Featured image By Martha T (05-23-13 Skagit Bridge Collapse) , via Wikimedia Commons

Siltojen vikaantumiset voivat johtaa loukkaantumisiin, ihmishenkien menetyksiin ja omaisuusvahinkoihin, jotka ovat samaa luokkaa kuin lentokoneiden maahansyöksyt, terrori-iskut ja luonnonkatastrofit. Siksi siltojen suunnittelijat, insinöörit, rakennustyöntekijät, johtajat ja tarkastajat ottavat työnsä niin vakavasti. Paras tapa ehkäistä katastrofaalisia onnettomuuksia on ymmärtää tekijät, jotka aiheuttavat siltojen kaatumisen.

Tässä artikkelissa paljastamme tärkeimmät syyt, joiden vuoksi sillat vaurioituvat vakavasti tai romahtavat, ja kerromme kokemuksia silloista, jotka ovat kaatuneet näiden tekijöiden vuoksi tai selvinneet niistä huolimatta.

Tekijöiden yhdistelmä

Tärkein syy, jonka vuoksi sillat romahtavat, on useiden tekijöiden yhdistelmä, jotka yksittäin tapahtuessaan eivät aiheuttaisi siltojen kaatumista. Kun ne kuitenkin tapahtuvat kaikki kerralla, ne johtavat tuhoisiin seurauksiin. Esimerkiksi kova tuuli ei välttämättä riitä aiheuttamaan rakenteen sortumista. Kun ne kuitenkin iskevät siltaan, joka on rakenteellisesti liian jäykkä kestämään niitä, se johtaa romahtamiseen.

By Mike Wills (Flickr) , via Wikimedia Commons

I-35W Mississippi-joen silta Minneapolisissa romahti äkillisesti elokuussa 2007. Virallisena syynä pidettiin liian ohuita välipohjalevyjä, jotka repesivät niittiriviä pitkin.

Syy: Levyt olivat kestäneet raskasta liikennemäärää 40 vuoden ajan. Vian laukaisemiseen tarvittiin toissijainen tekijä, sillalle tuolloin pysäköityjen rakennuskoneiden lisäpaino. Toinen tekijä:

Kaikkien kulumista ei ollut havaittu ennen rakennustöiden aloittamista, koska siltatarkastukset oli jätetty tekemättä.

Vaikkien todettiin olevan tämän tuhoisan romahduksen perimmäinen syy, mutta katastrofiin johti todellisuudessa kolme erillistä tekijää yhdessä.

Infrastruktuuriongelmat

Amerikkalaisen rakennusinsinöörien yhdistyksen (American Society of Civil Engineers, AISI) mukaan yhdysvaltojen sillat saavat keskinkertaisen arvosanan ”C+” kunnossapidon ja turvallisuuden osalta. Ryhmän mukaan joka yhdeksäs silta maassa katsotaan rakenteellisesti puutteelliseksi, ja siltojen keski-ikä Yhdysvalloissa on yli 42 vuotta. Siltojen ikä ja kunto ovat osasyynä moniin viimeaikaisiin romahduksiin.

Yksi myönteinen asia: Nykyaikaiset laitteet helpottavat ikääntyvien siltojen tarkastamista mahdollisten rakenteellisten ongelmien löytämiseksi.

Image By Martha T (05-23-13 Skagit Bridge Collapse) , via Wikimedia Commons

I-5 Skagit River Bridge -sillan romahtamisesta vuonna 2013 syytetään infrastruktuuriin liittyviä ongelmia. Sillan ylittävä ylisuuri kuorma oli tapahtuman välitön syy. Sillan ylittäville ajoneuvoille oli kuitenkin asetettu monia painorajoituksia, koska silta oli julistettu toiminnallisesti vanhentuneeksi. Tämä nimitys tarkoittaa, että siinä ei ollut tarpeettomia rakenteita ja järjestelmiä, joita vaadittaisiin, jos silta rakennettaisiin nykyään. Romahdus olisi voitu välttää, jos vanhentunutta siltaa olisi vahvistettu tai se olisi korvattu aikaisemmin ja hyödynnetty nykyisiä turvallisempia standardeja.

Tulvat

Tämän päivän muuttuva ilmasto ja siihen liittyvät äärimmäiset sääilmiöt aiheuttavat yhä enemmän tulviin liittyviä siltojen vaurioita. Suurin osa näistä vaurioista ei johdu pelkästään vedestä. Tulvan aikana joet keräävät roskia, kuten puita ja rakennuksia, ja työntävät ne voimalla siltoja vasten, jolloin niiden perustukset huuhtoutuvat pois ja rakenneosat hajoavat.

Useimmat romahdukset tapahtuvat silloilla, jotka on rakennettu kauan sitten, jolloin suunnittelijat eivät osanneet kuvitellakaan, millaisia myrskyjä niiden on nykyään kestettävä. Tämä on tärkeä opetus siltojen suunnittelijoille. Heidän on suunniteltava rakenteet ja viemäröintijärjestelmät, jotka kestävät nykyiset myrskyt ja mahdollisesti äärimmäisemmät sääilmiöt tulevaisuudessa.

Louisianassa elokuussa 2016 tapahtuneet äärimmäiset sateet aiheuttivat merkittäviä tulviin liittyviä vaurioita Tangipahoa Parishissa sijaitseville Walsh Roadin ja Stein Roadin silloille, minkä vuoksi ne oli vaihdettava. Vaikka kahden suhteellisen pienen paikallisen sillan vaurioituminen ei ehkä vaikuta suurelta ongelmalta, niiden sulkeminen yli kuudeksi kuukaudeksi aiheutti merkittäviä taloudellisia vaikutuksia myrskyistä toipuvalle alueelle. Paremmalla suunnittelulla, muun muassa asentamalla sadevesiviemärijärjestelmiä tai sillanvahvistuksia, olisi voitu välttää nämä vaikeudet.

Uskottomat tapahtumat

Siltojen rakentamisessa insinöörit eivät yksinkertaisesti tiedä, mitä he eivät tiedä. Lukemattomat siltaonnettomuudet johtuvat odottamattomista rakenteellisista tai suunnitteluun liittyvistä ongelmista.

Hyvät uutiset: Tietokonemallinnuksen ja testauksen avulla insinöörien on helpompi nähdä, miten erilaiset siltamallit kestävät monenlaisia odottamattomia olosuhteita ja niiden yhdistelmiä. Silti heidän on tärkeää rakentaa rakenteisiin redundansseja tuntemattomien mahdollisuuksien varalta nykypäivän nopeasti muuttuvassa maailmassa.

Tsing Ma -silta Hongkongissa on yksi maailman pisimmistä riippusilloista. Se on rakennettu paikalle, jossa esiintyy maanjäristyksiä, äärimmäisiä tuulia, kovaa vettä ja taifuuneja. Ennen valmistumistaan vuonna 1997 sitä testattiin laajasti pienoismallilla, tuulitunnelissa ja tietokoneella. Tämä johti innovaatioihin, jotka paransivat tämän sillan ja muiden sitä seuranneiden siltojen suunnittelua.

Onnettomuudet

Olipa kyse sitten kuorma-auton törmäämisestä tukipylvääseen, junan putoamisesta raiteilta tai veneen törmäämisestä perustukseen, onnettomuudet ovat yksi tärkeimmistä syistä, joiden vuoksi sillat vaurioituvat tai sortuvat. Siltainsinöörien on suunniteltava kaikenlaisia onnettomuuksia varten, mukaan lukien nykyisten ajoneuvojen aiheuttamat onnettomuudet ja sellaiset onnettomuudet kuin kuljettajattomat autot, suuremmat valtameritankkerit ja risteilyalukset sekä ohjaimettomat lennokit, jotka voivat vaikuttaa siltoihin lähitulevaisuudessa ja kaukaisessa tulevaisuudessa.

Taannoin vuonna 1982 lentokone nousi ilmaan Washingtonin kansalliselta lentokentältä, ja 30 sekuntia myöhemmin se törmäsi Potomac-joen ylittävään 14th Streetin siltaan. Seitsemän sillalla kulkenutta ajoneuvoa sai osuman lentokoneesta ja ajautui jäätävään veteen. Neljä niissä olleista ihmisistä menehtyi. Hämmästyttävää kyllä, vain muutama sata metriä suojakaidetta ja muuria sillan sivusta repesi pois. Tämä on osoitus maan pääkaupungin keskustan läheisyyteen rakennetun rakenteen lujuudesta ja kestävyydestä.

Rakennustapahtumat

Jotkut sillat eivät koskaan valmistu. Ne epäonnistuvat rakentamisen aikana. Näistä vaaratilanteista opittiin, että suunnittelijoiden ja insinöörien on yhtä tärkeää suunnitella kaikki sillanrakentamisen osa-alueet vaiheittain ja analysoida uusien vaiheiden vaikutukset edellisiin vaiheisiin.

Taannoin vuonna 1907 Quebec Cityssä sattui eeppinen sillan romahdus rakentamisen aikana. Suunnittelijat saivat tietoonsa, että silta painoi kahdeksan miljoonaa kiloa arvioitua enemmän tietyssä vaiheessa rakentamista. He eivät kuitenkaan kokeneet tätä tarpeeksi merkittäväksi ongelmaksi tehdäkseen muutoksia. Pian tämän jälkeen työmaainsinööri huomasi, että sillan runko alkoi taipua. Muut eivät kuitenkaan ottaneet havaintoa vakavasti, vaan väittivät palkkien taipuneen jo toimitettaessa. Pian tämän jälkeen rakenne romahti ja 75 työntekijää sai surmansa. Lopulta todettiin, että palkit eivät olleet riittäviä kestämään kahdeksan miljoonan kilon lisäkuormitusta.

Suunnitteluvirheet ja valmistusvirheet

Vaikka se on aiempaa harvinaisempaa, jotkin sillat romahtavat lähes välittömästi valmistumisensa jälkeen merkittävien suunnitteluvirheiden tai rakentamisessa käytettyihin materiaaleihin liittyvien ongelmien vuoksi. Tiheät tarkastukset koko rakennusprosessin ajan voivat tarjota ”tuoreet silmät”, joita tarvitaan ongelmien ja virheiden tunnistamiseen. Uudentyyppiset hissit ja laitteet helpottavat tarkastajien pääsyä siltojen vaikeapääsyisiin kohtiin.

Alkuperäinen Tacoma Narrows -silta rakennettiin ylittämään Puget Soundia Washingtonin osavaltiossa vuonna 1940. Lähes neljä kuukautta sen jälkeen, kun se oli avattu yleisölle, se romahti veteen.

Kysymys: Suunnitteluvirhe aiheutti sen voimakkaan tärinän tuulessa. Tähän siltaan, jota kutsuttiin lempinimellä ”Galloping Gertie”, viitataan yhä insinööritieteiden oppikirjoissa esimerkkinä siitä, miten siltoja EI SAA rakentaa äärimmäisillä tuulialueilla.

Palot

Tulipalot olivat ennen paljon suurempi syy siltojen vioittumiseen kuin nykyään. Syy? Useammat sillat rakennettiin ennen helposti syttyvästä puusta. Tulipalot voivat kuitenkin edelleen kaataa sillan, erityisesti silloin, kun rekka- tai säiliöautojen törmäykset tai rakennustapahtumat johtavat erittäin kuumiin tulipaloihin, jotka voivat sulattaa teräksisiä infrastruktuurin osia.

Yksi askel, jonka siltasuunnittelijat voivat ottaa, jotta he voivat välttää ylikuumenevia syttymisiä: suojataan siltojen kunnallistekniikkainfrastruktuuri niin, että kaasu-, sähkö- ja muut kunnallistekniikkalinjat eivät aiheuta tulipaloja tai edistä niitä.

Pittsburghissa sijainnut, 88-vuotiaaksi jäänyt Libertyn silta vahingoittui pahoin rakennustyömaalla syttyneessä tulipalossa syyskuussalissa 2016. Hitsaustyökalun kipinä sytytti herkästi syttyvän muoviputken ja pressun. Tulipalo paloi niin kuumana, että se taivutti kriittistä 30 metriä pitkää teräspalkkia kuusi tuumaa. Palkki oli suunniteltu kestämään 2,4 miljoonan kilon painetta. Palkki jouduttiin jäykistämään ja lämpökäsittelemään, jotta se saatiin takaisin rakenteelliseen linjaan.

Maajäristykset

Vaikka harvinaisia, maanjäristysten aiheuttamat siltojen romahdukset voivat olla tuhoisia. Heiluvat sillat tai niiden romahtaneet osat ovat usein ikonisia video- ja stillkuvia, jotka ihmiset yhdistävät näihin voimakkaisiin luonnonilmiöihin. Siltainsinöörit ovat keksineet keinoja rakentaa siltoja, jotka ovat kevyempiä ja lisäävät joustavuutta ja jäykkyyttä oikeisiin paikkoihin, jolloin ne selviävät todennäköisemmin jopa voimakkaimmista järistyksistä ja jälkijäristyksistä.

Kuka voi unohtaa kuvat San Franciscon ja Oaklandin välisen lahden sillan osasta, joka kaatui Loma Prietan maanjäristyksen aikana vuonna 1989? Onneksi tuhoisa romahdus maksoi vain yhden ihmisen hengen. Siltaan tehtiin tapahtuman jälkeen merkittäviä parannuksia, muun muassa korvattiin nykyiset niitit vahvemmilla, lämpökäsitellyillä niiteillä ja lisättiin diagonaalisia laatikkopalkkeja, jotka parantavat vakautta sillan heilahtaessa puolelta toiselle.

Johtopäätökset

Parhaimmin siltojen rikkoutumisia voi välttää odottamalla, että niitä voi tapahtua, ja suunnittelemalla niihin varautumista. Se on ainoa tapa suojella yleisöä loukkaantumisilta, ihmishenkien menetyksiltä, omaisuusvahingoilta ja tuhoilta. Oletko kiinnostunut oppimaan keinoista parantaa siltojen suunnittelun ja rakentamisen laatua? Ota yhteyttä kokeneeseen toimittajaan saadaksesi lisätietoja.