EXPLOZIA - ÎNTÂMPLĂTOARE, CONTROLATĂ SAU CU REA

INTENŢIE - CAUZĂ A PRĂBUŞIRII PROGRESIVE

Mr. Conf. dr. ing. Marin Lupoae – Academia Tehnică Militară Prof. dr. ing. Carmen BUCUR – Universitatea Tehnică de Construcţii Bucureşti

ABSTRACT

Clasification of events like Progressive Collapse can be made by different points of view: (i) initial cause, (ii) type of structure, (iii) failure mode. The one of all others causes that can lead to the collapse of a building is the explosion, concerning its attendance.

Although regarding historical view more other collapses can be catalogued that being progressive collapses, the study of this phenomenon begun in 1968 when took place a gas explosion in a Ronan Point apartment tower in London and has developed after 11 September 2001.

This paper presents a review of such events, underlining causes and failure modes, but especially the lesson that should be learn from each of this event.

1. INTRODUCERE

Din multitudinea de cauze care pot să provoace prăbuşirea unei construcţii una poate fi selectată ca fiind cu frecvenţă foarte mare - explozia. Ea poate fi întâmplătoare sau provocată. Modul spectaculos în care se produc aceste prăbuşiri face ca astfel de evenimente să fie obiectul unor ştiri de senzaţie Acţiunea de tip explozie provocată asupra unei construcţii poate fi privită din cel puţin două perspective : (i) necesitatea îndepărtării unei construcţii în diverse scopuri, caz în care se pune problema realizării prăbuşirii cât mai sigure şi economice; (ii) distrugerea prin atacuri teroriste caz în care se pune problema realizării unor construcţii care să poată suporta un nivel de deteriorare fără a se ajunge la prăbuşire. Între evenimentele de tip explozie provocată au fost şi situaţii când deteriorările produse nu au dus la distrugerea construcţiilor, arătând că proiectarea şi realizarea lor a fost corespunzătoare din acest punct de vedere.

Termenul de colaps progresiv a fost utilizat pentru a descrie dezvoltarea unei cedări locale iniţiale într-o manieră asemănătoare unei reacţii în lanţ, care conduce la colapsul parţial sau total al construcţiei. Caracteristica principală a colapsului progresiv este aceea că starea finală de cedare este mult disproporţionată faţă de starea care a iniţiat colapsul. Pe baza descrierilor anterioare a fost propusă de către comunitatea de specialitate adoptarea următoarei definiţii, care o are la bază pe cea din ASCE 7-05 (ASCE – American Society of Civil Engineers): colaps progresiv – dezvoltarea unei cedări locale, provenită de la un eveniment iniţial, de la un element la altul având ca rezultat, eventual, colapsul întregii structuri sau a unei părţi disproporţionate a acesteia.

Unii autori consideră că interesul pentru studiul fenomenului de prăbuşire progresivă a fost impulsionat de trei evenimente şi anume: explozia de gaze din 1968 clădire Ronan Point – Londra, explozia bombei din faţa clădirii Murrah din 1995 - Oklahoma şi atacul terorist asupra Turnurilor Gemene ale World Trade Center – New York din 2001.

2. EXPLOZIA ÎNTÂMPLĂTOARE Evenimentul cel mai citat în literatura de specialitate este explozia din acumulare de gaze în

clădirea Ronan Point din Londra în anul 1968, fig. 1.a. Modul particular în care s-a desfăşurat cedarea a reprezentat un început, aceasta fiind considerată primul eveniment de tip „Prăbuşire progresivă”.

a. b. Fig. 1 Clădirea Ronan Point

Ronan Point a fost un cartier de blocuri din Londra. A fost construit între anii 1966 - 1968.

Construcţia la care ne referim avea 22 de etaje şi parcaj subteran. Structura de rezistenţă era formată din pereţi şi planşee prefabricate din beton armat. Fiecare etaj era susţinut direct de pereţii din etajul inferior. Legătura pereţi - planşee era realizată prin buloane. Rosturile au fost umplute cu mortar uscat pentru a întări legăturile. Tipul structurii de rezistenţă utilizat a fost ales pentru rapiditatea execuţiei. În esenţă, structura a fost asemănătoare unei “case din cărţi de joc” fără a avea posibilitatea de a redistribui eforturilor în eventualitatea unei cedări locale.

În dimineaţa zilei de 16 mai 1968 explozia produsă de o acumulare de gaze a spulberat peretele exterior al unui apartament de la etajul 18. Pierderea peretelui de rezistenţă a dus, în primă fază, la colapsul progresiv al etajelor superioare de la 19 la 22. În a doua fază, datorită încărcărilor dinamice provocate de căderea elementelor de perete şi planşeu de la etajele superioare, a fost antrenat şi colpasul colţului sud-estic al construcţiei de la nivelele 17 pană la parter.

Comisia guvernamentală ce a investigat evenimentul a stabilit că explozia a fost de mică intensitate (persoanei care a declanşat explozia, nu i-a fost afectat auzul) şi a estimat că presiunea rezultată în urma exploziei a fost sub 70 kPa. Testele efectuate au arătat că zidurile interioare ar fi cedat la aproximativ 11,7 kPa, iar zidurile exterioare ar fi cedat la o presiune de aproximativ 20,7 kPa. Cedarea parţială a clădirii Ronan Point a fost atribuit lipsei de integritate structurală; sistemul structural nu a permis dezvoltarea de căi alternative de redistribuire a eforturilor rezultate în urma cedării într-un mod brusc a unui perete de rezistenţă.

3. EXPLOZIA CONTROLATĂ

Metoda demolării clădirilor prin explozie controlată este des folosită datorită avantajelor pe care le prezintă. Dintre avantajele majore ale demolării clădirilor cu ajutorul explozivilor putem enumera: consumul redus de timp, consumul redus de forţă de muncă, cheltuieli reduse (aproximativ 5% din costul altor metode), valorificarea mai bună a materialelor rezultate din demolare, grad ridicat de securitate.

Există însă şi dezavantaje. Unele dezavantaje pot fi atenuate prin măsuri speciale cum ar fi: protejarea seismică a clădirilor învecinate, continuitatea traficului imediat după împuşcare, menţinerea în funcţiune a procesului de producţie în clădiri alăturate celor ce sunt demolate. Alte dezavantaje sunt ireversibile cum ar fi: afectarea factorilor de mediu şi a biodiversităţii, daune aduse ecosistemelor.

Pe plan mondial sunt consacrate două metode de demolare a clădirilor prin explozie controlată: metoda volumelor mari şi metoda volumelor mici [1, 3, 5].

1. Metoda volumelor mari constă în fragmentarea construcţiei în volume mari prin explozii la intervale de timp mari (în mod curent de ordinul 0,5 …1 secunde şi chiar mai mult). Metoda se utilizează când solul pe care se execută lucrările de împuşcare o permite, în sensul că poate atenua rapid unda de tip seismic şi este foarte întâlnită în SUA.

2. Metoda blocurilor mici constă în împărţirea construcţiei în volume mici prin explozii la intervale mici de timp (de ordinul zecilor de milisecunde) şi se poate utiliza pe orice fel de sol, unda seismică produsă nefiind mare. Dezavantajul acestei metode constă în volumul mare de încărcături ce trebuie realizate.

Detonarea controlată a "Circului Foamei" din cartierul bucureştean Rahova - noiembrie 2006. Clădirile numite "Circurile foamei" sunt structuri gigant a căror construcţie a început la finalul anilor '80 cu scopul de a fi mari complexe agro-alimentare. După 1989, aceste structuri au rămas nefinalizate. Structurile similare din Vitan, Militari-Lujerului, Eroii Revoluţiei au fost transformate în complexe comerciale de tip Mall.

Suprafaţa clădirii din Rahova era de aproximativ 8000 de m2 şi avea o înălţime de 30 de metri. Pentru demolare au fost executate aproximativ 3.500 de găuri în stâlpii de rezistenţă de la subsolul şi parterul clădirii, în care au fost introduse câte 75-100 grame de dinamită, fig. 2.

Protejarea bisericii din apropiere

Fig. 2. Poze din timpul demolării [internet]

Potrivit planului iniţial, ar fi trebuit să cadă mai întâi partea din faţă şi părţile laterale, apoi partea din spate a construcţiei. Demolarea prin explozie controlată nu a condus la prăbuşirea totală. Cauza acestui lucru se presupune a fi greutatea molozului căzut, care a rupt firul electric ce unea cei 100 de stâlpi echipaţi cu material explozibil. Numai 9 din cele 12 corpuri ale clădirii au căzut în timpul operaţiunii de demolare. Au fost folosite circa 200 de kg de dinamită. Explozia trebuia să se producă în trei etape, într-un interval de 9 secunde. Operaţiunea de demolare a fost continuată mecanic.

Demolarea construcţiei aparţinând unei fabrici de pâine denumită în continuare Curăţătorie, fig. 3, 4, 5. Structura de rezistenţă în cadre din beton armat, era formată din stâlpi şi grinzi rigidizate prin intermediul planşeelor. Stâlpii aveau dimensiunile 75x75cm la parter şi etajul 1 şi respectiv 65x65 la etajul 2, grinzile aveau dimensiunile 35x100cm şi 45x70cm la parter, 60x100cm şi 45x100cm la etajul 1 iar nervurile erau de 25x40cm şi 20x30cm.

Construcţia avea o formă dreptunghiulară, în plan, cu dimensiunile 28,20x9,25 m, având regimul de înălţime de P+5E+2R (înălţimea 31,90m).

20 13 6789101112

+3.50

+7.00

+11.50

+16.00

+20.50

+24.50+25.00

+28.70

+31.90

250 600 350 350 350 350 350 250

Grinda35x100

Grinda60x100

13 12 11 10

140

140

150

140

hp=1.30hp=1.30

260

140

hp=1.30

260

140

hp=1.30

260

140

hp=1.30

260

140

hp=1.30

145

270

195

275

150

140

hp=1.30

150

140

hp=1.30

45 140 150 400 200 150 65 80 260 90 260 90 260 90 260

400

140

hp=1.30

150230

100

210

150

210

140

140

hp=1.30

hp=0.90

275

185

Stalp 75x75 Stalp 75x75 Stalp 75x75

Stalp 75x75 Stalp 75x75 Stalp 75x75 Stalp 75x75

95 140 45

450

450

A

B

C

9 8 7

235 600 350 350 350 350 350 235

2820

900

925

1220,17 1600

Stalp 75x75

60

Stalp 75x75 Stalp 75x75

Stalp 75x75

Stalp 75x75Stalp 75x75

Stalp 75x75

Fig. 3. Plan parter Curăţătorie

Fig. 4. Secţiune longitudinală Curăţătorie

Obiectivul de demolat consta din două corpuri, fără rost de dilatare între ele, dintre care unul cu dimensiunile 12,20x9,25m, regimul de înălţime P+5E+2R (31,90m) – axele 11-12-13-20 - iar celălalt 16,00x9,25m şi regimul de înălţime P+5E (24,50m) – axele 6-7-8-9-10-11.

Structura era modulată pe o singură deschidere de 9,00m şi 5 travee x3,5m pentru partea de clădire care avea regimul de înălţime P+5E şi 2 deschideri de 4,50m şi travee x 6,00m pentru cealaltă parte a clădirii.

Planşeele tehnologice din beton armat erau la cotele: +3,50m, +7,00m, +11,50m, 16,00m, 20,50m, 25,00m şi 28,70m. Acoperişul era de tip cheson din beton armat pentru corpul de clădire cu regimul de înălţime P+5E, şi de tip placă din beton armat pentru corpul cu regimul de înălţime P+5E+2R, ambele fiind prevăzute cu termo şi hidro-izolaţie. Accesul la etajele superioare se realiza prin scări şi lift aflate la extremitatea vestică a clădirii. Închiderile erau executate din pereţi de zidărie de cărămidă şi suprafeţe vitrate, care însă au fost distruse odată cu părăsirea fabricii.

Fig. 5. Poze înainte şi după demolarea construcţiei Curăţătorie

Există situaţii în care demolarea controlată nu a avut finalul scontat. Un astfel de exemplu este cel al podului peste Dunăre care în 1916 a fost detonat, dar care nu s-a prăbuşit, fig. 6. Podul a suferit avarii foarte grave la numeroase bare (chiar la talpa inferioară) dar eforturile au fost preluate de lonjeronii continuizaţi, de platelaj şi contravântuiri. Alcătuirea spaţială a podului a permis redistribuirea eforturilor.

Cantitatea de exploziv folosită l-a determinat pe generalul Scarlat Panaitescu să-i telegrafieze lui Anghel Saligny – „ am constatat că datele din regulamentul militar cu privire la distrugerea operelor de artă nu se aplică grandioasei opere ce aţi făurit acum 20 de ani” [D. Iordănescu, C. Georgescu, 1986].

Fig.6. Nodurile minate

Amintesc în acest context observaţia pe care profesorul Iulian Alexiu o făcea la cursul de poduri al facultăţii de Căi Ferate Drumuri şi Poduri - dacă se executată lucrări la un pod de cale ferată în închidere de linie, oricât de puţin timp ar fi să nu se reia circulaţia până nu sunt in poziţie elementele contravântuirii orizontale.

4. EXPLOZIA CU REA INTENŢIE

Murrah Federal Building – Oklahoma

Clădirea Murrah a fost proiectată şi construită între anii 1970-1976. Avea 9 nivele, cadre din beton armat. O particularitate semnificativă a clădirii era că avea o grindă de transfer situată la etajul al 3-lea în partea de nord a clădirii. Grinda de transfer avea o deschidere de 12,20m şi susţinea coloane situate la distanţe de 6,10m la etajele superioare, fig. 8. În 19 aprilie 1995 o încărcătură explozivă, echivalentul a 1815kg TNT a fost detonată în partea de nord a clădirii, fig. 7 .

Demolarea ulterioară a clădirii

Fig. 7. Poze ale construcţiei după atentat [internet]

Analizele bazate pe încărcătura aproximată a exploziei indică faptul că cea mai apropiată oloană de locul exploziei (G20) ar fi cedat prin sfărâmare. S-a observat că celelalte coloanele diacente acesteia (G16 şi G24) şi-au depăşit rezistenţa la forfecare şi au cedat la acest tip de efort. ierderea acestor trei coloane a făcut ca grinda de transfer să nu fie susţinută pe o distanţa de circa 0,0m. Cedarea grinzii de transfer a condus la prăbuşirea progresivă a etajelor superioare

n cea mai mare parte a jumătăţii de nord a amprentei clădirii şi pe aproximativ clă

că această construcţie a suferit o prăbuşire rogresivă şi dacă avaria urma unor cercetări au

rezultat următoarele date explozia bombei şi de circa 42% din explozie şi prăbuşire progresivă. Cl olată.

caP6extinzându-se î10,0m în interiorul dirii.

În mediile de specialişti este des discutat dap iniţială a fost prin natura ei globală sau “locală”. În

: distrugerile au fost în proporţie de 4% numai dinădirea a fost dem

a. b.

în diverse studii teoretice – din literatura de specialitate

În uă abordări privind modelările structurii în ederea obţ ă. Schema din fig. 9 b este propusă de profesorul tarossek în uerken – BetonKalender, 2008. În lucrare sunt rezentate com iile ce s-ar fi putut folosi în cazul în care s-ar fi alizat un st ainte de eveniment.

In 25 iunie 1996 a avut loc un atentat terorist asupra blocurilor hobar ow Arabia Saudita. Blo arte d ntr-o bază

militară SUA dislocată pe teritoriul Arabiei Saudite. Structura de rezistenţă în formă de T, era forma

at după

Fig. 8 Modele de calcul propuse

schemele din fig. 8 a, b, sunt prezentate doinerii unui scenariu de cedare progresiv Capitolul Progressiver Kollaps von Ba

entarii şi propuneri privind soluţudiu de prăbuşire progresivă în

Blocurilor Khobar Towers. er - Al-Khobar lângă Dhahran,

vSpre

K T s curile făceau p i

tă din pereţi prefabricaţi de beton, fig. 9.

Modul în care s-au fisurat pereţii

Fig. 9. Poze ale clădirii şi craterului format [internet] atent

Încărcătura de exploziv, estimată de specialişti după mărimea craterului la aproximativ 9000 g echivalent TNT, a fost plasată într-un camion tip cisternă şi dispusă la aproximativ 25 m de

Blocul 131, cel distrus. După analiza urmelor rămase în urma exploziei s-a ajuns la concluzia că explozivul utilizat a fost exploziv plastic de tip C-4. a fost mărit prin modul de dispunere a încărcăturii de exploziv în interior l ciste ei: di nere cperetele opus construcţiei şi lăsarea unui gol spre aceasta, realizând astfel o încărcătură cunoscută sub denumirea de încărcătură cumulativă.

Codul britanic folosit la proiectarea blocurilor (CP-110) conţine prescripţii specifice pentru preîntâmpinarea prăbuşirii. Explozia, care a cut un crater cu diametrul de 26,0m şi adânc de 11,0m, a distrus faţada clădirii şi a deteriorat , explozia a afectat grav câteva clădiri din apropiere. Dar, deşi a fost distrus de explozie, prăbuşirea nu s-a propagat datorită sistemulu

BIBLI

T, cu Agenţia Naţională pentru Ştiinţă, Tehnologie şi Inovare nr. 6106GR/2000-2001

5. Mareş D. – Implozia, ultima „reprezentaţie” a unei clădiri – Interviu de Constantin T. Protecţia mediului, Note de curs – Univ. Babeş Bolyai Cluj-Napoca

7. Starossek U.– BetonKalender, 2008 - Capitolul Progressiver Kollaps von Bauerken, Ed. Ernst &

te/case_studies_project/Ronan Point.htm

emolition_Murrah.JPG

CNCSIS – program IDEI, ID_8/2007 - Progressive Collapse.

k

Efectul de distrugere a exploziei u rn spu a încăr ăturii pe

făplanşeul interior şi pereţi corespunzători. În plus

peretele exterior i structural al construcţiei, care nu numai că a

rezistat la acţiunea undei de şoc foarte puternice dar a şi împiedicat propagarea distrugerilor apărute ca urmare a cedării unor elemente structurale. Structurile de acest tip sunt suficient de ductile astfel încât pot limita extinderea distrugerilor. Unii specialişti cred că structura este un exemplu de cum poate fi prevenită prăbuşirea progresivă.

OGRAFIE

1. Iacovescu I. – Metode moderne de demolare a clădirilor prin explozie controlată. Efectele exploziilor asupra mediului înconjurător

2. D. Iordanescu, C. Georgescu – 1881-1981. Constructii pentru transporturi in Romania – Editura Centralei de Constructii Cai Ferae Bucuresti 1986

3. Lupoae M. – Consideraţii privind folosirea energiei exploziei la demolarea controlată a construcţiilor, teză de doctorat, Bucureşti, 2004

4. Lupoae M, Roşca R. - Demolarea controlată a construcţiilor de suprafaţă prin metoda exploziilor dirijate, Contract de cercetare Grant

6. Minea E.D. –

Sohn, 2008 8. http://www.eng.uab.edu/cee/faculty/ndelat9. http://www.nibs.org/MMC/ProgCollapse presentations/Crawfords_paper.pdf 10. http://www.lalamy.demon.co.uk/ronanpnt.htm 11. http://en.wikipedia.org/wiki/Khobar_Towers_bombing) 12. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/d/d2/D13. http://www.9am.ro/stiri-revista-presei/2006-11-13/circul-foamei-din-rahova-nu-a-putut-fi-

demolat.html

ACKNOWLEDGEMENT: The authors acknowledge the financial support of the PN II - CDI project code