Thiết kế vào thập niên 1970 của cầu Francis Scott Key có thể không đủ kiên cố để bảo vệ cầu trước lực va chạm mạnh từ tàu container lớn.
Cây cầu sụp đổ và tàu container gây ra tai nạn. Video: AFP
Một tàu chở hàng khổng lồ đâm trúng cầu Francis Scott Key ở thành phố Baltimore, bang Maryland hôm 26/3, khiến nhiều người mất tích, đồng thời ảnh hưởng lớn tới kinh tế xã hội. Có nhiều câu hỏi về vụ va chạm, bao gồm tại sao con tàu lại đâm thẳng vào cây cầu và tại sao cầu sụp đổ quá nhanh ngay khi tai nạn xảy ra, theo Independent. Các chuyên gia cho biết có thể còn quá sớm để nói chính xác những gì xảy ra trong vụ va chạm và sụp đổ sau đó. Tuy nhiên, họ nhấn mạnh những cây cầu loại này đặc biệt cần được xây với biện pháp bảo vệ trước va chạm như vậy và cần lực tác động khổng lồ để khiến cầu sụp đổ.
Nhiều cây cầu từng sụp đổ do va chạm với tàu bè trước đây. Từ năm 1960 đến năm 2015, có 35 vụ sụp cầu lớn xảy ra sau khi bị tàu biển đâm trúng, theo nhà nghiên cứu Toby Mottram ở Đại học Warwick. Nguy cơ hiện hữu đó thúc đẩy xây dựng cầu hiện đại với khả năng chống va chạm. Giới kỹ sư đã phát triển một loạt yêu cầu và giải pháp an toàn nhằm đảm bảo độ kiên cố của cầu trong trường hợp va chạm.
Những cây cầu lớn bắc ngang qua tuyến đường biển đòi hỏi biện pháp bảo vệ chân cầu và trụ đỡ. Biện pháp bảo vệ có nhiều dạng khác nhau, theo Robert Benaim, nhà thiết kế cầu kiêm nghiên cứu sinh ở Viện hàn lâm Kỹ thuật Hoàng gia. “Đó có thể là dạng bảo vệ kết cấu như chèn cấu trúc làm bằng thép dưới đáy biển để ngăn hoặc chuyển hướng tàu. Ngoài ra, có thể sử dụng đảo nhân tạo đối với tàu lớn, khiến tàu không bao giờ tới gần chân cầu”, Benaim cho biết.
Cầu Francis Scott Key Bridge tương đối hiện đại, vì vậy các chuyên gia cho rằng cây cầu được xây khi đã lường trước chân cầu có thể trải qua va chạm. Phần chân cầu rất quan trọng bởi bất kỳ hư hỏng cấu trúc nào ở phần đó, đặc biệt tại điểm trung tâm, đều có thể khiến cả cây cầu sụp đổ. Theo Lee Cunningham, phó giáo sư và kỹ thuật kết cấu công trình ở Đại học Manchester, khối lượng và tốc độ tàu là những yếu tố chính quyết định mức độ lực tác động. Tương tự, hướng va chạm cũng là một yếu tố quan trọng, được tính toán dựa trên vị trí của luồng di chuyển.
Trong trường hợp cầu Francis Scott Key, thiết kế vào thập niên 1970 của cầu có thể không tính đến kích thước khổng lồ và sức mạnh của những con tàu chạy bên dưới ngày nay. Tàu chở hàng đâm vào cầu mang tên Dali rất lớn, dài 300 m và rộng 48,2 m, chở khối lượng lớn hàng hóa và di chuyển ở tốc độ chưa xác định. Theo giáo sư Mottram, có thể hình dung chân cầu không được thiết kế để chịu quy mô va chạm với tàu hiện đại, vì những con tàu như Dali không chạy qua cảng Baltimore vào thời kỳ đó. Dù đáp ứng tiêu chuẩn an toàn và quy định về thiết kế ở thập niên 1970, cầu Baltimore Key có thể không trang bị biện pháp bảo vệ để ứng phó với chuyển động của tàu thời nay.
Tuy nhiên, giáo sư Mottram cũng nhấn mạnh không chỉ công nghệ trên cầu thất bại trong việc tránh thảm họa va chạm. “Đáng lẽ công nghệ định hướng có thể ngăn tàu đâm thẳng vào chân cầu”, ông nói. Theo Mottram, hướng điều tra cần ưu tiên làm rõ tại sao công nghệ này không hoạt động trên tàu.
Trong video ghi lại vụ va chạm, điều đáng chú ý là tốc độ sụp đổ quá nhanh của cầu. Ngay khi cây cầu bắt đầu oằn lên, nó nhanh chóng sụp đổ hoàn toàn. Điều này một phần do công trình được xây như một cầu giàn liên tục, làm từ giàn thép dài chạy qua ba nhịp chính, thay vì nhiều đoạn nối liền trên chân cầu.
Va chạm với tàu lớn như tàu chở hàng Dali vượt xa tải trọng thiết kế đối với chân cầu thuôn dài bằng bê tông, giúp đỡ cấu trúc giàn. Ngay khi chân cầu bị phá hủy, toàn bộ cấu trúc giàn sẽ sụp đổ cực nhanh, Andrew Barr, nghiên cứu sinh ở Khoa kỹ thuật cấu trúc công trình và dân dụng ở Đại học Sheffield, giải thích.
“Đây là một ví dụ về quá trình mà các kỹ sư gọi là sụp đổ dây chuyền, trong đó hư hỏng ở một bộ phận cấu trúc dẫn tới hư hỏng ở bộ phận bên cạnh, dẫn tới không thể chống đỡ tải trọng mới bên trên. Trong trường hợp này, sự sụp đổ của trụ cầu khiến phần giàn không có vật đỡ bên trên oằn lên và rơi xuống. Do đây là giàn liên tục, tải trọng được tái phân bố. Phần giàn xoay quanh trụ cầu còn lại như bập bênh, tạm thời nâng nhịp ở phía bắc lên cao trước khi lực căng khiến nó cũng sụp xuống. Kết quả là toàn bộ phần giàn sụp đổ xuống mặt nước”, Barr chia sẻ.
An Khang (Theo Independent)
