Przyczyny techniczne występowania zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych

Informacje o katastrofach i awariach budowlanych są cennym źródłem wiedzy o kondycji budowli i jakości stosowanych w budownictwie rozwiązań, a także potrzebie unikania błędów.

Analizy uszkodzeń, awarii i katastrof budowlanych prowadzone są w wielu krajach od dawna. Wnioski z tych prac służą do doskonalenia technik i technologii programowania, projektowania, realizacji, użytkowania, ubezpieczania i wyceny obiektów budowlanych. Służą również m.in. do doskonalenia i nowelizacji przepisów technicznych, norm projektowania, wytycznych i instrukcji wykonywania i odbioru obiektów 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 obiektów budowlanych.

Tabl. 1. Liczba zagrożeń, katastrof i awarii w podziale na przyczyny ich powstania

Liczba zagrożeń, awarii i katastrof zaistniałych w 2009 r.                                        503

Prace na temat zagrożeń i uszkodzeń budowlanych prowadzone w różnych krajach oraz przez wiele organizacji międzynarodowych to m.in.:

- monitoring patologii budownictwa;

- naukowo-techniczne konferencje i sympozja międzynarodowe i krajowe;

- prace krajowych i międzynarodowych komisji specjalistycznych, takich organizacji jak: CIB-FIB, RILEM, CICIND, PZITB itp.;

- wydawnictwa zwarte naukowo-techniczne o zasięgu krajowym i międzynarodowym;

- artykuły naukowo-techniczne w prasie naukowo-technicznej różnych krajów;

- specjalistyczne, periodyczne wydawnictwa na temat patologii i awarii budowlanych.

W Polsce problem awarii i katastrof budowlanych jest przedmiotem:

- okresowych (od 1962 r.) analiz zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych;

- wydawnictw książkowych na temat błędów i awarii konstrukcji betonowych, murowanych, stalowych i mieszanych;

- konferencji naukowo-technicznych obejmujących wybrane zagadnienia zagrożeń, uszkodzeń, awarii i katastrof budowlanych;

- sympozjów i konferencji specjalistycznych, np. „Badanie przyczyn i zapobieganie awariom konstrukcji budowlanych”, „Awarie budowlane”, „KONTRA”, „Problemy rzeczoznawstwa budowlanego”, „Warsztat pracy projektanta konstrukcji”;

- artykułów i publikacji w prasie technicznej na temat różnych przypadków stanów zagrożenia, uszkodzeń i awarii konstrukcji budowlanych;

- zarządzeń i raportów różnych organizacji naukowo-technicznych oraz władz administracyjnych i normalizacyjnych;

- szkolenia studentów wyższych szkół technicznych i podobnych o profilu budowlanym;

- doskonalenia inżynierów, projektantów i wykonawców, właścicieli, użytkowników oraz menedżerów budowlanych;

- szkolenia nadzoru budowlanego.

Ogólną liczbę awarii i katastrof budowlanych z danych Instytutu Techniki Budowlanej (ITB) oraz z rejestru katastrof prowadzonego w Głównym Urzędzie Nadzoru Budowlanego (GUNB) podaje rys. 1.

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).

Rys. 1. Liczba katastrof z danych ITB oraz katastrofy z rejestru GUNB

Rys. 2. Awarie i katastrofy budowlane w 2009 r. wynikłe z przyczyn błędów ludzkich (w %)

Dane w bazie ITB są wprowadzane z dokumentów (ankiet), jakie GUNB udostępnia ITB, i uzupełniane są o dane z innych źródeł (własne ekspertyzy ITB, rzeczoznawcy, urzędy, firmy, czasopisma i konferencje techniczne itp., dlatego baza danych ITB zawieraja większą liczbę rekordów niż rejestry GUNB). W zestawieniu wyraźnie widoczny jest wzrost liczby awarii i katastrof w 2008 r. w porównaniu z latami 2005–2007. Przyczyn większej liczby awarii i katastrof można upatrywać w tym, że w ostatnich latach miały miejsce liczne huragany i ulewy. Spowodowały one m.in. zawalenie często wyeksploatowanych, zużytych, nieużytkowanych i porzuconych obiektów budowlanych.

Przyczyny katastrof i awarii budowlanych w 2009 r.

Katastrofy zebrane przez GUNB zostały podzielone na dwie kategorie:

- do kategorii I zaliczono katastrofy niewynikające ze zdarzeń losowych, których w 2009 r. było 105,

- do kategorii II zaliczono katastrofy zaistniałe z przyczyn losowych, których było 398.

Do katastrof zaistniałych z przyczyn losowych zaliczono zarówno awarie i katastrofy powstałe m.in. na skutek:

- działania sił natury (silne wiatry, powodzie, obfity śnieg, uderzenia pioruna), jak również

- wybuchów gazu, uderzenia samochodu w budynek, wybuchów kot-łów.

Podział awarii i katastrof ze względu na przyczyny ich powstania podano na rys. 2 i 3.

Zagrożenia, awarie i katastrofy uzyskane ze wszystkich wymienionych źródeł w podziale na przyczyny podano w tabl. 1.

Awarie i katastrofy powstałe z przyczyn ludzkich stanowiły ok. 19% ogólnej liczby katastrof i awarii. Podstawową ich przyczyną było złe wykonawstwo (21%) oraz zły stan techniczny (32%) obiektów budowlanych. Znaczący udział miały również błędy projektowe (16%) oraz wadliwa eksploatacja (16%).

Katastrofy powstałe z przyczyn losowych stanowiły ok. 81% ogólnej liczby awarii i katastrof mających miejsce w 2009 r.

Wśród awarii i katastrofy zaistniałych w 2009 r. z przyczyn losowych większość spowodowana była silnym wiatrem. Katastrofalne skutki powodują nie tylko znaczne prędkości wirującego powietrza, ale również bardzo duże siły ssące i gwałtowne spadki ciśnienia wewnątrz wirów. Powyższe czynniki powodują całkowite lub częściowe zniszczenia fragmentów obiektów budowlanych.

Intensywność ww. zjawisk ocenia się, biorąc pod uwagę prędkości wzbudzanych wiatrów – określone na podstawie dokonanych zniszczeń.

Udział  procentowy  poszczególnych  awarii i katastrof wynikających ze zdarzeń losowych podano na rys. 4.

Rys. 3. Awarie i katastrofy budowlane w 2009 r. wynikłe z przyczyn losowych

Rys. 4. Katastrofy i awarie w 2009 r. według rodzaju zdarzeń losowych

Przyczyny awarii i katastrof w ostatnich 50 latach

Zestawienie przyczyn błędów ludzkich – projektowych, wykonawczych i eksploatacyjnych – z ostatnich 50 lat podano na rys. 5–7.

Do najczęstszych przyczyn projektowych awarii i katastrof należały: złe założenia projektowe, niedbałość projektantów i niedostateczny stan wiedzy.

Najczęstsze  przyczyny złego wykonawstwa stanowiły: niedbałość wykonawców, niedostateczny stan wiedzy, odstępstwo od projektu oraz niedostateczne kwalifikacje.

W zakresie eksploatacji awarie i katastrofy występowały najczęściej z powodu niedostatecznego nadzoru, niedbałości użytkowników oraz obciążeń wyjątkowych, a następnie z niedostatecznego stanu wiedzy i nadmiernych obciążeń.

Podsumowanie

Analizy wykazały, że w trzech ostatnich latach zaobserwowano znaczne zwiększenie liczby katastrof i awarii budowlanych spowodowanych przyczynami losowymi. W  2003 r.  takich katastrof i awarii było ok. 100 (60%), w roku 2006 zwiększyły się one do ok. 200 (70%),  w 2007 r. było ich ok. 450 (ok. 80%), w  2008 r. – już ponad 900, a w 2009 r. – 398.

Klimatolodzy uważają, że gwałtowne zjawiska przyrodnicze typu trąby powietrzne i tym podobne są skutkiem globalnego ocieplenia.

Rys. 5. Przyczyny złego projektowania wywołujące awarie i katastrofy w ostatnich 50 latach

Rys. 6. Awarie i katastrofy w ostatnich 50 latach powstałe z powodu złego wykonawstwa

Na katastrofy i awarie spowodowane zdarzeniami losowymi wynikającymi z sił natury wpływ człowieka jest nieznaczny, ponieważ w fazie projektowania nie uwzględnia się odpowiednich obciążeń wywołanych ekstremalnymi zjawiskami.

Celowe jest zatem podjęcie działań przyspieszających wdrożenie pakietu Eurokodu 1 (dotyczącego obciążeń) do obowiązujących przepisów.

Przyjęcie zwiększonych parametrów nie zabezpieczy całkowicie przed skutkami przejścia trąby powietrznej, ale w znacznym stopniu zabezpieczy dachy budynków przed bardzo dużym wiatrem.

Katastrofy i awarie spowodowane wybuchami gazu płynnego od lat stanowią coraz większy udział w katastrofach i awariach spowodowanych wybuchem gazu.

Najpoważniejsze w skutkach awarie i katastrofy powstały w domach jednorodzinnych zasilanych z butli gazowych, gdzie problem wentylacji pomieszczeń w zasadzie nie jest jeszcze  właściwie rozwiązany.

W odniesieniu do awarii i katastrof spowodowanych wybuchem gazu płynnego należałoby rozważyć obligatoryjne zobowiązanie użytkowników gazu płynnego do stosowania w pomieszczeniach łatwo dostępnych i stosunkowo tanich czujników  – wykrywaczy tego gazu. Jeżeli nie byłoby to możliwe, należałoby rozważyć nagłaśnianie w mediach lub na stronach internetowych zalet stosowania tego typu zabezpieczeń.

Najczęstszymi przyczynami powstawania awarii i katastrof zależnymi od uczestników procesu inwestycyjnego były:

Niewłaściwe  projektowanie elementów stropów i masywnych elementów z betonu,  ścian warstwowych w budynkach, zamocowania elementów elewacyjnych do konstrukcji, projektowanie niedostatecznych połączeń, stosowanie nieodpowiednich materiałów, stosowanie dylatacji konstrukcji wielkoprzestrzennych, błędy w projektowaniu modernizacji budynków, nadbudów, remontów i wzmocnień, a także przyjmowanie złych obciążeń i schematów statycznych konstrukcji.

Problemy dotyczyły szczególnie:

- stropów i słupów żelbetowych i stalowych, szczególnie w obiektach halowych i magazynowych;

- stalowych i żelbetowych słupów energetycznych;

- hal stalowych o różnych rozmiarach, a także dźwigów stalowych w obiektach o wielofunkcyjnym przeznaczeniu;

- żelbetowych ścian szczelinowych przy głębokich posadowieniach budynków;

- kolektorów i budowli wodnych zarówno podziemnych, jak i naziemnych;

- składowisk różnego typu;

- wielofunkcyjnych obiektów żelbetowych;

- pawilonów handlowych, magazynowych i gospodarczych;

- mostów i wiaduktów różnych technologii;

- żelbetowych garaży wielopiętrowych;

- sufitów podwieszanych w obiektach kubaturowych o różnym przeznaczeniu;

- ścian wewnętrznych i elewacyjnych budynków;

- żelbetowych i stalowych zbiorników oraz basenów;

- sprężonych stropów żelbetowych;

- hal widowiskowych i wielofunkcyjnych;

- stalowych i żelbetowych wież telekomunikacyjnych;

- żelbetowych i stalowych silosów na materiały sypkie;

- izolacji wodnych, termicznych i akustycznych obiektów o różnym przeznaczeniu;

- elementów wykończeniowych: tynki, okładziny, podłogi, ślusarki itp.

Rys. 7. Awarie i katastrofy w ostatnich 50 latach powstałe z powodu złej eksploatacji

Niewłaściwe wykonawstwo robót betonowych, połączeń elementów żelbetowych i drewnianych, spojeń i połączeń elementów stalowych, rusztowań i usztywnień roboczych, izolacji wodnych i akustycznych, robót wykończeniowych i uzupełniających, obiektów plombowych, rozbiórek i uzupełnień, remontów i modernizacji, nadbudów, posadzek, lekkich ścian działowych, elementów okiennych i drzwiowych itp.

Problemy dotyczyły szczególnie:

- żelbetowych i stalowych zbiorników i silosów na ciecze i materiały sypkie;

- żelbetowych ścian szczelinowych i fundamentów, przy zabudowie plombowej;

- kolektorów i budowli wodnych, zapór i jazów;

- kominów i budowli wieżowych, żelbetowych i murowanych;

- ścian, słupów i stropów z pustaków z betonu i materiałów podobnych;

- budowli szkieletowych i żelbetowych garaży piętrowych, podziemnych i wolno stojących;

- budowli plombowych w miastach;

- żelbetowych i stalowych wież telekomunikacyjnych i energetycznych;

- konstrukcji sprężonych o zróżnicowanym przeznaczeniu;

- dachów i stropodachów o różnych konstrukcjach;

- hal stalowych o różnym przeznaczeniu;

- budowli podziemnych;

- izolacji przeciwwodnych, cieplnych i akustycznych w budynkach;

- balkonów i elementów wykończeniowych budynków;

- budynków gospodarczych i domów jednorodzinnych.

Niewłaściwa eksploatacja obiektów użytkowanych przez nierealizowanie przeglądów i zaleceń z nich wynikających, niszczenie lub usuwanie części lub całych elementów, doprowadzanie do niszczenia i korozji, a także zagrożenia bezpieczeństwa, dopuszczanie do pożarów i wybuchów, błędy podczas realizowania napraw i dokonywania zmian eksploatacyjnych.

Dotyczyły one szczególnie:

- stalowych i żelbetowych wież o różnym przeznaczeniu;

- budynków gospodarczych i magazynowych o różnej technologii;

- budynków zabytkowych i użytku publicznego o zróżnicowanej konstrukcji;

- stropów i sufitów podwieszanych w obiektach kubaturowych;

- żelbetowych i stalowych zbiorników i silosów na ciecze i materiały sypkie;

- hal stalowych, połączeń elementów w dźwigarach;

- pawilonów handlowych i wielofunkcyjnych o zróżnicowanej technologii i konstrukcji;

- obiektów nieużytkowanych, a szczególnie zabytkowych;

- mostów i wiaduktów żelbetowych, stalowych i murowanych;

- obiektów specjalnych.

W ostatnich latach zarejestrowano znacznie więcej katastrof i awarii budowlanych. Złożyły się na to  głównie silne wiatry (huragany) oraz opady deszczy.

Z zestawień statystycznych dla 2009 r. nie wynikają zasadnicze wnioski czy tendencje, które można byłoby  pozytywnie weryfikować, stosując matematyczne narzędzia statystyczne. Również w latach wcześniejszych w różnego rodzaju zestawieniach statystycznych generowanych ze zgromadzonych danych o zagrożeniach, awariach i katastrofach budowlanych nie można pokazać wyraźnych trendów i tendencji, które można by potwierdzić, stosując statystyczne testy istotności.

Przedstawione informacje dotyczą bardzo różnych obiektów budowlanych i bardzo zróżnicowanych zdarzeń. Przykładowo – runęły duża hala stalowa i drewniana stodoła i każda z nich w zestawieniach stanowi jeden obiekt budowlany. Pierwszy obiekt został zaliczony do konstrukcji stalowych, a drugi do konstrukcji drewnianych.

Wśród obiektów, które zarejestrowane są w bazie, bardzo dużą liczbę stanowią budynki gospodarcze: stodoły, obory, składy, garaże itp. Wiele obiektów było starych, wyeksploatowanych, nieużytkowanych, porzuconych, a także zabytkowych (nieużytkowanych).

Inną grupę rejestrowanych przypadków stanowią katastrofy z przyczyn czysto losowych: huragany, ulewy, uderzenie samochodu w budynek, wybuchy gazu,  pożary i inne nietypowe zjawiska.

Kilkudziesięcioletnie doświadczenie ze zbieraniem i gromadzeniem danych o katastrofach budowlanych i tworzeniem zestawień statystycznych upoważnia do formułowania różnego rodzaju uwag, spostrzeżeń i wniosków. Bez krytycznej oceny stanu istniejących zasobów, a także zasad ich zbierania i wykorzystywania nie można myśleć o dokonaniu pozytywnych zmian.

Analizując dane statystyczne GUS (tabl. 3–5) oraz zarejestrowane (nie w pełni) awarie i katastrofy, można powiedzieć, że awaryjność polskiego budownictwa wynosi od ok. 2 ·10^-5 do ok. 2 ·10^-4. Jest to awaryjność odpowiadająca poziomowi występującemu w innych krajach.

Informacje o katastrofach i awariach budowlanych są cennym źródłem wiedzy o kondycji budowli i jakości stosowanych w budownictwie rozwiązań, a także potrzebie unikania błędów w różnych fazach procesu inwestycyjnego i eksploatacyjnego.

Informacje te powinny być zbierane, analizowane i wykorzystywane dla polepszenia jakości obiektów budowlanych. Powinny być również wykorzystywane przy ustalaniu przepisów zarówno technicznych, jak i organizacyjno-administracyjnych, a także w działalności rzeczoznawczej.

prof. dr hab. inż. Leonard Runkiewicz

Instytut Techniki Budowlanej, Politechnika Warszawska

Literatura 

1. Raporty GUNB na temat katastrof budowlanych w latach od 1995 do 2009, materiały konferencyjne, „Awarie budowlane”, Międzyzdroje, Wydawnictwo Uczelniane, Zachodniopomorski. Uniwersytet Technologiczny,  Szczecin, 1996–2011.

2. Raporty Instytutu Techniki Budowlanej na temat awarii i katastrof budowlanych od 1962 r., Biblioteka ITB, Warszawa.

3. Materiały konferencyjne, Problemy rzeczoznawstwa budowlanego, Biblioteka ITB.

W najbliższych numerach miesięcznika rozpoczniemy prezentacje cyklu artykułów poświęconych konkretnym przypadkom awarii i katastrof budowlanych.