دلیل انفجار و شکست ابر سازه اکواریوم برلین

خبرگزاری آلمان، DW، ۲۵ آذر ۱۴۰۱ ماجرا را بشرح ذیل بیان می کند:

“آکواریوم ۱۶ متری برلین با یک میلیون لیتر آب از هم پاشید.

در هم شکستن آکواریم معروف و استوانه‌ای برلین خسارات گسترده‌ای به بار آورد و با تلف شدن ۱۵۰۰ ماهی همراه شد. پلیس نشانه‌ای از حمله یا خرابکاری نیافته و فرسودگی را عامل امر دانسته است. آکواریوم سال ۲۰۰۳ ساخته شده بود.

بامداد جمعه ۱۶ دسامبر، آکواریوم عظیم و دیدنی برلین در فضای میانی هتل لوکس و پنج ستاره رادیسون، با صدای مهیبی در هم شکست. شدت سانحه در حدی بود که قسمت‌هایی از هتل ویران شد. آب و لاشه ماهی‌ها، شعاعی ده‌ها متری را فرا گرفت. همه ۱۵۰۰ ماهی آب شور نایاب و کمیاب تلف شدند.

این آکواریوم از جنس شیشه آکریلیک در سال ۲۰۰۳ ساخته شده بود و بازدید کنندگان می‌توانستند با آسانسور از داخل آن عبور کنند. آکواریوم روبروی کلیسای جامع برلین (دم) قرار داشت و به همین دلیل "آکوادم" خوانده می‌شد.

ابر سازه شیشه‌ای آکواریوم برلین، آلمان

در زمان سانحه ۳۰۰ مسافر در هتل حضور داشتند که به دلیل ابعاد خسارات و نم کشیدن محل، از محل تخلیه شده‌اند. مهمانان هتل گفته‌اند که حوالی ساعت ۵ و نیم صبح با صدای مهیب انفجار از خواب پریدند و سپس متوجه خرده شیشه‌ها، ماهی‌های مرده در همه جا و شرایطی شبیه سیل و زلزله در لابی مواجه شدند.

مسافران با موبایل‌های خود صحنه‌هایی را ثبت کرده‌اند که شبیه فیلم‌های آخر الزمانی هالیوود است؛ چیزی که طراحان آکواریوم فکرش را هم نمی‌کردند.

آتش نشانی برلین توضیح داده که سازه ایراد داشته وگرنه یک ترک کوچک تنها موجب نشت آب می‌شد. هر چند طبقه همکف هتل کاملا ویران شده ولی حجم بزرگی از آب از طبقه همکف به کانال‌های زیرزمینی خیابان‌ سرازیر شده و آب زیر زمین را فرا نگرفته است.

پلیس هیچ نشانه‌ای از ضربه یا خرابکاری پیدا نکرده و شواهد امر نشان می‌دهند که فرسودگی سازه باعث واقعه بوده است. آکواریوم مرتبا سرویس می‌شد و آخرین بار در تابستان ۲۰۲۰ مورد کنترل و نوسازی قرار گرفته بود.

آکوادم بزرگترین آکواریوم استوانه‌ای دنیا بود و یکی از جاذبه‌های کلان‌شهر برلین به شمار می‌رفت. استوانه‌ای با ۱۶ متر ارتفاع و قطری ۱۱متر و نیمی و با ظرفیت یک میلیون لیتر آب. آکوادم تنها ۱۹ سال عمر کرد. هر چند پلیس نشانه‌ای از تاثیر یا دخالت عامل خارجی نیافته اما تحقیقات در باره ترکیدن آن ادامه دارد.”

پلیس و کارشناسان آلمانی هم این دو نظریه را تا به امروز اعلام نموده‌اند:

نظریه اول: دمای زیر صفر برلین

There was speculation that freezing temperatures as low as ۱۴ degrees Fahrenheit overnight had caused a crack in the tank, which then exploded from the pressure of the water. Police said the cause of the incident was still being investigated, but there was no evidence that it was the result of an attack.

نظریه دوم: خستگی مصالح سازه‌ای

Material fatigue was the likeliest cause of the incident, Berlin's interior minister said on Friday afternoon. “Investigations are of course not yet complete, but first signs suggest we are dealing with material fatigue,” Iris Spranger told the DPA news agency.

حال ابتدا چرا این مقاله و اهمیت آن ؟ مطالعه و رمز گشایی از انفجار و شکست های سازه‌ای مثل شرایط بعد از زلزله یکی از اساسی ترین روشهای اصلاح در طراحی مقاوم سازه های آینده بشمار می رود، لذا درک صحیح از نحوه شکست این سازه پر اهمیت و اصلاح آن در سازه های آتی بدون شک حیاتی خواهد بود.

طبق خبرهای جدید، تیمی از شرکت سازنده و طراح از آمریکا برای بررسی دقیقتر موضوع با کارشناسان محلی در آلمان بزودی مطالعاتی را شروع خواهند کرد. حال با توجه به اطلاعات موجود و بررسی های سازه‌ای، نکاتی مهم قابل تشخیص و ذکر است که در اینجا به آنها پرداخته می شود که بدون شک برای کلیه مهندسان و دانشجویان کشور می تواند حائز اهمیت باشد.

حرکت آسانسور داخل آکوایوم

از نظر نگارنده هر دو نظریه تیم های آلمانی مهم ولیکن تک تک یا باهم دلیل اصلی این شکست نمی تواند قلمداد شود. بر اساس اطلاعات جمع آوری شده:

در طراحی این مخازن بخصوص با این عظمت سازه‌ای آنهم در داخل یک هتل در جوار مردم کار هر کسی نبوده و حتما توسط بک تیم زبده طراحی و ساخته شده است که شرکت معروف امریکایی برنولی از کلرادو گویا طراح و سازنده آن بوده است. این نوع مخازن در حالت استاتیکی و دینامکی باید محاسبه شوند لذا،

حالت استاتیکی:

شک نباید کرد که این مخرن شیشه‌ای برای شرایط استاتیکی با ضریب اطمینان بسیار بالا طراحی شده باشد لذا نباید نگران طراحی استاتیکی آن بود ؟

حالت دینامیکی:

با توجه به حرکات ماهی ها در درون اکواریوم و حرکت آسانسور در فرضیات اولیه طراحی باز هم تقریبا شک نباید کرد که در طراحی شرایط دینامیکی معمول دیده شده است

اما

نکته مهم این است که در آن شب دما تا ١٠- درجه سانتیگراد پایین رفته و احتمال اینکه آب داخل مخرن تا حدودی بصورت solid تر (متمایل به بخ زدگی) رفته و در اثر حرکت بالا و پایین شدن آسانسور و تغیر سختی مخزن و مشخصات دینامیکی تغییر کرده باشد و چون در طراحی این شرایط عموما دیده نمی شود به احتمال قوی دلیل اصلی شکست سازه‌ای همین مطلب باشد.

مکانیزم شکست:

با توجه به اطلاعات جدیدتر و نوع ماهی های داخل اکواریوم برلین، آب نمک دار بوده و لذا درجه آب اکواریوم می بایستی حدود ۲۲ تا ۲۵ حفظ می شده است! حال با توجه به تغیرات دما و تحمل این نوع شیشه ها از ۴۰- تا ۶۰ + درجه سانتیگراد، سرمای محیط تنها عامل ترک و شکست نمی تونسته باشد. آب با مقدار نمک ۳۵ psu در دمای ۱/۹۴- درجه سانتیگراد یخ می زند ولیکن دمای محلول با توجه به شرایط محیطی تا فریز کامل حتما پایین نرفته است در غیر اینصورت ماهی ها از بین می رفته‌اند و حتما هیتر ها و سیستم گرمایش آکواریوم بکار می افتاده است، مگر آنها برای صرفه جویی در انرژی برای مدتی خاموش بوده باشند که با توجه به کمیاب بودن این نوع ماهی‌ها،کمی غیر منطقی بنظر می رسد. از اینرو تصور می شود شبه یخی در داخل آکواریوم شکل گرفته باشد و تمام معادلات سختی و رفتار سازه‌ای در حالت دینامیکی «غیر منتظره» را بهم ریخته وآسانسور هم بعنوان علت نهایی و تحریک کننده دینامیکی سیستم عامل اصلی این انفجار باشد.

جمع بندی نهایی

با توجه به نوع ماهی های اکواریوم از نوع گرمسیری و تغیر دمای محیطی به ۱۰- درجه سانتیگراد و ثبت ٦- درجه سانتیگراد در داخل مجموعه، بنظر می رسد جداره شیشه ای اکرلیک اکواریوم که مقاوم در برابر گرادیانت دمای ٤٠- تا ٦٠+ می باشد بتنهایی طبق گفته متخصصان آلمانی نمی توانسته است عامل اصلی شکست آکواربوم باشد. خستگی شیشه یا ساب استراکچر فولادی هم با توجه به اطلاعات موجود بتنهایی عاملی برای چنین انفجاری نمی تواند فرض سود چون شبشه اکرایک خیلی به خستگی حساس نمی باشد مگر با زیر ریزین های بسیار خاص. اما با توجه به نوع و دمای داخلی اکواریوم برای این نوع ماهی ها، ٢٢ الی ٢٥ درجه سانتیگراد، در اثر تغیرات دما، بیرون و داخل، احتمال زیاد وجود دارد که محلول بسمت یخ زدگی تمایل پیدا کرده باشد و چگالی آب از ١ به سمت ٠/٩ متمایل و باعث تغیر سختی کل سازه شده باشد، که این موضوع، توزیع تنش های طراحی اولیه و سختی سیستم را کاملا از فرضیات طراحی منفک و در اثر حرکت پیستون وار آسانسور تنش‌ها در نقاط بحرانی تعریف شده شکل نگرفته باشد و به احتمال زیاد در قسمتی از شیشه که احیانا خراشی داشته متمرکز و نهایتا انفجار رخ داده باشد. توجه به فیلم انفجار نیز حاکی از تایید نظریه بالا دارد چرا که انفجار در بحرانی ترین نقطه آکواریوم یعنی محل تلاقی جداره با فونداسیون رخ نداده است.

مهمتربن نکته این تحلیل بخصوص برای کشور لرزه خیز ما، این است که در طراحی مخازن اعم از نفتی، گازی یا … می بایستی تغیرات چگالی محتوی برای تغیرات دما نیز در طرح نهایی کنترل شود که متاسفانه تا امروز در هیچ نقطه دنیا این مهم در نظر گرفته نمی شود !

* استاد نمونه کشور، در مهندسی سازه، زلزله و مدیریت بحران، بنیانگذار مقاوم سازی و مدیریت بحران در ایران و موسس انجمن زبدگان شهر در کشور

۶۵۶۵