Jak uniknąć następnej tragedii w tunelu?

Błędy projektowe spowodowały śmiertelne w skutkach oberwanie się stropu w tunelu (Boston 2006 r.).

Kurz już opadł po zawaleniu się nowego tunelu w Bostonie, które miało miejsce dwa lata temu, ale inżynierowie nadal nie wyciągnęli wszystkich wniosków z tej tragedii, której zresztą można było bez problemu uniknąć.

Nie do wszystkich dotarło jeszcze, że gdy inżynierowie mają do czynienia z nowymi materiałami, powinni ostrożnie podchodzić do źródeł informacji, z których korzystają – twierdzi Myer Ezrin, specjalista do spraw analizy awarii i były pracownik naukowy w Institute of Material Science (Instytucie Materiałoznawstwa) na University of Connecticut. Inżynierowie pracujący z materiałem, w którego zastosowaniu mają niewielkie doświadczenie lub nie mają go w ogóle – zwłaszcza, jeśli jest to sprawa życia i śmierci, jak było w przypadku tunelu w Bostonie – muszą zbadać istniejące możliwości, a potem potwierdzić wyniki tego badania.

Zdaniem Ezrina, podczas konstrukcji łącznikowego stropu tunelu w Bostonie popełniono następujące błędy:

• wybrano niewłaściwy materiał na spoiwo mające utrzymywać betonowe płyty pełniące rolę podwieszanego sufitu
• brak było rzetelnej i przejrzystej komunikacji między inżynierami budowy i inżynierami dostawcy żywicy
• inżynierowie niewystarczająco zbadali przyczyny, z jakich w roku 1999 śruby kotwowe, wykorzystujące to samo lepiszcze w innym tunelu, zawiodły
• nie rozważono użycia sufitu podwieszanego, wykonanego z innego materiału niż beton

10 lipca 2006 roku samochód osobowy jadący na lotnisko Logan w Bostonie przejechał przez ulicę D tunelu łącznikowego, czyli częścią projektu określanego często mianem „Big Dig”. Gdy koło godziny 23 samochód zbliżał się do końca tunelu, 26 ton betonowych paneli runęło na jezdnię, zgniatając samochód i zabijając pasażera. Panele te były częścią podwieszonego sufitu przytwierdzonego do betonowego stropu za pomocą gwintowanych śrub osadzonych w wywierconych wcześniej otworach wypełnionych żywicą epoksydową. Martha Coakley, Prokurator Generalny stanu Massachusetts postawiła dostawcy żywicy, firmie Powers Fasteners, jeden zarzut – nieumyślnego spowodowania śmierci, za który przewidziano maksymalną karę wynoszącą 1000 dolarów. Pozostali wykonawcy uniknęli potencjalnych oskarżeń w sprawie karnej, płacąc odszkodowanie w wysokości 450 mln dolarów na rzecz urzędników stanowych i federalnych.

Pierwszym i najpoważniejszym błędem było zastosowanie szybkowiążącej żywicy dostarczonej przez firmę Powers. W sprawozdaniu wydanym w zeszłym roku Narodowa Rada Bezpieczeństwa Transportu (NTSB) zidentyfikowała prawdopodobną przyczynę tragedii jako niewłaściwą recepturę żywicy epoksydowej i postawiła inżynierom z Gannett Fleming i Bechtel/Parsons Brinckerhoff zarzut niewykrycia potencjalnego pełzania żywicy ustalającej kotwę. Pełzanie to było krytyczną, długoterminową przyczyną wypadku. Rada odnotowała, że Gannett Fleming przewidziała w umowie zastosowanie kotew o odpowiedniej odporności na pełzanie. Wybór bardziej odpowiedniej żywicy mógł zapobiec wypadkowi.

Przyczyną wypadku był brak wiedzy, zrozumienia chemii i technologii polimerów, czym wykazali się inżynierowie odpowiedzialni za projekt i budowę sufitu, który uległ zawaleniu – twierdzi Ezrin. Dlaczego, skoro polimerów używa się od ponad 50 lat w instalacjach, w których zabezpieczenie przed wypadkami ma znaczenie kardynalne, nadal istnieje przepaść między inżynierami, którzy stosują polimery a tymi, którzy je wytwarzają?.

Śruba w jednej z kotew zaczęła się wysuwać

Według Ezrina, w tym przypadku problem polegał na niezrozumieniu chemii klejów epoksydowych. Zdolność tych klejów do znoszenia dużych, trwałych obciążeń zależy od poziomu sieciowania w ich łańcuchach molekularnych. Sieciowanie łączy poszczególne łańcuchy z wiązaniami kowalencyjnymi, skutecznie przesuwając polimer w kierunku nieskończonej wagi molekularnej – dodaje. Skutkiem tego jest zmniejszona zmiana wymiarów pod obciążeniem.

Sieciowanie 101

Sieciowanie w termoutwardzalnych układach dwuelementowych, takich jak kleje epoksydowe, osiąga się poprzez zastosowanie drugiej substancji chemicznej, zwanej utwardzaczem. Jego skład chemiczny określa wielkość sieciowania i odporność na pełzanie pod obciążeniem.

Zdaniem NTSB, Powers Fasteners nie zapewniła inżynierom pracującym nad projektem „Big Dig” wystarczająco dokładnych i wyczerpujących informacji na temat wytrzymałości żywicy Fast Set na działanie długotrwałych obciążeń rozciągających.

Ezrin twierdzi, że inżynierowie ci powinni byli przeprowadzić badanie żywicy Fast Set, a nie po prostu polegać na zaleceniach dostawcy.

Problem pogorszyły jeszcze trudności związane z instalacją. W niektórych przypadkach śruby nie zostały pokryte żywicą w wystarczającym stopniu. Część problemu stanowi fakt, że żywice wstrzykuje się pionowo, z dołu do góry – stwierdza Ezrin. Innym problemem związanym ze stosowaniem żywicy epoksydowej jest to, że może ona nie przylgnąć dobrze do betonowego stropu. Oświadczenie firmy Powers, że w niektórych przypadkach instalatorzy zastosowali niewłaściwy gatunek żywicy, zwiększyło jeszcze panujące zamieszanie.

NTSB ustaliła, że odpowiedzialnym za wypadek jest dostawca żywicy i zażądała, by Powers Fasteners, dystrybutor i jego dostawca Sika Corp., wprowadziły korekty w opisie produktu i na jego opakowaniu, tak by było jasne, że materiały szybkowiążące (odpowiednio Power- Fast Epoxy Injection Gel Fast Set i żywica epoksydowa Sikadur Injection Gel AnchorFix-3) zostały dopuszczone do zastosowania tylko tam, gdzie narażenie na działanie obciążeń jest krótkotrwałe. Powers Fasteners oferuje także produkt o nazwie Standard Set, który mógłby być bardziej odpowiedni do zastosowania w tunelu „Big Dig”. Od czasu wypadku Powers czterokrotnie zwiększyła także współczynnik bezpieczeństwa swoich materiałów szybkowiążących.

Ezrin powiedział, że wypadek w tunelu „Big Dig” jest szczególnie irytujący, ponieważ podobny wypadek wydarzył się w innym tunelu w roku 1999. Zaangażowani w sprawę inżynierowie przyjęli po prostu, że przyczyną wypadku była nieprawidłowa instalacja i nie zbadali możliwości katastrofy spowodowanej pełzaniem – dodaje.

Ezrin nie może także zrozumieć, dlaczego podwieszany sufit wykonano z betonu. Bardzo często stosuje się sufity lekkie, wykonane na przykład z pianki. Po fatalnym w skutkach wypadku w roku 2006 inżynierowie zdecydowali, że podwieszony sufit nie jest w ogóle potrzebny i nakazali usunąć wszystkie jego moduły.

W swoim sprawozdaniu końcowym NTSB zaleciła, by federalny i stanowy zarząd dróg opracował normy i protokoły dotyczące testowania kotew mocowanych za pomocą klejów i narażonych na długotrwałe obciążenia rozciągające, które są instalowane nad jezdniami. NTSB stwierdziła, że normy te powinny brać pod uwagę charakterystyki pełzania polimerów. Obowiązkowa kontrola tunelu także powinna mieć miejsce. Międzynarodową Radę Kodeksów (ang. The International Code Council) nakłoniono, by zaczęła wymagać przeprowadzania testów pełzania przed kwalifikacją wszystkich klejów do mocowania kotew.

dn