Śmiertelne skutki zaniedbania stanu infrastruktury miejskiej

Artykuł prof. P-L. Bonory, prezentowany jako referat podczas Kongresu EUROCORR 2019, przedstawia przykłady katastrof budowlanych spowodowanych zaniedbaniami powstałymi przy projektowaniu i konserwacji obiektów. Zapraszamy do lektury.

Śmiertelne skutki zaniedbania stanu infrastruktury miejskiej

Pier-Luigi Bonora

Śmiertelne skutki zaniedbania stanu infrastruktury miejskiej

Obiekty przeznaczone do użytku publicznego – takie jak mosty, wiadukty, tamy, porty czy budynki odporne na wstrząsy muszą być zaprojektowane i wykonane zgodnie z kryteriami niezawodności
i trwałości. Pierwszą z tych dwóch koniecznych cech uzyskuje się przez właściwe projektowanie oraz staranny dobór materiałów i technik montażu.
Druga zależna jest od znajomości oddziaływania czynników środowiskowych na gotową konstrukcję i jej elementy podczas całego okresu użytkowania.

 

1. Zapobieganie szkodom i utrzymanie obiektów we właściwym stanie technicznym

Przyczynami zniszczenia konstrukcji mogą być:

- niedociągnięcia projektu,

- niedostateczny stan wiedzy z zakresu technologii w momencie rozpoczęcia budowy,

- niska trwałość pojedynczych komponentów,

- brak właściwego planu utrzymania.

Czym jest rzetelna strategia trwałości? W skrócie to zapobieganie (profilaktyka) i utrzymanie (konserwacja).

 

1.1 Zapobieganie

Zapobieganie szkodom opiera się przede wszystkim na:

a) znajomości czynników agresywnych,

b) znajomości przebiegu procesów zużywania,

c) wyborze materiałów odpowiednich do określonych warunków ekspozycji,

d) wykonaniu detali konstrukcyjnych w taki sposób, aby zapobiegać zniszczeniu materiałów,

e) stałej inspekcji.

 

1.1 Utrzymanie

W najwyższym stopniu należy uwzględniać terminy zachowania optymalnej trwałości i niezawodności funkcjonowania. Trwałość definiuje się jako odporność materiału lub komponentu na czynniki środowiskowe lub substancje. Więc: trwałość = odporność materiałów na degradację. Trwałość jest połączona ze starzeniem się materiałów, a w konsekwencji z możliwym pogarszaniem się ich właściwości, więc: z materiałoznawstwa należy przejść do inżynierii materiałowej.

 

2. Przykłady katastrof spowodowanych zaniedbaniami

Chciałbym zilustrować powyższe, odnosząc się do dwóch katastrof, które niestety miały niedawno miejsce we Włoszech:

1) Upadek autokaru z wiaduktu, w wyniku którego zginęło 40 osób. Był to najtragiczniejszy w skutkach wypadek drogowy w tym kraju od wielu lat. Miejsce wypadku: południowe Włochy.

2) Zawalenie się wiaduktu Ponte Morandi w Genui, skutek: 43 ofiary śmiertelne i wiele rannych.

Przyczynę obu tych wypadków można przypisać w dużym stopniu zarówno projektowi i utrzymaniu, jak również, w drugim przypadku, brakowi danych z obszaru badawczo-rozwojowego w czasie projektowania.

 

Pierwszy przypadek:

Autokar wiózł około 50 osób, w tym dzieci, do domu po pielgrzymce. Na wiadukcie autokar uderzył w kilka innych pojazdów, a potem przerywając barierę runął w dół 100-metrowego stromego zbocza.

Dwie główne przyczyny tego wypadku to:

a) Autokar był stary, utrzymywany w nieodpowiednim stanie technicznym. Zepsuły się hamulce. Kierowca, który zginął w tym wypadku, aby zwolnić i uniknąć wjechania w pojazdy jadące przed nim, próbował utrzymać równowagę i wyhamować prędkość, jadąc przy balustradzie, a po wjeździe na wiadukt przy gładszej barierze betonowej (bariera nazywana Jersey, New Jersey lub K-rail).

b) Bariera, którą oficjalnie przetestowano i której wytrzymałość na takie zderzenia określono jako odpowiednią, zawiodła i po zderzeniu z autokarem została wyrwana z fundamentu i odrzucona na odległość ponad 100 metrów (rys. 1 a, b).

 

Na rys. 2 pokazano technologię bezpiecznego montażu bariery na fundamencie, a na rys. 3 jej działanie w razie wypadku. Z nieznanych powodów złożenia śrub kotwowych były osadzone w szynach w fundamencie balustrady, wystawione na działanie środowiska. Woda, odladzające sole, nawarstwiony kurz oraz długi czas utrzymania bez konserwacji spowodowały szkody widoczne na rys. 3.

  

Na rys. 4 a pokazano podstawę śruby kotwowej w zaawansowanym stadium korozji. Widoczna jest gruba warstwa produktów korozji zawierających tlenki żelaza (magnetyt i hematyt), rozwijających się przez lata z postępującego odwadniania pierwotnej rdzy. Na rys. 4 b pokazano przykładowy przeciętny stan śruby kotwowej.

    

 

Drugi przypadek. Zawalenie się wiaduktu Morandi w Genui 

Riccardo Morandi (1902–1989) był jednym z najlepszych projektantów i budowniczych konstrukcji
z betonu sprężonego (wg własnego patentu). W okresie 1966–1969 zbudowano skrzyżowanie mostów w dolinie Polcevera według innowacyjnych technik budownictwa. W tamtych czasach pomijano kwestie trwałości, a beton uważano za stabilny i całkowicie wytrzymały na czynniki środowiskowe. Dziesięć lat po otwarciu wiaduktu Riccardo Morandi wyraził swoje wątpliwości co do trwałości, gdy dowiedział się o wpływie środowiska przemysłowo-morskiego na materiały, i określił rygorystyczne parametry konserwacji, włączając malowanie i inne środki. Jego wytyczne nie były przestrzegane
lub były przestrzegane w minimalnym zakresie. W międzyczasie zwiększyła się intensywność ruchu drogowego oraz masa przejeżdżających pojazdów.

Czynniki środowiskowe wpłynęły głównie na odcinek jezdni mostu, który należy rozpatrywać jako oscylującą belkę wspornikową, poddaną cyklicznemu naporowi (zmęczeniu materiału), co skoncentrowało się w miejscach przecięcia połączeń. To zjawisko można kontrolować przez właściwy projekt i stałą konserwację (utrzymanie). Jednakże, gdy wziąć pod uwagę proces korozji, należy stwierdzić, że korozja zmęczeniowa prowadzi do katastrofalnych skutków, niezależnie od czasu,
i wymaga ciągłego monitorowania. Jednego z głównych powodów zawalenia wiaduktu należy szukać w załamaniu odcinka jezdni wiaduktu poprzedzonego naprężeniem i zerwaniem się lin nośnych, utracie ogólnej równowagi, aż w końcu – zawaleniu się konstrukcji.

 

3. Podsumowanie

Podane przykłady nie stanowią trywialnej kroniki tragicznych wydarzeń, ale ich przywołanie ma na celu podkreślenie, że świadomość nieuchronnego kontaktu ze środowiskiem podczas okresu eksploatacji ma wpływ nie tylko na istoty ludzkie, które mogą potrzebować (nie zawsze skutecznego) utrzymania
w zdrowiu ze strony służb medycznych. Obiekty infrastruktury wiele zawdzięczają mądrości, wiedzy
i wysiłkowi zarówno Projektantów, jak i Budowniczych. Te niezastąpione Osoby powinny stale zwracać  baczną uwagę na możliwy wpływ środowiska na każdy pojedynczy element konstrukcji oraz wszystkie razem, metody montażu i technologie, jednocześnie śledząc zmiany warunków eksploatacji obiektu.  Ze szczególną troską i kulturą należy podchodzić do nauki o korozji, a szczególnie do inżynierii antykorozyjnej. Nie zapominając mądrych słów Samuela Johnsona (1709–1784): „Są dwa rodzaje wiedzy. Posiadamy wiedzę w jakimś przedmiocie lub wiemy, gdzie znaleźć potrzebne informacje.”, dodałbym jeszcze: „... albo wiemy, kto posiada tę wiedzę.” Wymiana wiedzy pomiędzy projektantami, budowniczymi i inżynierami mającymi wiedzę o korozji to szansa na to, aby upowszechniać edukację korozyjną wśród wszystkich grup zawodowych związanych z infrastrukturą.

Bibliografia:  Bonora Pier Luigi, Agnieszka Królikowska. 2015. “Lack of Basic Corrosion Control Results in Catastrophes“. Materials Performance 54 (11) : 52–54.

Firmy wspierające PSK