Restoration of load-bearing timber members subjected to fungal growth: A case study of Louhisaari manor’s roof truss structure
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-10-21
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Building Technology (CIV)
Language
en
Pages
75 + 62
Series
Abstract
The Louhisaari estate, located in Askainen, has high historical and artistical value. It dates all the way back to the 1650s, which is when the construction works of Louhisaari manor started. The roofs in the ancillary buildings of Louhisaari manor have recently been repaired, and in a few years the manor's roof truss structures are also going to be repaired. This is the reason for the commissioning of this master’s thesis. This thesis studies the original roof truss structures of Louhisaari manor. The aim of this study is to gain knowledge on the conditions of roof truss members that are embedded into the masonry wall; solve the normal forces that are acting in the connections of timber members inside the masonry wall; and investigate possible intervention materials and methods that could be applied to repair the decayed structures penetrating the outer masonry wall. This study is based on the available literature, interviews, field studies and structural analysis. The field studies include visual inspection, infrared thermography imaging and resistance drillings. These investigations were mainly subjected to the parts of timber members in the truss that penetrate the outer masonry walls. As a result, a “Rot Report on Louhisaari Manor’s Roof Structures” was prepared. Investigations showed that the timber members (rafters, posts and tie beams) that are partly inside the outer masonry wall are severely rotten and the repair of the roof structures is essential. The applicability of available repair materials and methods was evaluated based on the “Principles for the Conservation of Wooden Built Heritage” and specific characteristics of Louhisaari manor. It was found that timber and steel as repair materials could be applied to maintain the valuable characteristics of the manor, such as the original decorative paintings on the surfaces of the tie beams. The roof truss structure consists of rafter frames, which distribute a major part of the loads to the leaning trestles that stiffen the roof structures and prevent it from collapsing. The normal forces acting in the embedded parts of timber members were received from finite element analysis. The analysis of members indicate that the cross sections of undamaged timber members embedded into the masonry wall are able to fulfill the existing design requirements with the normal forces received. However, the load history and other characteristics in timber members that might have changed during time were not included in the structural performance analysis. The received internal forces from the finite element analysis, the rot report and the analysis of possible repair methods can be used as a foundation for further investi-gations and for the forthcoming restauration process.Askaisissa sijaitseva Louhisaari on merkittävä historiallista ja taiteellista arvoa sisältävä kokonaisuus, jonka juuret juontuvat 1650-luvulle asti. Louhisaaren päärakennuksen kahden sivurakennuksen vesikattorakenteet on restauroitu edeltävien vuosien aikana, ja Louhisaaren kartanon kattorakenteiden korjaus on tarkoitus toteuttaa muutaman vuoden päästä, mikä on syy tämän maisterin työn toteuttamiseen. Tämä maisterin tutkielma tutkii Louhisaaren kartanon alkuperäisiä vesikattorakenteita. Työn tarkoituksena on saada tietoa kattorakenteiden osien kunnosta, jotka ovat tiilimuurien sisällä; selvittää muurin sisällä olevien puurakenteiden liitoksissa vaikuttavat normaalivoimat; ja tutkia mahdollisia materiaaleja ja menetelmiä, joilla tiilimuuriin tunkeutuvia puurakenteita voitaisiin korjata. Tämä tutkimus perustuu olemassa olevaan kirjallisuuteen, haastatteluihin, kenttätutkimuksiin ja rakenneanalyysiin. Kenttätutkimukset sisältävät visuaalisen havainnoinnin, lämpökuvauksen ja vastusporaukset. Nämä kenttätutkimukset kohdennettiin pääasiassa kantavien kattorakenteiden puuosille, jotka työntyvät tiilimuurien sisälle. Tuloksena valmistui ”Lahoraportti Louhisaaren kartanon kattorakenteista”. Tutkimustulokset osoittivat, että osittain ulkotiiliseinän sisällä olevat kattorakenteiden osat (selkäpuut, pukin jalat ja alapaarteet) olivat pääsääntöisesti lahonneita, ja kattorakenteiden korjaus olisi välttämätöntä. Mahdollisia korjausmateriaaleja ja -metodeja arvioitiin ”Principles for the Conservation of Wooden Built Heritage” ja Louhisaaren kartanon ominaispiirteiden perusteella. Tutkimusten perusteella voidaan todeta, että käyttäen puuta ja terästä korjausmateriaaleina voitaisiin säilyttää kartanon arvokkaat ominaispiirteet, kuten koristeelliset maalaukset alapaarteiden pinnoissa. Kattotuolirakenteen selkäpuuparit jakavat suurimman osan katolle tulevista kuormista pukkirakenteille, jotka jäykistävät kattorakennetta ja estävät sen romahtamisen. Tiiliseinän sisällä olevissa puurakenteissa vaikuttavat normaalivoimat ratkaistiin elementtimenetelmäanalyysin avulla. Rakenteiden analyysi osoitti, että vahingoittumattomat puurakenteiden poikkileikkaukset, jotka ovat tiilimuurien sisällä, täyttävät olemassa olevat suunnitteluvaatimukset ratkaistuilla normaalivoimilla. On huomioitava, että rakenteiden kuormitushistoriaa, eikä muita puun ominaisuuksia, jotka ovat saattaneet muuttua ajan kuluessa otettu huomioon rakenteiden kestävyyden analysoinnissa. Elementtimenetelmäanalyysista saatuja sisäisiä voimia, lahoraporttia sekä mahdollisten korjausmenetelmien analyysia voidaan käyttää lähtötietoina lisätutkimuksiin sekä tulevaan rakenteiden restauroimiseen.Description
Supervisor
Fink, GerhardThesis advisor
Haikala, AnttiKeywords
resistance drillings, Louhisaari manor, timber roof truss, rot, intervention method, finite element analysis