Brücken können vor Schiffskollisionen geschützt werden – ein Experte für Bauwerke bei Katastrophen erklärt, wie

Das Containerschiff Dali ist am 28. März 2024 mit der eingestürzten Francis Scott Key Bridge in Baltimore zu sehen (Foto: US Coast Guard)

Die MV Dali, ein 984 Fuß langes und 100.000 Tonnen schweres Frachtschiff, rammte beim Verlassen des Hafens von Baltimore am 26. März 2024 die Francis Scott Key Bridge, wodurch ein Teil der Brücke einstürzte.

In einem Interview erklärte der Bauingenieur Sherif El-Tawil von der University of Michigan, wie oft Schiffe mit Brücken kollidieren, was getan werden kann, um Brücken vor Kollisionen zu schützen, und wie eine ähnliche Katastrophe in Florida im Jahr 1980 – nur drei Jahre nach der Eröffnung der Key-Brücke – veränderte die Art und Weise, wie Brücken gebaut werden.

Dies ist nicht das erste Mal, dass ein Schiff eine Brücke zerstört. Was ist die Geschichte von Kollisionen zwischen Schiffen und Brücken?

Dies ist ein äußerst seltenes Ereignis. Meines Wissens gibt es in den letzten 65 Jahren etwa 40 aufgezeichnete Ereignisse, bei denen es zu ähnlichen Schäden an einer Brücke durch ein Schiff kam. Sie scheinen also weltweit im Durchschnitt etwa alle anderthalb bis zwei Jahre aufzutreten. Wenn man bedenkt, dass es weltweit Millionen von Brücken gibt – und die meisten davon über Wasserstraßen –, kann man sich vorstellen, wie selten das ist.

Der einflussreichste Fall war die Kollision der Sunshine Skyway Bridge in Florida im Jahr 1980, die die Bundesregierung dazu veranlasste, Maßnahmen zu ergreifen und Richtlinien für die Konstruktion von Brücken für Schiffskollisionen zu entwickeln. Anfang der 1990er Jahre wurden die Bestimmungen entwickelt und in den Brückenentwurfscode, die AASHTO-Spezifikationen, integriert. Die American Association of State Highway and Transportation Officials erstellt die Konstruktionsvorschriften, denen jede Brücke in den Vereinigten Staaten entsprechen muss.

Was war bei der Katastrophe an der Sunshine Skyway Bridge anders als bei früheren Brückenkollisionen?

Es gab Opfer. Die Tatsache, dass ein Absturz eine Brücke zum Einsturz bringen könnte, genau wie in der Situation in Baltimore, löste die Sorge aus: Können wir etwas dagegen tun? Und das waren die Spezifikationen, die herauskamen und schließlich in das nationale Designdokument aufgenommen wurden.

Diese Spezifikationen besagen, dass Sie die Brücke entweder für die Aufprallkraft konstruieren, die ein Schiff abgeben kann, oder dass Sie die Brücke vor dieser Aufprallkraft schützen müssen. Sie müssen also über ein Schutzsystem verfügen. Deshalb war ich überrascht, dass es um diese Brücke herum kein Schutzsystem, also keine Art Barriere, gab. Ich habe die Baupläne dieser Brücke nicht geprüft. Ich konnte nur die Bilder sehen, die online veröffentlicht wurden, aber wenn es sie gäbe, wären Schutzsysteme sehr gut sichtbar und erkennbar.

Was ist derzeit für den Brückenneubau vorgeschrieben und reicht es aus, um die riesigen Frachtschiffe von heute zu bewältigen?

Ich schätze, basierend auf der veröffentlichten Geschwindigkeit und dem Gewicht des MV Dali, dass die Aufprallkraft im Bereich von 30 Millionen Pfund lag. Das ist eine gewaltige Kraft, und man braucht eine massive Struktur, um dieser Art von Kraft standzuhalten. Aber es ist machbar, wenn Sie einen riesigen Pier haben. Das könnte das Design der Brücke und ihr Aussehen bestimmen. Höchstwahrscheinlich könnte es sich nicht um eine Fachwerkbrücke handeln. Es kann sich um eine Schrägseilbrücke handeln, die über einen sehr großen Turm verfügt, der diese Last aufnehmen kann.

Wenn Sie diese Last nicht auslegen können, müssen Sie andere Alternativen in Betracht ziehen. Und das steht in den Spezifikationen. Sie sind sich darüber sehr im Klaren. Und diese Alternativen könnten darin bestehen, eine Insel um den Pier oder eine Felswand herum zu bauen oder Delfine – eigenständige Strukturen im Flussbett – daneben zu platzieren oder Fender anzubringen, die die Energie absorbieren, damit das Schiff nicht so schnell ankommt . All dies sind Möglichkeiten, wie Sie die Auswirkungen abmildern können.

Ingenieure entwerfen Bauwerke – und Brücken bilden da keine Ausnahme – mit einer gewissen Ausfallwahrscheinlichkeit, denn wenn wir das nicht täten, wären die Kosten unerschwinglich. Theoretisch könnte man eine Struktur bauen, die niemals scheitern würde, aber dafür müsste man unendlich viel Geld investieren. Für eine kritische Brücke dieses Typs würden wir eine akzeptable Ausfallwahrscheinlichkeit von 1 zu 10.000 Jahren annehmen.

Basierend auf veröffentlichten Informationen habe ich versucht, die Wahrscheinlichkeit dieses Ereignisses zu berechnen, und es stellte sich heraus, dass sie etwa 1 zu 100.000 Jahren beträgt. Das Schiff steuerte direkt auf den gefährdeten Pier zu. Es war einfach schockierend zu sehen, wie sich ein so seltenes Ereignis abspielte.

Die Behörde der Brücke muss über einen Schutz nachgedacht haben, und die geringe Wahrscheinlichkeit, dass dies geschieht, muss eine Rolle dabei gespielt haben, ob sie in Schutzmaßnahmen investieren würde oder nicht. Denn jede Art von Bau im Wasser oder auf dem Wasser ist sehr teuer.

Ist es möglich, ältere Brücken zu schützen?

Ich glaube schon. Für einige von ihnen könnte es sich um eine Low-Tech-Lösung wie die Inselidee handeln. Und es könnten vielleicht Steine oder Betonteile verwendet werden, die das Schiff daran hindern würden, den Pier überhaupt zu erreichen.

Es war ein riesiges Schiff mit ausgestelltem Bug. Ich glaube, der untere Teil des Schiffes, der über den Bug hinausragt, traf das Fundamentsystem, aber der Bug erreichte den Pier. Der Pier hatte die Form eines A, sodass der Bug auf einer Seite des A brach. Die andere Seite konnte das Gewicht der Brücke nicht tragen und so stürzte das Ganze ein. Wenn dir jemand unter den Füßen wegtritt, wirst du einfach fallen. Genau das ist passiert.

Wie viele Brücken sind anfällig für Schiffskollisionen?

Ich kenne die Zahl nicht, aber ich weiß, dass Brücken, die in diese Kategorie fallen, große Brücken mit großer Spannweite wie diese, wahrscheinlich weniger als 0,1 % der Brücken in den USA ausmachen. Und einige von ihnen überqueren nicht unbedingt Wasserstraßen Das ist also eine Teilmenge, die einen noch geringeren Prozentsatz ausmacht. Es handelt sich also um ein seltenes Ereignis, das bei einer seltenen Art von Brücke auftritt.

Werden Frachtschiffe immer größer und spielt das beim Schutz von Brücken eine Rolle?

Das erwarte ich, weil es Skaleneffekte gibt. Größere Schiffe wären für den Gütertransport günstiger. Aber ich kann mir nicht vorstellen, dass der Konstrukteur dieser Brücke vor etwa 50 Jahren gedacht hätte, dass ein Schiff dieser Größe die Brücke treffen könnte. Ich bin mir sicher, dass sie Schritte unternommen hätten, um das Problem anzugehen. Es kam ihnen einfach nicht in den Sinn.

Wenn diese Brücke nach den aktuellen Spezifikationen entworfen worden wäre, hätte sie meiner Meinung nach überlebt. Es gibt zwei Gründe, warum ein Schiff diese Art von Kraft ausübt: Es bewegt sich zu schnell oder es ist zu schwer. Und diese beiden Faktoren werden bei der Aufprallkraft, für die wir entwerfen, berücksichtigt. Wenn wir diese also explizit berücksichtigen, dann ist ein größeres Schiff, ja, es ist eine größere Streitmacht, und wir würden dafür entwerfen.

Aber schauen wir noch einmal 50 Jahre vorwärts und stellen uns vor, dass ein viel größeres Schiff entsteht. Zu diesem Zeitpunkt wurden Brücken für kleinere Schiffe entworfen, und Sie haben wieder das gleiche Problem. Es ist schwer vorherzusagen, wie groß diese Dinge sein werden. Sie können für aktuelle Schiffe entwerfen, aber wie sie sich weiterentwickeln, ist es schwierig, viele Jahre in die Zukunft vorherzusagen.

Gibt es weitere Erkenntnisse aus dieser Katastrophe?

Der Verlust dieser Brücke wird, abgesehen von den tragischen Verlusten an Menschenleben, noch viele Monate, wenn nicht Jahre, zu spüren sein. Es ist kein einfacher Prozess, eine Brücke dieser Größe und dieser Spannweite zu ersetzen. Es erfordert viel Planung und viele Ressourcen, um wieder dorthin zurückzukehren, wo wir vorher waren.

(Quelle: The Conversation )