Après la catastrophe mortelle dans un immeuble de condos en bord de mer de grande hauteur à Surfside, en Fla., en juin, les soupçons se sont rapidement concentrés sur un pont de piscine à l'extérieur, en partie parce que des années de détérioration l'ont laissé gravement endommagé.Mais un mystère est resté: comment l'effondrement partiel d'une terrasse a-t-il pu faire tomber une grande partie d'une structure de 12 étages qui s'est déroulée pendant 40 ans?
Un examen du Washington Post - basé sur les comptes de témoins, la photographie, les plans de construction, les entretiens avec des ingénieurs et une simulation informatique à l'aide d'un modèle 3D du complexe - explore cette question. The review identifies possible sequences of events where the collapse of the pool deck into an underground parking garage at Champlain Towers South could have weakened key columns, triggering the wider disaster.
En utilisant la simulation, une équipe dirigée par Khalid M. Mosalam, an engineering professor at the University of California at Berkeley, found that an initial deck collapse that extended beyond those key columns, where the deck joined the building’s facade, could have overloaded the columns and caused them to buckle.L'équipe de Mosalam a créé son modèle 3D et sa simulation pour le poste.
D'autres ingénieurs ont décrit un deuxième scénario possible impliquant un effondrement moins étendu du pont de la piscine.Dans cette séquence, le pont est resté attaché aux colonnes même en s'effondant, en les tirant ou en les tordant et les poutres environnantes jusqu'à ce que les colonnes tombent.
Both theories are consistent with a growing number of witness accounts that the pool deck collapsed first.La cause de cet échec reste inconnue.Certains ingénieurs ont souligné les problèmes liés à la corrosion de l'eau qui y sont identifiés en 2018, mais d'autres ont déclaré que de tels dommages seuls auraient causé l'effondrement.
Certains ont suggéré qu'un problème encore à découvert dans le parking - ou même plus profondément sous terre - aurait pu faire tomber le pont de la piscine et peut-être le bâtiment. Investigations of the disaster, which killed 98 people, are advancing on multiple fronts and are expected to take many months.
Allyn e. Kilsheimer, a longtime engineer leading an investigation of the collapse for Surfside, told The Post that he is looking at several potential collapse sequences resulting from the pool deck failure, including the ones engineers proposed to The Post.
"Nous examinons toutes les possibilités", a déclaré Kilsheimer, qui a ajouté que les enquêteurs "recherchent 20 ou 30 choses" qui auraient pu provoquer l'effondrement du pont initial.
L'Institut national des normes et de la technologie du Département du commerce et le service de police de Miami-Dade enquête également sur la catastrophe.
[La vie brisée de Champlain Towers au sud]
Joe DiPompeo, le président du Structural Engineering Institute of the American Society of Civil Engineers, a déclaré que les deux théories présentées par les ingénieurs sont des récits «plausibles» de la façon dont une défaillance dans le pont aurait pu conduire à l'effondrement du bâtiment.
DiPompeo and other engineers cautioned that nothing will be conclusive until investigators finish analyzing the wreckage, which has been removed for examination.
Mosalam, directeur du Pacific Earthquake Engineering Research Center de Berkeley et membre de l'American Society of Civil Engineers, a souligné que sa simulation représentait une «séquence possible d'événements» et qu'elle ne fournit pas «la réponse définitive que nous recherchons tous."
Le président du Condo Association Board et l'avocat du conseil n'ont pas répondu aux messages demandant des commentaires pour cet article.
La dalle troublée
Champlain Towers South, qui contenait 136 appartements, a été construit sur une dalle de béton d'environ 9½ pouces d'épaisseur qui s'étendait sur environ 55 000 pieds carrés.Une grille de barres de renforcement d'acier, connues sous le nom de barreaux d'armature, a traversé la dalle pour augmenter sa résistance et sa stabilité.
La terrasse de la piscine a été posée sur le quadrant sud-est de cette dalle de base, avec une piscine et un jacuzzi dans un coin. Almost five inches of additional layers including concrete, waterproofing and pavings sat between the slab and the surface that residents walked on, according to a 2020 engineer’s report.
Raised concrete planter boxes were installed in various locations around the complex, including at the northern edge of the pool deck, near to where it joined the building.
À l'ouest de la terrasse de la piscine, sur la même dalle de béton, se trouvait une allée et un parking.Par ailleurs, un parking de sous-sol à un niveau à un niveau - accessible par une rampe du côté nord du bâtiment - a été intégré à un trou de 10½ pieds de profondeur sous la dalle, donc la dalle était le plafond du garage.Des rangées de colonnes en béton fonctionnaient verticalement sur le toit des fondations sous le garage.Les colonnes ont retenu plus de dalles de béton renforcées en acier, qui constituaient les planchers du bâtiment.
Le béton dans la terrasse de la piscine a été réparé au moins quatre fois entre 1996 et 2013, selon les archives de la ville.Plusieurs palmiers et jardinières qui ne sont pas dans les plans de 1979 ont été ajoutés à la dalle, archivés Photographs Show.Fin 2017, la plupart des palmiers ont été remplacés par des buissons plus petits.
En octobre 2018, l'ingénieur Frank P. Morabito reported to residents that he had found “major structural damage" to the pool deck, adjacent driveway and planters, where failed waterproofing had allowed corrosion.
Water damage was visible on the garage ceiling close to where the concrete planters sat on the deck above, video recorded last summer shows. The condo association’s board warned residents in October that a lack of waterproofing on large sections of the slab had “exposed the garage to water intrusion for 40 years," and said significant work was needed. “Where there is waterproofing, it has failed," residents were told.«L'eau est devenue en dessous et a causé des dommages supplémentaires au béton."
Dans le cadre d'un ensemble de réparation de 15 millions de dollars pour une recertification de 40 ans mandatée localement, Morabito prévoyait de déchirer le pont de la piscine et l'allée, jusqu'à la dalle de base, et déterrer et remplacer les jardinières.Les entrepreneurs devaient installer de nouveaux drains, imperméabilisation et matériaux pour bloquer l'eau et les racines de l'échappement des jardinières et d'endommager le béton.
Nothing in Morabito’s assessments warned that the pool deck was in danger of imminent collapse.
Le pont s'effondre
Vers 1:14 a.m.Le 24 juin, Sara Nir, une résidente au sol du sol, a entendu un bruit si fort qu'elle pensait qu'elle était liée à la construction.Nir a dit qu'elle était allée le signaler à un gardien de sécurité dans le hall, où, environ une minute plus tard, elle a remarqué que le pont de la piscine et le parking au niveau de la surface adjacent à l'extérieur s'étaient effondrés en partie.
À cette époque, Adriana Sarmiento et son mari ont entendu un bruit tout en nageant dans une piscine dans une station juste en face de l'entrée des Towers Champlain South Underground Garage.Elle a dit que vers 1:18 a.m., elle a pointé son téléphone portable vers la rampe d'entrée et a commencé à enregistrer ce qui semblait être de l'eau qui coulait du plafond du garage et un petit tas de débris sur le sol.
Based on the location of a numbered column visible in the video, the water and fallen debris appear to have been roughly below the planter beds on the pool deck’s northern edge.
«Le plafond s'était effondré dans cette zone à ce moment. We know that," said Kilsheimer, the investigator.
Vers 1:24 A.m., quelqu'un qui avait appelé le 911 pour signaler que le toit du parking s'était effondré a dit avoir vu la tour descendre. “Oh my god," the caller said repeatedly, according to recordings released by police.«L'ensemble du bâtiment F ------ s'est effondré."
La forme et la taille précises de la section autour du pont de piscine qui se sont effondrées ne peuvent pas être déterminées à partir des photographies.Une partie du pont a fini par être enterré sous des décombres, obscurcissant les bords de la section effondrée.Les ingénieurs ont déclaré que certains des dommages au pont visible sur les photographies auraient pu être causés par des débris tombés.
La simulation
Les dalles de béton qui composaient les étages de Champlain Towers South ont aidé à stabiliser ses colonnes en fournissant un soutien horizontal qui a empêché la flexion. The Mosalam team’s simulation, developed using the plans from 1979, examined what would have happened if a collapse extending out from the pool deck stripped away that stabilizing force for key columns where the deck joined the building.
In that scenario, the deck’s collapse would have left these 16-inch-thick columns “unbraced" for about 24 feet, from the floor of the parking garage up to the ceiling of the first floor.Les colonnes auraient effectivement devenu deux fois leur durée prévue - et, par conséquent, n'auraient eu qu'un quart de leur force.
The calculations by Mosalam’s team, which included his former student Carlos Arteta of the Universidad del Norte in Colombia, showed that before the deck collapse, the “demand" on the columns in this area was about 60 percent of their capacity.Une fois le pont retiré, ont-ils trouvé, la demande aurait probablement dépassé la capacité des colonnes, les faisant se boucler.
According to the team’s model, the buckling would have drastically increased the stress on the columns deeper into the building, which the team found were among the most heavily stressed in the building before the collapse.Ces colonnes auraient probablement également échoué, déclenchant une cascade alors que les étages du bâtiment se sont écrasés, a déclaré Mosalam.
“Columns doubled in height, loads increased on the columns because of the loss of this support, columns failed, and then the rest of the structure failed," he said, summarizing his team’s hypothesis.
La vidéo montre que la section centrale du bâtiment, au-dessus de ces colonnes clés, s'est effondrée en premier.La partie orientale est restée debout pendant plusieurs secondes avant de trembler et de tomber.
Les barres d'armature verticales ont renforcé toutes les colonnes de la tour, selon les plans.Une limite sur la quantité de barres d'armature doit être dans une colonne est contenue dans un code d'American Concrete Institute.Deux ingénieurs ont déclaré que la limite, qui est inchangée depuis 1979, est destinée à laisser suffisamment d'espace autour des tiges d'acier pour que le béton coulé se fixait correctement et se lie aux tiges.
Certaines colonnes vers le bas de Champlain Towers South - y compris les colonnes clés du modèle de Mosalam - auraient contenu un excès de barres d'armature si les entrepreneurs suivaient un dessin dans les plans qui montraient à quel point des barres d'armature verticales auraient généralement dû être organisées où les colonnes ont rejoint chaque étage.On ne sait pas si les constructeurs ont suivi ce dessin dans tous les cas.Une autre partie des plans précisait que des barres d'armature dans les zones où les colonnes ont rejoint les étages devraient être conformes au code.La violation potentielle du code a été signalée pour la première fois par le Miami Herald.
R.Shankar Nair, un ingénieur de longue date de Chicago, a déclaré au Post que le dépassement de la limite des barres d'armature n'aurait pas en soi aurait fait échouer les colonnes. “But it may be indicative of a general carelessness in the design," he said.
William M.Friedman, l'architecte dont l'entreprise a conçu le bâtiment, est décédé en 2018.Sergio Breiterman, l'ingénieur consultant qui a certifié pour surfside que le bâtiment était à la hauteur du code, est décédé en 1990.Le partenaire commercial de Breiterman, Manuel Jurado, n'a pas pu être joint pour commenter.Jurado, 92.
Un deuxième scénario
D'autres ingénieurs ont déclaré que la façon dont le pont de piscine était joint au bâtiment aurait pu aider à faire tomber les colonnes dans cette même zone, même si l'effondrement du pont de piscine était moins étendu que le modèle de Mosalam supposait.
The tower was built on an elevated base, with the first floor set at least four inches higher than the exterior slab. A vertical concrete “drop beam" provided the elevation to that first floor.
En raison de la façon dont ces structures ont été jointes, même si le pont de piscine s'est effondré, il peut être resté connecté à une colonne critique ou à des colonnes, a déclaré Albert Bleakley, professeur agrégé d'ingénierie au Florida Institute of Technology.
A drawing of the first floor in the building’s plans called for the rebar running through the pool deck to end in an L-shape that connected it to the drop beam.
Si ces connexions maintenaient, le pont s'effondrer peut avoir exercé une force de tiraillement et de torsion destructrice.
La mécanique précise de cette force aurait pu prendre plusieurs formes, ont déclaré les ingénieurs. It could have been exerted directly on the columns or through beams running from the columns out into the deck.
Or the collapsing deck could have acted like a wrench and twisted the drop beam to the point of “mutual destruction of both the beams and columns at those connection points," said Joshua Porter of Consult Engineering in Punta Gorda, Fla.
Évaluer si ces connexions auraient été tenues est difficile car les plans du bâtiment sont contradictoires par endroits. A close-up drawing of that joint on the page showing the design of the first floor omitted the L-shaped bar connecting the pool deck to the drop beam.Sans ces barres, le pont de piscine peut se séparer plus facilement du faisceau de chute au lieu de le tordre et les colonnes.
Le modèle de Mosalam n'a pas incorporé le faisceau de chute.Il a dit que cela n'aurait pas affecté la séquence dans sa simulation parce que si le pont s'effondrer comme il le présudait, le faisceau de goutte se serait effondré avec lui. Other engineers agreed that this was reasonable.
Pourquoi le pont s'est-il effondré?
La cause de l'effondrement du pont de piscine reste un mystère pour les enquêteurs.Certains ingénieurs ont déclaré que des rapports antérieurs de dégâts d'eau dans la région et des photographies de l'épave peuvent fournir des indices importants.
Several engineers said that, based on photographs of the site, the slab that made up the pool deck and surface-level parking area appeared to have experienced a “punching shear" failure, in which a slab separates from its supporting columns and falls — as though the columns had punched through it.
Les raisons courantes de la défaillance des cisaillements de poinçonnage comprennent une augmentation du poids de poids sur une dalle ou un affaiblissement de la dalle - causée par du béton gravement endommagé, par exemple - qui le laisse incapable de maintenir sa charge, ont déclaré les ingénieurs.
Dans des photographies du site, des parties de la barre d'armature en acier qui ont renforcé la dalle sud des tours Champlain peuvent être vues des colonnes où la dalle était une fois assis.Ces barres ont été posées en deux grilles, une plus proche du haut de la dalle et une plus proche du bas. The building’s plans called for eight top bars and four bottom bars to run through every column.
In such a design, the bottom grid of rebar is more important for limiting the impact of punching-shear failure, experts said.Lorsqu'une colonne frappe à travers une dalle, un solide renforcement du fond peut ralentir ou même empêcher l'effondrement total de la dalle.
Kilsheimer said investigators were eager to check whether the concrete and steel used in Champlain Towers South, and the arrangement of the rebar, matched the building’s plans.Mosalam et trois autres experts ont déclaré qu'ils n'avaient vu aucun signe clair dans les photographies que l'arrangement des barres d'armature éloignait des plans.
Selon les plans, deux des barres inférieures ont été épissées ensemble dans chaque colonne plutôt que de fonctionner en continu.
L'épissage des barres d'armature ensemble au fur et à mesure qu'il passe par des colonnes ne viole pas en vigueur les codes du bâtiment maintenant ou au moment de la construction, bien que le code d'aujourd'hui nécessite quatre barres plutôt que les deux dans les plans ainsi qu'un plus grand chevauchement où ces barres sont épissées ensemble, selonaux ingénieurs et à une copie des directives actuelles. But Mosalam said that rebar spliced close to columns is more likely to slip out of slabs, allowing them to collapse.
Une photographie d'un échantillon de base prise par les ingénieurs de la piscine l'année dernière semble montrer que le béton de la dalle de base a été fissuré et s'effondre, a déclaré Porter, qui a ajouté que cela était probablement causé par la corrosion.Il a déclaré que ce processus avait peut-être divisé la dalle de base en couches séparées, l'affaiblissant et facilitant la colonne pour les colonnes, provoquant l'effondrement du pont. Some engineers cautioned, however, that damage in the core sample could have resulted from the drilling required to take the sample.
Daniel Linzell, professeur d'ingénierie à l'Université du Nebraska à Lincoln, a déclaré que les dégâts signalés dans le rapport de Morabito en 2018 et plus tard par le Condo Board pourraient expliquer la défaillance du deck de piscine. “Those things could certainly have led to this collapse," he said.
Jason Borden, an engineer who examined Champlain Towers South last year while preparing a bid for work, said possible leaks from the planters near the critical columns could have corroded the concrete.
“If the deterioration of the concrete is concentrated at the planters, and the planters are adjacent to the building, we can surmise that there might have been some concrete deterioration at that joint between the floors in the building where they could have impacted the overall integrity of the building," said Borden, a regional director at O&S Associates.
Il est également possible que l'effondrement du pont se soit produit par étapes, a déclaré Kilsheimer.
"Je pense que vous allez découvrir qu'il s'est probablement effondré deux fois. And so that’s what we’re working through now," Kilsheimer said. He declined to elaborate, but previously noted to The Post that residents had reported hearing several loud noises in the minutes before the building came down.
Pourquoi le côté ouest a-t-il survécu?
La partie ouest du bâtiment est restée debout malgré une partie de la même dynamique qui, selon les ingénieurs, a peut-être abattu le reste du bâtiment.
“From an engineering perspective, the interesting question is why the columns under the building that remained standing did not buckle," Bleakley said.
Certaines colonnes sous la section ouest ont été laissées à double hauteur lorsque le pont s'est effondré, les photographies montrent.Kilsheimer a déclaré que le fait que cela ne provoquait pas l'effondrement du côté ouest est une raison de remettre en question l'hypothèse de Mosalam.
D'autres ingénieurs, cependant, ont déclaré que la partie de la structure qui ne tombait pas peut avoir été protégée par de plus grandes colonnes de 24 par 24 pouces dans la partie du parking près du pont de la piscine, ainsi que des poutres en béton horizontales entre les poutres en béton entre lescolonnes au niveau du deuxième étage. The collapsed portion of the building lacked those reinforcing beams and had mostly 16-by-16-inch columns in the area where the pool deck joined the building, the plans show.
The Mosalam team’s calculations showed that the columns in the western section were shouldering less demand than those that triggered the collapse in his simulation, and that as a result the western columns remained well within their capacity even at double height.
In addition, the western portion of the building stood on columns, as if on stilts, elevated above the surface-level parking lot. The same slab spanned the pool deck and the parking lot, so there was no need for a drop beam to join the two areas.Cela signifie que l'effondrement du pont n'a peut-être pas agi sur les colonnes là-bas de la même manière que dans les colonnes de la partie centrale du bâtiment, ont déclaré les ingénieurs.
Several engineers also noted that the western part of the building featured shear walls — continuous vertical plate-like walls designed to resist sideways forces — around the elevator shaft.C'était probablement la partie la plus forte du bâtiment, ont déclaré les ingénieurs.
“I think the shear wall protected this part and carried a big part of the load," Mosalam said.
Dalton Bennett et Beth Reinhard ont contribué à ce rapport.
correction
Une version précédente de cet article a indiqué à tort que les conceptions pour les barres d'armature épissées dans les dalles de Champlain Towers South satisfaire les codes du bâtiment actuels.L'article a été corrigé pour noter les exigences supplémentaires maintenant en vigueur.
