Katastrofy mostów

 

„Boimy się katastrof. Wojen, epidemii, nagłych wypadków, wszystkiego, co niszczy niespodziewanie i gwałtownie.
Katastrofy nie muszą się zdarzać. Jeżeli ktoś ma szczęście, przeżyje swoje życie bez wstrząsów, między nimi, 
obok nich, z daleka. Katastrofy nie są nieuniknione. Choć uniknięcie ich nie leży w naszej mocy.
Właściwa, nieunikniona groźba - to wszystko, co dzieje się powoli, stopniowo, nieznacznie.
Wszystko, co dzieje się tak nieznacznie, że umyka naszej codziennej świadomości.
Wszystko, co daje się poznać dopiero wtedy, kiedy jest już za późno.”

                                                                                                                                                          Sławomir Mrożek

    Pierwszą w historii wzmiankę o katastrofie mostu podał Herod, pisząc o moście w Hellespont, zbudowanego na rozkaz króla Kserksesa. Kserkses wyprawiając się na Grecję, zagniewany na Hellespont, ponieważ burza morska zniszczyła most rozkazał wymierzyć Hellespontowi trzysta batów oraz spuścić do morza parę kajdan. Przykazał chłoszczącym wypowiedzieć barbarzyńskie i zuchwałe słowa „Gorzka wodo, nasz pan wymierza ci tę karę, boś go skrzywdziła, nie doznawszy od niego nic złego. I król Kserkses przejdzie cię czy chcesz czy nie chcesz. Tobie zaś słusznie żaden człowiek nie składa ofiar, boś jest zamuloną i słoną wodą.” W ten sposób chciał ukarać morze, a tym, którzy mieli nadzór przy budowie ściąć głowy.

  • Katastrofy spowodowane błędami projektowymi.

    Błędy projektowania rzadko bywają w pełni ujawnione, gdyż obciążają zarówno zespół projektujący jak i kontrolujący, który rozwiązanie przyjął i zatwierdził. Błędy projektowania maja często źródło w niedostatecznej wiedzy o zjawiskach zachodzących w konstrukcjach. Dlatego nasilają się w okresach wprowadzania do praktyki nowych rozwiązań. Przykładem są katastrofy spowodowane utratą stateczności elementów konstrukcji. Wzrost liczby katastrof spowodowanych utratą stateczności wystąpił przy końcu XIX i na początku XX wieku, gdy zaczęto stosować kratownice stalowe coraz większych rozpiętości.

    Analizy katastrof mostów wykazują, że ok. 22% tych wypadków jest powodowanych przyczynami wytrzymałościowymi:
  • nadmiernymi siłami wewnętrznymi, które wywołują w konstrukcji lokalne, rozwijające się uplastycznienia lub zarysowania,
  • utratą stateczności elementów konstrukcji.

    Jedna z największych katastrof w historii mostownictwa wydarzyła się w czasie budowy mostu kolejowego przez rzekę św. Wawrzyńca w Quebec (Kanada).

Był to wspornikowy most stalowy dwutorowy, którego główne przęsło, z podwieszonym odcinkiem środkowym, zaprojektowano o rozpiętości 480 m. w 1900 roku zaproszono do opracowania projektu Teodora Coopera, zalecając mu zwiększenie rozpiętości przęsła do 549m. Projekt został przerobiony z zachowaniem jednak poprzedniego udźwigu mostu. Ze względu na bardzo duży koszt budowy wywierano nacisk na projektanta, by ograniczył na ile to możliwe, zużycie stali, ze względów oszczędnościowych nie przewidziano funduszy na badania doświadczalne, pomocne przy opracowaniu projektu. Latem 1907 roku było gotowe południowe boczne przęsło i z wysuniętej części wspornikowej przęsła głównego rozpoczęto montaż części podwieszonej.

Rano 29 sierpnia 1907 roku, gdy południowa cześć montowanej konstrukcji zbliżała się ku środkowi przęsła, konstrukcja skręciła się gwałtownie i z trzaskiem runęła do rzeki zabierając ze sobą 82 pracowników. Naoczni świadkowie mówili, że konstrukcja złamała się prawie w środku, jakby „ filary były z lodu, a ich końce nagle stopniały”. W ciągu kilku sekund tysiące ton stali uległo całkowitemu zniszczeniu. W chwili katastrofy na moście znajdował się 200 – tonowy dźwig, a niedaleko filara rozbierano drugi o masie 800 ton. Ponadto na moście znajdował się pociąg z materiałami budowlanymi.

Rozpoczęte po katastrofie dochodzenie wykazało:
  • katastrofa nastąpiła wskutek zniszczenia dolnych pasów – błędnie zaprojektowanych
  • sił, które doprowadziły do zniszczenia konstrukcji należało się spodziewać
  • zastosowano zbyt łagodne wymagania techniczne, szczególnie naprężenia w konstrukcji znacznie
  • przekroczyły dotychczas przyjmowane, zaś nikt z zainteresowanych nie wyciągnął z tego wniosków
  • w obliczeniach przyjęto zbyt małe obciążenia konstrukcji i nie sprawdzono tych złożeń, gdyby nawet nie nastąpiło zniszczenie dolnego pasa, obciążenia użytkowe mostu przekroczyłyby znacznie przyjęte przy projektowaniu, katastrofa więc była nieunikniona – most nigdy niebyłby zdatny do eksploatacji.

Usuwanie zniszczonej konstrukcji trwało dwa lata

Postanowiono opracować nowy projekt a do współpracy zaproszono trzech inżynierów m.in .Rudolfa Modrzejewskiego. Lecz i tym razem, w czasie ponownej budowy mostu, nastąpiła katastrofa spowodowana błędami montażu. Konstrukcję przęsła głównego montowano wspornikowo z obu jego stron, do osiągnięcia wysięgów po 177m. środkowa cześć konstrukcji długości 195 m i masie 5200 t miała być podniesiona z barek na wysokość 45m i osadzona między wspornikami. Dnia 11 września 1916 roku, gdy przygotowywano kolejny cykl podnoszenia nagle rozległa się silna detonacja i konstrukcja zsunęła się z podparć wpadając do rzeki, która pochłonęła ją wraz z 11 ludźmi.

Opinie dotyczące przyczyn drugiej katastrofy mostu nie były jednak zgodne.

Katastrofa mogła być wywołana:

  • siłą poziomą, która spychała koniec konstrukcji zawieszonej z podtrzymujących ją bolców zawiesia

  • szybszym podnoszeniem jednego narożnika konstrukcji niż narożnika sąsiedniego, co spowodowało skrzywienie zawiesi

  • pomyłką w opracowaniu projektu konstrukcji zawieszonej  

W następnym 1917 roku wykonano nową konstrukcję przęsła zawieszonego i podniesiono ją. Po 4 dniach konstrukcja została ostatecznie wbudowana w most.

    Innym przykładem katastrofy spowodowanej błędami projektowania jest katastrofa podczas budowy wiaduktu nad drogą ekspresową S1 na odcinku Skoczów – Cieszyn, w pobliżu miejscowości Ogrodzona. Ustrój nośny wiaduktu stanowi czteroprzęsłowa żelbetowa płyta grubości 1,10m, połączona bezprzegubowo ze słupami podpór, oraz oparta na łożyskach na przyczółkach. Rozpiętości przęseł wynoszą: 18,0 + 22,0 + 22,0 + 18,0m. Przekrój poprzeczny płyty ma kształt trapezu, szerokość spodu płyty wynosi 9,3m, a jej powierzchni górnej 11,69m.

Prace realizowane na wiadukcie polegały na wbudowaniu  w  szalunek 1000 m3 betonu. Jego realizację rozpoczęto 4 sierpnia 2003r  ok. godziny 16.30.Po wbudowaniu 130 m3 betonu, około godziny 19.30, nastąpiła awaria rusztowania, które straciło stateczność pod pierwszym przęsłem budowanego wiaduktu.
Z wysokości ok. 8 metrów spadło 25 pracowników. Na szczęście nikt nie zginął.

W komunikacie komisji, która ustalała przyczyny katastrofy czytamy iż fakt że: "rusztowania uległy katastrofie już przy 65 procentach normalnego obciążenia nominalnego, nakazuje uznać błędy popełnione przez projektanta rusztowania i jego wykonawcę, za rażące".

    Podobna katastrofa miała miejsce 1 lipca 2006.  Na drodze krajowej nr 97 w Stróży zawaliła się konstrukcja stalowa przęsła. W wyniku tej katastrofy zginęła jedna osoba. Przyczyn jej jest bardzo wiele przede wszystkim przez duże zaniedbania projektanta jak i wykonawcy. Błędy projektowe głównie dotyczą projektu tymczasowych podpór montażowych.

  • Katastrofy spowodowane wadliwymi materiałami

    Pełna grozy była katastrofa mostu kolejowego w Ashtabula w 1877 roku zbudowanego nad stromą  rozpadliną koło jeziora Erie. Zastosowano w nim w 1865 roku kratownice z żelaza lanego wzorowane na kratownicach Howe, które były bardzo popularne w budownictwie pierwszych amerykańskich mostów kolejowych. Most miał rozpiętość 49,5m, szerokość 5,85m i wysokość 6,0 m. żelazne stężenia łączyły pas górny i dolny kratownicy. Most służył 11 lat, a jednak w końcu okazało się, że miał zbyt małą nośność. W śnieżną grudniową noc nastąpiło załamanie mostu, zginęło 90 ludzi.

Katastrofa mostu Ashtabula miała trzy następstwa:
  • amerykańskie towarzystwa kolejowe przestały używać żeliwa w konstrukcjach mostów kolejowych,
  • starano się stosować w budowie mostów lżejsze elementy,
  • Zrozumiano konieczność zatrudnienia wyspecjalizowanych konstruktorów, co doprowadziło do powstania spółek inżynierskich zajmujących się projektowaniem mostów.

    Katastrofa mostu łańcuchowego Silver przez rzekę Ohio pochłonęła życie 46 osób. Dnia 15 grudnia 1967 roku na moście znajdowało się 75 samochodów osobowych i ciężarowych, w tym 12 – 14 ciągników z naładowanymi przyczepami. Pojazdy jechały ciasno jeden za drugim. Załamało się skrajne zachodnie przęsło wiszące, spadło i przewróciło się na bok. Most skręcił się jak wstążka, poczym przechyliło się przęsło środkowe i obróciło się nawierzchnią w dół. Pojazdy wraz z mostem runęły do rzeki, która w tym miejscu ma głębokość 21 m i niezwykle silny prąd. Na końcu runęły oba pylony.

  • Katastrofy spowodowane wadliwym fundamentowaniem.

    Zmiany warunków gruntowych zachodzą nie tylko w korytach rzek czy w dnie morskim. Woda podmywa często brzegi i osłabia fundamenty przyczółków. Erozja brzegu rzeki Kaskasia była powodem załamania się w marcu 1970 roku 5 – przęsłowego mostu stalowego, wybudowanego w 1901 roku. Załamała się podpora brzegowa pociągając za sobą przęsło długości 18m, drugą podporę oraz cześć drewnianej podpory kozłowej, podtrzymującej przęsło sąsiednie. Dwa parowozy ciągnące pociąg spadły z mostu, powodując uniesienie się odcinka konstrukcji długości 58m, na którym zatrzymały się 3 wagony. Reszta pociągu pozostała na części nie uszkodzonej mostu.

    Dnia 16 października 1957 roku załamało się środkowe przęsło mostu wiszącego przez rzekę Peace w Kolumbii Brytyjskiej. Ten trójprzęsłowy most wybudowano w 1943 roku. Środkowe przęsło miało rozpiętość 280 m, dwa boczne po 142 m.

Pierwsze oznaki ruchów bloku kotwiącego kable mostu zauważyli 12 godzin przed katastrofą pracownicy szukający przyczyny awarii rurociągu doprowadzającego wodę do miasta. Zawiadomili władze o swych spostrzeżeniach. Wstrzymano ruch przez most. Byli jednak już zbyt późno, aby zapobiec katastrofie, która nastąpiła, gdy blok kotwiący, usytuowany na podłożu z łupka, przesunął się 3,70 m. Zostało to spowodowane pogorszeniem, się cech podłoża bloku lub sąsiednich warstw gruntu. Wskutek zaniku podwieszenia dźwigar usztywniający pochylił się, zerwał z wieszaków i runął do rzeki. Pomimo silnych drgań, nie załamały się przęsła boczne.

  • Katastrofy w czasie budowy mostów

    Jedna z większych katastrof mostowych wydarzyła się w Melbourne w czasie budowy mostu podwieszonego West Gate. Ten pięcioprzęsłowy most wchodzi w skład węzła dróg podmiejskich. Przewidziano na nim dwie jezdnie po 4 pasy ruchu wraz ze środkowym pasem przedzielającym.  Rozpiętości przęseł mostu wynosiły: 112 + 144 + 336 + 144 + 112 = 848 |m], ogólna szerokość 37 m. Trzy środkowe przęsła podwieszono na kablach usytuowanych w osi podłużnej mostu. Most podzielono na skrzynki 16-metrowej długości; ponumerowano je począwszy od zachodniej podpory nr 10 do wschodniej podpory nr 15.

Ze względu na znaczną szerokość mostu przęsło montowano w dwóch częściach, każda długości 112 m, szerokości 18,5 m i masie 1200 t. Składano je na ziemi przy podporach, na których miały spocząć, po czym podnoszono na wysokość podpór, przesuwano na wałkach do właściwego położenia i łączono obie części ze sobą. Przy takim postępowaniu unikano wykonania pomocniczych podpór montażowych. Taki system, montażu wymagał niezwykle dokładnego utrzymywania niwelety spoiny podłużnej, przy czym usztywnienia poprzeczne powinny być dokładnie naprzeciwko siebie.

Gdy rozpoczęto montaż w przęśle brzegowym 10-11 różnica w niwelecie połówek wynosiła w środku rozpiętości 115mm. Do wyrównania obu części konstrukcji zastosowano dźwigniki oraz 8-tonowe bloki betonowe, które po jednym przesuwano wzdłuż przęsła w kierunku jego środka. Gdy po ustawieniu siódmego bloku stwierdzono w styku skrzynek 4 i 5 deformacje 39 mm, przerwano układanie bloków i opuszczono trzy pozostałe bloki na ziemie, chociaż pozostała różnica poziomów konstrukcji wynosiła jeszcze 25 mm. Usunięcie tej różnicy miało nastąpić przez podniesienie dolnej części przęsła i naciśnięcie górnej. Usuwanie śrub ze złącza pomiędzy skrzynkami 4 i 5 rozpoczęto dopiero 15 października 1970 r. o godzinie 8:30 w tym samym czasie doszło do katastrofy.

  • Katastrofy spowodowane klęskami żywiołowymi

    Odruch szukania i karania winnych, bez analizy przyczyn, nie jest przekonywający. Zasada, że „uczymy się na błędach”, ma pełne uzasadnienie przy badaniu powodów katastrof obiektów mostowych. Katastrofy mostów często bywały katalizatorem nowych badań dotyczących mało rozpoznanych zjawisk. Przykładem może być katastrofa mostu wiszącego Tacoma, która spowodowała m.in. Rozszerzenie badań aerodynamicznych tego rodzaju konstrukcji.

Katastrofa nastąpiła 7 listopada 1940 roku, nieco ponad 4 miesiące po otwarciu mostu. W tym czasie był to trzeci najdłuższy most świata. Jego główne przęsło miało długość 840m, szerokość mostu wynosiła niecałe 12m. Sylwetka mostu była niezwykle estetyczna – przypominała wstęgę lekko przerzuconą miedzy brzegami zatoki. Według zaleceń technicznych minimalny stosunek szerokości do długości mostu wiszącego powinien wynosić 1/30. W moście Tacoma wynosił 1/72. Dlatego most ten charakteryzował się niespotykaną wiotkością boczną. Katastrofę spowodowały czynniki, które występowały w nim wyraźniej niż w innych nowoczesnych mostach. Pierwszym czynnikiem była nadmierna wiotkość przęsła, drugim – brak stateczności aerodynamicznej.

                                   Dziękuję Piotrowi Brzostkowskiemu za udostępnione materiały.

 

"Katastrofy i awarie mostów", A. Jarominiak, A. Rosset, WKŁ W-wa 1986r.
"Drogownictwo" 03/1973

 

<<wstecz<<

opracowanie & fotografie: Diana Bielesz, Grzegorz Domarski

^^góra^^