الملخص

تهدف المقالة للتعريف بأنواع خزانات السوائل عامةً وخزانات الماء خاصةً، مع شرح للقوى التي تطبق على جدران حوض الخزان وقاعدته، وذكر لأنواع الأضرار التي قد تتعرض لها الخزانات الأرضية والخزانات العالية بسبب الزلازل. وقد تم التأكيد على ضرورة دراسة خزانات الماء على الزلازل وأخذ الاحتياطات اللازمة للتخفيف قدر الإمكان من التأثير المدمر للزلازل عليها، كونها تحتوي كتلة الماء التي تتحرك أثناء الزلزال مسببةً ظهور قوى إضافية وأنماط اهتزاز تختلف عما هو عليه في المنشآت الإنشائية الأخرى. وقد تم شرح بعض الحلول المتبعة عالمياً للحفاظ على سلامة الخزانات أثناء الزلزال كوجود جوائز رابطة للجملة الحاملة للخزانات العالية، أو عن طريق تزويد الجملة الحاملة بالمخمدات أو العوازل الزلزالية، وغيرها من الحلول التي ورد ذكرها في هذه المقالة.  

1. مقدمة:

الماء هي الحياة… منذ بداية البشرية بحث الإنسان عن مصادر المياه ليستقر بجوارها ويبني حضاراته حولها، وما إن نفذ مصدر من مصادر المياه بحث عن غيره، وهكذا إلى أن تغلّب على هذه المشكلة بإنشاء خزانات للمياه وبعدة أشكال وأحجام وارتفاعات بحسب الحاجة المرجوة منها، ولم يقتصر استخدام الخزانات لتخزين الماء فحسب بل اُستخدمت خزانات السوائل عامةً في تخزين السوائل على مختلف أنواعها مثل منتجات النفط، والغاز السائل، والمواد الكيميائية المختلفة، والماء لإمداد المدن وجميع نشاطات الحياة بالماء. ولكن المشكلة التي كان على الإنسان التصدي لها هي تعرُّض خزانات السوائل للكوارث الطبيعية، حيث لابد من الإشارة هنا إلى أنّ استمرار خزانات المياه بالاستثمار بعد حدوث الكوارث الطبيعية وأهمها الزلازل من المسائل الهامة، لما لها من دور كبير في احتواء الكارثة، حيث أن خروج خزان الماء عن الخدمة أو انهياره بشكل كامل له آثار سلبية عديدة منها:

• فقدان الماء اللازم للحياة البشرية اليومية.
• انتشار الأوبئة في الأماكن المنكوبة بسبب الزلزال.
• عرقلة عمليات إطفاء الحرائق في الأوقات الحرجة والتي قد تحدث بسبب الزلزال.
• فقدان الماء اللازم للصناعات وغيرها من المجالات الأخرى المرتبطة بالحياة العامة.
• خسائر مادية كبيرة جراء إعادة بناء أو إعادة تأهيل الخزانات المتضررة بسبب الزلزال.

أما في حالة تضرر الخزانات التي تحتوي مواداً كيميائيةً سامةً  يُخشى من تلوث في البيئة المحيطة.

وللخزانات عدة أنواع منها: الخزانات تحت أرضية والخزانات الأرضية والخزانات العالية.

2. خزانات الماء تحت أرضية (مطمورة):

وتكون إما مطمورة بشكل جزئي أو كلي، كما يوضح الشكل (1)، وقد تكون مؤلفة من حجرة واحدة أو عدة حجرات، وتتميز بانخفاض تكاليف الإنشاء مقارنةً مع باقي أنواع الخزانات، وتكون سعاتها كبيرة جداً.

الشكل (1): خزان ماء تحت أرضي.

تعتبر خزانات الماء تحت أرضية آمنة نوعاً ما ضد الزلازل إذا ما دُرست وصممت لمقاومة القوى الناتجة عن الهزات الأرضية، حيث أن جدران الخزانات الأرضية تتعرض من الخارج لضغط التربة الموضح بالشكل (2-a)، ومن الداخل لضغط الماء الهيدروديناميكي الناتج عن حركة الماء المتماوج داخل الخزان أثناء الزلزال والموضح بالشكل (2-b).

  الشكل (2): القوى المؤثرة على جدران وقاعدة خزان ماء أرضي، [1].

3. خزانات الماء الأرضية:

وهي مشيدة على سطح الأرض، وقد تكون معدنية أو من البيتون المسلح كما يوضح الشكل (3).

خزان ماء أرضي من البيتون المسلح

خزان ماء أرضي معدني

الشكل (3): خزان ماء أرضي.

تتعرض جدران هذا النوع من الخزانات للقوى التالية:

• قوة ضغط الهيدروستاتيكي ناتجة عن ضغط السائل الموجود داخل حوض الخزان على الجدران، يرمز لها Phs.
• قوة ضغط ناتجة عن محصلة المركبات الأفقية للزلزال التي يتم الحصول عليها بإحدى طرائق التجميع الإحصائية، ويرمز لها Ph.
• قوة ضغط ناتجة عن المركبة الشاقولية للزلزال، ويرمز لها Pv.

تجتمع هذه القوى لتؤثر محصلتها على جدران حوض الخزان بعدة حالات، والشكل (4) يوضح ثلاثة أنماط مختلفة من التراكيب الناتجة عن توزع القوى بأنواعها الثلاثة، وقد تم توضيح المحصلة في كل نمط باللون الأحمر ورُمز لها بالرمز p.

  الشكل (4): أنماط مختلفة لتوزع الضغط الهيدروستاتيكي والضغط الناتج عن مركبات الزلزال، [2].

يتشوه حوض الخزان المؤلف من الجدران والسقف بسبب الهزات الأرضية إذا لم يكن مصمماً بالشكل الكافي لمقاومة كافة القوى المطبقة عليه، وفيما يلي بعض حالات تضرر خزانات المياه الأرضية المعدنية بفعل الزلازل التي قد تتسبب بخروجه عن الخدمة:

• تحنيب في جسم الخزان بشكل قدم الفيل “elephant foot buckling”:

تظهر هذه الحالة في الخزانات الضخمة ذات الارتفاع المنخفض نسبياً مقارنةً مع نصف قطرها، والتي نسبة ارتفاعها إلى نصف قطرها H/R≤1.

يوضح الشكل (5) شكل التحنيب من نوع elephant foot، وكما يبدو هو انتفاخ جزئي أو كلي فوق القاعدة ناتج عن القوى الزلزالية الأفقية التي تتسبب في نشوء كلٍ من الإجهادات التالية، [2]:

• إجهادات شد محيطية كبيرة ناتجة عن القوى الهيدروستاتيكية الداخلية بالقرب من القاعدة.
• إجهاد ضغط هيدروديناميكي ناتج عن حركة الماء أثناء الزلزال.
• إجهاد ضغط محوري الناتج عن العزوم المسببة للانقلاب.

الشكل (5): التحنيب من نوع elephant foot، [2].

عند بلوغ إجهاد الشد قيمته الحدية في الشريحة الحلقية فوق القاعدة فإن أي زيادة بسيطة في قوى الضغط الشاقولية تتسبب بظاهرة التحنيب من نوع elephant foot، ويوضح الشكل (6) تعرض خزانات معدنية أرضية لهذا النوع من التحنيب.

زلزال Emilia في إيطاليا عام 2012

زلزال  San Fernando في كاليفورنيا عام  1971

الشكل (6): خزانات معدنية أرضية تعرضت للتحنيب من نوع elephant foot، [2].

• تحنيب في جسم الخزان بشكل معينات “diamond buckling”:

 تظهر هذه الحالة في الخزانات النحيفة التي نسبة ارتفاعها إلى نصف قطرها أكبر من الواحد H/R>1، علماً أنّ الخزانات الأرضية المعدنية الأكثر عرضةً لهذا النوع من التحنيب هي عندما تكون H/R < 4 <2، ويوضح الشكل (7) شكل التحنيب من نوع diamond buckling.

الشكل (7): التحنيب من نوعdiamond buckling ، [2].

وهذه الحالة من التشوهات تنتج عن الضغط الشاقولي العالي، حيث تظهر التشوهات بالقرب من القاعدة في الخزانات الممتلئة بالكامل أثناء الزلزال، والشكل (8) يظهر بعض خزانات السوائل التي تعرضت للتحنيب على شكل معينات بالقرب من القاعدة إثر تعرضها لهزة أرضية.

هزة Izmit في تركيا عام  1999

هزة Awaji  في اليابان عام 1995

الشكل (8): خزانات معدنية أرضية تعرضت للتحنيب من نوع diamond buckling عند القاعدة، [3].

• تحنيب في جسم الخزان على كامل ارتفاعه:

قد يظهر في المناطق العلوية القريبة من قمة الخزان تشوهات نتيجة نقص محتوى الخزان ووجود فراغ جزئي بالأعلى، كما يظهر في الشكل (9)، حيث أنّ وجود فراغ في أعلى الخزان يسبب أثناء الهزة الأرضية تناقصاً في الضغط في هذه المنطقة وبالتالي تتغيّر جهة الإجهاد الحلقي فتظهر هذه الحالة من التشوه، وقد تكون التشوهات خفيفة إذا كانت الإجهادات والقوى منخفضة.

هزة Izmit في تركيا عام  1999

زلزال San Fernando في كاليفورنيا عام 1971

الشكل (9): خزانات معدنية أرضية تعرضت للتحنيب في الأعلى، [2].

وقد يتعرض الخزان الأرضي المعدني لتحنيب موضعي في أي مكان من ارتفاع الخزان وذلك بحسب نقص محتوى الخزان ووجود فراغ جزئي في داخله، أي لا يقتصر هذا النوع من التشوه على الفراغ العلوي فقط، والشكل (10) يوضح تشوه في جسم أحد خزانات السوائل، ويبدو من خلال هذا التشوه منسوب السائل الموجود ضمنه في زمن حدوث الزلزال.

الشكل (10): تشوه خزان معدني في Haiti إثر تعرضه لزلزال Port-au-Prince عام 2010، [2].

• انهيار سقف الخزان:

ينهار سقف الخزان إذا كان غير مصمماً لمقاومة الاجهادات الناتجة عن حركة الماء المتماوج داخل حوض الخزان أثناء الهزة الأرضية كما يوضح الشكل (11)، كما ويمكن أن ينهار أو يتضرر سقف الخزان نتيجة الضغط الداخلي الناتج عن ارتفاع كبير للحرارة بسبب حريق مجاور ناتج عن هزة أرضية أو أي سبب آخر كما يظهر الشكل (12).

الشكل (11): تضرر سقف خزانات أرضية بسبب حركة الماء المتماوج داخل الخزان، [2].

الشكل (12): تضرر سقف خزانات أرضية بسبب حريق مجاور، [3].

• انهيار التربة أسفل الخزان:

تظهر هذه الحالة في المناطق المجاورة للبحر ذات التربة الرملية المخلخلة، وفي التربة التي تحوي مياه جوفية، ويوضح الشكل (13) تضرر خزانات وخروجها عن الخدمة بسبب تخلخل التربة الناجم عن الزلازل، (الصورة مأخوذة من الأعلى).

الشكل (13): تخلخل التربة الناجم عن الزلازل أسفل خزانات في اليابان إثر زلزال Kobe عام 1995، [2].

• انهيار الأنابيب الواصلة:

تنهار الوصلات بسبب الحركة النسبية بين الخزان والأنابيب والمعدات الملحقة أثناء الهزة الأرضية مما يسبب خروج الخزان عن الخدمة، كما هو ظاهر في الشكل (14).

الشكل (14): انهيار وصلات الخزان بسبب الزلزال، [2].

4. خزانات الماء العالية:

تتألف خزانات المياه العالية من حوض الخزان المُنشأ على جملة إنشائية حاملة له، منها الفولاذية ومنها البيتونية.

لخزانات المياه العالية أهمية كبيرة للحياة البشرية والصناعية لأنها من أهم مصادر تزويد السكان بالمياه اللازمة لجميع مجالات الحياة، كما تعد مصدراً للمياه اللازمة لإطفاء الحرائق التي قد تحدث أثناء الزلزال. حيث تُنشأ خزانات المياه العالية أي المحمولة على ما يسمى في جميع المراجع الأجنبية tower لسبب أساسي وهو تحقيق شروط التغذية بالراحة بحيث يتحقق ضغط الماء المطلوب بما يتلاءم مع شبكة التمديدات الصحية وشروط الاستثمار وإيصال الماء لمسافات محددة مطلوبة.

تقسم خزانات المياه العالية بحسب شكل حوضها إلى قسمين: خزانات قشرية وخزانات مضلعة، تمتاز القشرية منها
بأشكال متعددة لحوض الخزان، منها الكروية والأسطوانية والمخروطية والبيضوية، أما الخزانات المضلعة يكون حوض الخزان فيها بشكل متوازي مستطيلات، ويوضح الشكل (15) خزانات عالية بيتونية وفولاذية متعددة الأشكال.

الشكل (15): أنواع لخزانات ماء عالية.

الخزانات القشرية يكون شكل حوضها بالمسقط الأفقي دائري الشكل، وتُستخدم من أجل الحجوم التخزينية الكبيرة، حيث يتراوح قطر حوض الخزانات الفولاذية منها من 11m حتى 20m، أما سعتها فتتراوح من 750m³ لأكثر من 3500m³، [2]، أما الخزانات المضلعة يكون شكل حوضها بالمسقط الأفقي مربع أو مستطيل الشكل وتستخدم من أجل الخزانات ذات الحجوم التخزينية الصغيرة.

تمتاز الخزانات القشرية بكلفة أقل مما هي عليه الخزانات المضلعة، لأن جدران حوض الخزان في هذه الحالة تتعرض لإجهادات ناظمية فقط، بينما جدران حوض الخزانات المضلّعة تتعرض لدفع ماء هيدروستاتيكي كما يظهر في الشكل (16)، ينتج عنه إجهادات ناظمية مع عزم انعطاف وهذا يتطلب كمية أكبر من البيتون المسلح لمقاومة عزم الانعطاف الكبير الناتج، [4]، [5].

الشكل (16): اختلاف توزع الإجهادات على جدران حوض الخزان، [4]، [5].

أما الجملة الحاملة للخزانات العالية فلها عدة أنواع، منها جملة إطارية مؤلفة من أعمدة وجوائز حلقية عند عدة مناسيب، وقد تكون الأعمدة شاقولية أو مائلة، وهناك جملة إنشائية حاملة عبارة عن جدار أسطواني، وقد تكون الجملة الحاملة جدار أسطواني مع إطار فراغي، كما يبدو في الشكل (17).

الشكل (17): أنواع الجمل الحاملة للخزانات العالية.

• ما يميز خزانات المياه العالية:

تتميز خزانات المياه العالية عن باقي المنشآت بشكلها الهندسي الفريد والمختلف عن باقي المنشآت، حيث تتركز معظم كتلة الخزان في مستوي واحد يقع أعلى منشأ الخزان، وبسبب تجميع الجزء الأكبر من كتلة المنشأ (ممثلةً بحوض الخزان مع الماء الموجود بداخله) في أعلى الجملة الإنشائية (التي تعد نحيفة وذات كتلة صغيرة مقارنةً مع أبعاد وكتلة حوض الخزان) تتأثر هذه المنشآت بشكل كبير بالزلازل، وذلك بسبب حركة الماء ضمن حوض الخزان أثناء تعرضه لهزة أرضية، مما يسبب نشوء قوى قص كبيرة، حيث أنّ قوى القص التي تتعرض لها خزانات المياه العالية الناتجة عن الزلازل تكون أكبر من تلك التي تتعرض لها الأبنية العادية، وبالمقابل فإنّ قدرة خزانات المياه العالية على مقاومة قوى القص الناتجة عن الزلازل وتبديد الطاقة الداخلة إليها بالاتجاه الأفقي قليلة بالمقارنة مع المنشآت التقليدية الطابقية.

ولمّا كان استمرار خزانات المياه العالية بالاستثمار بعد حدوث الكوارث الطبيعية من المسائل الهامة لما لها من دور كبير في احتواء الكارثة، لذلك أُعطي تحليل وتصميم الخزانات العالية تحت تأثير الزلازل اهتماماً كبيراً بحيث يضمن سلامة الخزان أثناء الهزة الأرضية وبعدها والحيلولة دون خروجه عن الخدمة أو انهياره.

• ضرورة دراسة خزانات المياه العالية ضد الزلازل:

بحسب ما ورد في الكود العربي السوري في الفقرة (2-1-65) من الملحق رقم (2) الخاص بالزلازل، [6]، “تعتبر خزانات المياه المرفوعة على أعمدة من حيث التقييم الإنشائي منشآت خاصة أي لا يمكن تحديد دورها الأساسي باستعمال الطرائق التقريبية، بل يجب تحديدها إما بطريقة التحليل الإنشائي الديناميكي أو التجريبي المباشر”.

يجب تصميم وتحليل الخزانات بحيث لا يُسمح بأي تشقق في حوض الخزان لمنع أي تسرب أو رشح، والعمل على ضمان عدم تصدع أو انهيار الجملة الحاملة أو تضرر الأنابيب والمعدات الملحقة بالخزان تحت تأثير حمولة الزلازل، حيث أن حمولة الزلازل تعد من أخطر أنواع الحمولات التي تتعرض لها المنشآت كافةً، لأنها تطبق عليها بشكل مفاجئ وبشدات مختلفة، ومن غير الممكن التحكم بهذه الشدة ولا بمدة تطبيق الحمل الزلزالي.

التصميم الزلزالي يهدف لمقاومة التسارعات الأرضية الناتجة عن الهزات الأرضية التي تتسبب بقوى قص كبيرة وإجهادات وعزوم انقلاب ناتجة عن حركة الماء في حوض الخزان أثناء الهزة الأرضية، لذلك يجب فهم السلوك الديناميكي للخزان وسلوك الماء الذي بداخله أثناء الهزة الأرضية، من أجل الحصول على قيم دقيقة للدور الأساسي للخزان، ولقوة القص القاعدي التي تتعرض لها الجملة الحاملة، والإزاحات الأفقية وبالأخص عند منسوب حوض الخزان، وعزوم الانقلاب التي يتعرض لها الخزان، بهدف الوصول إلى تصميم آمن واقتصادي.

يجب التأكيد على أنّ سلوك واستجابة المنشآت ذات الشكل الهندسي المنتظم والتوزيع المنتظم للكتل والصلابات أثناء الزلزال تختلف عن سلوك واستجابة المنشآت غير المنتظمة كالخزانات، حيث لا يمكن التنبؤ بالاستجابة غير المرنة لها من خلال طرائق التحليل الستاتيكية، لأنّ عدم انتظام الكتلة أو الصلابة يسبب توزع غير منتظم لقوى العطالة مما يسبب نشوء أنماط اهتزاز مختلفة قد تتسبب في دخول العناصر الإنشائية الحاملة في المجال اللدن.

لذلك يجب استخدام طرائق التحليل الديناميكي الخطية باستخدام طريقة طيف الاستجابة، أو التحليل الديناميكي اللاخطي الذي يعتمد على استخدام تسجيل زمني لهزة أرضية فعلية يربط بين الزمن وشدة التسارع بفواصل زمنية مناسبة، أي يأخذ بالاعتبار الأحمال الديناميكية المطبقة على عناصر المنشأ، والتي تكون شدتها متغيرة خلال زمن الهزة الأرضية، [7].

بهذا يمكننا الحصول على أنماط اهتزاز المنشأ المدروس وفهم سلوكه أثناء الهزة الأرضية وبالتالي تصميمه لمقاومة الزلازل.

• بعض أنماط الاهتزاز الخاصة بالخزانات العالية الناتجة عن الزلازل:
• أنماط اهتزاز شاقولية خاصة بالجملة الحاملة

يوضح الشكل (18) ثلاثة أنماط لاهتزاز الجملة الحاملة لحوض الخزان، حيث يفترض أنّ سلوكها يشبه سلوك منشأ ظفري.

الشكل (18): أنماط اهتزاز الجملة الحاملة للخزان، [1]،[2] .

• أنماط تشوه خاصة بجسم الخزان الأسطواني

إنّ المقطع العرضي للخزان الأسطواني يتغير شكله بفعل الزلزال ويتشوه محيطياً بسبب حركة الماء ضمنه ليأخذ عدة أشكال، هذا بالإضافة لإمكانية الإزاحة لجسم الخزان بالكامل كما يوضح الشكل (19).

الشكل (19): أنماط تشوه جسم الخزان الأسطواني، [1]،[2] .

• أنماط اهتزاز خاصة بالماء المتماوج

أثناء الهزة الأرضية يتعرض السائل الموجود ضمن حوض الخزان للحركة والاهتزاز بعدة أنماط، والشكل (20) يوضح بعض أنماطها، حيث تهتز الكتلة العلوية من السائل وتنشأ الأمواج في السطح الحر منه، وتضطرب هذه الأمواج وترتفع بحسب شدة الهزة الأرضية ومدتها، كما أنّ لنسبة امتلاء حوض الخزان واتساع السطح الحر للسائل وقيمة قطر حوض الخزان دوراً كبيراً في مدى ارتفاع الأمواج.

الشكل (20): أنماط اهتزاز السائل ضمن الخزان، [1] ،[2].

ومن الضروري تحديد ارتفاع الأمواج المحتمل الوصول إليه كما في الشكل (21)، [2]، ليتم تحديد ارتفاع بلاطة سقف حوض الخزان، أي المجال الحر بين السائل وسقف الحوض، وهذا الأمر هام جداً في حالة الخزانات الحاوية على سوائل سامة حيث يجب الحيلولة دون تسريبها، وفي حال كان ارتفاع بلاطة سقف الخزان غير كافي يجب تصميم البلاطة لتقاوم الضغط الناتج عن دفع أمواج السائل المتشكلة بسبب الهزة الأرضية.

  الشكل (21): تحديد ارتفاع الأمواج أثناء الزلزال، [2].

إنّ دراسة أنماط التشوه والاهتزاز لجميع عناصر الخزانات تفيد في تحديد القوى الإضافية المؤثرة على جدران الخزان والجملة الحاملة له الناتجة عن الهزات الأرضية، وبالتالي يتم التصميم بدون إغفال أي قوة ممكن أن تنشأ أثناء الزلزال، علماً أنّ هناك العديد من الخزانات المتضررة نتيجة الزلازل في العالم سواءً كانت خزانات ماء أو خزانات سوائل بشكل عام لأن دراستها لمقاومة الأحمال الزلزالية غير دقيقة أو أنها لم تؤخذ بعين الاعتبار أصلاً، بعضها انهار بشكل جزئي أو كلي، وفي بعض الحالات تعرضت بعض العناصر الإنشائية فيها لأضرار ولكنها لم تنهار، والشكل (22) يُظهر بعض الخزانات المتضررة في سورية بفعل زلزال 6 شباط 2023.

الشكل (22): خزانات متضررة في سورية بفعل زلزال 6 شباط 2023، [8].

5. إجراءات مطبقة عالمياً لمقاومة الهزات الأرضية:

• إضافة جوائز رابطة للجملة الحاملة للخزانات العالية:

يمكن زيادة استقرار وأمان الجملة الحاملة للخزانات العالية المؤلفة من أعمدة ونواة أثناء الزلزال عن طريق ربط الأعمدة والنواة ببلاطة دائرية بيتونية مسلحة مع جائز حلقي ring beam and slab ضمن مستوي واحد أو أكثر وذلك بحسب ارتفاع الخزان، أو بجوائز محيطية وقطرية radial and circumferential beams دون بلاطات للجمل الإطارية. هذا الإجراء يؤدي لانخفاض في قيم الاستجابة الديناميكية متمثلةً بقيم كلٍ من الإزاحة الأعظمية وقوة القص القاعدي وعزم الانقلاب التي تؤثر على الخزانات العالية أثناء الزلزال، والشكل (23) يوضح خزانات عالية مزودة بجوائز رابطة.

الشكل (23): خزانات ماء عالية مزودة بجوائز رابطة.

• إضافة مخمدات احتكاكية friction dampers للجملة الحاملة:

يُطبق هذا النوع من الإجراء الوقائي ضد الهزات الأرضية في الخزانات العالية ذات الجملة الحاملة الإطارية، والشكل (27) يوضح المخمدات الاحتكاكية لخزان ماء عالي.

تكبير للمخمدات الاحتكاكية المطبقة.

الشكل (26): المخمدات الاحتكاكية، [2].

• إضافة عوازل زلزالية Base-Isolation:

توضع العوازل الزلزالية بين الخزان وأساساته، تتحمل بالدرجة الأولى الأوزان الشاقولية، وتقوم بامتصاص الطاقة الداخلة للخزان بالاتجاه الأفقي الناتجة عن الهزة الأرضية وتبدّدها، والغاية من العوازل الزلزالية هي ضمان أن الحركة الناتجة عن الزلزال محدودة قدر الإمكان ضمنها وفي مستويها، حيث تتناقص الطاقة المنتقلة إلى الخزان، مما يضمن حماية عناصره الإنشائية من الدخول بمراحل متطورة من التلدن. من الممكن تزويد الخزانات الأرضية والخزانات العالية بالعوازل الزلزالية علماً أن هناك الكثير من الخزانات المزودة بالعوازل الزلزالية عالمياً، أحدها خزان للغاز الطبيعي السائلLNG  في البيرو موضح بالشكل (27)، سعته m³130000 وقد اُستخدم 256 عازل مطاطي أسفله، [2].

العازل المطاطي

الشكل (27): خزان للغاز الطبيعي مزود بالعوازل الزلزالية، [2].

• إضافة حواجز Baffles ضمن حوض الخزان:

تُضاف حواجز أو مصدات ضمن حوض الخزانات الأرضية والعالية كوسائل تخميد لحركة السائل بهدف التخفيف من شدة اضطراب الأمواج المتشكلة أثناء الزلزال، فهي تبدد الطاقة الحركية للماء، وبالتالي تخفف من الضغط على جدران حوض الخزان الذي قد يتسبب بانقلابه.

1. قد تكون الحواجز شاقولية كما في الشكل (24)، علماً أنّ الحواجز الشاقولية الأكثر فاعلية في إنقاص الطاقة الحركية للماء هي التي توضع ابتداءً من قاع الحوض، ويكون ارتفاعها بارتفاع الماء، وقد يكون الحاجز بشكل صفيحة مقطّعة شاقولياً أو صفيحة كاملة، وكلما زاد عدد الحواجز كانت أكثر فاعلية، [8].

الشكل (24): عدة حالات للحواجز الشاقولية،[8].

          2. وقد تكون الحواجز حلقات أفقية يُحدد موقعها بدقة من أجل تحقيق أكبر تخامد ممكن لتماوج السائل، فهي تحد من كمية السائل العلوي المتماوج بسبب الهزة الأرضية، وقد تكون بمستوي واحد أو بعدة مستويات وذلك بحسب ارتفاع الخزان كما هو موضح في الشكل (25)، [2].

الشكل (25): عدة حالات للحواجز الأفقية، [2].

  3. قد توضع حواجز متعددة مؤلفة من حلقات أفقية وصفائح شاقولية، وبعدة وضعيات كما هو واضح بالشكل (26)، [2].

الشكل (26): حواجز أفقية وشاقولية معاً، [2].

• زيادة ثخانة جدران الخزان:

أحد الحلول المعتمدة لتجنب أضرار الزلازل على الخزانات هي زيادة ثخانة جدران الخزان بالقرب من القاعدة، وذلك لتأمين المقاومة الكافية للحركات الأفقية والشاقولية والاهتزازية الناتجة عن الزلازل، وهو حل مناسب في خزانات الماء والنفط، لكنه غير مناسب في الخزانات ذات شروط تبريد عالية مثل خزانات الغاز السائل LNG، [2].

المراجع:

1. Javeed A. Munshi. Design of Liquid-Containing Concrete Structures for Earthquake Forces, USA, 2002.
2. M. Calvi, R. Nascimbene, Seismic Design and Analysis of Tanks, Italy, 2023.
3. htpps://en.wikipedia.org.
4. https://download-engineering-pdf-ebooks.com.
5. أ. د. تادفي. سليمان، خزانات المياه العالية والأرضية، سلسلة المنشآت البيتونية المسلحة، جامعة حلب، سورية، 1992.
6. الملحق رقم (2) للكود العربي السوري لتصميم وتنفيذ المنشآت بالخرسانة المسلحة، تصميم وتحقيق المباني والمنشآت المقاومة للزلازل، دمشق، سورية، 2013.
7. أ. د. كعدان. عمار، دورة في التحليل الديناميكي والتصميم على الزلازل، منشورات نقابة المهندسين، فرع حلب، 2019.
8. أنيس. دانيا، رفع كفاءة المباني من خلال تقنية مخمد السوائل، رسالة دكتوراه مجازة في الهندسة الإنشائية الزلزالية، المعهد العالي للبحوث والدراسات الزلزالية، جامعة دمشق، سورية، 2019.
9. https://www.slideshare.net.
10. https://www.simuleon.com.
11. https://www.academia.edu