برج خنک کننده ویلو چگونه فرو ریخت؟

فرو ریختن برج خنک کننده دوم جزیره ویلو (Willow Island) را میتوان به عنوان یکی از بزرگترین فاجعه های ساختمان سازی در تاریخ آمریکا دانست که در طی آن، 51 نفر از کارگران سازنده‌ی آن جان باختند. پس از گذشت 45 سال، هنوز نیز صحبت ها در رابطه با دلایل اصلی ریزش برج خنک کننده ویلو ادامه دارد. اما مشخصاَ عجله‌ی پیمانکاران برای ساخت، عدم انجام محاسبات دقیق مربوط به بارها و عدم گیرش بتن و جداسازی قالب های کمکی (پیش از موعد) را میتوان به عنوان مهمترین علل سقوط این بنای 131 متری بیان نمود.

پس از وقوع حادثه، چندین گروه تحقیقاتی دولتی و خصوصی به بررسی ابعاد این فاجعه پرداختند. جالب آنکه عمداَ یا سهواَ، یافته های اعلام شده از سوی این گروه های تحقیقاتی بسیار متفاوت از هم بود. بطوریکه هریک بر دلیل خاصی به عنوان مهمترین علت ریزش کولینگ تاور willow تأکید نمودند!.

لوکیشن وقوع حادثه ریزش برج خنک کننده جزیره willow

پیش از پرداختن به ابعاد حادثه، آشنایی با لوکیشن قرارگیری برج های خنک کننده ریخته شده میتواند ذهن‌ها را بیشتر متمرکز سازد. لوکیشن و سایتی که پیش از سقوط سیستم کولینگ هذلولی موردنظر، سی و شش بار طرح احتمالی را با موفقیت در خود جای داده بود.

بزرگراهی که در امتداد ریورویو درایو به سمت جنوب غربی حرکت می‌کند، شهر بلمونت را پشت سر می‌گذارد. سپس این بزرگراه، منحنی حاشیه‌ی رودخانه اوهایو را دنباله روی می کند و ایالت اوهایو را از ویرجینیای غربی جدا می سازد. در حدود 2 کیلومتری خارج از شهر ویرجینیای غربی و درست در سمت چپ بزرگراه، بنای یادبودی قرار دارد که دو طرف آن به شکل ساعت شنی بریده‌شده است. فرم ساعت شنی بریده شده، درحقیقت تقلیدی از دو برج خنک کننده نیروگاهی است که در طول بزرگراه در دوردست قرار دارند.

بنای یادبود مذکور، دارای یک پلاک سیاه با حروف طلایی است. درحقیقت نام 51 جانباخته‌ی این حادثه که با عنوان یکی از پرتلفات ترین پروژه های صنعتی ایالات متحده شناخته میشود، با رنگ طلایی بر روی صفحه‌ی یابود سنگی سیاه رنگ حک شد است. «شان برادی» یکی از تحلیلگران در سالهای اخیر، خطرات ناشی از چسبیدن به یک برنامه ساخت بتن، بدون توجه به شرایط آب و هوایی را برجسته می کند. بطوریکه برخی از اتفاقات رخ داده را «درسی سخت از طبیعت» میداند!!.

کلیات ساخت برج های خنک کننده جزیره ویلو

اواخر دهه 1970، دو کولینگ تاور که به برج های خنک کننده جزیره ویلو معروف می باشند، به عنوان بخشی از نیروگاه Pleasants ساخته شدند. اولین آنها در سال 1977 تکمیل و آماده‌ی بهره برداری شد. این برج‌ها سازه‌های بتن مسلح مهیبی هستند که 131 متر ارتفاع دارند و دارای قطر پایه 109متری هستند. قطر و ضخامت آنها بسته به ارتفاع گیری برج متفاوت است. زیرا درون یک فرم هذلولی، نمیتوان برای تمامی جهات و نقاط شکل‌گیری یک حجم، عدد واحدی را در نظر گرفت. همین ساختار هذلولی این برجها موجب میشود تا:

• اولاَ بدون نیاز به فن، امکان ورود طبیعی حجم زیادی از جریان هوا را فراهم کنند. (البته شاهد سایر قطعات همانند: بیسین، پورت‌ها، نازل کولینگ تاور و… نیز در برجهای هذلولی جریان طبیعی هستیم)
• ثانیاَ سرعت ورود و خروج جریانهای هوا در این برجها، بسیار مناسب است. چنانکه هوای ورودی خنک و هوای گرم خروجی با رسیدن به بخش لاغر شده‌ی اواسط حجم، سرعت بیشتری برای ورود و خروج میگیرند. هوای ورودی برای تماس با آبهای داغ صنعتی، روی سطوح پکینگ برج خنک کننده به گردش در می‌آیند.

طراحی و ساخت برجها توسط بخش تحقیقات کولینگ تاور hamon انجام شد. مطابق اصول این شرکت، از سیستم فرم بالابر ثبت اختراع آنها استفاده شد. سیستم بالابری که از مجموعه ا‌ی از بالابرها تشکیل شده و بالابرها نیز توسط ساختار متشکل از:

• سیستم قالب و
• داربست

ابداع شده بوند که در طول ساخت و ساز، از برج بالا می رفت و درواقع بر اساس آن، تمامی انتقالات اجرایی صورت می پذیرفت. «کاترل» تحقیقاتی را در رابطه با موفقیت این سیستم در ساخت 36 برج دیگر (قبل از شروع پروژه جزیره ویلو) صورت داده بود. سیستم فرم بالابر موردنظر، اساساً شامل چهار سطح داربست متصل به قاب های جک است که به نوبه‌ی خود، بر روی تیرهای فرم پرش متصل به پوسته برج پشتیبانی می‌شد.

جزئیات اجرایی پروژه

تیرهای فرم پرش که در داخل و خارج پوسته متصل شده بودند، توسط پیچ های لنگر به یکدیگر متصل می شدند که هم سیستم را منتقل می کردند. و هم بارگذاری را مستقیماً به پوسته برج، اعمال می نمودند. هر پرتو فرم پرش، از یک بخش بالا و پایین تشکیل شده بود. با بالا رفتن سیستم از برج، پرتو پایین اساساً از بالای تیر فوقانی جهش می کرد.

بمنظور پرش سیستم، قالب از بالابر روز قبل حذف شد. تیرهای فرم پرش پایینی از پوسته برج جدا شدند، به سمت بالا حرکت کردند و مجدداً به بالای تیرچه فرم پرش بالایی وصل شدند. سپس قاب جک به سمت بالا متصل شد. پس از قرار گرفتن قالب برای “بالابر” در آن روز، نصب با چهار سطح داربست که دسترسی به این فعالیت ها را فراهم می کند، کامل گردید.

در زیر آسانسور 10، مصالح ساختمانی توسط جرثقیل‌های مستقل برای قرارگیری در موقعیت خود بلند شدند. اما بالاتر از این سطح، شش جرثقیل دروازه‌ای با پایه نقش بالابر را بر عهده گرفتند. 6 جرثقیلی که بر روی سیستم اصلی بالابر پشتیبانی می‌شوند و در زوایای 60 درجه در اطراف محیط برج قرار دارند.

این سیستم یک پرش یا بالابر را در روز انجام می داد. صبح به اندازه 1.5 متر به بالا حرکت نموده و قسمتی به ارتفاع 1.5 متر از محیط پوسته برج را قرار داد. روز بعد نیز این روند تکرار شد. بنابراین در یک روز معمولی، کارگران ساعت 6.30 صبح به محل می‌رسند و قالب‌ها و تیرهای پرش پایینی را برمی‌دارند. سپس پرتو فرم پایینی جدا شده، به سمت بالا جهش یافته و سیستم دچار پرش شد. قالب مجدداً نصب شد و فولاد و بتنهای موردنیاز برای آن بالابر قرار داده شد. کارگران در ساعت 3 بعدازظهر کار خود را تمام می‌کردند و بتن در طول شب استحکام می‌یافت.

شکست برج خنک کننده ویلو (willow island)

روز حادثه در بالای بالابر 10، تمامی:

• سیستم فرم بالابر؛
• به همراه بارهای بالابر و فولاد و بتن جدید قرار داده شده،

توسط بالابرهای بتن ریزی شده‌ی روزهای قبل پشتیبانی می شد. صبح روز 27 آوریل 1978، با آماده سازی برای بالابر 29 برج دوم آغاز شد. سیستم بالابر تقریباً 52 متر بالاتر از سطح زمین بود. یعنی به دنبال بالابر شماره 28 که روز قبل قرار گرفته و بتن ریزی شده بود. به‌بیان فنی، قالب Lift 28 و تیر پرش پایینی برداشته شد و تیرچه جامپفرم و قالب برای بالابر 29 نصب گردید. آرماتورها نیز در ادامه نصب شده و بتن ریزی برای بالابر 29 آغاز گشت. این سیستم اکنون به طور کامل توسط بتن Lift 28  که تقریباً تنها 20 ساعت از عمر آن می گذشت، پشتیبانی می شد.

51 کارگر روی داربست بودند. درحالیکه سومین سطل بتن توسط جرثقیل دروازه ای شماره 4 و 5 در موقعیت خود قرار می گرفت، شاهدان عینی یک روایت واحد برای آن لحظه دارند:

شنیدن یک ترک بلند از مجاورت جرثقیل دروازه ای شماره 4 برج خنک کننده دوم willow!!. داربست در این مکان ناگهان به سمت داخل کج شد و بتن برج را پاره کرد. فروپاشی پیشرونده آغاز شد. کل سیستم داربست، همراه با بتن های Lift 28، شروع به جدا شدن از بالای برج کردند.

جداشدگی‌هایی که به هر دو صورت «هم‌جهت عقربه‌های ساعت» و «خلاف جهت عقربه‌های ساعت» به وقوع پیوست!!. دقیقاَ مانند دومینوهای آبشاری پرسرعت، کل ریزش کمتر از یک دقیقه طول کشید. تمامی 51 کارگر و همچنین سیستم لیفت و حجم بتن‌های چندین تنی، 52متر بر روی زمین سقوط کردند. مسلماَ و متاسفانه هیچ بازمانده ای وجود نداشت.

شروع تحقیق، آزمایش و بررسی

حادثه‌ی مذکور توسط دفتر ملی استاندارد (NBS)، به نمایندگی از اداره ایمنی و بهداشت شغلی (OSHA) بررسی شد. تحقیقات بر روی سه جنبه‌ی ریزش متمرکز بود:

• سیستم‌های جرثقیل،
• سیستم‌های شکل بالابر داربست
• و البته پوسته‌ی برج.

سیستم جرثقیل به سرعت منتفی شد. زیرا هیچ آسیبی از خود نشان نداد و طبق آزمایشات، اجزای آن الزامات مربوطه را برآورده می‌کنند. به‌طور مشابه سیستم بالابر نیز، خود هیچگونه نقشی در خرابی ایفا نمی کند. اکنون تحقیقات فقط بر روی ساختار پوسته برج معطوف شده است. جهت تخمین مقاومت بتن Lift 28 در زمان شکست، محققین NBS آزمایشاتی را با استفاده از بتن مشابه تحت دماهای مشابه برای مدت 20 ساعت انجام دادند. بایستی بدانید که:

انتخاب مدت 20 ساعت برای آزمایش مقاومت بتن، بر مبنای زمان تخمینی عمر لیفت 28 تعیین شد. به‌بیان بهتر در هنگام وقوع حادثه برج خنک کننده دوم جزیره ویلو، فقط 20 ساعت از عمر و نصب سیستم بالابر 28 گذشته بود.

بتن دارای استحکام مکعبی تقریباً 1.5 مگاپاسکال، به طرز تکان دهنده ای کم بود. البته شرایط دمای سرد در محل نیز تا حدودی تأثیرگذار به حساب می آمد. زیرا دمای پایین باعث شد، بتن زمان کافی برای ایجاد مقاومت لازم برای پشتیبانی از سیستم فرم بالابر و بارگذاری های اعمال شده را نداشته باشد. بنابراین بازه های دمایی ساعات پایانی وقوع حادثه در بالابر 28 نیز در هنگام آزمایش، شبیه سازی گشت.

نتایج LZA برای حادثه برج خنک کننده WILLOW

پس از انتشار گزارش NBS (در فوق بدان اشاره شد)،  گروه تحقیقاتی خصوصی «LZA» (Lev Zetlin Associates) با یافته های رسمی مخالفت کرد. ذکر این نکته الزامیست که LZA توسط پیمانکار پس از شکست، درگیر پرونده و تحقیق شده است. آنها مشخص کردند که تعدادی از انکر بولت های مهم، قبل از فروریختن از سازه برداشته شده است. این پیچ‌ها در تیرهای پرش قرار داشتند و بنابراین در انتقال بار از داربست به بتن پوسته برج بالابر 27، نقش غیر قابل انکاری داشتند.

LZA استدلال می کرد که اگر پیچ ها برداشته نشده بودند، وقوع شکست بعید بنظر میرسید. مسئله جایی شکل جدیدتری به خود گرفت که در پاسخ به این گزارش، دو تن از بازرسان اصلی NBS تحقیقات بیشتری را انجام دادند. مجموع تحقیقات تکمیلی در سال 1980 منتشر شده و حاوی نکات جالب توجهی بود. آنها در نهایت به این نتیجه می‌رسند که بدون توجه به برداشتن پیچ ها، بازهم خرابی رخ می‍دهد. چنانکه تشخیص دادند که اگر مقاومت بتن کمتر از 6.9 مگاپاسکال باشد، احتمال شکست شدیداَ افزایش می‌یابد. بنابراین موج انتقاداتی نسبت به «LZA» شکل گرفت. زیرا بسیاری از:

• مردم
• و ژورنالیست ها،

معتقد بودند که LZA بصورت خصوصی و با اعلام نتایج غیرواقعی، میخواهد فشارها را از روی پیمانکاران مقصر در چنین فاجعه ای بردارد.

محصول پیشنهادی: قطره گیر برج خنک کن

عدم استحکام بتن همیشه دردسرساز است!

همانطور که میدانیم، استحکام برج خنک کننده دوم WILLO در زمان خرابی، 1.5 مگا پاسکال تخمین زده شد. بدین معنی که فاصله زیادی با 6.9 مگا پاسکال (مقاومت طبیعی و مناسب) دارد. این شکست، خطرات حاکم بر یک برنامه ساخت و ساز بتن را که بر پایه‌ی عدم زماندهی کافی استوار بود، نشان میدهد. البته این یک حادثه منحصربفرد در تاریخ شکست بتن نیست؛ اما شاید سنگینترین در موارد صنعتی آمریکا باشد.

بعنوان مثال فروریختن ساختمان خیابان مشترک المنافع در بوستون در سال 1971 که منجر به کشته شدن چهار نفر شد، مربوط به عدم زماندهی کافی برای گیرش و افزایش مقاومت بتن بود. فروریختن چشمگیر یک آپارتمان در چهارراه بیلیس در ویرجینیا در سال 1973 نیز مربوط به همین عامل بود. طی ریزش ساختمان چهارراه بیلیس، 14 نفر کشته شدند!!. بنابراین نه فقط در برج خنک کننده دوم جزیره ویلو (WILLOW ISLAND)؛ بلکه در تمامی مواردی که  بتن زمان کافی برای توسعه لازم را نداشته باشد، بایستی انتظار وقوع فاجعه را داشت!!.

نکته: در کولینگ تاور جزیره ویلو، برنامه‌های ساخت و ساز بر اساس زمان تنظیم می‌شد. بدین معنی که شرایط محیطی که بتن باید با آن مقابله کند را در نظر نگرفتند. (از جمله دما، میزان رطوبت محل و…)

عواقب فاجعه کولینگ تاور WILLOW ISLAND

OSHA به دلیل سهل انگاری در بازرسی ها مورد انتقاد قرار گرفت. سازمان OSHA، بازرسان ایمنی کافی در محل برای اجرای مقررات در ویرجینیای غربی نداشت. برخلاف تمامی قوانین داخلی که بر حضور نیروهای ایمنی پروژه (HSE) در محل پروژه تأکید دارد. با این حال، دستورالعمل‌های جدیدی را برای محافظت از کارگران آینده اتخاذ نمودند. از جمله الزام به تهیه دستورالعمل‌های ایمنی دقیق برای پروژه‌های ساختمانی، برداشتن زمانبندی های سریع برای پروژه های حجیم و مرتفع و…

همچنین تغییراتی را در قانون ایمنی ساخت و ساز ایالات متحده ایجاد نمودند. مانند:

• انتقال مسئولیت بیشتر برای تصمیمات کار فرم از طراح به پیمانکار؛
• و نیاز به آزمایش اجباری نمونه های بتن؛ قبل از برداشتن قالب. (زمانی که بتن برای حمل بار مورد اتکا قرار می گرفت)

فارغ از مباحث فنی و ایمنی، سالها بعد «آنتونی لاور 12 ساله»، در حالی که روی یک پروژه مدرسه کار می کرد، از معلمش پرسید: که چرا هیچ یادبودی برای 51 کشته‌ی حادثه برج خنک کننده WILLOW وجود ندارد؟!. خانواده او از این تراژدی ویران شده بودند. یعنی پدربزرگش، لری گیل استیل؛ به‌همراه چهار پسر (امت، ارنست، مایلز، رونالد) همگی در این فاجعه کشته شدند. لاور جوان ایده‌ی ساخت یک بنای یادبود را به کار گرفت و چهار سال بعد بیش از 50000 دلار برای ساختن آن جمع آوری کرد. همان بنای یادبودی که امروز در بزرگراه برج های تکمیل شده، قرار دارد.