De instorting van de Francis Scott Key Bridge in Baltimore op 26 maart was een schokkende en tragische gebeurtenis. Er zijn nog zes mensen vermist bij deze ramp, waarbij de op twee na grootste vakwerkbrug ter wereld in de Patapsco rivier viel.
De oorzaak was het containerschip de Dali, dat onder Singaporese vlag voer en uit koers raakte en tegen een van de steunpijlers van de brug botste. Toen het 300 meter lange schip tegen de constructie botste, veroorzaakte dit een zogenaamde progressieve instorting, waarbij een domino-effect ertoe leidt dat de hele constructie bezwijkt. De brug, die meer dan 45 jaar geleden werd gebouwd, stortte neer in het ijskoude water om 1:28 uur oostelijke standaardtijd (5:28 UTC).
Maar hoe kon één schip deze constructie van 366 meter binnen enkele seconden na de botsing laten instorten?
Bij een progressieve instorting bezwijkt een enkel element, zoals de pier, en dit resulteert in het opeenvolgende bezwijken van andere verbonden componenten. Dit kan het metalen vakwerk en het brugdek zijn. Dit type instorting kan catastrofale gevolgen hebben wat betreft het risico voor mensenlevens, de economie van een gebied en het lokale milieu.
Hoewel het onmogelijk is om met elk scenario rekening te houden, kunnen bruggen worden gebouwd met inherente eigenschappen die hun weerstand tegen progressief instorten vergroten. Gewoonlijk kunnen bruggen een bepaalde mate van schade aan een pier of een deel van de bovenbouw weerstaan. Het brugdek kan zelfs veilig blijven voor voertuigen, afhankelijk van de omstandigheden.
In het geval van de instorting van de brug in Baltimore was de metalen vakwerkligger echter ontworpen als één doorlopend systeem. De ruimte tussen elke steun, of pier, staat bekend als de vakwerkoverspanning. Het instorten van één van de pijlers verdubbelde effectief de vakwerkoverspanning naar de volgende steun. Deze dramatische toename in overspanning oefende een veel grotere kracht uit op de overgebleven vakwerkconstructie.
Hoewel continue vakwerksystemen de voorkeur genieten omdat ze het gewicht kunnen herverdelen in het geval van schade, konden de overgebleven vakwerkelementen in dit geval al die extra kracht niet aan nadat de pier bezweek.
Dit resulteerde in de volledige instorting van het trussdeel boven de beschadigde
pier. Daar stopte de instorting echter niet. Door de onderlinge verbondenheid van de vakwerkliggers werd het overblijvende vakwerk aanvankelijk omhoog getrokken. Het plotseling loslaten van deze spanning creëerde een krachtig dynamisch effect, waardoor uiteindelijk de hele brug instortte.
Zeldzame gebeurtenis
Het is zeker niet onbekend dat schepen brugsteunen raken. Op 9 mei 1980 vond een opvallend vergelijkbare gebeurtenis plaats toen een vrachtschip in botsing kwam met een steunpijler van de Sunshine Skyway Bridge in Tampa Bay, Florida. Als gevolg daarvan bezweek de brug over een vergelijkbare afstand als de instorting in Baltimore.
Maar hoewel brugontwerpers zich terdege bewust zijn van de kans op botsingen, zijn dit – tegelijkertijd – vrij zeldzame gebeurtenissen. De impactkrachten op een steunpijler zijn ook zeer variabel. Een hogere snelheid of een zwaarder schip zal de kracht op de pier aanzienlijk vergroten. En meer scheepvaartverkeer in het water vergroot de kans op een aanvaring.
Bovendien is de huidige methode die in de VS wordt gebruikt om de aanvaringskracht van een schip te berekenen gebaseerd op onderzoek dat tussen 1967 en 1976 is uitgevoerd. Voor de Key Bridge, die in 1977 werd geopend, zou echter een andere methode zijn gebruikt. Het behoeft geen betoog dat schepen die zo zwaar en snel waren als de Dali in 1977 geen alledaagse verschijning waren.
In feite is de botsingskracht in sommige scenario’s waarschijnlijk veel groter dan de brugpijlers aankunnen. Daarom hebben bruggen andere beschermingssystemen, zoals dukdalven – een groep palen in het water nabij een pier, die dienen om een schip af te buigen of de energie uit een botsing te halen.
Er is geen informatie over het systeem dat werd geïnstalleerd toen de Key Bridge in 1977 werd geopend. En sommige waarnemers hebben zich afgevraagd of de beschermende barrières rond de brug in Baltimore voldoende waren.
Regelmatige structurele evaluaties en aanpassingen zijn cruciaal om ervoor te zorgen dat een brug aan de huidige veiligheidsnormen voldoet. Beton en staal, de belangrijkste materialen in deze brug, zijn gevoelig voor aantasting door factoren zoals corrosie en andere omgevingsfactoren.
In het algemeen kunnen onvoldoende onderhoud of inadequate aanpassingen bijdragen aan het instorten van bruggen. Er moet echter gezegd worden dat er geen bewijs is dat dit in dit geval een factor was – en er werd gezegd dat de Key Bridge “aan de norm voldeed” toen de ramp plaatsvond.
Er zullen nog meer details volgen over deze dramatische en tragische gebeurtenis. En de bevindingen zullen zeker van invloed zijn op de toekomstige aanpak van het ontwerp en de bescherming van bruggen over drukke waterwegen.
Mohamed Shaheen werkt niet voor, heeft geen adviesfuncties, bezit geen aandelen in en ontvangt geen financiering van bedrijven of organisaties die baat zouden hebben bij dit artikel en heeft geen relevante banden bekendgemaakt buiten zijn academische aanstelling.