Amsterdam na palach

Grząska ziemia Holandii zmusza tamtejszych budowniczych do wznoszenia domów na palach, drewnianych lub obecnie często  betonowych. Do konstrukcji pali w dawnych wiekach używano drewna przywożonego m.in. z Polski! Tak właśnie powstał Amster-dam. Fascynującą historię budowy domów na palach przedstawia specjalnie dla nas architekt Hans Rietdijk, któremu bardzo gorąco za to dziękujemy. Dziękujemy również panu Jaapowi Geensenowi za pomoc w uzyskaniu tego tego tekstu.

AMSTERDAM WIELKIE MIASTO ZBUDOWANE NA PALACH…
… i gdyby się to miasto przewróciło, wielu zostałoby zgubionych.

(W oryginale: Amsterdam, die grote stad is gebouwd op palen . . .
. . . en als die stad eens ommeviel zou je er verdwalen.)*

Tak brzmi stara rymowanka z czasów poprzedzających budowę Pałacu Królewskiego w Amsterdamie, wznoszonego przez architekta Jacoba van Campena (czytaj: Architekci) oraz inżyniera Daniela Stalpaerta w latach 1648-1665 (17 lat!). Pod pałacem znajduje się 13 657 pali, co w owym czasie było budową niezwykłą, uważaną za jeden z cudów świata.

Pałac Królewski w Amsterdamie / fot. Diego Delso.

Ale dlaczego Amsterdam, stolica Holandii, musiał być budowany na słupach? A precyzyjniej – na palach? Wyjaśnia to dokładnie nazwa kraju „Niderlandy” – „Kraje położone nisko”. Ze względu na zbyt podmokły grunt tysiące lat temu Niderlandy zamieszkiwało niewielu ludzi. Od północy po zachód nad tą ziemią władzę sprawowało Morze Północne, a od wschodu po południe rzeki Ren, Moza oraz IJssel formowały Holenderską Deltę. Prawdziwa walka z wodą w Holandii rozpoczęła się dopiero na początku naszej ery. Nizinne tereny Holandii składały się głównie z podmokłych torfowisk. Organiczne błoto utworzone z korzeni roślin i innych resztek roślinnych oddzieliły się od nich.  Pośród oraz pomiędzy grubymi warstwami torfu znalazły się również znaczne warstwy gliny i piasku. Warstwy gliny są zwykle nanoszone przez rzeki, a warstwy piasku w większości przez morze. Warstwa torfu jest słaba i łatwo ugina się pod ciśnieniem, co jest najbardziej porównywalne do gąbki nasiąkniętej wodą. Kiedy taka gąbka poddana jest ciśnieniu, woda wycieka na zewnątrz, a gąbka zmniejsza swoją objętość.

Ilustracja 1: Warstwa torfu jest podobna do gąbki namoczonej wodą.

Na zachodzie i północy Holandii (kraju) wiele miast zostało zbudowanych na tym bagnistym podłożu. Torfowiska mogą się tam łatwo odkształcać, przy czym wzniesione na nich konstrukcje mogą powoli tonąć w tym miękkim gruncie. Pierwsze budynki postawione na terenie torfowym były lekkimi konstrukcjami z drewna. “Powłokę” tych domów często stanowiło drewno lub inne lekkie materiały, jak trawa, oblepione gliną. Średniowieczne miasta w zachodniej i północnej Holandii (kraju) składały się głównie z drewnianych budynków, których oczywiście zachowało się bardzo niewiele. W Amsterdamie tylko dwa. Przyczyniły się do tego wielkie pożary, które niemal całkowicie obracały miasta w popiół.

Ilustracja 2: Pierwsze domy były stawiane na gałęziach i skórach bydlęcych (maaiveld – ziemia; veen – torf; zand – piasek).

Po średniowieczu wprowadzono regulacje zakazujące pokrywania budynków materiałami łatwopalnymi. Miało to na celu zapobieganie rozprzestrzenianiu się ognia i wielkich pożarów. Cięższe, pokryte cegłą i dachówką budynki łatwo przewracały się na bagnistym torfowym gruncie, a więc powstała potrzeba zastosowania techniki zapobiegającej temu zjawisku. Średniowieczne budowle na torfowiskach były często wznoszone na pniach drzew, gałęziach wierzby, a nawet na bydlęcych skórach, które konserwowały kwaśne gleby torfowe. Główne konstrukcje budynków z początku stawiano głównie z drewna, a konstrukcje drewniane są zwykle dość elastyczne. Zatem pomimo tego “fundamentu” ze skór, gałęzi i pni drzew budynki i tak ostatecznie zawalały się.  Dzięki elastyczności drewnianej głównej konstrukcji budynku i stosowania tłustej, bogatej w wapno, a tym samym twardej zaprawy murarskiej, łączącej cegły nakładane na siebie, procesy  osiadania struktury nie powodowały zbyt wiele pęknięć.

Nowoczesne techniki konstrukcyjne są znacznie mniej elastyczne, dlatego w budynkach, które miejscami osiadają, prawie zawsze pojawiają się pęknięcia. Idealnym rozwiązaniem jest stawianie budynku na stabilnej, solidnej powierzchni, która nie osiada. Powierzchni, na której można wznosić ciężkie budynki, które nie będą się zapadać z powodu właściwości gruntu. Dobrze nadaje się do tego podłoże skalne, ale także piaszczysta gleba stanowi odpowiednią bazę pod budynek.

Czym jest piasek?

Piasek składa się z piaszczystych drobin. Te ziarenka są w rzeczywistości małymi skalnymi kostkami. Kiedyś każde ziarenko zaczęło się częściowo jako podłoże skalne, częściowo jako skała jaskiniowa. Skały, które leżą na powierzchni, są stale narażone na działanie czynników atmosferycznych i erozji przez wodę i wiatr. Wietrzenie i erozja są wspierane przez kurczenie się i rozszerzanie skał pod wpływem różnic temperatur, a także przez rośliny, których korzenie mogą powodować odrywanie się kawałków skały. Gdy te wolne kawałki kamieni są zmywane do rzek lub do morza, ulegają dalszemu rozdrabnianiu pod wpływem działania ściernego wody oraz znajdującego się w niej żwiru i piasku. Tym sposobem głazy przekształcają się w kamyki, kamyki w żwir, a ten z kolei w piasek.

Rodzaje piasku

Różnorodność piasku jest ogromna. W holenderskiej ziemi ma on wiele kolorów, rozmiarów, kształtów i składu. W dodatku można na niego spoglądać na wiele sposobów. Budowlaniec będzie postrzegał go poprzez jego właściwości przydatne do budowy, inaczej niż geolog. Geologa interesuje skład i struktura, które informują o pochodzeniu piasku i jego rozmieszczeniu.

Ilustracja 3: ziarna piasku pod wpływem ciśnienia.

Bardzo przydaje się znajomość najważniejszej cechy piasku: jego ziarno jest, w przeciwieństwie do materiału pochodzenia organicznego, niepodatne na ciśnienie i ziarna piasku przylegają ściśle do siebie. Jeśli jakiś ciężar działa na warstwę piasku, na przykład pionowa siła F, ziarna w tej warstwie będą rozpraszały tę siłę dość równomiernie w tej warstwie. Im głębiej, tym mniej będzie ona zauważalna. Innymi słowy, ta siła jest dość równomiernie rozpraszana w tej partii piasku. Tak więc ogólnie można założyć, że piaszczysta ziemia nadaje się pod zabudowę.

Ilustracja 4: Budynek na piaszczystej ziemi znajduje się w dobrym stanie nawet po dłuższym czasie.

 Budynek wzniesiony na piaszczystej glebie nie osiada i często trzyma się mocno bez pęknięć przez całe lata. Ponieważ warstwa piasku jest dostatecznie gruba, konstrukcja może być wzniesiona bez słupów. Budynek jest po prostu mocno usadowiony swoimi “nogami” w piasku. My mówimy, że budynek opiera się “na stali”. Ten termin pochodzi od dawnych German i w rzeczywistości oznacza spoczywanie na twardej powierzchni. Budynek wzniesiony na piasku ma zwykle poszerzony podkład, ponadto ciężar konstrukcji jest nawet lepiej rozłożony.

Ilustracja 5: Wbijanie drewnianych palisad w wodzie za pomocą ludzkich mięśni.

Technika stawiania pali pod fundamentami była znana już w czasach rzymskich, około początku naszej ery. Ale w IV w., kiedy upadło Imperium Rzymskie, ta technika, podobnie jak wiele innych osiągnięć, np. zastosowanie cementu, przepadła w następujących po niej ciemnych wiekach średnich. Użycie drewnianych pali zostało wznowione pod wpływem religijnych nakazów mających na celu dbałość o wały morskie, w których często trzeba było stosować palisady w wielu miejscach nasypów w glebach podmokłych, aby utrzymać wały w odpowiednim miejscu i w odpowiedniej wysokości. Te pale (rzędy pali lub całe palisady) były wbijane w dno za pomocą coraz to lepszych narzędzi i technik. Na początku musiano oczywiście zadowolić się siłą ludzkich mięśni. Pierwsze kafary zostały wdrożone na początku XIX w., w czasie rewolucji przemysłowej, i były one napędzane parą. We współczesnych urządzeniach często stosuje się olej napędowy. Poza tym wiele młotów jest sterowanych hydraulicznie. Zasada działania kafaru jest bardzo prosta: ciężki blok ze stali lub z kamienia opada cyklicznie na wierzch pala, powodując jego znikanie w ziemi aż do chwili, gdy napotka warstwę gruntu.

Współcześnie istnieje wiele technik osadzania pali w gruncie. Istnieje również mnóstwo rodzajów i form pali do wielu zastosowań w budownictwie oraz inżynierii lądowej i wodnej. Zdecydowana większość pali będących obecnie w użytku to pale betonowe. Są one przeważnie wbijane w grunt, ale istnieją również techniki polegające na wydrążeniu w ziemi pionowego otworu sięgającego warstwy piasku, na której będzie się opierać budynek, po czym wypełnieniu go zbrojeniem i zastąpieniu wody cementem tężejącym pod wpływem wody. Ta metoda nazywa się in-situ. Mimo to w terenie bagnistym nadal stosuje się pale drewniane, ponieważ są trwałe i niedrogie. Punktem wyjścia tej techniki, stosowanej często w północnej Europie, jest osadzanie głowy pala z miękkiego drewna poniżej poziomu wody gruntowej, co dzięki jej kwasowości konserwuje go na całe stulecia.

 Ilustracja 6: Fragmenty drewnianego i betonowego pala.

Ilustracja 6 pokazuje fragmenty najbardziej powszechnie stosowanych pali: drewnianego i betonowego. Pal drewniany to często długie skandynawskie lub europejskie drzewo iglaste. Pal betonowy to prefabrykowany lub wyprodukowany fabrycznie pal fundamentowy. Uzbrojenie pala betonowego wykonane jest ze stali. Obecność stali nadaje właściwość odporności na działanie siły rozciągającej. Bez tego wspomniana siła doprowadziłaby do złamania się pala.

Ilustracja 7: Techniczny rysunek fundamentu z drewnianymi palami. 

Ta trochę techniczna ilustracja pokazuje ogólne stosowanie drewnianych pali: wbijano parę pali w ziemię, po czym nakładano na to drewnianą “podłogę” (hol. kesp). Na tej platformie, umieszczonej całkowicie pod wodą gruntową, stawiano budynek. Na warstwie piaszczystej znajduje się rozszerzony obszar, aby rozłożyć ciężar budynku.

Ilustracja 8: W XVII w. konstrukcja sięgała pierwszej warstwy piasku, obecnie drugiej.

Przy wykorzystaniu siły ludzkiej do wbijania pali drewnianych mogły one sięgnąć nie głębiej niż do pierwszej warstwy piasku. W przypadku Amsterdamu ta warstwa sięga około 14 m. Pierwsza warstwa jest cieńsza niż warstwa piasku na większej głębokości. W wielu miejscach jest ona zniszczona przez oddziaływanie lodowców z epoki lodowcowej. Obecnie w Amsterdamie pale betonowe wbija się do drugiej warstwy piasku, znajdującej się na głębokości 20-25 m. W niektórych miejscach jednakże, a także wokół Amsterdamu, nawet ta druga warstwa piasku jest ze względów geologicznych uszkodzona, co powoduje konieczność sięgania aż do trzeciej warstwy piasku na głębokości 60 m. To wymusza zastosowanie techniki drążenia i jest skrajnie kosztowne. Głębokość występowania warstw piasku jest w Holandii uzależniona od regionu.

Ilustracja 9: zrównoważone (duurzame ) pale z drewna są wciąż w użyciu.

 

Ilustracja 10: Prefabrykowane pale betonowe. 

Stosuje się głównie fabryczne pale betonowe. Na ilustracji 10, zbrojenie stalowe wystaje ze szczytu pala. W tle widać kafar z napędem dieslowym.

 Ilustracja 11: Ubijak sterowany hydraulicznie.

Na ilustracji 11 widać prefabrykowany pal betonowy wbijany w ziemię przez, w tym przypadku, hydraulicznie sterowany kafar.

Hans Rietdijk, luty 2017.

Rysunki: autor; zdjęcia: Wikipedia.

 

Publikacja: 9.02.2017

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *