Khi tàu container MV Dali, dài 300 mét và nặng khoảng 100,000 tấn, bị mất điện và đâm vào một trong những trụ đỡ của cầu Francis Scott Key ở Baltimore, cây cầu đã sụp đổ trong giây lát. Sáu người được cho là đã chết, một số người khác bị thương, thành phố và khu vực đang phải đối mặt với cơn ác mộng hậu cần kéo dài nhiều tháng khi không có tuyến giao thông quan trọng.
Đó là một sự kiện gây sốc, không chỉ đối với công chúng mà còn đối với những người kỹ sư cầu đường như tôi. Chúng tôi làm việc rất chăm chỉ để đảm bảo các cây cầu được an toàn và nhìn chung khả năng bị thương hoặc tệ hơn khi cầu sập thậm chí còn thấp hơn khả năng bị sét đánh.
Tuy nhiên, những hình ảnh từ Baltimore là lời nhắc nhở rằng không thể coi thường sự an toàn. Chúng ta cần phải luôn cảnh giác.
Vậy tại sao cây cầu này lại bị sập? Và, cũng quan trọng không kém, làm thế nào chúng ta có thể làm cho những cây cầu khác an toàn hơn trước những vụ sập như vậy?
Cây cầu thế kỷ 20 gặp con tàu thế kỷ 21
Cầu Francis Scott Key được xây dựng từ giữa những năm 1970 và thông xe vào năm 1977. Cấu trúc chính bắc qua kênh dẫn đường là một “cầu giàn liên tục” gồm ba đoạn hoặc nhịp.
Cây cầu nằm trên bốn trụ đỡ, hai trong số đó nằm ở mỗi bên của đường thủy thông hành. Hai cầu tàu này có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ khỏi tác động của tàu.
Và thực sự, có hai lớp bảo vệ: cái gọi là cấu trúc “cá heo” làm từ bê tông và một tấm chắn bùn. Cá heo ở dưới nước khoảng 100 mét về phía thượng lưu và hạ lưu của cầu tàu. Chúng dự định sẽ bị hy sinh trong trường hợp một con tàu đi chệch hướng, hấp thụ năng lượng của nó và bị biến dạng trong quá trình này nhưng vẫn giữ cho con tàu không đâm vào cầu.
Tấm chắn bùn là lớp bảo vệ cuối cùng. Đó là một cấu trúc làm bằng gỗ và bê tông cốt thép được đặt xung quanh các trụ chính. Một lần nữa, nó nhằm mục đích hấp thụ năng lượng của bất kỳ tác động nào.
Tấm chắn bùn không nhằm mục đích hấp thụ tác động từ các tàu rất lớn. Và vì vậy, khi MV Dali, nặng hơn 100,000 tấn, vượt qua những con cá heo bảo vệ, nó đơn giản là quá lớn để tấm chắn bùn có thể chịu đựng được.
Các đoạn video ghi lại cho thấy một đám mây bụi xuất hiện ngay trước khi cây cầu sụp đổ, rất có thể là do chắn bùn đã vỡ ra khi bị tàu nghiền nát.
Một khi con tàu khổng lồ đã vượt qua cả cá heo và chắn bùn, cầu tàu—một trong bốn trụ đỡ chính của cây cầu—đơn giản là không có khả năng chống lại cú va chạm. Với kích thước của con tàu và tốc độ có thể khoảng 8 hải lý/giờ (15 km/h), lực va chạm sẽ vào khoảng 20,000 tấn.
Những cây cầu ngày càng an toàn hơn
Đây không phải là lần đầu tiên một con tàu đâm vào cầu Francis Scott. Có một vụ va chạm khác vào năm 1980, khiến chắn bùn bị hư hỏng nặng đến mức phải thay thế.
Theo báo cáo năm 35 của Hiệp hội Cơ sở hạ tầng Giao thông Đường thủy Thế giới, trên khắp thế giới, 1960 vụ sập cầu lớn dẫn đến tử vong là do va chạm từ năm 2015 đến năm 2018. Các vụ va chạm giữa tàu và cầu vào những năm 1970 và đầu những năm 1980 đã dẫn tới sự cải tiến đáng kể trong các quy tắc thiết kế để bảo vệ cầu khỏi bị va chạm.
Những tác động tiếp theo trong những năm 1970 và đầu những năm 1980 đã thúc đẩy những cải tiến đáng kể trong các quy tắc thiết kế về tác động.
Hướng dẫn về Va chạm tàu với cầu của Hiệp hội Quốc tế về Cầu và Kỹ thuật Kết cấu, xuất bản năm 1993, và Hướng dẫn Đặc điểm kỹ thuật và Bình luận của Hiệp hội Đường cao tốc và Giao thông Tiểu bang Hoa Kỳ về Thiết kế Va chạm Tàu của Cầu Đường cao tốc (1991) đã thay đổi cách thiết kế các cây cầu.
Tại Úc, Tiêu chuẩn Thiết kế Cầu của Úc (xuất bản năm 2017) yêu cầu các nhà thiết kế phải suy nghĩ về con tàu lớn nhất có thể xuất hiện trong 100 năm tới và điều gì sẽ xảy ra nếu nó lao tới bất kỳ trụ cầu nào với tốc độ tối đa. Các nhà thiết kế cần xem xét kết quả của cả những va chạm trực diện và những cú va chạm từ bên cạnh. Kết quả là, nhiều cây cầu mới hơn bảo vệ trụ cầu của họ bằng toàn bộ hòn đảo nhân tạo.
Tất nhiên, những cải tiến này đến quá muộn để ảnh hưởng đến thiết kế của chính Cầu Francis Scott Key.
Bài học từ thảm họa
Vậy bài học rõ ràng ở giai đoạn đầu này là gì?
Đầu tiên, rõ ràng là các biện pháp bảo vệ được áp dụng cho cây cầu này là không đủ để xử lý vụ va chạm với con tàu này. Các tàu chở hàng ngày nay lớn hơn nhiều so với những năm 1970 và có vẻ như Cầu Francis Scott Key không được thiết kế để tránh va chạm như thế này.
Vì vậy, một bài học là chúng ta cần xem xét những con tàu gần cầu của chúng ta đang thay đổi như thế nào. Điều này có nghĩa là chúng ta không thể chỉ chấp nhận cấu trúc như nó được xây dựng mà còn đảm bảo các biện pháp bảo vệ xung quanh các cây cầu của chúng ta đang phát triển cùng với các con tàu xung quanh chúng.
Thứ hai, và nói chung hơn, chúng ta phải luôn thận trọng trong việc quản lý những cây cầu của mình. Trước đây tôi đã viết về mức độ an toàn hiện tại của các cây cầu ở Úc cũng như về cách chúng ta có thể làm tốt hơn.
Sự kiện bi thảm này chỉ nhấn mạnh sự cần thiết phải chi nhiều hơn để duy trì cơ sở hạ tầng cũ kỹ của chúng ta. Đây là cách duy nhất để đảm bảo nó vẫn an toàn và hoạt động theo yêu cầu mà chúng ta đặt ra ngày nay.