مقاله تحلیلی: مهندسی تخریب

بررسی تخریب سازه‌های پیچیده

کمبود زمین قابل ساخت، زیرساخت‌های قدیمی و تغییرات در محیط‌های شهری موجب افزایش تقاضا برای تخریب سازه‌های موجود شده است. غالباً تخریب توسط یک پیمانکار تخریب بر اساس تجربه و قضاوتی که در روش‌های تخریب و ترتیب تخریب اجزای سازه‌ای دارد، طراحی و اجرا می‌شود. طراحی‌های تخریبی که توسط یک مهندس آماده‌سازی نشده باشد برای برخی از انواع سازه‌ها مانند ساختمان‌های مسکونی کوچکی که فواصل زیادی از سازه‌های اطراف خود دارند مناسب است اما ممکن است برای سازه‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تری که در آن‌ها پیامدهای ناشی از رفتار سازه‌ای پیش‌بینی‌نشده، شاهد حوادث غم‌انگیز یا حتی مرگبار باشیم.

درست همان‌طور که طراحی یک سازه پیچیده نیاز به لحاظ کردن اصول مهندسی سازه دارد، تخریب کنترل‌شده یک سازه پیچیده نیز باید مسیرهای بار، ظرفیت‌های اعضا، تشکیل مکانیزم¬های سازه‌ای و غیره را در نظر گیرد. در واقع تخریب کنترل‌شده مستلزم درک اصول پیشرفته مهندسی سازه مانند رفتار هندسی غیرخطی و رفتار مصالح پس از تسلیم براثر جابجایی‌های زیاد و تقاضاهای بالای اعضا که در بسیاری از روش‌های تخریب به‌صورت ذاتی وجود دارند، است. این شرایط بخصوص برای روش‌های تخریبی که سازه قبل از تخریب به‌صورت هدفمندانه ضعیف می‌شود، رخ می‌دهد. این سازه از پیش تضعیف‌شده باید برای بارهای پیش از تخریب به‌صورت پایدار باقی بماند تا از کارگران تخریب، املاک پیرامونی و مردم اطراف محافظت کند. دقیقاً به همین دلایل است که طراحی تخریبی که توسط یک مهندس ماهر در زمینه تخریب سازه‌ای و تخریب کنترل‌شده آماده‌شده است برای تخریب یک سازه پیچیده مناسب است.

آیین‌نامه‌های ساختمانی راهنمای واضحی را برای بارهای طراحی، ضرایب ایمنی و طراحی یا فرآیند بررسی قابلیت ساخت برای سازه جدید در اختیار می‌گذارند اما راهنمای جامعی برای مهندسانی که تخریب را طراحی می‌کنند وجود ندارد. نقش اصلی مهندس در تخریب غالباً در نظرگیری حالات تخریب با تغییر مسیرهای بار اصلی در طول فرآیند تخریب کنترل‌شده است. سازه‌ای که برای تخریب انتخاب‌شده است در انتهای عمر مفید (یا نزدیک به پایان یافتن آن) است به همین دلیل مسائلی مانند مصالح قدیمی، زوال، خستگی، اصلاحات غیر مستند و نبود پلان‌های اصلی سازه‌ای به وجود می‌آید.

برخلاف تصور، پیمانکاران تخریب غالباً مهندس استخدام می‌کنند. به علت مقررات محدود در این رابطه، معمولاً ارتباطات حتی برای تغییرات قابل‌توجه، کمتر رسمی می‌باشند.

مهندس در مقایسه با فرد دارای صلاحیت

الزامات OSHA در رابطه با تخریب، محدود به محافظت از کارگران می‌شود و قوانینی در خصوص مهندس ندارد و شامل تدابیری است که «فرآیند مهندسی» را توسط یک «فرد دارای صلاحیت» قبل از تخریب مشخص می‌کند. تعریف فرد دارای صلاحیت در مقررات OSHA (29 CFR 1926.32) عبارت است از:

فردی که توانایی شناسایی خطرهای موجود و قابل پیش‌بینی در محیط پروژه یا شرایط کاری که برای پرسنل غیربهداشتی، پرخطر یا خطرناک است را دارد و کسی که اختیار دارد اقدامات اصلاحی سریعی را به‌منظور حذف آن‌ها بکار گیرد.

در بسیاری از حالات یک پیمانکار تخریب باتجربه می‌تواند نسبت به متخصص طراحی که تجربه تخریب محدودی دارد، خطرهای موجود را بهتر درک کند. علاوه براین پیمانکار تخریب معمولاً در مقامی قرار دارد که اقدامات اصلاحی سریعی را می‌تواند از طریق کنترل بر فعالیت‌های کارگران تخریب انجام دهد.

بااین‌حال در طول تخریب کنترل‌شده یک سازه پیچیده، بخش تخریب ممکن است با ناپایداری‌های سازه‌ای موضعی یا کلی روبرو شود که برای کسی که با مسیر بار، تغییرات در مسیر بار، کمانش، تشکیل مکانیزم و ناپایداری پیچشی ناآشناست، معلوم نباشد. در این مواقع، مهندسی که با سازه و طراحی تخریب آشنا است به بهترین نحو می‌تواند خطرهای مربوط به ناپایداری سازه‌ای را در طول تخریب شناسایی کند. این موضوع بخصوص برای سازه‌های از پیش تضعیف‌شده قبل از تخریب صدق می‌کند که طبق مقررات OSHA در رابطه با آن‌ها (29 CFR 1926.859) داریم:

در طول تخریب و با ادامه آن بررسی‌های مداوم توسط یک فرد دارای صلاحیت باید انجام شود تا خطرهای ناشی از طبقات ضعیف شده یا تخریب‌شده، یا دیوارها یا مصالح جداشده شناسایی شوند. درصورتی‌که این خطرها وجود داشته باشند تاز مانی که توسط ایجاد تکیه‌گاه یا مهار یا دیگر ابزارهای مؤثر برطرف نشوند، هیچ کارگری اجازه کار کردن نباید داشته باشد.

متأسفانه حتی در حالاتی از تخریب که مهندسان حضور دارند، مهندس ممکن است اختیار تصمیم‌گیری درباره اقدامات اصلاحی سریع به‌منظور حذف خطرهای مربوط به ناپایداری نداشته باشد. این موضوع ممکن است به دلیل رابطه قراردادی مهندس با پیمانکار تخریب یا به دلیل مسئولیت مرسوم پیمانکار در ابزارها و روش‌های ساخت باشد. این موضوع می‌تواند پیامدهای غم‌انگیزی را در طول ساخت به همراه داشته باشد.

مطالعه‌ موردی

یک سازه بویلر فولادی در نیروگاه برق به انتهای عمر مفید خود رسیده و طبق برنامه باید تخریب شود (شکل 1). مهارهای ضربدری فولادی در هر طبقه تکیه‌گاه جانبی را تأمین می‌کنند. به علت وزن و پیچیدگی سازه بویلر، مشخص شد که سازه باید در ابتدا واژگون شده و بویلر از سطح زمین جدا شود. نزدیکی به اجزای فعال نیروگاه برق، تخریب انفجاری را از گزینه‌ها خارج کرده است. پیمانکار تخریب، مهندسی را استخدام کرد (که مقام بالاتر از آن‌ها درخواست کرده بود) تا طرحی را برای پیش تضعیف سازه ایجاد کرده و پس‌ازآن واژگونی مکانیکی صورت پذیرد.

ده روز قبل از رویداد، مهندس یک طرح را به پیمانکار تخریب برای طراحی تحویل داد که شامل برش سه شکاف V شکل در ستون‌های انتخاب‌شده طبقه اول و حذف مهاربندهای ضربدری انتخابی طبقه اول بود. سپس ستون‌های تضعیف‌شده با استفاده از کابل‌هایی که به آن‌ها متصل است دچار فروریزش شده که درنتیجه بقیه سازه دچار واژگونی می‌شود.

کمی بعد از تحویل طراحی مهندس، پیمانکار تخریب عملیات پیش تضعیفی سازه را آغاز کرد. بااین‌حال، چندین تغییر میدانی توسط پیمانکار تخریب به طراحی وارد شد که عبارت‌اند از:

• حذف دو مهاربند ضربدری اضافی طبقه اول (شماره‌های 5 و 7 حذف شدند).
• برش شکاف‌های ستون‌ها بیشتر از مقداری که توسط مهندس تعیین‌شده بود.
• به‌جای تکیه‌گاه‌های H شکل، فولاد برش داده‌شده حاصل از شکاف‌های ستون به‌عنوان «تکیه‌گاه‌های گوه‌ای» در نظر گرفته شدند.
• نصب تکیه‌گاه‌های گوه‌ای بیشتر در شکاف‌های تحتانی شکل گرفت نه در شکاف‌های ستون میانی.

مطابق با نظر پیمانکار تخریب، حذف مهاربندهای اضافی و برش اضافی شکاف‌های V شکل به‌منظور اطمینان از اینکه سازه به‌اندازه کافی برای واژگونی از طریق کابل‌ها تضعیف‌شده است، انجام شد. در واقع تصمیم به قرار دادن تکیه‌گاه‌ها در شکاف‌های تحتانی ستون‌ها به علت نگرانی در رابطه با ایمنی کارگران بوده است. در طراحی اصلی لازم بود کارگران از یک بالابر برای جایگذاری تکیه‌گاه‌های H شکل ستون میانی استفاده کنند؛ پیمانکار حس کرد که کارگرانی که از بالابر استفاده می‌کنند در صورت وقوع فروریزش زودهنگام نخواهند توانست ناحیه سقوط را تخلیه کنند. پیمانکار تصمیم گرفت برش نهایی را در کف ستون ایجاد کند.

پیمانکار تخریب رضایت شفاهی مهندس را در روز تخریب به‌منظور ایجاد تغییرات وارد بر طراحی تخریب اعلام کرد. بااین‌حال هیچ فرآیند رضایت رسمی وجود نداشت و هیچ مدرکی که نشان دهد مهندس محاسبات اضافی را در تائید این تغییرات انجام داده است، وجود نداشت. بااین‌وجود مهندس در طول روز تخریب در سایت پروژه بود و مشاهده تغییرات صورت گرفته را پذیرفت. مهندس، نگرانی‌هایی در خصوص ایمنی با توجه به تغییرات صورت گرفته داشت و به پیمانکار تخریب توصیه کرد که عملیات را متوقف کند اما پیمانکار توجهی به اخطار مهندس نکرد.

تغییرات انجام‌شده سازه تضعیف‌شده‌ای را به وجود آورد که بیشتر مستعد فروریزش زودهنگام بود. بااین‌حال حرکت دادن تکیه‌گاه‌های H شکل / گوه‌ای به پایین شکاف‌های V شکل به مقدار قابل‌توجهی بر روی پایداری ستون‌ها تأثیر گذاشت. همان‌طور که در شکل a2 نشان داده‌شده است، محل قرارگیری تکیه‌گاه‌های H شکل از دوران شکاف‌های فوقانی و تحتانی جلوگیری کرده است. پیکربندی شکل b2 در جهت جلوگیری از بسته شدن دورانی شکاف‌های فوقانی و تحتانی و آغاز مکانیزم فروریزش کلی غیر مؤثر است (علیرغم تأثیر تکیه‌گاه H شکل پایینی). اصلاحاتی که بر طراحی اصلی اعمال شد شرایط ناپایداری کلی را به وجود آورد که از طریق مدل‌سازی ساده مهندسی قابل‌شناسایی بود اما برای پیمانکار تخریب آشکار نبود.

همان‌طور که کارکنان بخش تخریب در حال ایجاد برش‌های نهایی خود بودند لحظاتی قبل از واژگونی برنامه‌ریزی‌شده، ستون‌های ناپایدار دچار فروریزش شد و کل سازه فروریخت. یک کارگر کشته و دو کارگر دیگر زخمی شدند.

مهندسی یک تخریب ایمن‌تر

صنعت ساخت‌وساز در ایالات‌متحده سابقه طولانی در افزایش ایمنی دارد که از طریق آموزش کارگران، عملیات طراحی و ساخت آیین‌نامه‌ای و کنترل مجدد در طول فرآیند طراحی و ساخت صورت گرفته است. مهندسان ایمنی را در سازه جدید از طریق پیش‌بینی شرایط بارگذاری ممکن و طراحی سازه به‌نحوی‌که در آن شرایط رفتار قابل قبولی داشته باشد، افزایش می‌دهند.

این مطالعه موردی نشان می‌دهد که تخریب یک سازه پیچیده نیاز به تخصص‌های مشابه دارد تا اطمینان حاصل شود که سازه‌ای که در معرض شرایط بارگذاری تخریبی قرار می‌گیرد، در الگویی قابل‌پذیرش رفتار می‌کند. اکثر تخریب‌ها هیچ پیامد جرحی و جانی ندارد اما فرصت‌هایی برای بهبود ایمنی در صنعت تخریب وجود دارد که عبارت‌اند از:

• درگیری الزامی یک مهندس برای تخریب سازه‌های پیچیده. درک جامعی از اصول مهندسی سازه برای شناسایی خطرهای مربوط به ناپایداری در طول تخریب نکته‌ای کلیدی است.
• الزامات خاص بیشتری برای طراحی تخریبی که این موارد را در نظر می‌گیرند، نیاز است: فردی که طرح تخریب را آماده می‌کند باید چه ویژگی‌هایی داشته باشد؟ درصورتی‌که در منطقه موردنظر متخصص تخریب نباشد چه کسی باید طراحی را بازبینی و تائید کند؟ یک طراحی باید چه اقداماتی را برای در نظرگیری ایمنی سازه‌های اطراف و افراد در برداشته باشد؟ سؤالات مهمی همچون این سؤالات می‌تواند در روند موافقت اسناد ایالتی و ملی برای تخریب تسریع ببخشد.
• الزامات بار طراحی و ضریب ایمنی برای سازه‌های از پیش تضعیف‌شده. همان‌طور که در مطالعه موردی نشان داده شد، پیش تضعیفی می‌تواند باعث فروریزش زودهنگام شود که خطر زیادی را برای کارگران تخریب ایجاد می‌کند. راهنما برای مهندسان که بارهای طراحی و ضرایب ایمنی را برای سازه‌ها در حالت تضعیف‌شده در نظر می‌گیرند می‌تواند مشابه ASCE-37 که برای سازه‌های موقت کاربرد دارد، به‌صورت آیین‌نامه درآید.
• بازبینی طرح تخریب و کنترل مجدد توسط افراد باتجربه. در جایی که هیچ متخصص تخریبی حضور ندارد، باید از طریق بازبینی متخصص یا ناظرهای دسته سوم طرح که به‌طور خاص در فرآیندهای تجزیه سازه‌ها و تخریب کنترل‌شده صلاحیت دارند، این امر پیگیری شود. کنترل مناسب و اختیار توقف کار در طول فرآیند تخریب می‌تواند به مقدار قابل‌توجهی ایمنی را افزایش دهد.
• روشن ساختن رابطه بین مهندس و پیمانکار تخریب. هردو مهندس و پیمانکار نقشی کلیدی در تخریب ایمن ایفا می‌کنند. مشابه ساخت یک سازه جدید، ارتباط بین این دو می‌تواند از طریق یک فرآیندی رسمی‌تر افزایش یابد. سیستمی از درخواست‌های کتبی برای اصلاحات طرح توسط پیمانکار، تسریع ارزیابی مهندسی و تائید آن‌ها توسط مهندس، می‌تواند به شناسایی خطرها کمک کند. درنهایت، نیاز به حضور مهندس در محل سایت در طول فازهای بحرانی تخریب که توسط مهندس در طرح تخریب تعریف‌شده است، وجود دارد و مهندس باید در صورت شناسایی خطر، اختیار توقف کار را داشته باشد.

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.