2008-2010_4_Kakes George by Pro.Syn.Apo

Κτίρια βιομηχανικής κληρονομιάς στο Πλωμάρι Λέσβου

Industrial heritage buildings in Plomari, on Lesvos island

Τυπολογία φέροντος οργανισμού

Typology of the load bearing structure

Διπλωματική εργασία Γεώργιος Κακές Πολιτικός Μηχανικός

Postgraduate thesis George Kakes Civil Engineer

Επιβλέπων Κοσμάς Στυλιανίδης Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών

Supervisor Kosmas Stilianidis Professor, School Civil Engineering

04 To αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας αφορά τη στατική αποτύπωση του φέροντος οργανισμού αντιπροσωπευτικών κτιρίων της βιομηχανικής κληρονομιάς στην περιοχή του Πλωμαρίου Λέσβου. Τελικό στόχο σηματοδοτεί η βελτίωση της γνώσης, προκειμένου για την προστασία, ανάδειξη και αξιοποίηση της πλούσιας βιομηχανικής κληρονομιάς του νησιού. Η Λέσβος βρίσκεται στο βορειοανατολικό Αιγαίο. Η ιστορία της υπήρξε άρρηκτα συνδεδεμένη με την ελιά από την αρχαιότητα έως σήμερα. Με τα ελαιόδεντρα να αναπτύσσονται από τις ακτές του νησιού έως τις κορυφές των βουνών του, με πρόσφορες συνθήκες ανάπτυξης της οικονομίας και με ευνοϊκή γεωγραφική θέση, η Λέσβος θα σηματοδοτήσει ένα μοναδικό για τα νησιά του ανατολικού Αιγαίου δείγμα εντατικής εκβιομηχάνισης στον τομέα της επεξεργασίας του ελαιοκάρπου στις αρχές του 20ού αιώνα. Το Πλωµάρι αναδεικνύεται στο μεγαλύτερο βιοτεχνικό, εμπορικό και βιομηχανικό κέντρο της Λέσβου, μετά την πρωτεύουσα Μυτιλήνη, μέχρι τις αρχές του 20ού αιώνα περίπου, οπότε και αριθμούσε γύρω στις 13.000 κατοίκους. Την ίδια περίοδο, υπήρχαν δώδεκα σαπωνοποιεία, δέκα ελαιοτριβεία, ένα υδραυλικό αλευροποιείο, δύο πυρηνελαιοεργοστάσια και δύο ατµοκίνητα ελαιοτριβεία ταλκ. Η επιλογή των κτιρίων, τα οποία μελετώνται, γίνεται με κριτήριο την αντιπροσώπευση χαρακτηριστικής λειτουργίας, χαρακτηριστικής θέσης και αξιόλογου δείγματος της τοπικής βιομηχανικής αρχιτεκτονικής. Προηγείται η λεπτομερής στατική αποτύπωση του φέροντος οργανισμού των κτιρίων σε επίπεδο κατόψεων. Ακολουθεί η μελέτη της στατικής λειτουργίας των κτιρίων, με επιτόπιες μετρήσεις, και η αναγνώριση των επιμέρους υλικών, των δαπέδων, των τοιχοποιιών και των διατομών των επιμέρους στοιχείων των στεγών και των υπερθύρων. Εν συνεχεία, περιγράφεται η παθολογία των κτιρίων. 47

Δ.Π.Μ.Σ. «ΠΡΟΣΤΑΣΊΑ, ΣΥΝΤΉΡΗΣΗ & ΑΠΟΚΑΤΆΣΤΑΣΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΏΝ ΜΝΗΜΕΊΩΝ». ΘΈΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΊΟΥ ΔΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΉΣ ΣΥΝΕΡΓΑΣΊΑΣ & ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΈΣ ΕΡΓΑΣΊΕΣ 2008-2010 I.P.P.S. “PROTECTION, CONSERVATION & RESTORATION OF ARCHITECTURAL MONUMENTS”. INTERDISCIPLINARY COLLABORATION STUDIO PROJECTS & POSTGRADUATE THESES 2008-2010

01 01 Χάρτης της Λέσβου με τα ατμοκίνητα ελαιοτριβεία κατά το 1920. Map of Lesvos indicating the steam-powered olive oil mills in 1920. 02 Άποψη των βιομηχανικών κτιρίων του Πλωμαρίου στις αρχές του 20ού αιώνα. View of the industrial buildings of Plomari in the beginning of the 20th century.

The subject of this postgraduate thesis is the investigation of the structure used in representative buildings of the industrial heritage in the town of Plomari, on Lesvos island. The main purpose is the better knowledge and support which would lead to the protection, enhancement and compatible use of the rich industrial heritage of Lesvos island. Lesvos island, situated at the northeastern Aegean sea, has a history that has been strongly connected to olive trees since ancient times. Lesvos became a remarkable representative of continuous industrialization for the eastern Aegean islands, mainly in the field of olive processing at the beginning of the 20th century as, firstly, the olive trees flourished from the coasts to the mountain peaks of the island and, secondly, its beneficial geographical position created the appropriate conditions for the regional economic growth. Plomari gradually becomes the second biggest industrial and trade center after the island capital, Mytilene, and at the beginning of the 20th century it had almost 13.000 citizens. At this period there were about twelve soap factories, ten olive oil mills, one hydraulic flour factory, two olive pomace oil factories and two steam-powered olive oil mills of talk. The choice of the buildings that are to be studied is based on the criteria of their representative operation, distinctive location and architectural features. Initially the detailed survey of their load bearing structures took place, producing building plans. Subsequently, the study of the load bearing function of the buildings proceeded through field measurements, as well as the identification of the different materials of which the floors and the walls were made, as well as the cross-sections of the elements of the roofs and of the lintels. This was followed by the description of the buildings’ pathology.

Ακολουθεί προσπάθεια συγκέντρωσης και κωδικοποίησης των στοιχείων που αφορούν στο φέροντα οργανισμό των βιομηχανικών μονάδων που παρουσιάστηκαν στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας, προκειμένου για τη διεξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων. Πρόκειται για ισόγεια κτίρια, υπερυψωμένα ισόγεια, διώροφα, τριώροφα και τετραώροφα βιομηχανικά κτίρια, ανάλογα με τη λειτουργία τους. Όσον αφορά την κάτοψή τους, διακρίνονται τρεις βασικές παραλλαγές. Η πρώτη έχει ορθογωνικό σχήμα με κυμαινόμενες διαστάσεις. Η δεύτερη έχει τραπεζοειδές σχήμα με τις μικρές πλευρές και τις μεγάλες πλευρές να έχουν κυμαινόμενες διαστάσεις. Σε ορισμένες περιπτώσεις υπάρχει συνδυασμός των παραπάνω παραλλαγών με την κάτοψη του βιομηχανικού κτιρίου να εμφανίζει διάφορες εσοχές και προεξοχές. Το ύψος των κτιρίων κυμαίνεται μεταξύ 4,30-14,40 μ. και εμφανίζεται στην κορυφή της στέγης. Ο κατακόρυφος οργανισμός των κτιρίων αποτελείται στο μεγαλύτερο τμήμα του από φέρουσα τοιχοποιία, όπου γίνεται χρήση κυρίως λιθοδομής. Εξαίρεση αποτελούν τα ξύλινα υποστυλώματα που έχουν διαστάσεις 20 x 20 εκ. με μέση αξονική απόσταση μεταξύ τους 2,00 μ. Σχετικά με τις τοιχοποιίες, τόσο οι περιμετρικές όσο και οι εσωτερικές είναι φέρουσες. Παρατηρείται κυμαινόμενο πάχος περιμετρικών λιθοδομών 40-95

Thereafter an effort was made to gather and classify the elements of the load bearing structure of the industrial buildings presented in this study, so as to come to useful conclusions. The buildings vary, according to their use, in single-storey, raised single-storey, two-storey, three-storey and four-storey ones. As for their building plans there are three basic variations. The first one has rectangular shape with fluctuating dimensions. The second has a trapezoid shape while the short and long sides having fluctuating dimensions. Occasionally, there is a combination of the variations mentioned above, in which the building plan comprises recess and projection patterns. The buildings’ height is between 4.30-14.40 m. The vertical structure of the buildings consists mainly of load bearing walls, basically stone masonry. Both the perimeter and internal walls are load bearing ones. On the ground floor the perimeter masonry has a fluctuating width of 40-95 cm and on the floors this is 40-77 cm. The internal walls are 40-60 cm wide. Also, there are wooden pillars 20 x 20 cm in dimension with 2 m an average axial distance between them. The lintels are formed in simple semicircular or pointed arches made of brick. Sometimes, a supportive horizontal wooden beam of fluctuating cross-section

ΓΕΏΡΓΙΟΣ ΚΑΚΈΣ - ΚΤΊΡΙΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΉΣ ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΆΣ ΣΤΟ ΠΛΩΜΆΡΙ ΛΈΣΒΟΥ: ΤΥΠΟΛΟΓΊΑ ΦΈΡΟΝΤΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΎ GEORGE KAKES - INDUSTRIAL HERITAGE BUILDINGS IN PLOMARI, ON LESVOS ISLAND: TYPOLOGY OF THE LOAD BEARING STRUCTURE

χρησιμοποιείται αρκετά συχνά ως υλικό κατασκευής ο τοπικός πράσινος σχιστόλιθος που θεωρείται ότι έχει ηφαιστειακή προέλευση και αυξημένη αντοχή. Σχετικά με τον οριζόντιο φέροντα οργανισμό, το δάπεδο του ισογείου ήταν διαμορφωμένο από πατημένο χώμα και στα σημεία έδρασης για το μηχανολογικό εξοπλισμό κατασκευάζονταν ειδικές βάσεις από λιθοδομή. Όσον αφορά τα πατώματα των ορόφων αρχικά ήταν ξύλινα. Αποτελούνται από κύριες δοκούς κυκλικής διατομής και από δευτερεύουσες δοκούς ορθογωνικής διατομής. Ενδεικτικά, οι κύριες δοκοί έχουν διάμετρο διατομής περίπου 35 εκ. και αξονική απόσταση περίπου 2 μ. Οι δευτερεύουσεςδοκοί έχουν διαστάσεις 7 x 15 εκ. και μέση αξονική απόσταση 40 εκ. Η στέγη των βιομηχανικών κτιρίων είναι ξύλινη, διαφοροποιείται από κτίριο σε κτίριο και ποικίλει καθώς υπάρχουν περιπτώσεις μονόριχτης, δίριχτης, τρίριχτης και τετράριχτης με κεραμοσκεπή κατά κανόνα. Γενικά, η στέγη είναι αυτοφερόμενη καθώς στηρί-

the main beams have section diameter almost 35 cm and axional distance almost 2 m. The secondary beams’ dimensions are 7 x 15 cm and their average axional distance is 40 cm. The roofs are wooden and of different types, like single-pitch, pitched, roofs with one hipped end or hipped roofs, mainly covered with tiles. In general the roof is self load bearing because it is based on its endings as a reticular formation. The number of the wooden roof trusses varies between 8-11, depending on the length of the building plan. The internal "batés" (storage areas) are hanging by the roof, stressing its load bearing structure. In parallel to the above analysis and the documentation of the buildings of the industrial heritage of Plomari, the static analysis and the reinforcement proposal of one specific industrial building was realized, namely the soap industry of Ioannis Xypteras, based on the restoration and reuse proposal of the architect Anna Pasia. The building was constructed between 1860 and 1880

03 Το σαπωνοποιείο Ιωάννη Πούλια. The soap industry of Ioannis Poulias.

εκ. στο ισόγειο και 40-77 εκ. στους ορόφους. Οι εσωτερικές τοιχοποιίες έχουν πάχος 40-60 εκ. Τα υπέρθυρα διαμορφώνονται με απλά πλινθόκτιστα τόξα ή οξυκόρυφα, με συνδυασμό πλινθόκτιστου τόξου με ξύλινο πρέκι που αποτελείται από ξύλινες δοκούς κυμαινόμενων διαστάσεων διατομής, οι οποίες εισχωρούν στην τοιχοποιία 60-80 εκ. περίπου. Σε ορισμένα βιομηχανικά κτίρια δεν εντοπίσθηκαν ελκυστήρες. Στα περισσότερα, όμως, υπάρχουν και έχουν κυρίαρχη στατική λειτουργία για το φέροντα οργανισμό του κτιρίου. Αποτελούνται από εσωτερικό και εξωτερικό μέλος. Το άκρο του εσωτερικού μέλους συνδέεται με το εξωτερικό με δακτυλιδοειδή διαμόρφωση των άκρων του και πύρο. Χαρακτηριστική και πρωτότυπη είναι η καθ’ ύψος ανάπτυξη σε περισσότερους από έναν ορόφους του εξωτερικού μέλους του ελκυστήρα με δύο έως πέντε πύρους ανά ελκυστήρα και με το συνολικό μήκος του εξωτερικού μέλους να κυμαίνεται μεταξύ 2,00-5,20 μ. Σε ορισμένες περιπτώσεις υπάρχουν καθ’ ύψος της τοιχοποιίας οριζόντιες ξυλοδεσιές που λειτουργούν ως οριζόντια διαζώματα. Επίσης, υπάρχουν περιμετρικά οριζόντια διαζώματα, τα οποία είναι κατασκευασμένα από τούβλο που στις όψεις προβάλλει εμφανές. Χαρακτηριστική είναι η ενσωμάτωση στη λιθοδομή των εξαρτημάτων πιεστηρίων με σκοπό ο ξύλινος κοχλίας πρέσας να αυξήσει την αντοχή της φέρουσας τοιχοποιίας του κτιρίου. Οι φέρουσες τοιχοποιίες κατασκευάζονται από λίθο της περιοχής και εμφανείς οπτόπλινθους. Ειδικότερα, 49

dimensions is inserted that penetrates into the masonry about 60-80 cm. In some industrial buildings there were no ties detected, although they exist in most of the cases, having a crucial role in the load bearing structures. They consist of an external and an internal part. The end of the internal part is connected to the external one by forming a ring on the anchorage position before the pipe. A very interesting characteristic is that the external bars of the ties may extend several floors, with multiple pipes inserted in the wall (two to five pipes per tie) and a total external length between 2-5.20 m. In some cases there are wooden tie beams inserted in the walls that function as horizontal frames. In addition, on the façades non-plastered horizontal brick frames can be attested on the perimeter of the buildings. Another characteristic feature is the integration of wooden components of the presses in the masonry, like wooden screws, in order to reinforce the bearing capacity of the wall. The load bearing walls are constructed of local stone and non-plastered bricks. In particular, the local green shale of volcanic origin and considerable durability is often used. Concerning the horizontal load bearing structure, the floor of the ground floor was formed of pressed soil and there were special stone bases for the mechanical equipment. As for the floors of the upper levels they were initially made of wood, constructed of main, round beams and secondary rectangular beams. For instance,

05 06

04 Ξύλινος κοχλίας πρέσας και ξυλοδεσιά, ενσωματωμένα στη λιθοδομή. Wooden presse screw and wooden beam incorporated in the stone masonry. 05 Οξυκόρυφο τοξωτό άνοιγμα και αντιπροσωπευτικοί ελκυστήρες της περιοχής του Πλωμαρίου. The pointed arch of a window and external metal tie bars, representative of Plomari area. 06 Χαρακτηριστική κατασκευαστική λεπτομέρεια. Typical construction detail.

ζεται στα άκρα της ως δικτυωτός φορέας. Ο αριθμός των ξύλινων ζευκτών κυμαίνεται μεταξύ των τιμών 8-11 ανάλογα με το μέγεθος της επιμήκους διάστασης της κάτοψης. Οι εσωτερικές «μπατές» (αποθήκες) αναρτώνται με ξύλα από τη στέγη φορτίζοντας το φέροντα οργανισμό της. Παράλληλα με την παραπάνω ανάλυση και τεκμηρίωση των κτιρίων της βιομηχανικής κληρονομιάς του Πλωμαρίου, πραγματοποιείται η στατική ανάλυση και πρόταση ενίσχυσης, σύμφωνα με την πρόταση αποκατάστασης της αρχιτέκτονας Άννας Πασιά, ενός συγκεκριμένου βιομηχανικού κτιρίου, του σαπωνοποιείου Ξυπτερά. Το κτίριο κατασκευάστηκε το 1860-1880, έγινε προσθήκη κατ’ επέκταση και καθ’ ύψος το 1930 και χαρακτηρίστηκε ως διατηρητέο το 2008 από το πρώην Υπουργείο Εμπορικής Ναυτιλίας, Αιγαίου και Νησιωτικής Πολιτικής. Ο κατακόρυφος οργανισμός του κτιρίου αποτελείται από φέρουσα τοιχοποιία. Στο ισόγειο παρατηρείται κυμαινόμενο πάχος περιμετρικών τοίχων 60-65 εκ., ενώ οι εσωτερικές τοιχοποιίες έχουν πάχος μεταξύ 40-60 εκ., στον πρώτο όροφο το κυμαινόμενο πάχος περιμετρικών τοίχων είναι 50-55 εκ. και στο δεύτερο όροφο είναι 44-49 εκ. Υπάρχει προσθήκη από Ο/Σ σε τμήμα του κτιρίου, η οποία είναι μία διώροφη πλαισιακή κατασκευή. Η στέγη του κτιρίου είναι δίριχτη μεταλλική, έχει εννιά μεταλλικά ζευκτά και καλύπτεται από λαμαρίνα. Γενικά η κατασκευή δεν είναι επιμελημένη. Η παθολογία που παρουσιάζει σήμερα είναι η ανερχόμενη υγρασία από τον υπόγειο ορίζοντα και η ανάπτυξη βλάστησης, η απώλεια δομικού υλικού, η διάβρωση των μεταλλικών στοιχείων και οι ρωγμές στο βορειοδυτικό τοίχο που εκτείνονται από το ισόγειο μέχρι το δεύτερο όροφο. Για την υλοποίηση του προσομοιώματος του κτιρίου στην υφιστάμενη κατάσταση χρησιμοποιείται το πρόγραμμα SAP. Χρησιμοποιούνται επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία για την προσομοίωση της φέρουσας τοιχοποιίας. Γίνεται χρήση της απλοποιημένης φασματικής μεθόδου. Προκύπτει Τx=0,45sec από την 1η ιδιομορφή, που μας δίνει ποσοστό ενεργοποιούμενης μάζας 6,36% και Τy=0,59sec, επίσης από την 1η ιδιομορφή, που μας δίνει ποσοστό ενεργοποιούμενης μάζας 14,28%. Προκύπτει: Rd(Tx)=Rd(Ty)=0,40 g. Γίνεται εκτίμηση της υφιστάμενης κατάστασης μέσω των τάσεων των επιφανειακών στοιχείων. Για το συνδυασμό 1,35 G+1,5 Q δεν υπάρχει ουσιαστική αστοχία, καθώς τόσο οι ορθές όσο και οι διατμητικές τάσεις που προκύπτουν είναι μικρότερες από τις επιτρεπόμενες. Παρατηρούνται σημειακά οριακές υπερβάσεις των επιτρεπόμενων τάσεων κυρίως στην περιοχή των υπερθύρων και της συνδέσεως των τοιχοποιιών μεταξύ τους. Το κτίριο, όμως, του σαπωνοποιείου Ξυπτερά είναι εκτεθειμένο σε περίπτωση μελλοντικού σεισμού στην ευρύτερη περιοχή της Λέσβου λόγω 51

with a later addition in 1930 and it was declared as a preservable monument according to the ΔΠΕ/5849/1106-2008 decision of the Ministry for Mercantile Marine, the Aegean and Island Policy. The vertical load bearing structure is composed by the load bearing walls. At the ground floor we observe a fluctuating width of the perimeter walls, 60-65 cm, while the internal walls have a width of 40-60 cm, on the first floor the fluctuating width of the perimeter walls is 50-55 cm and on the second it is 44-49 cm. There is a reinforced concrete addition to a part of the building, which is a two-storey frame construction. The present roof is pitched metal one, with nine trusses and it is covered with sheet metal. Generally speaking the building is of poor construction. The current pathology includes rising dampness and vegetation, loss of structural material, corrosion of the metal parts and cracks extended on the northwest wall from the ground floor to the second floor. The present condition of the building was simulated as a 3D model, utilizing SAP software and especially shell finite element analysis was used for the simulation of the load bearing walls in the simplified spectral method. The first mode resulted in Tx=0,45sec, which activates 6.36% of the mass, and Ty=0,59sec which activates 14.28% of the mass, therefore: Rd(Tx)=Rd(Ty)=0,40 g. An assessment of the current condition has been conducted through the stresses of the shell elements. As for the combination 1,35 G+1,5 Q there is no substantial failure since both the direct and the resulting shear stresses are smaller than the maximum allowable ones. In some cases the allowable stresses have been slightly exceeded, precisely on the lintels and at the intersections of walls. The building, though, is exposed to a possible future earthquake in the wider Lesvos area because of the lack of diaphragm function on the floor levels and the absence of transverse walls connecting the long ones. In the restoration proposal the later addition of reinforced concrete is removed and a new, metal, load bearing system is constructed at the interior. For the 3D model of the proposal ETABS software has been used. Shell finite elements have been used for the walls and linear ones represent the new metal construction. The forth mode resulted in Τx=0,13sec, which activates 80,87% of the mass, and the first mode resulted in Ty=0,14sec, which activates 82,80% of the mass, therefore: Rd(Tx)=Rd(Ty)=0,28 g. An assessment of the reinforcement proposal through the stresses of the shell elements (like in the current condition assessment) has been conducted. As for the combination 1,35 G+1,5 Q there is no failure, since both the direct and the resulting shear stresses are smaller than the maximum allowable ones. The allowable stresses have been slightly exceeded, once more on the lintels, and also on the intersection of the existing and

07 07 Το σαπωνοποιείο Ξυπτερά. Xypteras soap factory. 08 Πρόταση ενίσχυσης – τρισδιάστατο μοντέλο προσομοιώσης. Reinforcement proposal – 3D simulation model.

έλλειψης διαφραγματικής λειτουργίας στο επίπεδο των ορόφων του και απουσίας εγκάρσιων τοιχοποιιών στις επιμήκεις πλευρές. Σύμφωνα με την πρόταση αποκατάστασης, η προσθήκη από Ο/Σ αφαιρείται και κατασκευάζεται νέος μεταλλικός φορέας στο εσωτερικό του κτιρίου. Για την υλοποίηση του προσομοιώματος του κτιρίου στην πρόταση ενίσχυσης χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα ETABS. Χρησιμοποιούνται επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία για την τοιχοποιία και γραμμικά για τη νέα μεταλλική κατασκευή. Προκύπτει Τx=0,13sec από την 4η ιδιομορφή, που μας δίνει ποσοστό ενεργοποιούμενης μάζας 80,87% και Τy=0,14sec από την 1η ιδιομορφή, που μας δίνει ποσοστό ενεργοποιούμενης μάζας 82,80%. Προκύπτει: Rd(Tx)=Rd(Ty)=0,28 g. Γίνεται εκτίμηση της πρότασης ενίσχυσης μέσω των τάσεων των επιφανειακών στοιχείων όπως στην υφιστάμενη κατάσταση. Για το συνδυασμό 1,35 G+1,5 Q δεν υπάρχει αστοχία, καθώς τόσο οι ορθές όσο και οι διατμητικές τάσεις που προκύπτουν είναι μικρότερες από τις επιτρεπόμενες. Παρατηρούνται σημειακά οριακές υπερβάσεις των επιτρεπομένων τάσεων, κυρίως στην περιοχή των υπερθύρων και της σύνδεσης του υφιστάμενου και του νέου φορέα. Αυτός ο υπολογισμός θεωρείται ανεκτός. Τέλος, γίνεται διαστασιολόγηση του νέου μεταλλικού φορέα.

the new construction. This assessment is considered to be acceptable. Finally, the dimensioning of the new metal construction is proceeded.