Ramp in slow motion

Met een unieke methode en dankzij unieke digitale opnames is het Enschedese technisch adviesbureau msnp er in geslaagd om de schokgolven van de explosies van S.E. Fireworks tot in detail vast te leggen.

Karel Knip

Zelden zal een toevallige explosie toevallig zo goed zijn geregistreerd en gedocumenteerd als de explosie die op 13 mei 2000 het bedrijf S.E. Fireworks in de as legde. Door een wonderlijke samenloop van omstandigheden werd tweeëneenhalf uur voor het begin van de ramp een gedetailleerde luchtfoto van het terrein gemaakt waarop de kleinste details zichtbaar zijn. Vooral dankzij die foto was een adequate duiding mogelijk van alle later gemaakte foto's en video- opnames.

Op maar 32 kilometer afstand werd in Winterswijk de aan bodem en lucht overgedragen energie van de twee laatste explosies nauwkeurig in tijd en kracht geregistreerd door een seismograaf van het KNMI. Het tijdstip van de laatste explosies staat tot in onderdelen van seconden vast. Over luchtdruk, temperatuur, windsnelheid en luchtvochtigheid in Enschede op 13 mei bestaat geen twijfel.

Twee fotografen legden de gebeurtenissen vlak voor en op het terrein van Fireworks vast tussen ongeveer 15.15 en 15.35 uur. In diezelfde tijd filmde ook Danny de Vries het bedrijf van buiten. Maar van doorslaggevend belang voor de rampreconstructie bleek het werk van de cameramannen Gerrit Poort en Jack Huygens die de fatale laatste explosies met een digitale videocamera - en met grote koelbloedigheid - vanaf het dak van de (voormalige) fabriek de Bamshoeve vastlegden. Na een technische beeldverbetering zijn vooral Poorts opnames de basis geworden voor de analyse van de ramp.

Over de reconstructie van de calamiteiten in Enschede bestaat daarom niet veel discussie meer. De brand begon in de ompakruimte (code C2) van de centrale loods die de deuren en delen van het dak verloor en veel materiaal naar buiten wierp dat in verre omtrek brandjes stichtte. Weldra blijkt het aangrenzende compartiment C4 ook in brand te staan. Ook daarbij wordt veel vuurwerk uitgeworpen. In een open hoek tussen de zeecontainers E2 en E15 (waar onder meer een oude aanhanger staat) ontstaat een brand die uiteindelijk de inhoud van container E2 ontsteekt.

Het openbreken van zeecontainer E2, om ongeveer 15.33 uur, is de eerste feitelijke 'explosie' die deskundigen overigens liever een explosieve verbranding noemen. Hij is niet door seismometers geregistreerd en liet geen krater achter. Zo komt het dat er vaak maar over twee fatale explosies wordt gesproken. Nog geen minuut na E2, om 15.34, explodeert een aantal Mavo-bunkers (de betonnen garageboxen met rolluiken die aan de rij zeecontainers grenzen) met als centrum M6 en M7. Ruim een minuut later exploderen dan de centrale loodsen, te beginnen bij loods C11.

uitdaging

De 'causale keten' kon door TNO en het forensisch instituut NFI worden bepaald aan de hand van de film van Gerrit Poort en getuigenverklaringen. In de schaduw van hun activiteiten opereerden de onderzoekers Bas van den Heuvel en Dave Boers van het Enschedese technisch adviesbureau MSNP. Aanvankelijk in opdracht van gedupeerden, later meer en meer gegrepen door de wetenschappelijke uitdaging die de analyse van de vuurwerkramp bleek te zijn. Een interesse die uiteindelijk leidde tot een verrassende wetenschappelijke publicatie (van Dave Boers) in het Nederlands tijdschrift voor natuurkunde (maart 2001).

Ook voor MSNP waren de videobeelden van Poort het voornaamste uitgangsmateriaal. Een gerucht wilde dat uit de exploderende loodsen van SEF een heuse raket was opgestegen en een enkele slechte kopie van Poorts opnamen leek dat ook wel aan te tonen. M SNP zag in dat het zaak was de oorspronkelijke opnameband in handen te krijgen en daarna de videobeelden te onderwerpen aan de modernste techniek voor beeldverbetering. De videocamera van Poort las zijn lichtgevoelige ccd-chip 50 maal per seconden uit, maar combineerde uiteindelijk in de afbeelding steeds de twee opvolgende beeldjes (resultaat dus 25 beelden per seconde). Met geëigende technische apparatuur kunnen lle 50 beeldjes worden afgebeeld en kan worden gecorrigeerd voor allerhande techniek voor beeldcompressie die vaak wordt toegepast. M SNP liet de film van Poort frame voor frame op maximale beeldresolutie uitlezen. Zelfs vertegenwoordigers van de commissie Oosting, die eens lang kwamen, waren jaloers.

Na het werk stond snel vast dat de 'raket' niets anders was dan een hoeveelheid stof, rook en condens in het zog van een brokstuk dat toevallig rechtomhoog werd geworpen. De wetenschappelijke interesse ontstond toen het er op leek dat uit de video-opnames viel af te leiden hoe de afzonderlijke schokgolven van de twee laatste explosies zich in de tijd uitbreidden. De schokgolf die een flinke min of meer puntvormig explosie teweeg brengt, manifesteert zich als een abrupte sprong in temperatuur, dichtheid en druk van de lucht die zich vanuit het explosiecentrum min of meer bolvormig uitbreidt. Aanvankelijk, afhankelijk van de kracht van de explosie, met een snelheid die interessant genoeg hoger ligt dan die van het geluid, al heel gauw ongeveer met de geluidssnelheid.

Boers, van huis uit fysicus, wist dat door vermaarde fysici en wiskundigen als Taylor, Sedov en Von Neumann in de jaren veertig een theoretisch verband was uitgewerkt tussen de uitbreidingssnelheid van de schokgolf en de energie van de explosie. Deze methode was met vrucht gehanteerd in het schatten van de energie die vrijkwam bij atoomexplosies (waar de uitbreiding van de schokgolf goed is te volgen). Het is gebruik deze te herleiden naar de detonatie-energie van TNT.

uitdaging

Gewoonlijk wordt de kracht van een onbedoelde explosie (die natuurlijk hoogst zelden goed wordt gefilmd) met behulp van empirische vuistregels afgeleid uit de schade die deze heeft aangericht. Zo berekende TNO's Prins Maurits Laboratorium uit de in Enschede aangerichte glasschade dat de voorlaatste Fireworks-explosie een kracht had van 0,8 ton TNT en de laatste een van 4 5 ton TNT.

Omdat de lucht achter de schokgolf veel heter is dan ervoor is aan optische vervorming van het videobeeld te zien waar het front zich bevindt. En als dat niet lukt, is het wel af te leiden uit het opwervelen van stof direct chter het front. De voor de analyse relevante afzonderlijke video-opnames ('frames') van de laatste (en zwaarste) explosie werden gemaakt binnen de eerste kwart seconde na de klap en werden dus in principe beschreven door zo'n 12 frames, elk 0,02 seconde later dan de vorige gemaakt.

golffront

Het kwam er op neer in elk videoframe te meten hoe ver het golffront lag van de explosiekern en de metingen grafisch uit te zetten tegen de tijd. Tot grote voldoening van Boers bleek dat het front zich al na 0,06 seconde met constante snelheid uitbreidde en dat die snelheid 345 m/s was. Praktisch de geluidssnelheid onder heersende omstandigheden.

In de eerste vier frames breidde het front zich, conform Taylor c.s., veel sneller uit. De theorie voorspelt een curve die in begin logaritmisch en later lineair loopt. Met adequate 'curve fitting' is de meest aannemelijke curve door de punten geconstrueerd (met nog een correctie voor reflectie aan het aardoppervlak) en daaruit viel te herleiden dat de energie die bij de laatste klap vrijkwam ongeveer 75 gigajoule moest zijn geweest.

Het omrekenen naar equivalente tonnen TNT ('in feite een volstrekt overbodige stap', aldus Boers) leverde nog een complicatie op omdat er twee omrekenfactoren in gebruik zijn. Gebruik je niet de detonatie- energie van TNT maar de detonatie- plus verbrandingsenergie dan blijkt 75 gigajoule overeen te komen met 5.0 ton TNT. Precies wat de glasschade-empirie aangeeft. De methode-Taylor-Boers is dus ook voor vuurwerkexplosies bruikbaar.

De explosiekern van de voorlaatste, wat zwakkere Fireworks-explosie (in de Mavo-boxen) kreeg Gerrit Poort niet goed in beeld. Langs zeer elegante weg heeft Boers toch plaats en tijdstip van het begin van deze explosie weten te achterhalen. Uit het seismogram dat het KNMI in Winterswijk van de explosies maakte leidde Van den Heuvel af dat de twee explosies een factor 7,5 in sterkte (energie) verschilden. Met het door MSNP zelf geldig verklaarde theoretische verband ( la Taylor) tussen energie en schokgolf-snelheid kon MSNP het stuk schokgolf dat wel in beeld was gekomen terugvoeren naar de oorsprong. Men kwam uit in Mavobox 6 of 7. Tussen de interpretaties van Oosting en bureau MSNP zit, mede dankzij enige ruggenspraak, niet veel verschil meer. De door MSNP gehanteerde methodiek is misschien wel uniek.

(Met medewerking van Harm van den Berg)

www.msnp.nl