Basen Moelven (Anglia) - przy właściwym zaprojektowaniu i wykonaniu możliwa jest realizacja ciekawych koncepcji architektonicznych.
Technologie

Przyczyny awarii konstrukcji z drewna klejonego warstwowo

Znajomość tematu i szczególnych wymagań, jakie muszą być spełnione przy projektowaniu nie zawsze jest wystarczająca. Dodatkowo w dobie przetargów, gdzie cena jest kryterium dominującym albo jedynym, minimalizowanie konstrukcji za wszelką cenę zaczyna być coraz bardziej popularne. Stąd w niniejszym artykule zestawione zostały najważniejsze punkty, na które należy zwracać uwagę, aby konstrukcje z drewna klejonego mogły być długo i bezpiecznie użytkowane.

Bardzo często spotyka się opinie, że dla konstrukcji z drewna klejonego warstwowo przewidziany jest normowo szereg współczynników, tak, że nawet niedoszacowanie możliwych obciążeń jest dopuszczalne. Projektant w rezultacie nie uwzględnia niejednokrotnie rzeczywistych warunków użytkowania, nie projektuje na możliwe maksymalne obciążenia wynikające z warunków użytkowania, uśrednia i przyjmuje obciążenia niższe, niż eksploatacyjne. W takim przypadku nawet zastosowanie narzucanych normami współczynników bezpieczeństwa nie jest w stanie zapewnić właściwej pracy konstrukcji. Poza tym często rezygnuje się z zastosowania współczynnika konsekwencji zniszczenia γn w przypadku obiektów wymagających zwiększenia bezpieczeństwa konstrukcji w związku ze stopniem zagrożenia życia ludzkiego (zgodnie z normą „PN-82/B-02000 Obciążenia budowli. Zasady ustalania wartości.” punkt 3.10). Tymczasem właściwe przyjęcie obciążeń jest podstawą bezpiecznej pracy konstrukcji. Możliwości wystąpienia awarii lub katastrofy budowlanej konstrukcji wiążą się z błędami na każdym etapie procesu budowlanego. Poniżej przykładowe sytuacje, które mogą przynieść niepożądane skutki:

{jumi [plugins/content/jumi/technologie.html]}

1. Projekt

Przywołane kryterium najniższej ceny działa bardzo często niekorzystnie. Kryterium to wiąże się nie tylko z bardzo oszczędnym projektowaniem, ale jest często również przyczyną, dla której przetargi na odpowiedzialne projekty wygrywane są przez tanich, niedoświadczonych projektantów.

Przyjmowanie niewłaściwych założeń projektowych i schematów statycznych, nieuwzględnianie konieczności zastosowania stężeń. Niejednokrotnie np. spotyka się w projektach schemat belki gerberowskiej dla dźwigarów głównych z zastosowaniem typowego przegubu. W praktyce z uwagi na nierównomierność obciążeń (śnieg) taki czysty przegub nie występuje. W rezultacie w miejscu zaplanowanego przegubu pojawiają się nieprzewidziane siły i momenty, co może skutkować spękaniem lub rozwarstwieniem.

Zakładanie pracy elementu z drewna klejonego tak, jakby był to element lity – bez uwzględniania możliwości rozwarstwienia. Tu najczęściej spotykane błędy to podcięcia lameli rozciąganych (zwykle w okolicy podpory) bez odpowiedniego zabezpieczenia lub mocowanie obciążenia skupionego do kilku skrajnych lameli w sposób mogący spowodować rozwarstwienie.

Projekty kratownic, gdzie niejednokrotnie na etapie projektu budowlanego wymiarowane są tylko pręty z uwagi na występujące siły z pominięciem wymiarowania węzłów. Tymczasem w kratownicach najczęściej to węzły determinują przekrój elementu.

Projektowanie konstrukcji bez uwzględniania warunków eksploatacyjnych.

Często popełnianym błędem jest stosowanie przez projektantów w obliczeniach parametrów wytrzymałościowych klas drewna klejonego pochodzących z nieaktualnych norm (klasy typu Kl33, Kl39 są nieaktualne od 2002r, klasy typu Gl30, Gl35, Gl40 są nieaktualne od listopada 2004). Aktualna klasyfi kacja zawarta jest w PN-EN 1194.

Odrębnym problemem jest brak projektu konstrukcji z drewna klejonego na etapie przetargu i rozpoczęcia inwestycji – zdarza się, że w projekcie jest tylko zamarkowany kształt konstrukcji, często z orientacyjnymi wymiarami przekroju i informacją, że projekt konstrukcji po stronie dostawcy. Pomijając wszystkie inne aspekty takiej sytuacji i ograniczając się tylko do spraw związanych z możliwością wystąpienia awarii – nie wolno zakładać projektowania konstrukcji przekrycia w oderwaniu od całości budynku. Zaprojektowana już i realizowana pozostała konstrukcja może nie być w stanie przenieść sił od konstrukcji dachu.

Kościół Moelven w Łodzi - połączenie konstrukcji z drewna klejonego i cięgien systemowych. Kościół Moelven w Łodzi – połączenie konstrukcji z drewna klejonego i cięgien systemowych.

2. Wykonawstwo

Brak dotrzymania przez producentów normowych warunków wykonawstwa konstrukcji. Stosowanie do produkcji tarcicy o niższych parametrach wytrzymałościowych, stosowanie tarcicy niesortowanej wytrzymałościowo.

Nie zwracanie uwagi przez wykonawców na zastosowanie właściwej klasy drewna klejonego warstwowo.

Oszczędności polegające na zakupie tanich, niejednokrotnie nieatestowanych materiałów oraz na zatrudnianiu przypadkowych ludzi zamiast fachowców.

Zaniedbania na etapie prefabrykacji.

Brak zapewnienia właściwych warunków montażu – stężenia, odpowiednie podparcie, zachowanie ogólnych wymagań związanych z pracą dźwigu w związku z warunkami atmosferycznymi.

Niewłaściwe składowanie elementów z narażaniem na długotrwałe poddanie działaniu opadów atmosferycznych, składowanie na nierównym podłożu.

Nie stosowanie właściwych okuć i łączników zgodnie z projektem. Zastępowanie projektowanych ściągów systemowych wykonanymi „pod zamówienie” w przypadkowym warsztacie, często ze stali o niższej wytrzymałości. Łączenie stali nierdzewnej i ocynkowanej.

Zaniedbania na etapie budowy poprzedzającym montaż konstrukcji.

Cięgno systemowe w konstrukcji z drewna klejonego Cięgno systemowe w konstrukcji z drewna klejonego

3. Użytkowanie

Nie zwracanie uwagi na nieszczelności pokrycia dachu doprowadzające do regularnego zawilgocenia elementów. Woda wnikająca w element konstrukcyjny, zwłaszcza w rejonie łączników, doprowadza do narastających zniszczeń drewna skutkujących katastrofą.

Brak kontroli warstwy śniegu na dachach płaskich – zwłaszcza przy skokach temperatur, kiedy na połaci może wytworzyć się skorupa lodowa. Zmiany obciążeń konstrukcji związane ze zmianami użytkowania obiektu /np. dodatkowa wentylacja, instalacja tryskaczowa, itp./ bez sprawdzenia możliwości konstrukcji przez uprawnionego projektanta. Jest to szczególnie niebezpieczne w obiektach, które projektowane były przy uwzględnieniu minimalnych obciążeń technologicznych.

Rozbudowa obiektów istniejących w sposób generujący powstawanie „worków śnieżnych” /dobudowa budynku wyższego, attyki itp./ bez sprawdzenia możliwości konstrukcji nośnej części istniejącej.

Zmiana schematu statycznego konstrukcji w wyniku prowadzonych prac remontowych lub renowacyjnych. Jedna z sytuacji awaryjnych w Europie miała właśnie miejsce w wyniku zmiany w trakcie remontu kształtu dachu. Zastąpiono dach kombinowany łukowo-prosty jednospadowym – zmieniając jednocześnie schemat statyczny. Siła pionowa przy podporze wzrosła niemal dwukrotnie. Dodatkowo dźwigar został poddany działaniu sił skupionych w miejscach, gdzie zamontowano słupki przekazujące obciążenia z nowego dachu. Pierwotnie dźwigar ten zaprojektowany był jako ściąg.

Bardzo często do wystąpienia awarii dochodzi wtedy, kiedy kilka z wymienionych powyżej sytuacji nałoży się na siebie. W przypadku, gdy np. węzeł podporowy dźwigara zostanie zaprojektowany niewłaściwie przez przyjęcie zbyt małej ilości łączników lub zbyt małego przekroju przez wiele lat mogą nie występować oznaki wskazujące na możliwość awarii. Jeżeli natomiast na zawierający błąd obliczeniowy lub konstrukcyjny projekt nałoży się przykładowo:

  • niższa, niż projektowana klasa drewna klejonego,
  • zastosowanie mniejszej, niż w projekcie, ilości łączników /kontynuacja oszczędności związanych z „polityką najniższej ceny” lub niedbalstwo/
  • błędy na etapie montażu, niewłaściwe obchodzenie się z elementami, zwłaszcza przy znacznych długościach,
  • długotrwałe, cykliczne zawilgocenie wynikające z nieszczelności pokrycia dachu lub z kondensacji możemy spodziewać się reakcji ze strony konstrukcji poczynając od spękań, delaminacji, a na katastrofi e budowlanej kończąc.
Analizy wypadków na świecie pokazują, że do uszkodzenia konstrukcji nie zawsze dochodzi przy maksymalnym projektowanym obciążeniu.

O ile głośna katastrofa w Bad Reichenhall miała miejsce przy obciążeniu ok. 300 mm warstwą śniegu (wyniki ekspertyz wykazały ok. 50% przeciążenie konstrukcji przy pełnym obciążeniu śniegiem, na co nałożyły się uszkodzenia pod wpływem pochodzącej z kondensacji wody oraz nieprawidłowości produkcyjne) tak inne konstrukcje uległy uszkodzeniu przy znacznie mniejszych obciążeniach, niż projektowe.

Jedna z większych konstrukcji kratowych o rozpiętości ponad 70 m zawaliła się w niemal bezwietrzny dzień i przy braku śniegu. Przyczyną były błędy projektowe, zwłaszcza w zakresie rozwiązania węzła podporowego. Inne dźwigary kratowe, również o niemałej rozpiętości 55 m runęły przy obciążeniu jedynie 25% śniegu w stosunku do obciążenia projektowanego. W tym przypadku powodem było zaniedbanie na etapie składania dźwigarów. W jednym z węzłów dźwigara składowego kratownicy zastosowano 7 bolców zamiast projektowanych 33. To wystarczyło, aby zniszczeniu uległo około 2500m2 dachu.

Do awarii dochodzi również jeszcze przed oddaniem obiektu do użytkowania. Niewłaściwe zaprojektowanie belki w okolicy podporowej – dźwigar został podcięty na znacznej części wysokości przekroju, spowodowało rozwarstwienia belek dochodzące nawet do osi obiektu. W celu uniknięcia rozbiórki dachu dźwigary zostały wzmocnione stalą w strefach przypodporowych (a najbardziej uszkodzony na całej swojej długości).

Odpowiednio zaprojektowana, wykonana i użytkowana konstrukcja z drewna klejonego może przetrwać dziesiątki lat, na przykład przekrycia dworców kolejowych w Malmö, Göteborgu i Sztokholmie służą bezawaryjnie od początku lat dwudziestych XXw.

Sytuacje awaryjne są natomiast najczęściej wynikiem zaniedbań lub niedostatecznej wiedzy i mogą zdarzyć się niezależnie od zastosowanego materiału. Naszą rolą jako inżynierów uczestniczących w procesie budowy jest dogłębna analiza realizowanych projektów i ich ocena pod kątem właściwości i zasadności przyjętych rozwiązań. Istotne jest również wskazywanie inwestorom, że nie zawsze to, co wydaje się być najtańsze na początku inwestycji pozwoli zrealizować ją w rzeczywistości najmniejszym kosztem.

Autor: Mgr inż. Ewa Kotwica Doradca Techniczny Finnforest i Moelven

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *