] 0 0, 380 0, 760 1, 140 1, 520 1, 900 2, 280 qs FAZA II – Stawidła otwarte, pełen przepływ przy stałym ciśnieniu Rys. 23. Schemat obliczeniowy napełniania 2. 5 t [s] 120 140 160 183, 5 y [m] 1, 487 1, 216 0, 945 0, 674 0, 627 (H-y) [m] 0, 813 1, 084 1, 355 1, 626 1, 673 qs [m 3/s] 2, 280 2, 280 2 FAZA III – Stawidła otwarte, pełen przepływ przy ciśnieniu malejącym do 0 y [m] 1. 5 (H-y) [m] qs [m 3/s] 1 f [m 2] 0. 5 t [s] 183, 5 y [m] 0, 627 0, 423 0, 230 0, 095 0, 019 0 (H-y) [m] 1, 673 1, 877 2, 070 2, 205 2, 281 2, 3 qs [m 3/s] 2, 280 1, 872 1, 380 0, 887 0, 397 0 200 0 0 50 100 150 200 250 300 Rys. 24. Charakterystyka napełniania komory przez otwór we wrotach 220 240 260 276, 1

Obliczanie czasu opróżniania komory śluzy przez otwór we wrotach – wrota dolne FAZA I – Otwieranie stawideł t [s] 0 y [m] 20 40 60 80 100 120 2, 3 2, 269 2, 175 2, 022 1, 817 1, 570 1, 293 (H-y) [m] 0 0, 031 0, 125 0, 278 0, 483 0, 730 1, 007 [m 3/s] 0 0, 536 1, 050 1, 519 1, 919 2, 230 2, 429 qs 3 2. 5 2 y [m] (H-y) [m] 1. 5 qs [m 3/s] 1 f [m 2] 0. 5 Rys. 25. Schemat obliczeniowy opróżniania 0 0 50 100 FAZA II – Stawidła otwarte, stała powierzchnia aktywna otworu t [s] 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300, 05 y [m] 1, 293 1, 021 0, 781 0, 573 0, 397 0, 254 0, 142 0, 063 0, 015 0, 0 0 (H-y) [m] 1, 007 1, 279 1, 519 1, 727 1, 903 2, 046 2, 158 2, 237 2, 285 2, 3 qs [m 3/s] 2, 429 2, 154 1, 884 1, 614 1, 343 1, 075 0, 803 0, 535 0, 261 0 0 150 200 250 300 350 Rys. 26. Charakterystyka opróżniania komory przez otwór we wrotach

Uwagi końcowe 1. Pomimo braku okresowych przeglądów i niezbędnych robót konserwacyjnych (proces wieloletniej degradacji), stan blisko 200 letniej śluzy komorowej numer 2 na Kanale Kłodnickim w dzielnicy Kłodnica w Kędzierzynie - Koźlu oceniono na średni. Wniosek: wymagany jest remont kapitalny 1. Przeprowadzone obliczenia wykazały, że obiekt wykonany przez ówczesnych mistrzów budowlanych spełnia współczesne warunki statyczno – wytrzymałościowe. Żaden z powyższych stanów granicznych nośności nie został przekroczony, weryfikacja stanów granicznych nośności ściany śluzy potwierdza zdolność konstrukcji do dalszego bezpiecznego użytkowania. 1. Przeprowadzenie rehabilitacji konstrukcji śluzy uważam za konieczne ze względu na ogromną wartość historyczną obiektu. Dodatkowo, w dobie dobrze rozwiniętej turystki rzecznej, sprawny, dopuszczony do użytku codziennego obiekt ma szanse być ogromną atrakcją turystyczną w regionie. Biorąc pod uwagę także „reaktywację” ostatniego zachowanego odcinka Kanału Kłodnickiego liczącego 3318 m, wraz ze znajdującymi się na nim śluzą komorową numer 1 i wrotami przeciwpowodziowymi - możliwe jest utworzenie dwukierunkowej trasy turystycznej. (patrz Rys. 27)

Rys. 27. Proponowana trasa turystyczna obejmująca rzekę Odrę, Kanał Kłodnicki i rzekę Kłodnicę.

Dziękuję za uwagę ! Rys. 28. Widok na śluzę od strony wody dolnej. Zdjęcia z dnia 15. 05. 2014