В данной статье стены рассматриваются в двух аспектах:
Первый, как носитель информации о происходящих деформациях фундаментов и оснований;
Второй, как элемент памятника, отражающий развитие процессов, возникших в результате нарушений структуры примыкающей к памятнику поверхности земли и внутристенных физико-химических процессов, возникающих в результате взаимодействия стен с окружающей средой.

При возведении стен использовался тот же строительный материал, который применялся при сооружении фундаментов. В зависимости от наличия вблизи местного строительного материала в технологии возведения стен использовался валунный камень, бут или квадры белого камня, кирпич или плинфа. Кладка стен осуществлялась полностью из какого-то одного материала, либо в разном их сочетании, т.е. была смешанной. Последнее касалось не только забутовки, но и лицевой поверхности стен. Такой «комбинированностью» отличаются, в основном, памятники архитектуры до монгольского времени, когда кирпичи чередовались с тесанными блоками белого камня или «вкраплениями» отдельных валунов.

Поперечный разрез стен реже характеризуется однородностью, когда при равнослойной кладке вся толщина стены выложена рядами кирпичей, либо, когда стены полностью выложены валунами. Чаще встречаются наиболее конструктивный и более экономичный вид кладки стен с внутренней забутовкой подручными строительными материалами: битым кирпичом, мелким валунником (рыхлая грубообломочная порода, состоящая из валунов, промежутки между которыми могут быть ничем не заполнены), белокаменным бутом, плитняком на известковом растворе. Кладка стен и в этом случае велось горизонтальными рядами, так как материал, укладываемый в пределах наружных поверхностей, должен был создавать требуемый эстетический эффект.

На фотографии виден поперечный разрез стены Новгородского Кремля, в результате обрушения из-за сложных гидрогеологических условий и разрушения дренажной системы во время последующего строительства, в 1991 году, между Княжеской и Спасской башнями, забутовка которой выполнена из валунов, битого кирпича и белого плитняка.

Кроме обеспечения живописно-декоративных решений фасадов стен, которым отвечают памятники архитектуры и о которых пишут многие исследователи русского каменного зодчества, стены и их конструкции поражают глубоко продуманной приспосабливаемостью к суровым климатическим условиям России и реагируют лишь на проявления экстремальных ситуаций.

Незащищенность стен от влияния внешних природных факторов одно из главных особенностей многих памятников русской архитектуры и в первую очередь оборонительных и монастырских сооружений и холодных храмов. Многовековой опыт возведения подобных сооружений позволил найти несколько продуманных решений.

Прежде всего это можно отнести к аркадам, устраиваемым по внутренним границам стен оборонительных сооружений и внешним стенам некоторых храмов XVI-XVII вв. Аркады, как разгружающие арки, играют роль компенсаторов температурных напряжений, достигающих из-за различной экспозиции и резких колебаний температуры значительных величин.

Компенсирующая функция аркад дополнялась внутренней забутовкой стен, выполняющих наряду с утилитарными задачами и роль компенсирующего элемента. Внутренняя забутовка, будучи более пластичной кладкой, чем «наружная верста», как бы гасит деформации, связанные с температурными градиентами. Последние из-за разной температурной проводности материалов наружных рядов кладки и забутовки обуславливаются тепловой инерцией материалов стен. Поэтому, будучи линейными сооружениями, не имеющими начальных температурных швов, стены и башни крепостных сооружений при подобной конструкции довольно хорошо адаптировались к местным климатическим условиям.

Однако, применяемая структура кладки, безусловно создающая ряд благоприятных условий для повышения сохранности стен, определила развитие генетически обусловленных ею ряда негативных процессов, медленно приводящих к разрушению стен. Это прежде всего процессы физического выветривания кладки. Строительные материалы стен после длительного эксплуатационного периода, подвергаясь выветриванию, приобретают способность поглощать атмосферную воду. Так, например, при плотности кладки 1,7 т/куб. м. выветренная стена площадью 1 кв.м. может поглотить за 1 час до 22 литров воды.

Исследования распределения влажности кирпичной кладки стен Спасо-Преображенского собора в Белозерске показало зависимость влажности кладки цоколя по высоте от проникновения парообразной влаги снизу через фундамент. Последнее усиливало влажность стен устройством в соборе цементного черного пола и по периметру бетонной отмостки.

Незащищенность стен от развития этих процессов создает возможность проникновения влаги также в виде пара через боковые поверхности стен и снизу.

На рисунке (справа) показана принципиальная схема проникновения этой влаги и дальнейшее ее превращение в гравитационную воду, в результате конденсации пара.

По термофизическим условиям, при переходе к весенне-летнему потеплению, а также при оттепели в зимний период, происходит конденсирование пара и выпадение влаги на наиболее охлажденных поверхностях. Валуны, которые часто используются в качестве забутовки, обладают более высокой теплопроводностью. Поэтому инерция сохранения ими более низких температур внутри кладки стен приводит при попадании теплого воздуха внутрь кладки к ее предельному насыщению влагой, выпадающей на поверхности валунов или белокаменных блоков в виде росы. Скопление воды внутри забутовки при последующем промораживании стены приводит к переходу воды в твердое состояние, которое сопровождается формированием значительного поля напряжении и приводит к разрыву сплошности стен по линии минимальной адгезионной прочности между забутовкой и наружной кладкой.

При обследовании деформированной части стены Новгородского кремля после того, как 37-метровая часть прясла стены упала, удалось выявить значительные полости, кулисообразно вытянутые вдоль стены, пустоты, трещины, раскрытием от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров. Большая часть этих нарушений в кладке стены была приурочена к контактной зоне между забутовкой и наружной кладкой. Развитие этих внутренних дефектов сопровождалось увеличением содержания влаги внутри стен и дальнейшим увеличением параметров раскрытия и длины дефектов.

Образование линзовидной формы трещин и полостей вдоль стены придало внешней ее поверхности своеобразный двойной энтазис. Отклонение стены от первоначального положения на уровне от поверхности земли, равной 1/3 высоты стены, составило около 0,5-0,8 м в конце 80-х годов. Незадолго до ее падения (май 1991 года) было резкое потепление и разность температур наружного воздуха и стен доходила до 15-20°С. Теплый воздух, охлаждаясь на поверхности стен и внутри пустот, привел к предельному насыщению влагой ослабленную до предела кладку, и стена, потеряв внутреннюю сопротивляемость, рухнула.

При изучении состояния стен памятников, особое внимание следует обращать на состояние кладки в нижней части стен, которая со временем оказалась ниже современного уровня дневной поверхности под толщей техногенных образований, бетонных и асфальтовых покрытии тротуаров, отмосток, площадей. Эта часть стен подвергается разрушительному воздействию влажности и частичному или полному промораживанию кладки, ее физическому выветриванию с образованием ниш и, так называемой, «шейки», что приводит при снижении площади несущей кладки к значительному повышению напряжений.

Поскольку грунты, поверхностные и грунтовые воды в последние десятилетия содержат значительное количество солей, то к физическому процессу разрушения кладок добавляются и химические процессы. Последние в значительной степени снижают сохранность и прочность субстрата раствора, кирпича и белого камня.

Наиболее распространенными и опасными для сохранности памятников русской архитектуры являются осадочные трещины, отражающие в стенах эмерджентно-эволюционные преобразования в структуре оснований и фундаментов, как итог сложно протекающих парагенетически связанных процессов. Поэтому правильное дешифрирование трещин, кренов и других дефектов кладки стен позволит находить причины их развития.

В зависимости от используемого материала, формы и размера его отдельности, наличия связующего раствора кладка стен может иметь различную степень структуризации. Валунная кладка, стены со значительным объемам забутовки из разнородного по размеру и форме материала ближе к конгломератной структуре, тогда как кирпичная или блоковая кладка с разными видами перевязок более структурирована. Поэтому одни и те же силовые поля, возникающие в стенах, при наличии дефицита несущей способности в основании, по-разному будут взаимодействовать с описанными выше структурами стен.

Для валунной кладки, состоящей из очень прочных, окатанных элементов магматических пород, прочность которых несоизмерима с возникающими напряжениями в стенах, характерно образование трещин, огибающих валуны и не образующих скалывающих деформаций. В ряде случаев, при образовании «бегущих» трещин, выступающие валуны подвергаются вращению, тем большему, чем больше амплитуда смещения архитектурно-тектонических блоков.

Трещины в структурированной кладке имеют в основном скалывающий характер, хотя в. общей длине этих трещин немалую роль играют швы между кладкой кирпича или блоков, поскольку прочность швов в несколько раз ниже, чем у основного материала. В этом случае швы образуют линию наименьшего сопротивления образованию «бегущей» трещины, секущей выступающие кирпичи или блоки на пути генерализации разрыва сплошности стены.

Для протяженных сооружений памятников (крепости, монастыри), стены которых выложены пластичной кладкой, деформации из-за неравномерных осадок или пучения могут проходить без нарушения сплошности стен, а с образованием лишь плавных наклонов или искривлений, о чем можно судить по синусоидальным прогибам карнизов или валиков.

Особую группу трещин в стенах определяют так называемые сводчатые трещины, образующиеся в результате осадочных процессов в основаниях и подчиняющиеся синергетическому принципу самоконструирования в результате перераспределения напряжений в сохранившейся части стены после отрыва и в результате чего, образуется несущий свод.

Особенность этих трещин заключается в том, что геометрия этих трещин (отношение высоты сводов к их пролету) подчиняется золотому сечению. Трещины подобного генезиса встречаются не так часто, но представляют собой значительную опасность для сохранности стен памятников.

На схеме (справа) приведена сводчатая трещина на восточной стене четверика церкви Рождества Богородицы, возведенной в 1664 году в селе Поярково Московской области, образовавшей отторгнутый блок над алтарным порталом.

Подобные трещины выявлены в стенах Ивановской части Кирилло-Белозерского монастыря, на южной стене храма Рождества Богородицы в Ростове Великом, в ряде зданий исторической застройки Москвы, и всюду геометрическое соотношение параметров этих трещин (b/h) близки к числам Фибоначчи (1,618), отражающим одну из производных золотого сечения.

На стенах ортогональных несущих конструкций, определяющих более жесткие пространственные элементы зданий, развиваются сложные деформации, сопровождающиеся раскрытием нескольких систем различно ориентированных трещин, раскрывающих порой многофакторный процесс деформации памятника. Часто подобные трещины образуются под воздействием сил морозного пучения.

Для кирпичной и белокаменной кладки стен в зонах их соприкосновения с атмосферной и капиллярной влагой характерно постепенное «сотовое» разрушение субстрата кладки или слоистое разрушение кладки в целом. Подобное разрушение часто встречается на внешних поверхностях монастырских стен, когда образуется перепад высот между внутренней и внешней поверхностями земли и при этом на внутренней территории создается бессточная зона. В этом случае за счет фильтрации влаги сквозь стены происходит их переувлажнение и последующее промораживание приводит к поверхностному разрушению структуры кладки стен или камня.

Таким образом, проделанный анализ состояния фундаментов и стен многих памятников русской архитектуры свидетельствует о том, что их сохранность во многом зависит от протекающих в геологической среде процессов.