Analizy zagrożeń, awarii i katastrof żelbetowych zbiorników i silosów

Transkrypt

1 Analizy zagrożeń, awarii i katastrof żelbetowych zbiorników i silosów Prof. dr hab. inż. Leonard Runkiewicz, Instytut Techniki Budowlanej, Politechnika Warszawska 1. Wprowadzenie W Polsce od szeregu lat prowadzone są analizy uszkodzeń, awarii i katastrof budowlanych, w tym m.in.. Realizowane są one w postaci ciągłych obserwacji (monitoringów), specjalistycznych analiz techniczno-ekonomicznych i publikacji w różnych czasopismach oraz przedstawiane na naukowo-technicznych krajowych i międzynarodowych sympozjach i konferencjach [1 6]. Wnioski z tych prac służą do doskonalenia technik i technologii programowania, projektowania, realizacji, użytkowania, ubezpieczania i wyceny różnego rodzaju zbiorników i silosów żelbetowych. Służą one m.in. do doskonalenia i nowelizacji przepisów technicznych, norm projektowania, wytycznych i instrukcji wykonywania i odbioru robót budowlanych oraz do doskonalenia wiedzy technicznej i podnoszenia kwalifikacji zawodowej i organizacyjnej projektantów, wykonawców, użytkowników i rzeczoznawców, a także zakresu i form ubezpieczania działalności budowlanej oraz doskonalenia eksploatacji i wyceny całego szeregu różnorodnych zbiorników i silosów żelbetowych. W referacie przedstawiono analizy zagrożeń, awarii i katastrof konstrukcji, które wystąpiły w latach Zbiór informacji Zbiór zebranych informacji o zagrożeniach, awariach i katastrofach wprowadzano uprzednio do bazy danych o awariach i katastrofach. Baza danych o awariach i kata - strofach budowlanych działa w Instytucie Techniki Budowlanej od 1962 roku. W bazie danych ITB o awariach i katastrofach budowlanych zgromadzone jest ponad 4000 danych (rekordów) obejmujących wydarzenia od 1989 r. do 2006 r. [2]. Baza składa się z rekordów. Każdy rekord dotyczy jednego obiektu budowlanego i jednego zdarzenia. Informacje zawarte w każdym rekordzie podzielone są na następujące grupy zagadnień: A. Dane ogólne o obiekcie (adresy, daty itp. informacje wyłącznie do wglądu przez administratora bazy), B. Dane techniczne o obiekcie (typ obiektu ze względów funkcjonalnych, materiałowych, konstrukcyjnych itp.), C. Dane o awarii, katastrofie (rodzaj zdarzenia, przyczyny zdarzenia itp.), D. Dane o skutkach i konsekwencjach zdarzenia (rodzaj uszkodzeń, zakres uszkodzeń, przyczyny zdarzenia itp.), E. Dodatkowe informacje Na podstawie zgromadzonych danych o awariach i katastrofach budowlanych, każdego roku sporządzane są analizy i zestawienia statystyczne. Podstawą do sporządzenia tych zestawień są zawsze 2 pliki: z jednego, poprzedniego roku oraz ze wszystkich lat ubiegłych. Każdego roku sporządzane było sprawozdanie, które zawiera m.in. zestawienia statystyczne. Na rysunku 1 pokazano liczby katastrof z podziałem na poszczególne lata z danych Instytutu Techniki Budowlanej oraz z rejestru katastrof prowadzonym w Głównym Urzędzie Nadzoru Budowlanego (GUNB). Baza danych ITB zawiera dane od 1989 r. do 2006 r., natomiast rejestr GUNB jest prowadzony od 1995 r., a więc od czasu, gdy ustawa Prawo budowlane wprowadziła obowiązek prowadzenia takiego rejestru (obecnie Rejestr Katastrof Budowlanych system RKB). Dane w bazie ITB są wprowadzane z dokumentów (ankiet) jakie GUNB udostępnia dla ITB i uzupełniane są o dane z innych źródeł (własne ekspertyzy ITB, rze ITB GUNB Rys. 1. Liczba katastrof (rekordów) z danych ITB oraz katastrof w rejestrze GUNB 75

2 76 Rys. 2. Udział procentowy awarii i katastrof obiektów budowlanych w latach według podziału na rodzaje budownictwa Rys. 4. Udział procentowy awarii i katastrof obiektów budowlanych w latach ze względu na rodzaj uszkodzenia lub zniszczenia konstrukcji czoznawcy w kraju, urzędy, firmy, czasopisma i konferencje techniczne itp.) Dlatego dane ITB zawierają większą liczbę rekordów niż rejestry GUNB. W zestawieniu wyraźnie widoczny jest wzrost liczby awarii i katastrof w roku 2008 i 2010 w porównaniu z latami poprzednimi. Przyczyny licznych przypadków awarii i katastrof można upatrywać w tym, że w ostatnich latach miały miejsce liczne huragany i ulewy. Spowodowały one zawalenie wyeksploatowanych, zużytych, nieużytkowanych i porzuconych obiektów budowlanych lub ich fragmentów. 3. Wieloletnia charakterystyka zagrożeń, awarii i katastrof Wieloletnia charakterystyka zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych obejmuje m.in. różnego rodzaju zbiorniki i silosy żelbetowe. Zestawienie szacunkowe analiz powstałych zagrożeń, awarii i katastrof wszystkich obiektów budowlanych za lata przedstawiono na rysunkacj 2 7. Przedstawiają one charakter obiektów, rodzaje uszkodzenia lub zniszczenia, rodzaje materiałów oraz przyczyny projektowe, wykonawcze i eksploatacyjne ich powstania. Uszkodzone zbiorniki i silosy żelbetowe występowały w budownictwie publicznym, a także w budownictwie przemysłowym i mieszanym. Udział procentowy tych zdarzeń był bardzo duży (rys. 2). Ze względu na typ konstrukcji, uszkodzone zbiorniki i silosy żelbetowe stanowiły konstrukcje płytowe, powłokowe, mieszane i szkieletowe. Udział zagrożeń, awarii i katastrof takich konstrukcji był duży (rys. 3). Najwięcej uszkodzeń zbiorników i silosów żelbetowych wystąpiło w postaci ugięć i pęknięć elementów, a następnie przechyleń i runięć, przemieszczeń elementów lub obiektów (rys. 4). Rys. 3. Udział procentowy awarii i katastrof obiektów budowlanych w latach według podziału na typy konstrukcji budowlanych Rys. 5. Przyczyny projektowe występowania zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych w latach Do najczęstszych przyczyn projektowych zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych należały: złe założenia projektowe, niedbałość projektantów i niedostateczny stan wiedzy oraz błędy rachunkowe. Dotyczyły one w równym stopniu zbiorników jak i silosów żelbetowych (rys. 5). Do najczęstszych przyczyn złego wykonawstwa obiektów budowlanych należały: niedbałość wykonawców, niedostateczne kwalifikacje, niedostateczny stan wiedzy, odstępstwo od projektu oraz zła jakość połączeń. Dotyczyły one w równym stopniu zbiorników, jak i silosów żelbetowych (rys. 6). W zakresie eksploatacji zbiorników i silosów żelbetowych, zagrożenia, awarie i katastrofy występowały najczęściej z powodu niedostatecznego nadzoru, niedbałości użytkowników oraz z niedostatecznego stanu wiedzy użytkowników (rys. 7). Najczęściej na powstanie awarii lub katastrofy zbiorników i silosów żelbetowych wpływało kilka grup procesu inwestycyjnego lub eksploatacyjnego.

3 Rys. 6. Przyczyny złego wykonawstwa, na powstanie zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych w latach Były one równoczesnymi inicjatorami awarii lub katastrofy. Uczestniczyły w nich w różnym zakresie i w różnym czasie. Błędy powodujące zagrożenia, awarie i katastrofy zbiorników i silosów żelbetowych należały do błędów technicznych, szkoleniowych, organizacyjnych, ekonomicznych, a także do błędów losowych. Najczęściej były to błędy ludzkie występujące we wszystkich sferach procesu inwestycyjnego i eksploatacyjnego. 4. Przyczyny techniczne i organizacyjne zagrożeń, awarii i katastrof zbiorników i silosów żelbetowych Błędy i przyczyny złego projektowania, wykonawstwa i eksploatacji wynikały głównie z szeregu przyczyn technicznych w procesie inwestycyjnym i eksploatacyjnym. Do najbardziej powszechnych przyczyn technicznych i organizacyjnych wpływających na zagrożenia, awarie i katastrofy zbiorników i silosów żelbetowych należy zaliczyć: W projektowaniu i programowaniu najczęstszymi błędami wpływającymi na powstawanie zagrożeń, awarii lub katastrof zbiorników i silosów żelbetowych były: niedostateczne lub błędne oceny właściwości podłoża gruntowego i warunków wodno-gruntowych, błędne oceny dopuszczalnych obciążeń na grunt i dopuszczal- nych osiadań dla danego rodzaju i typu projektowanej konstrukcji, szczególnie przy realizacji wielokomorowych zbiorników i silosów żelbetowych, zły typ i rodzaj fundamentowania oraz niewłaściwe ich zaprojektowanie bez uwzględnienia rzeczywistej współpracy konstrukcji z podłożem gruntowym, nieodpowiednie rodzaje konstrukcji przyjęte dla projektowanego obiektu określonych technologii, typu fundamentowania, eksploatacji oraz warunków użytkowania, błędne interpretacje norm, aprobat technicznych, wytycznych i instrukcji przedmiotowych dla projektowanych warunków technicznych, odstępstwa od norm, aprobat technicznych i wytycznych przy projektowaniu konstrukcji w warunkach nietypowych i specjalnych, błędne rozpoznanie pracy konstrukcji obiektów przy złożonych i nietypowych obciążeniach, np.: w przypadku obciążeń parasejsmicznych, wiatrem, śniegiem, pyłem, lodem, temperaturą itp., błędy w przyjęciu i realizacji modeli obliczeniowych, zwłaszcza przy zbiornikach i silosach wielokomorowych, nieodpowiedni lub błędny dobór technologii wykonania i rodzaju materiałów w konstrukcjach żelbetowych oraz elementów wykończeniowych w zbiornikach i silosach, Rys. 7. Przyczyny złej eksploatacji, na powstanie zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych w latach r. nieuwzględnianie procesów wykonawczych, opinii inwestorów i użytkowników przy powtarzalnych realizacjach konstrukcji, zła organizacja procesów projektowania, złe procedury przetargów na roboty budowlane, zbyt szybkie (umowne) terminy realizacji, niewłaściwe kontrakty z inwestorami. W procesie wykonawstwa błędami takimi były: zmiany warunków fundamentowania konstrukcji zbiorników lub silosów żelbetowych oraz brak dostatecznych badań zmian właściwości gruntu przed rozpoczęciem budowy obiektu, niedostateczna jakość wbudowywanych betonów oraz materiałów i wyrobów budowlanych, szczególnie betonu i stali, wbudowywanie uszkodzonych elementów oraz wyrobów, złe wykonywanie połączeń żelbetowych i stalowych elementów prefabrykowanych, stosowanie materiałów nieatestowanych i bez certyfikacji, niedostateczne kontrole jakości materiałów bez atestów oraz niewłaściwe kontrole międzyoperacyjne, niedotrzymywanie zasad sztuki budowlanej oraz braki w nadzorze technicznym, niedostateczne zrozumienie przez wykonawców pracy konstrukcji oraz warunków jej użytkowania, prowadzące do niewłaściwych zmian realizacyjnych w stosunku do projektu, 77

4 78 częste braki współpracy wykonawców z projektantami obiektów, złe procedury przetargów na roboty budowlane, złe organizacje budów. W czasie eksploatacji oraz przy remontach i modernizacjach obiektów budowlanych obejmujących zbiorniki lub silosy żelbetowe, zagrożenia, awarie i katastrofy spowodowane były najczęściej przez: niewykonywanie przeglądów technicznych rocznych i pięcioletnich (zgodnie z prawem budowlanym), dopuszczanie do uszkodzeń konstrukcji zbiorników lub silosów żelbetowych, niedostateczne konserwacje, złe malowania i zabezpieczenia konstrukcji przed erozją i korozją, osłabienia lub uszkodzenia połączeń lub istotnych fragmentów konstrukcji, dopuszczanie do powstawania nadmiernych rys, a często pęknięć elementów w konstrukcji, powstawanie oraz nieusuwanie zacieków i ich przyczyn, dopuszczanie do powstawania awarii instalacji sanitarnych, gazowych lub elektrycznych, a szczególnie awarii instalacji wodociągowych w podłożach, niezgodne ze sztuką budowlaną realizowane remonty i modernizacje, często bez właściwych projektów, jedynie na bazie zaleceń wykonawców nieposiadających odpowiedniego przeszkolenia. W analizowanym okresie ( ) było wiele awarii i katastrof, najczęściej o bardzo dużych rozmiarach, szkodach i skutkach. Przykładami mogą być zagrożenia, awarie i katastrofy zbiorników wody i ścieków w oczyszczalniach, komór fermentacyjnych, zbiorników w zakładach przemysłowych, zbiorników p.poż. i zbiorników żelbetowych specjalnego przeznaczenia, a także silosów pojedynczych oraz baterii silosów na zboże, ziarna oleiste, cement, żwir, popiół lotny, kamień i cukier itp. [1 6]. Przykładowo w latach 70. po katastrofach kilku silosów specjaliści Instytutu Techniki Budowlanej przeprowadzili szerokie badania oraz dokonali oceny stanu technicznego około 200 zbiorników i silosów żelbetowych na cement, wapno i gips w około 80 zakładach przemysłu cementowego, wapienniczego i gipsowego [1]. Zakresy szczegółowych badań stanu konstrukcji w poszczególnych przypadkach uzależnione były od ówczesnych ocen i spostrzeżeń poczynionych w trakcie wstępnych wizji lokalnych. Badania silosów obejmowały: pomiary gabarytowe wraz z oceną posadowienia, ocenę jakości i jednorodności betonu w płaszczach zbiorników i silosów, określenie przekroju i rozstawu zbrojenia oraz grubości otulenia i długości zakładów zbrojenia w złączach, ocenę rzeczywistego gatunku stali zbrojeniowej. Na podstawie badań i analiz stwierdzono, że zasadniczy wpływ na obniżenie bezpieczeństwa konstrukcji miały błędy i wady wykonawstwa zarówno dotyczące zbrojenia, jak i betonu. Nieliczne błędy i usterki projektowe, jak i nieprawidłowe warunki eksploatacji miały bezsporne, lecz drugorzędne znaczenie. Przeprowadzone oceny bezpieczeństwa zbiorników i silosów uwzględniały różnorodne czynniki, wpływające zarówno na obniżenie, jak i podwyższenie współczynnika bezpieczeństwa. Ostatecznie, w wyniku tak przeprowadzonych analiz stwierdzono, że: 55% zbiorników i silosów nie może być dalej eksploatowanych według założeń; wymaga więc wzmocnienia lub ograniczonego zakresu eksploatacji, 10% zbiorników i silosów wymaga gruntownej naprawy, 30% zbiorników i silosów wymaga drobnych napraw, 5% zbiorników i silosów nie wymaga napraw. Większość tych silosów i zbiorników w późniejszym okresie została wzmocniona. W ostatnich latach podobne sytuacje występują w licznych realizacjach zbiorników w oczyszczalniach ścieków. Przy czym zagrożenia i awarie występują zarówno z powodu błędów wykonawczych, jak i projektowych. 5. Podsumowanie i wnioski Przedstawione wieloletnie charakterystyki oraz analizy zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych, w tym pozwalają na ogólną ocenę rozwiązań projektowych i wykonawczych w poszczególnych etapach procesów inwestycyjnych oraz eksploatacji pod względem bezpieczeństwa, niezawodności, trwałości i awaryjności żelbetowych zbiorników i silosów. Wynika z nich, że występujące awarie i katastrofy budowlane mają określone przyczyny techniczne, organizacyjne, prawne, administracyjne, finansowe, społeczne i inne. W związku z analizami obiektów o bardzo zróżnicowanym charakterze, zarówno pod względem technicznym, jak i ekonomiczno-organizacyjnym, przedstawione błędy obejmują szeroką gamą problemów z zakresu techniki, ekonomii, organizacji i zarządzania. We wszystkich etapach procesu inwestycyjnego i eksploatacyjnego występuje jeszcze nadal zbyt duża niedbałość, brak właściwej organizacji, brak dostatecznego nadzoru technicznego, niedostateczny stan wiedzy projektantów, wykonawców i użytkowników oraz inne charakterystyczne błędy. W projektowaniu niedostateczny stan wiedzy dotyczy podejmowania się przez projektantów takiego projektowania konstrukcji zbiorników i silosów, dla którego brak jest dostatecznych badań, analiz i zaleceń. Złe założenia projektowe dotyczą rzeczywistej pracy konstrukcji zbiorników i silosów oraz niedostatecznej wiedzy projektantów o projektowanych obiektach i ich współpracy z podłożem. Niedbałość projektantów obejmuje także te problemy i zasady projekto-

5 wania, które uprzednio zostały opracowane i znormalizowane, a niezależnie od tego są obecnie źle przyjmowane do projektowania. Złe przyjmowane warunki wykonawcze dotyczą niedostatecznej praktyki wykonawczej projektantów przy wyborze technologii zbiorników i silosów. Błędy projektowe można podzielić na zależne i niezależne od ludzi. Do niezależnych należą najczęściej błędy w projektowaniu komputerowym. Wobec stosowania metod komputerowych oraz niedostatecznej praktyki (wielu projektantów), odpowiedzialność za projektowanie w procesie inwestycyjnym znacznie się skomplikowała. Często brak jest jednoznacznej odpowiedzialności za przyjęte rozwiązania projektowe. W wykonawstwie niedbałość wykonawców przejawia się najczęściej złą organizacją oraz nieprzestrzeganiem podstawowych procesów budowlanych, niezgodnych z warunkami wykonywania, sztuką budowlaną i podstawową logiką organizacyjno-produkcyjną. Niedostateczny stan wiedzy wykonawców obejmuje również specjalistyczne problemy realizacji wyrobów, elementów lub obiektów dla których opracowane uprzednio akty techniczne (np. aprobaty techniczne) i normatywne nie są przestrzegane. Błędy obejmują także takie problemy, które nie są dostatecznie przebadane i przez nieodpowiednią adaptację zostały bezkrytycznie przyjęte do realizacji. Literatura w tym zakresie często jest jeszcze zbyt ogólnikowa lub niedostateczna. W eksploatacji obiektów budowlanych brak jest nadal właściwych zasad dobrej eksploatacji zgodnie z prawem budowlanym. Wynika ona z braku odpowiednich specjalistycznych rozporządzeń i wytycznych, złej świadomości służb technicznych oraz lekceważenia dobrej eksploatacji przez właścicieli, użytkowników i zarządców. Ponadto, brak jest skutecznej kontroli, przeglądów oraz dobrej konserwacji i remontów. Należy domniemywać, że braki finansowe związane ze zlecaniem w odpowiednim czasie wykonania ekspertyz i orzeczeń technicznych, określających stan techniczny zagrożonych obiektów są czynnikami hamującymi tego rodzaju opracowania i realizację zaleceń z nich wynikających. BIBLIOGRAFIA [1] Runkiewicz L., Chrzanowski J., Badania i ocena eksploatowanych silosów na cement. Prace ITB, nr 1/1982 [2] Runkiewicz L., Raporty o awariach i katastrofach budowlanych, W-wa, Biblioteka ITB [3] Materiały 14-tu sympozjów Badanie przyczyn i zapobieganie awariom konstrukcji budowlanych, Wyd. Politechnika Szczecińska, [4] Materiały konferencji Awarie budowlane, Wyd. Politechnika Szczecińska [5] Materiały konferencji Problemy rzeczoznawstwa budowlanego, Wyd. ITB, W-wa [6] Materiały konferencji KONTRA, Wyd. Politechnika Wrocławska, Politechnika Krakowska lub Śląska 79