Vụ tàu chở container đâm vào chân cầu ở Baltimore chỉ trong vòng chưa tới 24 giây làm toàn bộ cây cầu bị gãy đôi, đổ sập làm người và thiết bị trên cầu rớt xuống sông gây ra sự gián đoạn đáng kể về kinh tế và xã hội trong khu vực.
Các chuyên gia về cầu đường cho biết, các cây cầu thường có biện pháp bảo vệ để giữ chúng an toàn khỏi va chạm nhưng lực khổng lồ của con tàu chất đầy container “Dali” có thể đã áp đảo chúng.
Có nhiều câu hỏi đặt ra về vụ va chạm, bao gồm cả lý do tại sao con tàu lại đâm vào cây cầu ngay từ đầu. Nhưng phần lớn trong số đó đều mang tính kết cấu: làm sao con tàu có thể đến được cây cầu, tại sao nó không được bảo vệ khỏi những va chạm như vậy và tại sao cây cầu lại sập nhanh như vậy sau khi xảy ra va chạm.
Các chuyên gia cho rằng có thể còn quá sớm để nói chính xác điều gì đã xảy ra nhưng họ cảnh báo rằng những cây cầu loại này được xây dựng đặc biệt với các biện pháp bảo vệ chống lại những va chạm như vậy và cần một tác động rất lớn để khiến cây cầu đổ theo cách nhanh chóng như thế này.
Từng có cầu đã bị sập do va chạm với tàu trước đây
Toby Mottram từ Đại học Warwick cho biết, từ năm 1960 đến năm 2015, đã có 35 vụ sập cầu lớn xảy ra sau khi chúng bị tàu biển đâm phải.
Mối nguy hiểm luôn hiện hữu đó có nghĩa là những cây cầu hiện đại được xây dựng đặc biệt dành cho những va chạm như vậy. Các kỹ sư đã phát triển một loạt các yêu cầu và giải pháp an toàn nhằm đảm bảo tính toàn vẹn của cây cầu ngay cả trong trường hợp có xảy ra va chạm.
Những cây cầu loại này thường lớn và bắc qua tuyến đường vận chuyển được yêu cầu thiết kế để bảo vệ các trụ hoặc cột của cầu. Robert Benaim, nhà thiết kế cầu và thành viên của Học viện Kỹ thuật Hoàng gia, cho biết những biện pháp bảo vệ đó có nhiều hình thức khác nhau.
“Những biện pháp bảo vệ này ở dạng bảo vệ mang tính cấu trúc cột được làm bằng thép và được chôn dưới đáy biển để ngăn chặn hoặc chuyển hướng một con tàu. Chúng cũng có thể ở dạng đảo nhân tạo; những thứ này dành cho những con tàu rất lớn và có nghĩa là con tàu sẽ không bao giờ đến được bến cầu.
Cầu Francis Scott Key tương đối hiện đại, vì vậy các chuyên gia cho rằng nó được xây dựng với giả định rằng các trụ đỡ của nó có thể gặp va chạm. Những trụ cầu đó rất quan trọng vì bất kỳ hư hỏng cấu trúc nào ở chúng, đặc biệt là ở trung tâm có nghĩa là toàn bộ cây cầu sẽ sụp đổ. Nhưng những biện pháp bảo vệ đó chỉ đi xa đến vậy.
Lee Cunningham, một độc giả về kỹ thuật kết cấu tại Đại học Manchester, cho biết khối lượng và vận tốc của con tàu là những yếu tố chính quyết định mức độ lực tác động vào trụ cầu và có giới hạn đối với mức lực tác động được thiết kế cho cầu.
“Tương tự, hướng tác động cũng là một yếu tố quan trọng và các giả định thiết kế cho điều này có thể sẽ dựa trên vị trí của kênh điều hướng chuyên dụng.” Lee nói.
Trường hợp của Cầu Francis Scott Key
Thiết kế của nó vào những năm 1970 có thể đã không tính đến kích thước và sức mạnh khổng lồ của những con tàu đi qua nó ngày nay.
Con tàu va chạm với cây cầu là con “Dali” rất lớn, dài 300 mét và rộng 48,2 mét, chở một lượng hàng hóa khổng lồ và di chuyển với tốc độ vẫn chưa xác định.
Giáo sư Mottram cho biết : “Có thể hình dung rằng các cầu tàu không được thiết kế để chịu được cường độ va chạm của tàu ngày nay, vì các tàu như “Dali” đã không di chuyển qua Cảng Baltimore trong thời kỳ đó”.
“Mặc dù đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn và thiết kế theo quy định của những năm 1970, Cầu Baltimore Key có thể không được trang bị để đáp ứng quy mô di chuyển của tàu như ngày nay.”
Tuy nhiên, Giáo sư Mottram lưu ý, không chỉ công nghệ trong cây cầu mới giúp tránh được vụ va chạm thảm khốc như vậy.
Ông nói: “Các công nghệ định vị hiện đại đáng lẽ phải ngăn con tàu đâm vào bến tàu,” đồng thời lưu ý rằng ưu tiên của cuộc điều tra sẽ là tìm hiểu xem những công nghệ đó trên tàu đã thất bại như thế nào”
Một điều đáng chú ý về các video về vụ sập là tốc độ xảy ra: một khi cây cầu bắt đầu bị vênh, nó sẽ nhanh chóng sụp đổ hoàn toàn. Điều đó một phần là do nó được xây dựng theo một kết cấu “giàn liên tục”, được làm từ các giàn thép dài đi qua ba nhịp chính, thay vì có các kết nối trên các trụ cầu.
“Vụ va chạm của một con tàu lớn như tàu container Dali sẽ vượt xa tải trọng thiết kế đối với các trụ bê tông mảnh hỗ trợ kết cấu giàn, và một khi cầu tàu bị hư hỏng, bạn có thể thấy trong video rằng toàn bộ kết cấu giàn bị sập rất nhanh,” Andrew Barr, một nhà nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật Xây dựng và Kết cấu tại Đại học Sheffield cho biết.
Đây là một ví dụ về cái mà các kỹ sư gọi là sự sụp đổ lũy tiến, trong đó sự hư hỏng của một bộ phận cấu trúc dẫn đến sự hư hỏng của các bộ phận lân cận, không thể chịu được tải trọng mới đặt lên chúng.
Trong trường hợp này, sự sụp đổ của cầu tàu đã khiến giàn không được hỗ trợ phía trên nó bị vênh và rơi xuống. Bởi vì đây là một giàn liên tục nên tải trọng được phân phối lại - giàn xoay quanh trụ đỡ còn sót lại giống như một chiếc bập bênh, tạm thời nâng nhịp phía bắc lên không trung trước khi lực căng cao khiến nhịp này cũng bị hỏng và toàn bộ giàn sụp xuống nước.
Tiến sĩ Barr lưu ý rằng bản thân đoạn video này sẽ “cực kỳ hữu ích cho các đội” đánh giá sự sụp đổ, vì nếu không họ sẽ phải dựa vào phần còn lại của cấu trúc và mô hình.
Xem 24s khi tàu đâm vào trụ cầu khiến cầu sụp đổ hoàn toàn (Nguồn:CNN)
