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

Brugdefecten kunnen leiden tot gewonden, verlies van levens en materiële schade op een schaal die gelijk is aan vliegtuigongelukken, terroristische aanslagen en natuurrampen. Daarom nemen brugontwerpers, ingenieurs, bouwvakkers, managers en inspecteurs hun werk zo serieus. De beste manier voor hen om catastrofale ongelukken te voorkomen, is het begrijpen van de factoren die bruggen doen falen.

In dit artikel onthullen we de belangrijkste redenen waarom bruggen ernstig in gevaar komen of instorten, samen met de lessen die zijn geleerd van bruggen die faalden vanwege – of overleefden ondanks – deze factoren.

Een combinatie van problemen

De belangrijkste reden waarom bruggen falen, is een mix van factoren die, als ze afzonderlijk zouden plaatsvinden, een brug niet zouden doen instorten. Wanneer ze echter allemaal tegelijk optreden, leiden ze tot verwoestende gevolgen. Zware windstoten kunnen bijvoorbeeld niet voldoende zijn om een constructie te doen instorten. Wanneer ze echter een brug treffen die structureel te stijf is om ze te weerstaan, leidt dat tot een mislukking.

By Mike Wills (Flickr) , via Wikimedia Commons

De I-35W Mississippi River Bridge in Minneapolis stortte in augustus 2007 plotseling in. De officiële oorzaak werd toegeschreven aan te dunne scheurplaten die scheurden langs een lijn van klinknagels.

Het probleem: De platen hadden 40 jaar lang zwaar verkeer ondersteund. Er was een secundaire factor voor nodig, het extra gewicht van bouwmateriaal dat op dat moment op de brug geparkeerd stond, om het defect te veroorzaken. Een andere factor: Slijtage en scheuren van de spanten waren niet geïdentificeerd voordat de bouw begon, omdat bruginspecties waren gemist.

Dus, terwijl de spanten werden geïdentificeerd als de hoofdoorzaak van deze verwoestende instorting, waren het eigenlijk drie afzonderlijke factoren die samenkwamen en tot een ramp leidden.

Infrastructuurproblemen

Volgens de American Society of Civil Engineers, verdienen bruggen in de Verenigde Staten een middelmatige C+ rating voor onderhoud en veiligheid. De groep meldt dat een op de negen bruggen in het land wordt beschouwd als structureel defect, en de gemiddelde leeftijd van bruggen in de VS is meer dan 42 jaar oud. De leeftijd en conditie van bruggen is een factor die bijdraagt aan veel recente instortingen.

Een positief punt: Moderne apparatuur maakt het gemakkelijker om verouderende bruggen te inspecteren om te kijken naar mogelijke structurele problemen.

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

De instorting van de I-5 Skagit River Bridge in 2013 wordt toegeschreven aan infrastructuurgerelateerde problemen. Een te grote lading over de brug was de directe oorzaak van het incident. Er waren echter veel gewichtsbeperkingen opgelegd aan voertuigen die over de brug reden, omdat deze functioneel verouderd was verklaard. Dit betekent dat de brug niet was voorzien van de redundante structuren en systemen die nodig zouden zijn als de brug vandaag de dag nog zou worden gebouwd. De instorting had kunnen worden voorkomen als de verouderde brug eerder was versterkt of vervangen, met gebruikmaking van de huidige veiligere normen.

Overschromingen

Het veranderende klimaat van vandaag en de extreme weersomstandigheden die daarmee gepaard gaan, veroorzaken meer overstromingsgerelateerde schade aan bruggen. De meeste van deze schade komt niet alleen van het water. Tijdens een overstroming pikken rivieren puin, zoals bomen en gebouwen, op en duwen dat met kracht tegen bruggen, waardoor hun funderingen wegspoelen en constructie-elementen afbreken.

De meeste instortingen gebeuren op bruggen die lang geleden zijn gebouwd, toen ontwerpers zich nog geen voorstelling konden maken van het soort stormen dat ze vandaag de dag zouden moeten doorstaan. Dit is een belangrijke les voor brugontwerpers. Ze moeten structuren en afwateringssystemen plannen die bestand zijn tegen de stormen van vandaag en mogelijk meer extreme weersomstandigheden in de toekomst.

Extreme regen in Louisiana in augustus 2016 veroorzaakte aanzienlijke overstromingsgerelateerde schade aan de bruggen Walsh Road en Stein Road in Tangipahoa Parish, waardoor ze moesten worden vervangen. Hoewel schade aan twee relatief kleine lokale bruggen misschien niet een groot probleem lijkt, veroorzaakte het sluiten van deze bruggen gedurende meer dan zes maanden aanzienlijke economische gevolgen voor een gebied dat zich herstelt van de stormen. Een betere planning, met inbegrip van het installeren van stormafvoersystemen of brugversterkingen, had dit leed kunnen voorkomen.

Onverwachte gebeurtenissen

Wanneer het op bruggenbouw aankomt, weten ingenieurs gewoon niet wat ze niet weten. Talloze brugincidenten zijn het gevolg van onverwachte structurele of ontwerpgerelateerde problemen.

Het goede nieuws: Computermodellen en tests maken het voor ingenieurs gemakkelijker om te zien hoe verschillende brugontwerpen zich houden in een breed scala en combinatie van onverwachte omstandigheden. Toch is het belangrijk om in de snel veranderende wereld van vandaag redundanties in structuren in te bouwen om onbekende mogelijkheden af te dekken.

De Tsing Ma Bridge in Hongkong is een van de langste hangbruggen ter wereld. De brug is gebouwd op een plek waar aardbevingen, extreme winden, ruw water en tyfoons voorkomen. Voordat de brug in 1997 werd voltooid, zijn er veel schaalmodellen, windtunnel- en computertests uitgevoerd. Dit leidde tot innovaties die het ontwerp van deze brug en andere die volgden verbeterden.

Ongelukken

Of het nu een vrachtwagen is die een steunpaal raakt, een trein die van de rails valt of een boot die tegen een fundering botst, ongelukken zijn een van de belangrijkste redenen waarom bruggen beschadigd raken of instorten. Bruggeningenieurs moeten plannen maken voor alle soorten incidenten, inclusief die welke worden veroorzaakt door voertuigen die vandaag bestaan en die zoals bestuurdersloze auto’s, grotere oceaantankers en cruiseschepen, samen met pilootloze drones die in de nabije en verre toekomst een impact kunnen hebben op bruggen.

Terug in 1982 steeg een vliegtuig op van Washington National Airport en 30 seconden later stortte het neer op de 14th Street Bridge over de Potomac River. Zeven voertuigen die op de brug reden, werden door het vliegtuig geraakt en reden het ijskoude water in. Vier van de inzittenden kwamen om. Verbazingwekkend genoeg werden slechts een paar honderd meter van de vangrail en de muur van de zijkant van de brug weggerukt. Dit getuigt van de sterkte en duurzaamheid van de constructie, gebouwd in de buurt van het centrum van de hoofdstad van het land.

Bouwincidenten

Sommige bruggen worden nooit afgebouwd. Ze mislukken tijdens de bouw. Een les die uit deze incidenten kan worden getrokken, is dat het voor ontwerpers en ingenieurs net zo belangrijk is om alle aspecten van de bruggenbouw stap voor stap te plannen en te analyseren welke gevolgen nieuwe fasen zullen hebben voor eerdere fasen.

Tijdens de bouw in Quebec City in 1907 deed zich een episch brugdefect voor. De ontwerpers werden ervan op de hoogte gebracht dat de brug op een bepaald moment in het bouwproces acht miljoen pond zwaarder woog dan geraamd. Ze vonden dit echter niet belangrijk genoeg om aanpassingen te doen. Kort daarna merkte een ingenieur ter plaatse op dat het frame van de brug begon te buigen. Anderen namen deze opmerking echter niet serieus en beweerden dat de balken al verbogen waren toen ze werden afgeleverd. Niet lang daarna stortte de constructie in, waarbij 75 arbeiders om het leven kwamen. Uiteindelijk werd vastgesteld dat de balken niet berekend waren op de extra belasting van acht miljoen pond.

Ontwerpfouten en fabricagefouten

Hoewel het minder vaak voorkomt dan in het verleden, mislukken sommige bruggen vrijwel onmiddellijk na de oplevering als gevolg van aanzienlijke ontwerpfouten of problemen met de materialen die bij het bouwproces zijn gebruikt. Frequente inspecties tijdens het bouwproces kunnen de “frisse blik” bieden die nodig is om problemen en gebreken op te sporen. Nieuwe soorten liften en apparatuur maken het voor inspecteurs gemakkelijker om op moeilijk bereikbare plaatsen van bruggen te komen.

De oorspronkelijke Tacoma Narrows-brug werd in 1940 gebouwd om de Puget-sound in de staat Washington over te steken. Bijna vier maanden na de openstelling voor het publiek stortte de brug in het water.

Het probleem: Een ontwerpfout zorgde ervoor dat hij heftig schudde in de wind. Deze brug, bijgenaamd “Galloping Gertie”, wordt nog steeds genoemd in technische handboeken als een voorbeeld van hoe je GEEN bruggen bouwt in extreme windgebieden.

Branden

Branden waren vroeger een veel grotere veroorzaker van brugdefecten dan tegenwoordig. De reden? Vroeger werden meer bruggen gemaakt van licht ontvlambaar hout. Branden kunnen echter nog steeds een brug neerhalen, vooral wanneer botsingen met vrachtwagens of tankwagens of bouwincidenten leiden tot extreem hete branden die stalen infrastructuurcomponenten kunnen smelten.

Een stap die brugontwerpers kunnen nemen om oververhitte vuurzeeën te voorkomen: bescherm de nutsinfrastructuur op bruggen zodat gas-, elektrische en andere nutsleidingen geen branden veroorzaken of eraan bijdragen.

De 88-jarige Liberty Bridge in Pittsburgh raakte in september 2016 aanzienlijk beschadigd als gevolg van een bouwgerelateerde brand. Een vonk van een lasgereedschap ontstak een licht ontvlambare plastic pijp en zeil. Het vuur brandde zo heet dat het een kritieke 30-voet lange stalen balk met zes centimeter verboog. De balk was ontworpen om 2,4 miljoen pond druk te dragen. Er waren verstevigingen en warmtebehandelingen nodig om hem weer in structurele lijn te brengen.

Aardbevingen

Hoewel zeldzaam, kunnen bruginstortingen veroorzaakt door aardbevingen verwoestend zijn. Deinende bruggen of ingestorte gedeelten daarvan zijn vaak de iconische video- en fotobeelden die mensen associëren met deze krachtige natuurverschijnselen. Bruggeningenieurs hebben manieren gevonden om bruggen te bouwen die lichter zijn en op de juiste plaatsen flexibiliteit en stijfheid toevoegen, waardoor de kans groter is dat ze zelfs de hevigste bevingen en naschokken overleven.

Wie kan de beelden vergeten van het deel van de San Francisco – Oakland Bay Bridge dat tijdens de Loma Prieta-aardbeving in 1989 instortte? Gelukkig kostte de verwoestende instorting slechts één leven. Na het incident werden belangrijke verbeteringen aan de brug aangebracht, waaronder de vervanging van bestaande klinknagels door sterkere, warmtebehandelde exemplaren en de toevoeging van diagonale kokerbalken die voor meer stabiliteit zorgen wanneer de brug heen en weer slingert.

Conclusie

De beste manier om brugdefecten te voorkomen, is te verwachten dat ze zullen gebeuren en erop te anticiperen. Het is de enige manier om het publiek te beschermen tegen verwondingen, verlies van levens, materiële schade en vernieling. Wilt u meer weten over manieren om de kwaliteit van brugontwerp en -constructie te verbeteren? Neem contact op met een ervaren leverancier om meer te weten te komen.