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LES RAISONS DES AVARIES ET DES ENDOMMAGEMENTS DES BATIMENTS, EDIFICES ET CONSTRUCTIONS PORTANTES (POUR LE TCHERNOZIOM CENTRAL)
Sonda Diawara, I.B. Kamarov, V.V. Ledenev, Ja.V. Savinov
Chaire «Constructions des batiments et des edifices» , UTET
Mots et phases cles: avaries; deformations; endommagements; batiments; edifices.
Resume: Sont generalises les resultats de l'inspection visuelle et instrumentale des batiments et edifices qui sont construits dans differentes conditions geologiques et tout en ayant des endommagements, les donnees d'autres auteurs. Sont systematisees les raisons de l'endommagement des batiments, des edifices et des constructions au niveau de leurs stades de recherche de conception de construction et d'exploitation.
Dans l'article sont inclus les documents obtenus a partir des inspections techniques et visuelles de plus de 100 batiments et edifices sur les territoires de la region de Koursk, de Voronej, de Lipetsk et de Tambov. Les donnees d’autres auteurs sont pris en comptes [1 - 4], la ou sont examines les endommagements qui influencent directement sur le travail du systeme «fondation - batiment». A la difference des schemas simples, chez les quels ne sont examines que les etats aptes ou inaptes au travail, dans les batiments, la grande partie des structures et elements peuvent avoir des etats correspondant aux refus partiels et pannes.
Du point de vue de l'elimination des endommagements et leurs preventions dans une nouvelle construction, les raisons de l'apparition des fissures sont les signes les plus informatifs. Ils se rapportent aux stades de la recherche, de la conception, de la construction et de l'exploitation. L'analyse de 1180 batiments et constructions ruines sur le territoire de la CEI [1] a montre que, 19 % des situations d'accident sont entraines par les erreurs admises au stade de la conception.
En vertu des donnees indiquees ci-dessus on a construit le diagramme de l'analyse comparative des raisons de l'apparition des endommagements dans le systeme «fondation - batiment» des batiments civils de la ville de Tambov sur la fig. 1. Sur cette figure on voit, que les raisons les plus repandues de l'apparition des endommagements a T ambov sont : la variabilite naturelle du module de la deformation; l'abaissement non uniforme des sols de la base; le vieillissement des structures portantes; les annexes et l'elevation des batiments.
Nous proposons la classification des raisons les plus repandues des endommagements pour chaque element en particulier (la base, le fondement, les structures portantes au-dessus du sol ) sur les etapes de la recherche, de la conception, de la construction et de l'exploitation.
1 Les erreurs les plus repandues au stade de la recherche selon les etudes d’ingenieur et celles geologiques, hydrogeologiques, climatiques du territoire du chantier sont:
- l’analyse non complete des proprietes physico-mecaniques des sols de la base;
- les erreurs et les inexactitudes dans la definition des caracteristiques des sols;
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Numero colonne
Fig. 1 Diagramme comparatif des raisons de l’apparition des endommagements dans le systeme «fondation - batiment» des batiments civils de la ville de Tambov.
Les designations conventionnelles (numero colonne):
1 - les sols affaissants;
2 - la variability du module de la deformation;
3 - l'elevation;
4 - la congelation;
5 - la qualite inferieure des matieres;
6 - l’arrosage et la congelation de la fouille;
7 - le vieillissement des matieres de construction;
8 - les charges dynamiques;
9 - le mouvement des eaux folles;
10 - l'utilisation des vieux fondements;
11 - les annexes;
12 - la qualite inferieure des travaux;
13 - les inclinaisons du projet;
14 - la violation de l'humidite du regime de l'exploitation;
15 - les avaries des reseaux de genie
- les insuffisances de profondeur et de nombre de points de controle des essais d’epreuves.
- la variabilite spatiale des proprietes des sols n'est pas definie dans le plan, tout comme selon la verticale stratigraphique.
- la composition chimique des eaux souterraines, des sols et leur agressivite par rapport au beton et a l’acier n’est pas definie;
- ne sont pas mis en evidence les processus qui se passent dans les sols, par exemple: les karsts, les suffosions, les enfoncements, les solifluxions, le bombement du au froid, etc... ;
- le pronostic sur le changement des conditions de temperature et d'humidite dans le processus d'exploitation et les caracteristiques des sols de la base ne sont pas donnes;
- les etudes sur les sols de structure complexes ne sont pas effectuees;.
- l'utilisation d’equipements de controle et de mesure non attestes;.
- les domaines et vitesses des deformations selon le mouvement tectonique de l'ecorce terrestre ne sont pas definis.
Exemple. Le batiment habite a trois etages dans la rue Sovieskaya, 174 avec les recoupements en bois est construit en 1958 (fig. 2). Les fondements et les murs exterieurs sont faits en brique ceramique avec l'epaisseur de 510 mm. Aux limites du plan du batiment le module de la deformation de la premiere couche de terres argileuses change de 14 jusqu'a 6 MPa, la deuxieme couche - de 10 jusqu'a 6 MPa. Selon les temoignages des locataires, le batiment commengait a se deformer juste apres la
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Fig. 2 Sovieskaya, 174:
a - plan - schema de la distribution du module de la deformation (MPa) des sols de la base avec l'indication de la position du batiment endommage; b - le fragment de la fa£ade avec les endommagements sur la rue Sovieskaya, 174
construction. On a decouvert les fissures verticales et inclinees s'ouvrant en haut, ils sont flabelliformements disposes sur les fa$ades. Les observations ont montre que de nos jours ils continuent a se developper a la vitesse de 0,4 mm/an.
2 Au stade de la conception on a examine les erreurs les plus repandues separement pour chaque element du batiment: les bases des fondements, les fondements, les constructions portantes au-dessus du sol.
2.1 Les bases des fondements
- Les erreurs de calculs: l’adaptation incorrecte du modele de calcul de la base, les conditions des limites, le type de contact de la fondation avec la base.
- La non prise en compte de la variabilite spatiale des caracteristiques des sols.
- Le pronostic sur le changement des proprietes des sols de la base n’est pas fait.
- Les conditions particulieres de la construction et de l'exploitation ne sont pas correctement evaluees.
- Les particularites de la technologie des travaux de construction ne sont pas considerees.
- Les activites constructives pour assurer la stabilite des pentes ne sont pas elaborees.
- L'influence de la trajectoire de chargement n’est pas consideree.
Exemple. Le batiment a un etage en trois corpus dans la rue Rabotchaya, 5a (fig. 3). Les fondements sont faits en blocs de beton etalles sur la dalle monolithe en beton arme d'epaisseur 40 cm.
Sous la partie orientale des dalles du premier et deuxieme corpus se trouvent les terres argileuses, et sous la partie occidentale - les terres rapportees de capacite jusqu'a 4m. Sur la dalle de fondement, les blocs et les murs en brique, on a decouvert de nombreuses fissures s'ouvrant en haut. A l'etage superieur du deuxieme corpus les joints entre les dalles de recoupement se sont ouverts a une largeur jusqu'a 3 cm.
Fig. 3 Rabotchaya, 5a:
a - Fragment de la fafade avec les fissures; b - la coupe geologique; c - La carte de la disposition des terres rapportees
2.2 Les fondations
- Les erreurs dans les calculs.
- Le schema de calcul est mal choisi.
- Les particularites de la technologie des travaux ne sont pas considerees.
- Les conditions particulieres de construction et d’exploitation ne sont pas considerees.
- Les charges sur le sol du rez-de-chaussee ne sont pas considerees.
- Les essais statiques et dynamiques des pilots n’etaient pas prevus.
- Les coefficients de reserve sont incorrectement fixes.
- Le drainage pour la derivation des eaux souterraines n’est pas prevu.
- Les joints sedimentaires ne sont pas prevus.
- L'influence mutuelle entre les parties du batiment chargees differemment n’est pas consideree (par exemple, le batiment entier sur une dalle et une legere piece incorporee sur des fondations en blocs).
- Les ecarts du projet: le non respect de la geometrie, l’utilisation des materiaux non prevus dans le projet (la classe du beton, le type d’armature ...), la violation de la technologie ( le non respect du delai de durcissement du beton dans les conditions hivernales), les changements non autorises et non coordonnes dans la construction.
2.3 Les batiments, les edifices et les constructions portantes au-dessus du sol
- L'experience sur la construction et l'exploitation des batiments et edifices de ce type dans les conditions similaires n’est pas consideree.
- Le travail collectif des bases, des fondations, des batiments ou des edifices n’est pas considere.
- Les conditions defavorables et le degre de leurs influences ne sont pas considerees (par exemple, des sols affaisses, des sols gonfles, des remblais, des sols faibles, satures d’eau et autres; les charges dynamiques, les gradients de temperature considerables etc.).
- L'erreur dans le choix des schemas de calculs et les modeles de constructions des batiments ou des edifices.
- Le calcul tres arrondi de la construction.
- L'utilisation des materiaux tres differents par leurs caracteristiques de deformation (par exemple, selon la jointe des murs en brique de silicate et d'argile ordinaire).
- Une mauvaise conception.
- Les changements possibles dans le temps des caracteristiques des materiaux ne sont pas consideres.
- Les charges et influences (de deformations, de temperatures etc.) supplementaires qui apparaissent au cours des travaux de construction et de montage ne sont pas considerees.
- Le systeme de variabilite spatiale n’est pas assure.
- L'utilisation de "vieilles" normes.
- L'influence mutuelle des batiments et edifices disposes l’un a cote de l’autre n’est pas consideree.
- Les observations sur le deplacement des plus importants batiments ou edifices et sur l’etat de deformation intensif (E.D.I.) des constructions portantes ne sont pas prevues.
- Les activites lors de la construction pendant les periodes de basses et negatives temperatures ne sont pas entierement prevues.
- La possibilite d’une destruction progressive n’est pas verifiee.
- La capacite portante de la construction et les stabilites du systeme en cas d’accident (avarie) ne sont pas verifiees.
- La methode imparfaite de calcul.
3 Au stade de la construction on a examine les raisons les plus repandues des endommagements separement pour chaque element du batiment : les bases des fondements, les fondements, les constructions portantes au-dessus du sol .
3.1 Les bases des fondements
- Creuser des fosses en travers (les ameublissements locaux).
- Le trempage.
- Le remplissement d'eau.
- La congelation.
- Le gonflement.
- L’affaissement.
- Le sol meuble, le remblai et le tchernoziom ne sont pas supprimes.
- La chute du sol des murs des tranchees et des fouilles.
- L ’induration locale de la fouille par les moyens de transport.
- Le fond des tranchees ou des fouilles n’est pas nivele.
- Le nivellement par le sable n’est pas effectue.
- Les mesures des tranchees et fouilles dans le plan et en fonction de la profondeur ne correspondent pas au projet ou aux normes.
- La dilution des sables satures d’eau, des sables fins et poussiereux, des limons, des tourbes au cours de l’induration par des patinoires, et des machines batteuses et a plaque vibrante.
- La violation de la technologie d’induration, de consolidation et de fixation des sols de la base.
- Le changement de la structure du sol du aux influences atmospheriques.
- La montee irreguliere du fond des profondes fouilles.
- La planification verticale du territoire n’est pas effectuee.
- L'influence negative des eaux sous-pression.
- Creuser la fouille plus profondement que prevu par le projet et par consequent l’elevation du fond de la fouille jusqu’au niveau prevu par le projet sans induration convenable du sol.
3.2 Les fondations
- La qualite inferieure des travaux. L'absence de controle necessaire, courant et intermediaire.
- L'utilisation des materiaux de mauvaise qualite dont la solidite ne correspond pas a celle prevue par le projet.
- Les ecarts inadmissibles des mesures du projet.
- Le deplacement inadmissible des axes du projet.
- L’enfoncement incomplet des pilots jusqu'au niveau prevu dans le projet.
- La non acquisition par les pilots du niveau de refus du projet.
- La destruction des pilots au moment du pilotage.
- L'absence de bandage des blocs.
- La fabrication de coffrage pas assez rigide.
- La mauvaise qualite de l'etancheite a l’humidite verticale et horizontale.
- L’enlevement precoce du coffrage de la construction.
- Le durcissement premature du beton dans les constructions monolithes.
- L'endommagement mecanique de la construction.
- L'utilisation des materiaux, des schemas de ferraillages, des noeuds de fixations differents de ceux du projet de construction.
- Le contact non complet des constructions en beton arme selectionnees avec la
base.
- La violation de la technologie d’installation du remblayage inverse et des seins.
- La pente et l'inclination inadmissible des constructions de la fondation.
- La protection anticorrosive n’est pas effectuee ou est tres mal effectuee.
- La protection de la construction lors d’interruptions de longue duree du travail n’est pas effectuee.
3.3 Les batiments, les edifices et constructions portantes au-dessus du sol
- La violation de la technologie de conduite des travaux.
- L'utilisation des constructions et materiaux de mauvaise qualite; des types de materiaux hors du projet.
- Le durcissement premature du beton et de la solution.
- L'application des conceptions hors du projet.
- Le remplacement non-equivalent des materiaux et constructions du projet.
- Les defauts des travaux de soudure.
- La chute des materiaux et constructions sur les constructions se trouvant au dessous. L'endommagement mecanique des materiaux et constructions.
- Le changement par erreur du schema de travail et les conditions de travail de la construction.
- L'organisation intempestive des liaisons de rigidite.
- L’ ecart inadmissible de la construction de sa position selon le projet dans le plan ainsi que selon la verticale.
- L’omission ou l'installation des pieces de gage ne correspondant pas au projet.
- L'execution non standard des travaux d’isolation vibratoire et une mauvaise fixation des equipements de fabrication.
- Les erreurs dans l'installation des joints sedimentaires et de temperatures.
- Le clavage du beton trop seche en ete.
- La violation de la construction des points de soudure.
- L'execution non standard des zones monolithes en beton arme et les joints armes.
- La protection de la construction selon des interruptions de longue duree du travail n’est pas effectuee.
- L'absence des elements de distribution en beton arme ou en acier sous les constructions qui s'appuient sur les murs ou les pilastres.
- La reduction des surfaces d’appuis sous les dalles et les poutres.
- L'absence ou l’insuffisance des bois antiseptiques selon les travaux aux temps humides.
- La violation de la continuite du montage.
- L'absence de surveillance des droits d’auteur et de la technique.
- La mise en exploitation avec des defauts essentiels.
4 Au stade de l’exploitation on a examine les raisons les plus repandues des endommagements separement pour chaque element du batiment: les bases des fondements, les fondements, les constructions portantes au-dessus du sol .
4.1 Les bases des fondements
- Les deformations irregulieres inadmissibles en consequence de:
a) L'augmentation reguliere de l'humidite du sol, consequence de l’echauffement leger du territoire par les eaux torrentielles ou par les eaux souterraines.
b) L'augmentation irreguliere de l'humidite des sols par les eaux technogenes;
c) Les deformations supplementaires des sols de la base dues aux batiments disposes a cote.
d) Les enfoncements de la base.
- La pollution des sols et des eaux souterraines par des solutions chimiques ou technologiques.
- La reduction importante de l'humidite du sol dans les agregats thermiques.
- Le gonflement des sols de la base.
- Le developpement des deformations de fluage et d'autres processus geologiques.
- Creuser les fosses, les caves ou les tranchees pres des fondations, plus particulierement selon le schema constructif d’ecartement des batiments.
- L'influence des charges non prevues par le projet.
- La suffosion chimique et mecanique des sols de la base.
- La pression hydrodynamique des eaux souterraines.
- Le fluage progressant.
- L’evacuation des precipitations atmospheriques n’est pas organisee.
- L’elimination par lavage des couches sablonneuses sous les fondations par les reservoirs d’eaux technogenes.
Exemple. Le batiment habite a deux etages dans la rue Moskovskaya, 53 est construit en 1953. Le fondement en bandes de moellons, le mur en brique ceramique, le recoupement en bois. Le territoire de la cour a une considerable et longue pente par rapport au batiment. Toutes les eaux fondues et pluvieuses du territoire se reunissent au niveau de sa fafade nord (fig. 4, a).
La partie du mur mouille
a) b)
Fig. 4 Moskovskaya 53:
a - Le plan du terrain avec l'indication des directions du mouvement des eaux folles; b - le fragment de la facade
Selon le temoignage des locataires presque toute l'annee le sous-sol se trouve a l'etat inonde. A la periode ou la neige fond, le niveau de l'eau dans le sous-sol atteint 30...40 cm. Apres la construction des batiments voisins, en premier lieu les deformations inadmissibles ont commence a se developper. En 1992 le batiment fut renforce par trois barres (fig. 4, b). L'inspection en mars 2000 a montre que, les fissures continuent a se developper.
4.2 Les fondations
- L'influence des eaux agressives et des solutions chimiques.
- La congelation, le deneigement a l'etat sature d’eau.
- Les endommagements mecaniques.
- L'influence des charges non prevues par le projet.
- L’elimination par lavage des solutions se trouvant dans les joints entre les blocs, et qui decoulent des solutions technologiques.
- L'inspection technique et le renforcement intempestif des fondations lors des deformations considerables des constructions se trouvant au-dessus du sol.
4.3 Les batiments, les edifices et les constructions portantes au-dessus du sol
- Le surchargement des constructions separees et les elements du batiment.
- L'application excentrique de la charge.
- Les influences dynamiques non prevues par le projet.
- La destruction causee par le vieillissement des constructions fixees avec un petit terme d’exploitation en comparaison avec la duree de service du batiment entier (par exemple, les marches en bois des escaliers, les solivages, les toits, les chambranles des fenetres et portes, le toit mou etc...).
- Le trempage constant de la construction par l'eau ou par les solutions technologiques.
- L’exposition a l’air des joints entre les briques.
- Le delabrement des joints de liaisons des elements, y compris l'absence ou l'endommagement des pieces de fixation des constructions portantes et entre elles , des dalles avec les murs et entre elles.
- Les endommagements mecaniques des constructions.
- La perforation de trous ou d’arrachement dans les dalles, les panneaux, et les murs en briques.
- Les endommagements dus aux enfoncements de bombement congele ou de sols gonfles.
- La violation des regimes de temperature et d’humidite dans les ateliers.
- La corrosion des materiaux due aux milieux agressifs.
- L'execution intempestive des travaux de reparations et de reconstructions.
- L'influence des batiments et edifices construits plus tard.
- Les endommagements mecaniques.
- La modification des schemas de calculs, consequence de la replanification.
- L'endommagement des systemes de machines et des mecanismes d’isolations vibratoires.
- Le changement des methodes de fabrication avec l'augmentation des charges.
- Le changement possible des coefficients de reserve.
- Les influences non considerables dues aux explosions, aux incendies, aux effondrements, a la chute des constructions placees plus haut et aux chocs
- Creuser des fouilles et des tranchees pres des batiments en l'absence ou l'incertitude des constructions de protection.
- L'absence des qualites d’appreciation de l'exploitation des batiments et edifices ou des constructions portantes separees.
- L’arret des observations sur les deplacements des plus importants batiments et edifices, la E.D.I. des constructions portantes.
- Les erreurs grossieres au cours de la reconstruction, l'elevation et le renforcement des constructions portantes.
- Les grandeurs absolues et relatives des deplacements ont une grande signification ainsi que leur vitesse de developpement.
- L'absence d’entretien technique, la tenue intempestive des petites et grandes reparations.
Exemple. La maison de Bani est fait de brique en ceramique avec le ciment, les dalles en selection de beton arme, le fondement en brique, la base est en sable fin. Selon l'inspection de la fagade sur les axes 4-1 on a decouvert un trou de profondeur jusqu'a 250 mm (fig. 5).
Fig. 5 Le Pensionnat «de Tambov»: a - le schema de l'endommagement; 1 - le tuyau de canalisation; 2 - direction du mouvement des eaux; 3 - sable du sol de labase; 4 - l'humidite capillaire; 5 - la zone de l'erosion eolienne du mur; b - la forme externe des endommagements; c - l'aspect du renforcement a partir de l'interieur
Les serre-tendeurs en acier pour les goussets d’attaches transversals
A cette partie du batiment le sous-sol n'existe pas, les tuyaux de canalisation sont soudes au plancher en beton. La ventilation ne fonctionne pas pratiquement. La raison de l'endommagement est la mauvaise exploitation du lieu, la destruction des canalisations et le mouillage technogene des fondements. L'humidite capillaire monte en haut par les murs, qui se trouvaient constamment dans l'etat mouille, ce qui conduit a leur deterioration.
La liste de la litterature
1 Beljaev V.F., Gamaev G.A. Les raisons techniques des avaries et les endommagements des structures des constructions metalliques, des batiments industriels et des edifices II Les constructions Industrielles et civiles. - 2002. - № б. - P. 20-21.
2 Grozdov V.T., Tatarento V.N La reconstruction des batiments et edifices, l'inspection technique, l'essai et le renforcement des structures de construction I BITY.-SPB., 2004. - 244 p.
3 Piaradov K.A., Gouceev ЕА. Mecanique de la destruction du beton arme. -M.: ГНЦ "Construction" Federation de Russie NII B.A., 199S. - 190 p.
4 Les recommandations sur l'evaluation de l'etat et le renforcement des structures de construction des batiments industriels et les edifices. - le M. : Ctroiizdat, 19S9. - 105 p.
Причины аварий и повреждений зданий, сооружений и несущих конструкций (для Центрального Черноземья)
Диавара Сонда, И.В. Комаров, В.В. Леденев, Я.В. Савинов
Кафедра «Конструкции зданий и сооружений», ТГТУ
Ключевые слова и фразы: аварии; деформации; здания; повреждения; сооружения; строительные конструкции.
Аннотация: Обобщены результаты визуального и инструментального обследования зданий и сооружений, построенных в разных инженерно-геологических условиях и имеющих повреждения, данные других авторов. Систематизированы причины повреждения зданий, сооружений и конструкций на стадиях изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации.
The Cause of Accidents and Damage to Buildings, Structures and Bearing Constructions (for Central Chernozemye)
Diavara Sonda, I.V. Komarov, V.V. Ledenev, Ya.V. Savinov
Department “Construction of Buildings and Structures ”, TSTU
Key words and phrases: accidents; deformation; buildings; damage; structures; building structures.
Abstract: The results of visual and instrumental examination of damaged buildings and structures constructed in different engineering and geological conditions
have been summed up. The causes of damage to buildings, structures and frames at the stages of examination, design, construction and operation are sytemized.
Grtinde der Unfalle und Beschadigungen von Gebauden, Bauten und Tragekonstruktionen (ftir die Schwarzerderegion)
Zusammenfassung: Es sind die Ergebnisse der visuellen und instrumentalen Uberprufung der in verschiedenen ingenieur-geologischen Bedingungen aufgebauten Gebauden und Bauten, die die Beschadigungen haben, zusammengefasst. Es sind die Grande der Beschadigungen von Gebauden, Bauten und Konstruktionen in den Stadien der Forschung, der Projektierung, des Aufbaus und der Ausnutzung systematisiert.
