Naukowcy z University of Surrey opracowali prostszy sposób oceny, jak betonowe stropy zachowują się, gdy nagle zawodzi jeden ze słupów podpierających. Metoda ma pomóc projektantom budować obiekty, w których awaria pojedynczego elementu nie kończy się zawaleniem całej konstrukcji.

Na czym polega problem

Parkingi wielopoziomowe, biurowce czy nowe bloki mieszkalne często projektuje się jako betonowe płyty oparte bezpośrednio na słupach, bez belek pośrednich. Takie rozwiązanie daje swobodę aranżacji i dobrze wykorzystuje przestrzeń, ale ma słabe strony. Jedną z nich jest tzw. przebicie (ang. punching shear), czyli sytuacja, w której słup dosłownie przebija płytę nad sobą.

Gdy jeden słup przestaje pracować, jego obciążenie nagle przechodzi na sąsiednie. Jeśli one również nie wytrzymają, może dojść do reakcji łańcuchowej, określanej jako zawalenie postępujące. Przykładem jest katastrofa parkingu Nueva Montaña w Santander w Hiszpanii w 2020 roku, którą badacze wykorzystali jako rzeczywisty przypadek do sprawdzenia swoich obliczeń.

Co zaproponowali badacze

Zespół z Surrey, we współpracy z Universidad Politécnica de Madrid, Universidad de Extremadura oraz firmą inżynierską Skidmore, Owings & Merrill, rozwinął wcześniejsze modele matematyczne. Powstał zestaw równań, który pozwala pominąć część skomplikowanych obliczeń stosowanych dotąd. Wyniki opublikowano w czasopiśmie „Structural Concrete”.

Dzięki metodzie inżynierowie mogą oszacować, jakie zbrojenie jest potrzebne, aby uniknąć dalszego rozprzestrzeniania się uszkodzeń. Rozwiązanie jest zgodne z kolejną generacją Eurokodu 2, czyli europejskiej normy projektowania konstrukcji betonowych, więc łatwiej włączyć je do obecnej praktyki.

• Równania porównano z wcześniejszymi wynikami badań doświadczalnych.
• Sprawdzono je także na nowych danych z katastrofy w Santander.
• Poprawnie wskazały rodzaj zniszczenia zaobserwowanego na miejscu, wywołanego awarią wokół sąsiedniego słupa.
• Metodę można stosować także przy nagłej utracie kilku słupów naraz.

Jak podkreślał prof. Juan Sagaseta, autor korespondencyjny pracy: „Utrata jednego słupa nie powinna oznaczać utraty całego budynku.” Dr Maria Liapopoulou, główna autorka badania, zwróciła uwagę, że szczególnie budujące było to, jak blisko wyniki obliczeń odpowiadały temu, co faktycznie wydarzyło się w Hiszpanii.

Co to oznacza w praktyce

Dla zwykłego użytkownika parkingu czy biurowca nic się nie zmienia z dnia na dzień. To narzędzie dla projektantów i nie dotyczy istniejących budynków, chyba że ktoś zdecyduje się je ponownie ocenić. Zyskać mogą jednak przyszłe inwestycje, bo prostsze sprawdzanie odporności na lokalne awarie ułatwia uwzględnianie jej już na etapie projektu.

Eurokody obowiązują w całej UE, a w Polsce stosuje się je jako normy PN-EN. Metoda zgodna z kolejną wersją Eurokodu 2 może więc w przyszłości trafić do praktyki także polskich projektantów, choć autorzy nie wskazują konkretnych terminów ani zmian w przepisach. Na razie badacze mówią jedynie, że wyniki mogą wspierać przyszłe ulepszenia wytycznych projektowych i ograniczać ryzyko, że lokalna awaria przerodzi się w szerokie zawalenie.

Źródło: Tech Xplore – „New engineering method could help prevent buildings from collapsing after column failure”