Nowoczesna sejsmika, skanowanie laserowe 3D i zaawansowane modele numeryczne zostały wykorzystane do stworzenia cyfrowej diagnozy jednego z najważniejszych symboli Krakowa i Polski. Naukowcy oraz studenci Politechnika Krakowska opracowali trójwymiarowy model Kopiec Kościuszki, który pozwala wskazać miejsca najbardziej narażone na osuwanie się gruntu. Badania mają pomóc w ochronie zabytku i zapobiec dalszej degradacji jego konstrukcji.
Sejsmika i skanowanie 3D ujawniły deformacje Kopca Kościuszki
Projekt „Odkrywcy Kopca Kościuszki” połączył kompetencje naukowców, studentów oraz specjalistów z branży geofizycznej. Badacze wykorzystali m.in. tomografię sejsmiczną, skanowanie laserowe oraz modelowanie numeryczne 3D, aby stworzyć dokładny obraz wnętrza Kopca i ocenić jego stabilność.
Analizy wykazały, że w niektórych miejscach dochodzi do przemieszczeń bryły Kopca sięgających nawet 20 centymetrów w ciągu roku. Jeszcze większe zmiany widoczne są w perspektywie wieloletniej. Porównanie danych ze skanowania laserowego wykonanych na przestrzeni dekady pozwoliło uchwycić skalę procesów degradacyjnych zachodzących w konstrukcji obiektu.
– Ten unikalny obiekt inżynieryjny regularnie zmaga się z problemami stateczności. Kopiec jest zabytkiem narodowym o delikatnej konstrukcji ziemnej, dlatego zintegrowane badania są istotne, bo pozwalają odtworzyć jego wnętrze cyfrowo i chronić stateczność w mało inwazyjny sposób – podkreśla prof. dr hab. inż. Elżbieta Pilecka z Wydziału Inżynierii Lądowej PK.
Woda największym zagrożeniem dla Kopca Kościuszki
Badania wykazały, że jednym z głównych czynników destabilizujących konstrukcję Kopca jest woda. Dzięki analizie fal sejsmicznych naukowcy byli w stanie zidentyfikować miejsca, w których dochodzi do zawilgocenia gruntu oraz utraty jego spoistości.
– Fala sejsmiczna przechodzi przez całą bryłę, dając obraz ciągły, a nie tylko dane z jednego otworu. Dzięki temu można wskazać miejsca, w których wewnątrz kopca gromadzi się woda lub gdzie struktura gruntu traci swoją spoistość, co zwiastuje potencjalne osuwisko – wyjaśnia prof. Elżbieta Pilecka.
Naukowcy wskazują, że dzięki precyzyjnym analizom możliwe będzie prowadzenie punktowych działań zabezpieczających, bez konieczności ingerowania w całą strukturę zabytku. Jednym z proponowanych rozwiązań są tzw. zastrzyki cementowe wzmacniające warstwy gruntu.
Studenci Politechniki Krakowskiej opracowali propozycje zabezpieczeń
W projekcie aktywnie uczestniczyli także studenci kierunku budownictwo. Wykonali oni szczegółowe skanowania laserowe 3D, tworząc tzw. „chmurę punktów”, która pozwoliła z dużą dokładnością zobrazować deformacje bryły Kopca.
– Oba zjawiska stanowią zagrożenie dla stateczności Kopca, dlatego potrzebna jest interwencja – mówi Łukasz Matusik, jeden ze studentów zaangażowanych w badania.
Studenci przygotowali również własne koncepcje zabezpieczenia obiektu, analizując skuteczność różnych metod wzmacniania podłoża oraz możliwości łączenia kilku technologii ochronnych jednocześnie.
Politechnika Krakowska od lat monitoruje stan Kopca
Badania są częścią szerszego programu ochrony narodowego dziedzictwa kościuszkowskiego prowadzonego przez Politechnika Krakowska we współpracy z Komitetem Kopca Kościuszki. W ostatnich latach specjaliści regularnie monitorują stan obiektu przy użyciu nowoczesnych systemów pomiarowych.
– Główną siłą niszczycielską jest woda, która przenosi grunt z Kopca do wapiennej podstawy, naruszając w ten sposób jedno i drugie. Stan bryły jest stale nadzorowany przy pomocy zamontowanych przez nas specjalnych czujników pomiarowych – mówi dr inż. Rafał Sieńko z PK.
Efektem badań ma być nie tylko bieżąca diagnoza, ale także stworzenie uniwersalnej metodologii ochrony budowli ziemnych, którą będzie można wykorzystać również przy zabezpieczaniu infrastruktury drogowej czy kolejowej.
Grzegorz Górski
