Comportarea structurii unui bloc P+4E din panouri prefabricate la explozia unei butelii de gaz

Descrierea structurii de rezistenta a blocului si a evenimentului

Blocul are regimul de inaltime P+4E (foto 1), 2 scari, acoperis tip terasa si este situat pe str. Artarilor in mun. Bistrita, jud. Bistrita-Nasaud. A fost proiectat de ISART Bucuresti in anul 1973 si construit in anii 1974-75 de T. C. Ind. Cluj.

Amplasamentul este in zona seismica cu a_g = 0,08 g si perioada de colt T_C = 0,7 s, conform codului P100-1/2006, respectiv a_g = 0,10 g si T_C = 0,7 s conform codului P100-1/2013.

Structura de rezistenta a blocului este cu pereti structurali din panouri mari prefabricate din beton armat, dispuse in sistem fagure.

Fundatiile si soclul sunt din beton si formeaza contururi inchise sub pereti.

Peretii interiori sunt din panouri prefabricate din beton armat, cu grosimea de 14 cm, dispusi pe cele doua directii principale ale cladirii.

Panourile prefabricate de la etajul III sunt armate numai pe contur si pe marginea golurilor de usi. Pe marginile verticale au mustati sub forma de bare din otel beton OB 37, cu diametrul de 10 mm pentru asigurarea continuitatii cu monolitizarile verticale dintre ele.

Peretii exteriori, dispusi in fatadele longitudinale si laterale, sunt din panouri prefabricate din beton armat, in alcatuire tristrat, cu grosimea totala de 27 cm. Pe contur, din stratul de rezistenta, sunt lasate mustati din bare de otel beton OB 37 cu diametrul de 10 mm, pentru asigurarea continuitatii cu monolitizarile dintre ele. Panourile au armatura de bordaj la marginea golurilor de usi si ferestre.

Planseele sunt din panouri prefabricate din beton armat cu grosime de 14 cm cu dimensiunile in plan egale cu ale camerelor. Panourile reazema, pe tot conturul lor, pe pereti, pe o latime de 3,5 cm, dupa schema statica de simpla rezemare. In camp sunt armate numai la partea de jos, cu bare independente din otel beton PC 52 cu diametru 6 mm, asezate sub forma de plasa la interax de 20 cm intre ele. Pentru realizarea monolitizarii cu peretii, pe marginea verticala, pe tot conturul, sunt mustati sub forma de bare din otel beton OB 37 cu diametrul de 10 mm.

La nivelul planseelor sunt monolitizarile dintre panourile planseului si pereti. Ele sunt armate longitudinal cu doua bare din otel beton OB 37 cu diametrul de 10 mm si transversal prin montarea, in lungul mustatilor panourilor adiacente, a unor cupoane din otel-beton OB 37 cu diametrul de 10 mm, de care se sudeaza.

Legatura pe verticala dintre panourile peretilor este realizata cu monolitizari sub forma de stalpisori verticali armati cu cate o bara longitudinala, iar transversal prin sudarea intre ele a barelor lasate sub forma de mustati din panouri.

La etajul 3 al blocului, in ap. 36, in data de 19.10.2016, in jurul orei 0 si 30 minute, a avut loc explozia unei butelii de gaz. Actiunea provenita din explozia ei a fost de durata scurta, cu intensitate semnificativa. Solicitarea se incadreaza la cele exceptionale, conform STAS 8433-69 si la accidentele cu probabilitate redusa de a se mai repeata pe durata de viata proiectata, dupa codul CR 0-2005.

Constatari la fata locului

Urmare a solicitarilor, cladirea nu prezinta avarii din: greutatea permanenta, sarcinile utile, vant, seism, tasarea terenului de fundare, contractiile si dilatatiile la care a fost supusa anterior solicitarii exceptionale din explozia buteliei de gaz. Urmare a exploziei buteliei de gaz s-au constatat avarii la unele elemente structurale.

Avarii la ap. 36, sc. B, et. 3 si la cele vecine urmare a exploziei buteliei de gaz

• Peretele din fatada longitudinala s-a fisurat, s-a deformat si s-a deplasat spre exterior din planul vertical si este dislocat din imbinari (foto 2).
• Planseele dintre etajele 2 si 3 sunt fisurate, prabusite local in zona centrala, deformate pe verticala cu o sageata de cca. 1,10 m si partial dislocate din monolitizarile cu peretii de pe directia lunga de rezemare (foto 3 si 4).
• Planseele dintre etajele 3 si 4 sunt fisurate si au o contrasageata de cca 0,60 m (foto 5 si 6).
• Peretii structurali interiori sunt fisurati, deformati si au zone expulzate (foto 7 si 8).
• Panouri de perete dislocate la rostul de turnare din monolitizarea verticala (foto 9 si 10).

 Avarii la alte apartamente din bloc urmare a exploziei buteliei de gaz in ap. 36

• Deschiderea rosturilor dintre panourile prefabricate si monolitizari (foto 11 si 12).

Interventii la structura de rezistenta facute anterior dar constatate cu ocazia investigatiilor

• La apartamentele 30 si 26 de la etajele 2 si 1, unul peste celalalt, la acelasi perete si pe aceeasi verticala au fost demolate panourile (foto 13 si 14). 

Descrierea avariilor si a comportarii unor elemente ale structurii de rezistenTa

1) Peretele din fatada longitudinala este fisurat, deformat spre exterior in planul vertical si dislocat din imbinarea de la partea de jos cu panoul planseului (foto 2).

Fata de solicitarea de compresiune in planul peretelui din incarcarea gravitationala, la cel de la ap. 36 (foto 2), dupa fisuri se vede ca el a fost supus suplimentar, in timpul evenimentului, la incovoiere si forta taietoare din actiunea perpendiculara pe planul lui din explozie. In parapetul, buiandrugul si montantii laterali golului de fereastra sunt fisuri datorate momentului incovoietor si fortei taietoare. Panoul este dislocat din monolitizari, mai evidenta fiind cea de la partea de jos a lui.

2) Planseele dintre etajele 2 si 3 sunt fisurate, prabusite local, deformate pe verticala cu o sageata de cca. 1,10 m si partial dislocate din monolitizarile cu peretii de pe directia lunga de rezemare (foto 3 si 4).

In timpul evenimentului, la planseele dintre etajele 2 si 3, cele de sub ap. 36, pe langa incarcarile gravitationale provenite din greutatea permanenta si utila, s-a adaugat in acelasi sens de actiune si solicitarea dinamica din explozie sub forma unei presiuni cu intensitate mare si durata de timp scurta, insotita de forta de inertie. Placile au fost solicitate predominant la incovoiere si forfecare. Armatura placilor este dispusa sub forma de plasa dupa cele doua directii de rezemare in zona intinsa a sectiunii transversale din actiunea momentului incovoietor.

In foto 3 se vede intradosul placii de sub camera de zi a ap. 36 care este fisurat si prabusit local in zona centrala a ei, unde solicitarea sectionala din incovoiere a fost maxima. Fisurile sunt dispuse dupa cele doua directii de rezemare ale placii, cu deschidere dupa directia normala la suprafata ei, fiind tipice solicitarii sectionale din moment incovoietor si forfecare pura.

Pe zona fisurata a placii, alungirea armaturii fara rupere s-a produs pe deschiderea fisurilor. Pe zona prabusita s-a rupt armatura prin gatuire la fata sectiunii transversale a bucatilor de beton.

Aceasta indica faptul ca pe lungimea bucatilor de beton, intre fisuri, nu s-au produs alunecari, fiind pastrata in continuare conlucrarea dintre beton si armatura.

In foto 4 se vede partea de sus a placii de la dormitorul ap. 36. Se constata ca in zona centrala, dupa latura lunga de rezemare, placa a alunecat de pe perete, urmare a solicitarii de incovoiere si sagetii mari. Desprinderea s-a produs in lungul rostului vertical al monolitizarii de pe perete, prin alunecarea planseului, distrugerea locala a betonului cu desprinderea lui de armatura si ruperea armaturii transversale care lega planseele adiacente. Ruperea casanta a betonului in zona de rezemare a placii, unde solicitarea din forta taietoare a fost predominanta in sectiune, se datoreaza lipsei armarii transversale. Ruperea armaturii s-a produs in zona de inadire prin sudura intre mustatile din panouri si barele transversale de legatura. Zona fisurata, care se vede in foto 4, o reprezinta sapa.

Directiile de fisurare la intrados a placii, foto 3, precum si deformarea de ansamblu a placii, asa cum se vede din foto 4, pun in evidenta comportarea unei placi din beton armat simplu rezemata pe tot conturul, in stadiu de cedare, solicitata la o incarcare normala pe planul ei distribuita pe toata suprafata, si armata la fata intinsa cu armatura sub forma de plasa.

Dupa eveniment, placa fisurata in stadiul de deformare finala a ramas la pozitie, descarcandu-si greutatea proprie si utila la peretii de pe contur, prin armatura intinsa, lucrand drept cabluri dispuse sub forma de plasa pe doua directii.

3) Planseele dintre etajele 3 si 4 sunt fisurate si au o contrasageata de cca. 0,60 m (foto 5 si 6).

In timpul evenimentului, la planseele dintre etajele 3 si 4, cele de deasupra ap. 36, fata de incarcarile gravitationale provenite din greutatea permanenta si utila in sens contrar lor, a actionat solicitarea dinamica din explozie sub forma unei presiuni cu intensitate mare si durata de timp scurta, insotita de forta de inertie. Placile au fost solicitate predominant la incovoiere si forfecare. Armatura placilor este dispusa sub forma de plasa, dupa cele doua directii de rezemare in zona comprimata a sectiunii transversale din actiunea momentului incovoietor.

In foto 5 se vede intradosul placii de deasupra camerei de zi a ap. 36. Prin deformarea placii in sus, armaturile de la partea de jos a ei s-au intins si au expulzat stratul de acoperire. Alungirea mai mare a armaturilor de pe directia mica fata de cea de pe directia mare este pusa in evidenta de proeminenta vizibila a expulzarilor stratului de acoperire.

In foto 6 se vede partea de sus a placii de deasupra camerei de zi a Ap. 36 cu sapa fisurata, care nu are armatura. Placa de beton, la randul ei, la fata intinsa, partea de sus, nu este armata. Avand aceeasi deformatie ca si sapa, reiese ca si in placa de beton sunt fisuri de acelasi fel. Fisurile pun in evidenta o solicitare din incovoiere, dupa cele doua directii de rezemare ale placii.

Dupa eveniment, placa fisurata, in stadiul de deformare finala, a ramas pe pozitie prin descarcarea greutatii proprii si utile la peretii de pe contur, ca bolta in care solicitarea este de compresiune si forta taietoare.

4) Peretii structurali interiori sunt fisurati, deformati si au zone expulzate (foto 7 si 8).

Peretii structurali interiori din zona unde a avut loc explozia au fisuri, expulzari in zona centrala a lor ori au fost expulzati in intregime (foto 7 si 8).

Fata de solicitarea de compresiune din planul peretilor, cauzata de incarcarea gravitationala, dupa modul de rupere si expulzare a unor zone ale lor, se vede ca au fost supusi suplimentar la incovoiere in timpul evenimentului, dupa cele doua directii si forta taietoare din actiunea perpendiculara pe planul lor cauzata de explozie. Panourile de pereti fiind armate numai pe contur, ruperea betonului pe zona centrala a fost casanta. La capetele marginale, panoul prefabricat s-a desprins din monolitizarea in lungul rostului vertical, iar barele de legatura din planul lui s-au rupt.

Desprinderea dupa directia perpendiculara planului peretelui este explicata de forta taietoare. La realizarea detaliului monolitizarii nu s-a avut in vedere si situatia de solicitare perpendiculara pe planul peretelui. Armatura longitudinala de pe conturul panoului nu s-a rupt.

Din foto 7 rezulta rezervele de rezistenta pe care le prezinta panourile de la etajul 4, care, pe langa greutatea proprie, sustin si incarcarile gravitationale din descarcarea planseelor de la etajul 4 si a celor de la terasa blocului.

5) Panouri de perete dislocate la rostul de turnare din monolitizarea verticala (foto 9 si 10).

Monolitizarile verticale dintre panouri si stalpisorii verticali au ramas la pozitia de dinaintea exploziei, fara sa se fisureze. Panourile peretilor au fost solicitate din explozie perpendicular pe planul lor, solicitare care, in mod curent, nu s-a luat in calcul la proiectare. In aceasta situatie, nici la proiectarea rostului vertical dintre panou si stalpisor nu s-a avut in vedere aceasta solicitare. Prin urmare, pe zona rostului, prin ruperea mustatilor de ancorare, panourile peretilor s-au deprins de monolitizari, iar monolitizarile nu au mai fost solicitate.

6) Deschiderea rosturilor dintre panourile prefabricate si monolitizari (foto 11 si 12).

Explozia a avut loc in zona de mijloc a blocului. Distrugerea elementelor structurale a avut loc in zona exploziei. In zonele invecinate, efectele exploziei se vad prin deschiderea rosturilor dintre stalpisori si panourile pertilor, cat si la monolitizarile dintre panourile planseelor si a peretilor. Cu cat distanta de locul exploziei este mai mare, cu atat deschiderea rosturilor la monolitizari este mai mica. Aceasta arata ca primul efect al exploziei a fost simtit de rosturile monolitizarilor panourilor.

7) La apartamentele 30 si 26 de la etajele 2 si 1, unul peste celalalt, la acelasi perete si pe aceeasi verticala au fost demolate panourile prefabricate (foto 13 si 14).

In urma exploziei nu s-au constatat, la apartamentele mentionate anterior, degradari in plus din explozie fata de celelalte apartamente, a caror cauza sa fie interventiile anterioare de demolare a panourilor prefabricate la perete. Aceasta se datoreaza modului de solicitare a elementelor din explozie, diminuarii efectelor ei cu cresterea distantei si rezervelor de rezistenta de care dispune structura de rezistenta a blocului, deoarece este construit din diafragme de beton armat.

Probleme legate de actul de proiectare, ivite din cazul prezentat

• Efectele exploziei intr-o constructie, asupra elementelor ei, se diminueaza progresiv cu cresterea distantei.
• Lungimea de rezemare a panourilor de planseu pe pereti a fost insuficienta, la sageata suferita de plansee din actiunea exploziei.
• Structura blocului dispune de rezerve astfel ca degradarea unor elemente structurale la locul exploziei nu are o influenta semnificativa fata de comportarea ei pe ansamblu.
• Panourile de pereti de la etajul 4 dispun de rezerve privind capacitatea portanta, deoarece au putut prelua incarcarile gravitationale dupa expulzarea panourilor de perete de la etajul 3.
• Armaturile la placile de planseu de pe primul rand (cel de jos) prezinta o stare de degradare mai avansata fata de cele de pe randul 2, ceea ce scoate in evidenta importanta asigurarii grosimii stratului de acoperire a lor cu beton.
• Ruperea betonului in sectiunile fara armatura s-a facut casant. Prezenta armaturii in sectiunea din beton de pe conturul panourilor de perete a facut ca bucatile de beton sa nu poata fi expulzate din element dupa fisurarea lui.
• In vederea evitarii producerii de accidente, proiectantul structurist trebuie sa acorde importanta cuvenita partii de proiect privind: sprijinirile (pentru punerea in siguranta a cladirii pe perioada demolarii si executiei noilor elemente structurale) si a fazelor de executie la lucrarile de demolare si refacere a noilor elemente structurale.
• In lipsa unei prevederi specifice, proiectantul structurist este pus in situatia sa decida daca alegerea calitatii betonului si armarea placilor de planseu, pereti si monolitizari sa fie facute dupa normele din 1973 sau dupa cele actuale.

(Din AICPS Review nr. 1-2/2017) 

Autori:
ing. Petre PINTEA
ing. Alexandru DAMIAN 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 139 – august 2017, pag. 62