3 katastrofy mostowe, które zmieniły sposób, w jaki projektujemy

Sprawdzone przez: Yoan Guyon, Dyrektor Zarządzający w gbc engineers

Trzy mosty, trzy kontynenty, trzy dekady różnicy. Most autostrady stanowej Thruway w Nowym Jorku nad potokiem Schoharie, wiadukt Malahide w Irlandii oraz most Hintze Ribeiro w Portugalii - wszystkie zawiodły z tego samego podstawowego powodu. W każdym przypadku pierwotny projekt nie był głównym problemem. Fundamenty stawały się coraz bardziej podatne w miarę zmian warunków otoczenia, a środki ochronne okazały się niewystarczające. 

gbc engineers analizuje te trzy przypadki, aby prześledzić, jak rozwijało się rozmycie podłoża, i jakie lekcje niosą one dla dzisiejszej inżynierii mostowej. 

Czym jest rozmycie podłoża i dlaczego osłabia mosty? 

Rozmycie podłoża występuje, gdy płynąca woda wypłukuje glebę i osady wokół fundamentów mostu, zmniejszając podparcie pod filarami i czyniąc konstrukcję niestabilną. 

Mosty chroni się, umieszczając fundamenty głęboko poniżej spodziewanego poziomu rozmycia lub dodając ciężki kamień, zwany narzutem kamiennym, wokół podstawy, aby ograniczyć erozję. 

Warunki rzeczne zmieniają się z czasem: intensywność powodzi, przepływ wody i poziom dna rzeki mogą się zmieniać, przez co ochrona niegdyś wystarczająca może przestać być skuteczna. Trzy poniższe przypadki pokazują, jak ta stopniowa zmiana staje się krytycznym ryzykiem konstrukcyjnym. 

Czytaj więcej: Most Haldensprung: Innowacje w nowoczesnym projektowaniu mostów

Most Schoharie Creek, USA: awaria spowodowana utratą ochrony przed rozmyciem 

Most autostrady stanowej Thruway w Nowym Jorku nad potokiem Schoharie, w pobliżu Amsterdamu w stanie Nowy Jork, otwarto w 1954 roku. Jego filary opierały się na płytkich fundamentach stopowych w podatnej na erozję glebie, chronionych narzutem kamiennym. 5 kwietnia 1987 roku silne opady deszczu i topniejący śnieg spowodowały poważną powódź, oszacowaną później przez US Geological Survey jako zdarzenie o częstotliwości występowania raz na około 70 lat. Filar 3 się zawalił, a około 90 minut później filar 2. 

National Transportation Safety Board wskazał jako prawdopodobną przyczynę zaniedbanie przez Thruway Authority utrzymania wystarczającej ilości narzutu kamiennego wokół filarów, co pozwoliło wodzie powodziowej wypłukać glebę pod fundamentami stopowymi. Dochodzenie wykazało również niejasne wymagania budowlane, ograniczone inspekcje podwodne oraz brak redundancji konstrukcyjnej: gdy filar utracił podparcie, most nie mógł rozłożyć obciążenia na inne elementy. Awaria podkreśla, dlaczego ochrona przed rozmyciem wymaga inspekcji i utrzymania przez cały okres eksploatacji mostu.

Zdjęcie: Most Schoharie Creek, USA. Źródło: Krajowa Rada Bezpieczeństwa Transportu.

Czytaj więcej: 5 oznak, że Twój most lub budynek infrastruktury wymaga inspekcji

Most Hintze Ribeiro, Portugalia: osłabiony przez erozję dna rzeki 

Most Hintze Ribeiro zbudowano w 1886 roku nad rzeką Duero w pobliżu Porto. Niektóre filary były chronione narzutem skalnym, podczas gdy filary 4 i 5 opierały się na naturalnym złożu piasku wzdłuż brzegu rzeki, które przez dziesięciolecia osłaniało fundamenty przed głównym nurtem rzeki. 

Od połowy lat 70. XX wieku zakrojone na dużą skalę wydobycie piasku i pogłębianie w górnym biegu rzeki stopniowo zmieniały dno rzeki. W pobliżu filaru 4 dno rzeki obniżyło się już o około 11,5 metra między 1913 a 1982 rokiem i nadal opadało później. Gdy złoże piasku zniknęło, filar 4 był coraz bardziej narażony na rozmycie. 

Most zawalił się 4 marca 2001 roku, po piątej z serii dużych powodzi od grudnia 2000 roku. Badania z 2021 roku wykazały, że głównymi przyczynami były 25 lat pogłębiania piasku w połączeniu z erozją spowodowaną pięcioma kolejnymi powodziami, działającymi na fundament już osłabiony przez dziesięciolecia zmian dna rzeki. Ten przypadek pokazuje, dlaczego działalność człowieka, taka jak wydobycie piasku, musi być uwzględniana przez cały okres eksploatacji mostu.

Zdjęcie: Most Hintze Ribeiro, Portugalia. Źródło: Simão Antunes Do Carmo, J. (2021).

Wiadukt Malahide, Irlandia: awaria po latach rozmycia spowodowanego prądami pływowymi

Wiadukt Malahide to most kolejowy na linii Dublin–Belfast, przecinający estuarium Broadmeadow w Irlandii. Jego filary były chronione jazem umocnionym kamieniem, zaprojektowanym do kontrolowania przepływu pływowego i ograniczania erozji wokół fundamentów. 

Wiadukt zawalił się 21 sierpnia 2009 roku. W odróżnieniu od dwóch pozostałych przypadków, tego dnia nie było burzy ani powodzi. Pogoda była sucha, a zawalenie nastąpiło blisko odpływu, gdy zakres pływów należał do największych w tym miesiącu. Oznaczało to, że awaria była związana nie z pojedynczym zdarzeniem ekstremalnym, lecz z regularnymi prądami pływowymi. 

Irlandzka Railway Accident Investigation Unit ustaliła, że rozmycie osłabiło jaz wokół filaru 4. Co czyni ten przypadek bardziej uderzającym, to fakt, że sygnały ostrzegawcze nie były nowe. Inspekcja z 1997 roku już wcześniej wykryła rozmycie przy filarze 4 i odnotowała, że umocnienie kamienne było „zbyt lekkie do tego zadania", ale nie podjęto żadnych działań. Zaledwie trzy dni przed zawaleniem kolejna inspekcja również nie wykryła widocznych usterek. Śledczy ustalili, że wiedza na temat wiaduktu Malahide również została utracona, gdy odeszli doświadczeni pracownicy. 

Wiadukt Malahide pokazuje, że rozmycie podłoża nie zawsze następuje nagle. Może rozwijać się stopniowo w normalnych warunkach, co sprawia, że wczesne ostrzeżenia i właściwe działania następcze są niezbędne.

Zdjęcie: Wiadukt Malahide, Irlandia. Źródło: Jednostka ds. Badania Wypadków Kolejowych.

Czego możemy nauczyć się z tych katastrof mostowych?

Rozmycie podłoża było wspólnym mechanizmem we wszystkich trzech awariach, ale każdy przypadek wskazuje na inną lekcję. 

• Schoharie Creek pokazuje, że ochrona przed rozmyciem musi być inspekcjonowana i utrzymywana przez całe życie mostu.
• Hintze Ribeiro pokazuje, że bezpieczeństwo fundamentów zależy od tego, jak zmienia się sama rzeka w czasie, w tym zmian spowodowanych pogłębianiem lub inną działalnością w górnym biegu.
• Malahide pokazuje, że wiedza techniczna również musi być zachowywana, ponieważ znane ryzyka mogą zostać przeoczone, gdy wcześniejsze ustalenia nie są przekazywane dalej.

W gbc engineers inżynieria konstrukcyjna jest wspierana dokumentacją opartą na BIM oraz skoordynowanymi informacjami o majątku, które pomagają zachować intencję projektową, zapisy inspekcji i wiedzę techniczną przez cały okres eksploatacji obiektu.

Czytaj więcej: Modernizacja mostu kolejowego w Niederbiegen | gbc engineers

Podsumowanie

Żadna z trzech awarii nie zaczęła się od błędu projektowego. W każdym przypadku warunki naturalne zmieniały się, podczas gdy utrzymanie, inspekcje lub zapisy dotyczące majątku nie nadążały za tymi zmianami. Długoterminowe bezpieczeństwo zależy od ciągłej inspekcji, aktualizowanej oceny ryzyka i wiarygodnej dokumentacji. gbc engineers wspiera to inżynierią konstrukcyjną i dokumentacją opartą na BIM, która utrzymuje informacje o majątku użyteczne przez cały okres jego eksploatacji. 

Najczęściej zadawane pytania 

Jakie jest 7 rodzajów przeglądów mostów?

Mosty są zwykle sprawdzane w siedmiu kategoriach: wstępnej, rutynowej, szczegółowej, po uszkodzeniu, specjalnej, pod kątem krytycznych pęknięć oraz podwodnej. Przeglądy rutynowe obejmują całą konstrukcję zgodnie z harmonogramem, podczas gdy pozostałe skupiają się na konkretnym zagadnieniu, takim jak rozmycie podłoża. 

Jak inżynierowie testują mosty?

Inżynierowie stosują oględziny oraz badania nieniszczące, aby wykryć zarówno widoczne, jak i ukryte problemy. Mogą także przeprowadzać próby obciążeniowe, aby sprawdzić, jak most reaguje na znane obciążenie. Stałe czujniki mogą monitorować odkształcenia i drgania w czasie, pomagając inżynierom wychwycić zmiany między kolejnymi przeglądami. 

Jak inżynierowie oceniają projekt mostu?

Ocena projektu sprawdza obciążenia, jakie most musi przenieść, w tym obciążenia hydrauliczne i wynikające z rozmycia podłoża, analizę konstrukcyjną potwierdzającą, że każdy element ma wystarczającą nośność, oraz zgodność z obowiązującym kodeksem projektowym — w Niemczech Eurokodem i normami DIN. Redundancja oraz niezależna recenzja eksperta to standardowe kontrole przed rozpoczęciem budowy.

Jaka jest różnica między przeglądem mostu a monitorowaniem stanu konstrukcji?

Przegląd to zaplanowana kontrola prowadzona przez człowieka w ustalonych odstępach czasu. Monitorowanie stanu konstrukcji wykorzystuje stałe czujniki do ciągłego śledzenia konstrukcji i sygnalizowania zmian między przeglądami. Połączenie obu metod daje najpełniejszy obraz, ponieważ żadna z nich nie zastępuje drugiej.

Czym jest okres projektowy mostu i czy oznacza to, że most ulegnie awarii po jego upływie?

Okres projektowy to czas, przez który most ma bezpiecznie funkcjonować, zwykle od 75 do 100 lat, przy założeniu normalnego utrzymania. Osiągnięcie tej daty nie oznacza, że most nagle ulegnie awarii: dobrze utrzymany most może ten okres przekroczyć, podczas gdy zaniedbane utrzymanie może powodować problemy na długo przed jego upływem. 

Jak inżynierowie decydują, czy starzejący się most naprawić, zmodernizować czy wymienić?

Decyzja zależy od stanu mostu, oczekiwanego pozostałego okresu eksploatacji, kosztów naprawy i aktualnych wymagań dotyczących obciążeń. Inżynierowie porównują, czy naprawa lub wzmocnienie istniejącej konstrukcji może bezpiecznie przedłużyć jej żywotność, czy też wymiana byłaby bardziej praktyczna i opłacalna.