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

Awarie mostów mogą prowadzić do obrażeń, utraty życia i szkód majątkowych na skalę równą katastrofom lotniczym, atakom terrorystycznym i klęskom żywiołowym. Dlatego właśnie projektanci mostów, inżynierowie, pracownicy budowlani, kierownicy i inspektorzy traktują swoją pracę tak poważnie. Najlepszym sposobem zapobiegania katastrofalnym wypadkom jest zrozumienie czynników powodujących awarie mostów.

W tym artykule ujawnimy najważniejsze przyczyny, dla których mosty ulegają poważnym uszkodzeniom lub zawaleniu, wraz z wnioskami wyciągniętymi z tych, które uległy awarii z powodu – lub przetrwały pomimo – tych czynników.

Połączenie problemów

Najważniejszą przyczyną awarii mostów jest połączenie czynników, które, gdyby wystąpiły pojedynczo, nie spowodowałyby zawalenia się mostu. Jednakże, gdy występują one jednocześnie, powodują katastrofalne skutki. Na przykład, silne wiatry mogą nie być wystarczające, aby spowodować zawalenie się konstrukcji. Jednak gdy uderzają w most, który jest konstrukcyjnie zbyt sztywny, aby je wytrzymać, prowadzą do awarii.

By Mike Wills (Flickr) , via Wikimedia Commons

Most I-35W Mississippi River Bridge w Minneapolis zawalił się nagle w sierpniu 2007 roku. Oficjalną przyczynę przypisano zbyt cienkim płytom węzłowym, które rozerwały się wzdłuż linii nitów.

Problem: Płyty wytrzymywały duże natężenie ruchu przez 40 lat. Aby spowodować awarię, potrzebny był czynnik drugorzędny – dodatkowy ciężar sprzętu budowlanego zaparkowanego na moście w tym czasie. Inny czynnik: Zużycie kratownic nie zostało zidentyfikowane przed rozpoczęciem budowy, ponieważ przegapiono inspekcje mostu.

Więc, chociaż kratownice zostały zidentyfikowane jako główna przyczyna tego niszczycielskiego zawalenia się, to tak naprawdę były to trzy oddzielne czynniki, które razem doprowadziły do katastrofy.

Kwestie infrastrukturalne

Według Amerykańskiego Stowarzyszenia Inżynierów Cywilnych, mosty w Stanach Zjednoczonych uzyskują przeciętną ocenę C+ w zakresie utrzymania i bezpieczeństwa. Grupa donosi, że jeden na każde dziewięć mostów w kraju jest uważany za strukturalnie wadliwy, a średni wiek mostów w USA wynosi ponad 42 lata. Wiek i stan mostów jest czynnikiem przyczyniającym się do wielu ostatnich zawaleń.

Jeden pozytyw: Nowoczesny sprzęt ułatwia inspekcję starzejących się mostów w poszukiwaniu potencjalnych problemów konstrukcyjnych.

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

Zawalenie się mostu I-5 Skagit River Bridge w 2013 roku jest obwiniane o problemy związane z infrastrukturą. Bezpośrednią przyczyną zdarzenia był ponadwymiarowy ładunek przejeżdżający przez most. Jednakże, wiele ograniczeń wagowych zostało nałożonych na pojazdy przejeżdżające przez most, ponieważ został on uznany za funkcjonalnie przestarzały. Oznacza to, że nie posiadał on nadmiarowych struktur i systemów, które byłyby wymagane, gdyby most miał być zbudowany dzisiaj. Zawalenia można było uniknąć, gdyby przestarzały most został wzmocniony lub wymieniony wcześniej, wykorzystując dzisiejsze bezpieczniejsze standardy.

Powodzie

Dzisiejszy zmieniający się klimat i związane z nim ekstremalne zjawiska pogodowe powodują coraz więcej uszkodzeń mostów związanych z powodziami. Większość z tych uszkodzeń nie jest spowodowana samą wodą. Podczas powodzi rzeki zbierają gruz, taki jak drzewa i budynki, i napierają z siłą na mosty, powodując podmycie ich fundamentów i rozpad elementów konstrukcyjnych.

Większość zawaleń ma miejsce na mostach, które zostały zbudowane dawno temu, kiedy projektanci nie mogli sobie wyobrazić, jakie burze będą musiały wytrzymać dzisiaj. Jest to ważna lekcja dla projektantów mostów. Muszą oni planować konstrukcje i systemy odwadniające, które mogą wytrzymać przed dzisiejszymi burzami i potencjalnie bardziej ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi w przyszłości.

Najwyższe opady deszczu w Luizjanie w sierpniu 2016 r. spowodowały znaczne uszkodzenia związane z powodzią mostów Walsh Road i Stein Road w Tangipahoa Parish, wymagając ich wymiany. Podczas gdy uszkodzenie dwóch stosunkowo niewielkich lokalnych mostów może nie wydawać się dużym problemem, zamknięcie ich na ponad sześć miesięcy spowodowało znaczące skutki ekonomiczne dla obszaru odbudowującego się po burzach. Lepsze planowanie, w tym instalacja systemów kanalizacji burzowej lub wzmocnienie mostów, mogło zapobiec tym trudnościom.

Niespodziewane zdarzenia

Gdy chodzi o budowę mostów, inżynierowie po prostu nie wiedzą, czego nie wiedzą. Niezliczone wypadki na mostach zdarzają się z powodu nieprzewidzianych problemów konstrukcyjnych lub związanych z projektowaniem.

Dobra wiadomość: Modelowanie komputerowe i testy ułatwiają inżynierom sprawdzenie, jak różne projekty mostów radzą sobie z szerokim zakresem i kombinacją nieoczekiwanych warunków. Mimo to ważne jest, aby w dzisiejszym szybko zmieniającym się świecie wbudować w konstrukcje nadmiarowe elementy, aby uwzględnić nieznane możliwości.

Most Tsing Ma w Hongkongu jest jednym z najdłuższych mostów wiszących na świecie. Jest on zbudowany w miejscu, które doświadcza trzęsień ziemi, ekstremalnych wiatrów, wzburzonej wody i tajfunów. Zanim został ukończony w 1997 roku, przeszedł znaczące testy na modelach w skali, w tunelu aerodynamicznym i komputerowym. Doprowadziło to do innowacji, które poprawiły projekt tego mostu i innych, które nastąpiły później.

Wypadki

Czy to ciężarówka uderzająca w słupek podporowy, pociąg wypadający z torów czy łódź zderzająca się z fundamentem, wypadki są jedną z głównych przyczyn uszkodzenia lub upadku mostów. Inżynierowie mostów muszą planować wszystkie rodzaje wypadków, w tym te spowodowane przez pojazdy, które istnieją obecnie oraz takie, jak samochody bez kierowcy, większe tankowce oceaniczne i statki wycieczkowe, a także bezzałogowe drony, które mogą mieć wpływ na mosty w bliższej i dalszej przyszłości.

W 1982 roku samolot wystartował z Narodowego Portu Lotniczego w Waszyngtonie, a 30 sekund później rozbił się na moście 14th Street Bridge nad rzeką Potomac. Siedem pojazdów poruszających się po moście zostało uderzonych przez samolot i wjechało do lodowatej wody. Cztery osoby w nich zginęły. Zadziwiające, że tylko kilkaset stóp barierki ochronnej i ściany od strony mostu zostało wyrwanych. Jest to świadectwo siły i trwałości konstrukcji zbudowanej w pobliżu centrum stolicy kraju.

Incydenty budowlane

Niektóre mosty nigdy nie zostają ukończone. Zawodzą podczas budowy. Lekcja wyciągnięta z tych incydentów jest taka, że dla projektantów i inżynierów równie ważne jest planowanie wszystkich aspektów budowy mostu krok po kroku, analizując wpływ nowych etapów na poprzednie.

W 1907 roku podczas budowy w Quebec City doszło do epickiej awarii mostu. Projektanci zostali uświadomieni, że most ważył o osiem milionów funtów więcej niż szacowano w pewnym momencie procesu budowy. Nie sądzili jednak, że jest to na tyle istotny problem, aby wprowadzić poprawki. Wkrótce potem inżynier pracujący na budowie zauważył, że rama mostu zaczyna się wyginać. Jednak inni nie potraktowali tej obserwacji poważnie, twierdząc, że belki były wygięte już w momencie dostawy. Niedługo potem konstrukcja runęła, zabijając 75 pracowników. Ostatecznie ustalono, że belki nie były odpowiednie do przeniesienia dodatkowego obciążenia wynoszącego osiem milionów funtów.

Wady projektowe i błędy produkcyjne

Choć zdarza się to coraz rzadziej niż w przeszłości, niektóre mosty ulegają awarii niemal natychmiast po ukończeniu budowy z powodu poważnych błędów projektowych lub problemów związanych z materiałami użytymi w procesie budowy. Częste inspekcje podczas całego procesu budowy mogą zapewnić „świeże oczy” potrzebne do zidentyfikowania problemów i wad. Nowe rodzaje podnośników i sprzętu ułatwiają inspektorom dotarcie do trudno dostępnych obszarów mostów.

Oryginalny most Tacoma Narrows został zbudowany w 1940 roku w celu przekroczenia cieśniny Puget w stanie Waszyngton. Prawie cztery miesiące po otwarciu dla publiczności, zawalił się do wody.

Problem: Wada konstrukcyjna spowodowała, że trzęsła się ona gwałtownie na wietrze. Most ten, o przydomku „Galopująca Gertie”, jest wciąż wymieniany w podręcznikach inżynierii jako przykład tego, jak NIE należy budować mostów w obszarach o ekstremalnym wietrze.

Pożary

Pożary były kiedyś znacznie większym czynnikiem przyczyniającym się do awarii mostów niż obecnie. Powód? Więcej mostów było kiedyś zbudowanych z wysoce łatwopalnego drewna. Jednak pożary nadal mogą doprowadzić do zniszczenia mostu, zwłaszcza gdy kolizje ciężarówek lub cystern lub incydenty budowlane prowadzą do niezwykle gorących pożarów, które mogą stopić stalowe elementy infrastruktury.

Jeden krok, który mogą podjąć projektanci mostów, aby uniknąć super gorących pożarów: należy chronić infrastrukturę użytkową na mostach, aby linie gazowe, elektryczne i inne linie użytkowe nie powodowały lub nie przyczyniały się do pożarów.

88-letni most Liberty w Pittsburghu został znacznie uszkodzony z powodu pożaru związanego z budową we wrześniu 2016 roku. Iskra z narzędzia spawalniczego zapaliła wysoce łatwopalną plastikową rurę i plandekę. Ogień palił się tak gorąco, że wygiął krytyczną stalową belkę o długości 30 stóp o sześć cali. Belka została zaprojektowana tak, aby wytrzymać nacisk 2,4 miliona funtów. Wymagane były wzmocnienia i obróbka cieplna, aby przywrócić ją do strukturalnego wyrównania.

Trzęsienia ziemi

Ale rzadko, zawalenia mostów spowodowane przez trzęsienia ziemi mogą być niszczycielskie. Kołyszące się mosty lub ich zawalone części to często ikoniczne obrazy wideo i zdjęcia, które ludzie kojarzą z tymi potężnymi wydarzeniami naturalnymi. Inżynierowie mostów znaleźli sposoby na budowanie mostów, które są lżejsze i dodają elastyczność i sztywność w odpowiednich miejscach, co zwiększa prawdopodobieństwo przetrwania nawet najbardziej gwałtownych trzęsień ziemi i wstrząsów wtórnych.

Kto może zapomnieć zdjęcia sekcji mostu San Francisco – Oakland Bay Bridge, który zawalił się podczas trzęsienia ziemi Loma Prieta w 1989 roku? Na szczęście to niszczycielskie zawalenie się kosztowało tylko jedno życie. Po tym wydarzeniu na moście wprowadzono znaczące ulepszenia, w tym wymianę istniejących nitów na mocniejsze, obrabiane cieplnie oraz dodanie ukośnych belek skrzynkowych, które zapewniają większą stabilność, gdy most kołysze się na boki.

Wniosek

Najlepszym sposobem na uniknięcie awarii mostu jest spodziewanie się ich wystąpienia i planowanie ich. Jest to jedyny sposób, aby chronić społeczeństwo przed urazami, utratą życia, uszkodzeniem mienia i zniszczeniem. Chcesz dowiedzieć się więcej o sposobach poprawy jakości projektowania i budowy mostów? Skontaktuj się z doświadczonym dostawcą, aby dowiedzieć się więcej.