TOP STORIES TOP VIDEOS Αρθρογραφια Κοινωνία Μετεωρολογία και Κλίμα

Οι γέφυρες και οι καταρρεύσεις τους στο πέρασμα του χρόνου. Η επίδραση του καιρού και του ανέμου στις κατασκευές.

Στις 12 Απριλίου 1831, η κρεμαστή γέφυρα Broughton Suspension κατέρρευσε, λόγω μηχανικού συντονισμού που προκλήθηκε από στρατεύματα που βάδιζαν πάνω της με συγχρονισμένο βηματισμό . Σε άλλες περιπτώσεις  ο άνεμος μπορεί να είναι η αιτία για μηχανικό συντονισμό που οδηγεί σε καταστροφή μιας γέφυρας , όπως έγινε στη γέφυρα Tacoma Narrows το 1940. Ωστόσο, μπορεί να επηρεαστούν και τα κτίρια, όπως συνέβη στο εμπορικό κέντρο 39 ορόφων που ονομάζεται “Techno-Mart” στη Σεούλ της Κορέας, που έπρεπε να εκκενωθεί λόγωσυντονισμού  που ασκούσαν οι δονήσεις ανθρώπων που γυμνάζονταν με ένα αερόβιο άθλημα το Tae Bo το οποίο είναι μείγμα Ταεκβοντό και πυγμαχίας.

ΟΙ ΠΡΩΤΕΣ ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΕΙΣ ΓΕΦΥΡΩΝ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ ΛΟΓΩ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ

Στις 12 Απριλίου 1831, το 60ο Σώμα Τυφεκιοφόρων πραγματοποίησε μια άσκηση στο Kersal Moor υπό τη διοίκηση του υπολοχαγού Percy Slingsby Fitzgerald. Ο γιος του Τζον Φιτζέραλντ ήταν βουλευτής και αδελφός του ποιητή Έντουαρντ Φιτζέραλντ. Όταν οι 74 άντρες επέστρεψαν στους στρατώνες στο Σάλφορντ μέσω της γέφυρας Broughton Suspension και βάδιζαν ανά τέσσερις ο ένας δίπλα στον άλλον, ένιωσαν ότι η γέφυρα  άρχισε αυτή να δονείται με τα βήματά τους. Καθώς βρήκαν τις δονήσεις διασκεδαστικές, κάποιοι από αυτούς άρχισαν να σφυρίζουν μια μελωδία και να διασκεδάζουν με αυτή την κατάσταση.  Η γέφυρα άρχισε να δονείται όλο και περισσότερο και όταν η κεφαλή της στρατιωτικής ομάδας είχε σχεδόν φτάσει στην πλευρά του Πέντλετον άκουσαν έναν ήχο που έμοιαζε με ακανόνιστη εκτόξευση πυροβόλων όπλων, όπως περιγράφηκε αργότερα. Μία από τις σιδερένιες στήλες που στήριζαν τις αλυσίδες ανάρτησης στην πλευρά του ποταμού Broughton έπεσε προς τη γέφυρα, κουβαλώντας μαζί της μια μεγάλη πέτρα από την προβλήτα στην οποία ήταν βιδωμένη. Καθώς η γωνία της γέφυρας δεν στηριζόταν πλέον, έπεσε στο ποτάμι. Περίπου 40 από τους στρατιώτες έπεσαν στο νερό ή πάνω στις αλυσίδες. Ευτυχώς, κανείς δεν σκοτώθηκε, αλλά 20 από αυτούς  τραυματίστηκαν, κάποιοι σοβαρά με σπασμένα οστά και μώλωπες στο κεφάλι.

Μετά το ατύχημα, ο βρετανικός στρατός έδωσε εντολή να «σπάει το βήμα» τους , όταν οι στρατιώτες περνούσαν μια γέφυρα. Ωστόσο, άλλο ένα φρικτό δυστύχημα συνέβη στις 16 Απριλίου 1850 στη Γαλλία. Η γέφυρα Angers, που ονομάζεται επίσης γέφυρα Basse-Chaîne, ήταν μια κρεμαστή γέφυρα πάνω από τον ποταμό Maine στο Angers. Οι στρατιώτες που βρίσκονταν στην περιοχή χρησιμοποιούσαν συχνά τη γέφυρα. Την ημέρα του ατυχήματος, δύο τάγματα του ίδιου συντάγματος είχαν περάσει νωρίτερα εκείνη την ημέρα και το τρίτο έφτασε κατά τη διάρκεια μιας τεράστιας καταιγίδας. Ο άνεμος έκανε τη γέφυρα να ταλαντώνεται . Καθώς οι στρατιώτες διέσχιζαν τη γέφυρα, οι επιζώντες ανέφεραν ότι περπατούσαν σαν μεθυσμένοι και μετά βίας κρατιόντουσαν για να μην πέσουν. Η γέφυρα που είχε πάνω της περισσότερους από 480 στρατιώτες κατέρρευσε και 226 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους κατά τη διάρκεια της καταστροφής.

Η ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΗ ΤΗΣ TACOMA NARROWS BRIDGE το 1940 -ΑΕΡΟΕΛΑΣΤΙΚΟΣ ΠΤΕΡΥΓΙΣΜΟΣ

Στις 7 Νοεμβρίου 1940 το πρωί στην περιοχή Tacoma της Washington των ΗΠΑ συνέβη ένα φοβερά δραματικό γεγονός, αυτό της κατάρρευσης της γέφυρας Tacoma Narrows Bridge στα νερά του Puget Sound. Επρόκειτο για μια κρεμαστή γέφυρα με 1.810 μέτρα μήκος και 12 μέτρα πλάτος η οποία, λίγους μήνες πριν την 1η Ιουλίου 1940 είχε παραδοθεί στην κυκλοφορία.  Η καταστροφή αποτυπώθηκε συμπτωματικά σε κινηματογραφική ταινία, όπου βλέπει κανείς την προοδευτική αύξηση του ύψους ταλάντωσης της γέφυρας σαν συνάρτηση του χρόνου. Η κατάρρευση της γέφυρας καταγράφηκε σε φιλμ 16 mm από τον Barney Elliott, ιδιοκτήτη ενός τοπικού καταστήματος.  Το 1998, το φίλμ «Tacoma Narrows Bridge Collapse» επιλέχτηκε για φύλαξη στο Εθνικό ληξιαρχείο ταινιών των ΗΠΑ και στη Βιβλιοθήκη του Κογκρέσου

Σε πολλά προπτυχιακά κείμενα φυσικής το γεγονός παρουσιάζεται ως ένα παράδειγμα συντονισμού σε εξαναγκασμένη ταλάντωση με τον άνεμο να είναι ο διεγέρτης και να παρέχει μια εξωτερική περιοδική συχνότητα που να ισούται με τη φυσική συχνότητα (ιδιοσυχνότητα) της γέφυρας. Όμως για την ακρίβεια η πραγματική αιτία της αποτυχίας της γέφυρας ήταν κάτι παρεμφερές, δηλαδή ο αεροελαστικός πτερυγισμός που είναι μια αυτοενισχυμένη ταλάντωση λόγω της επίδρασης αεροδυναμικών παραγόντων. Ένας παράγοντας που συνέβαλε ήταν οι συμπαγείς πλευρές της, οι οποίες δεν επέτρεπαν στον άνεμο να περάσει μέσα από το κατάστρωμα της γέφυρας. Έτσι, ο σχεδιασμός της επέτρεψε στη γέφυρα να «πιάσει» τον άνεμο και να ταλαντωθεί πράγμα που τελικά την γκρέμισε. Η αποτυχία της ενίσχυσε την έρευνα στον τομέα της αεροδυναμικής / αεροελαστικότητας των γεφυρών, πεδία που έχουν επηρεάσει τα σχέδια σε όλο τον κόσμο για τις κρεμαστές γέφυρες που χτίστηκαν από το 1940.

Please accept YouTube cookies to play this video. By accepting you will be accessing content from YouTube, a service provided by an external third party.

YouTube privacy policy

If you accept this notice, your choice will be saved and the page will refresh.

Η ταχύτητα του ανέμου που μετρήθηκε εκείνη την ημέρα (68 km/h) δεν ήταν αρκετά υψηλή, ώστε να προκαλέσει την ταλάντωση της γέφυρας. Στο φαινόμενο του αεροελαστικού πτερυγισμού οφείλεται και η δόνηση μιας ταινίας χαρτιού, αν στην αρχή την κρατάμε σφιχτά και φυσήξουμε πολύ δυνατά αμέσως στην άκρη. Πιο συγκεκριμένα, η γέφυρα – λόγω της ταχύτητας του ανέμου – άρχισε σιγά-σιγά να περιστρέφεται. Επέστρεφε, όμως, στην αρχική της θέση εξαιτίας της βαρύτητάς της. Αυτό, όμως, δεν έγινε όταν βρέθηκε σε πολύ μεγάλη απόσταση από την αρχική της θέση!

Ουσιαστικά, η αιτία είναι ότι ο άνεμος δεν κατάφερε να περάσει μέσα από το κατάστρωμα της γέφυρας και “εγκλωβίστηκε” στις συμπαγείς της πλευρές, με αποτέλεσμα να ενισχύσει την ταλάντωση (=επαναλαμβανόμενη περιστροφική κίνηση) της γέφυρας.

Ο άνεμος την οδήγησε προς την αντίθετη κατεύθυνση προκαλώντας έτσι μια πιο βίαιη περιστροφή. Η ίδια διαδικασία επαναλήφθηκε λίγες φορές ακόμα μέχρι που η γέφυρα καταστράφηκε. Ευτυχώς δεν υπήρξαν ανθρώπινα θύματα διότι είχε διακοπεί η κυκλοφορία εκείνο το πρωί.

Ο πρώτος που αντελήφθη τον μηχανισμό πτώσεως της γέφυρας ήταν ο διάσημος Καθηγητής της ρευστομηχανικής στο California Institute of Technology (CALTECH, USA) von Karman, ο οποίος και διετύπωσε την άποψη, ότι η καταστροφή αυτή ήταν περίπτωση συντονισμού από την περιοδική εκπομπή στροβίλων λόγω ανέμου, σύμφωνα με την θεωρία των περίφημων von Karman vortex street που είχε διατυπώσει ο ίδιος. Πέραν της θεωρητικής επεξήγησης κατασκεύασε και ένα μικρό απλοποιημένο λαστιχένιο ομοίωμα της γέφυρας και το τοποθέτησε σε εργαστηριακά ελεγχόμενο ρεύμα αέρα. Σε μια συγκεκριμένη ταχύτητα του αέρα η γέφυρα άρχισε να ταλαντώνεται πάρα πολύ βίαια καθώς όλα τα κυλινδρικά σώματα, όταν τίθενται κάθετα σε μια ροή ρεύματος, θα συμπεριφερθούν ποιοτικά όπως ο κυκλικός κύλινδρος,

Το 1950 σχεδιάσθηκε η μία από τις δύο σημερινές γέφυρες, με τρόπο ώστε τα μέτωπά της να μπορεί να τα διαπερνά ο άνεμος. Δόθηκε στην κυκλοφορία στις 14 Οκτωβρίου 1950. Έχει μήκος 1822 μέτρα, μεγαλύτερο από την αρχική. Οι κάτοικοι της περιοχής την ονόμασαν “Sturdy (=σταθερή) Gertie”, γιατί δεν παρουσιάζει τις διακυμάνσεις που παρουσίαζε η προηγούμενη.  Tο 1998 αποφασίστηκε η κατασκευή μιας νέας γέφυρας, διότι η αύξηση της κυκλοφορίας καθιστούσε ανεπαρκή τη μία γέφυρα. Η παλιά πήρε την κίνηση προς τη Δύση (Westbound bridge), ενώ στη νέα η κυκλοφορία κατευθύνεται προς την Ανατολή (Eastbound bridge). Η νέα γέφυρα δόθηκε στην κυκλοφορία τον Ιούλιο του 2007.

Η ταλάντωση των γεφυρών δεν είναι το μόνο είδος προβλήματος  που συναντάμε εξαιτίας της εκπομπής στροβίλων. Παραπλήσια προβλήματα εμφανίζονται σε υποβρύχιους αγωγούς ( π.χ. διαθέσεως λυμάτων, μεταφοράς πετρελαίου κλπ.) στον πυθμένα της θάλασσας λόγω θαλασσίων ρευμάτων. Αλλά παραδείγματα είναι τα καλώδια μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας που δημιουργούν ήχο, ο οποίος συνήθως είναι μόνο ακουστική ενόχληση, αλλά σε συνδυασμό με το φαινόμενο της κόπωσης υλικών, αυτός ο υψηλής συχνότητας και μικρού μεγέθους ήχος είναι γνωστό ότι σπάει τα καλώδια! 

ΑΛΛΕΣ ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΕΙΣ ΓΕΦΥΡΩΝ ΑΠΌ ΤΟΝ ΑΝΕΜΟ Η ΑΠΟ ΚΑΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ 

  1. Η Omori bridge του εθνικού αυτοκινητόδροµου 229 βρίσκόταν στο χωριό Kamoenai, στην Ιαπωνία και υπέστη σοβαρές ζηµιές από τον τυφώνα Songda στις 8 Σεπτεµβρίου 2004. Αυτή η γέφυρα έχει χτιστεί σε βραχώδη ύφαλο του οποίου η ανύψωση ήταν +0.5m

2. Η I-35W ΉΤΑΝ µια χαλύβδινη δικτυωτή γέφυρα στην Minneapolis των Η.Π.Α., η οποία κατάρρευσε εντελώς την 1 Αυγούστου 2007. Αρχικά η γέφυρα αυτή δόθηκε στην κυκλοφορία το 1967 και τα σχέδια προέβλεπαν δυο λωρίδες κυκλοφορίας ανά κατεύθυνση µε µια εξωτερική λωρίδα επιτάχυνσης/επιβράδυνσης. Το 1988 επαναδιαγραµμίστηκε και προστέθηκε µια επιπλέον λωρίδα για κάθε κατεύθυνση, αυξάνοντας έτσι τον συνολικό αριθµό των λωρίδων σε 8.Πριν την κατάρρευση της γέφυρας και για αρκετούς μήνες έγιναν επισκευές στο οδόστρωμα . Οι επισκευές που πραγµατοποιούνταν ήταν η αφαίρεση 5cm σκυροδέµατος από την επιφάνεια του οδοστρώµατος, η κοπή 100cm αρµού διαστολής από την πλάκα σκυροδέµατος και η αντικατάσταση του, και τέλος η αφαίρεση ενός τµήµατος του οδοστρώματος .  Έτσι το συνολικό φορτίο της κατασκευής ήταν µεγαλύτερο σε σχέση µε τον αρχικό σχεδιασµό .

3. Η γέφυρα NO. SN 019-5010 βρίσκεται στην περιοχή DeKalb County του Illinois και κατέρρευσε στις 19 Αυγούστου 2008. Η γέφυρα αυτή κατασκευάστηκε µε σκοπό την εξυπηρέτηση των τοπικών γεωργικών κοινωνιών και αποτελούνταν από τρία τοξωτά ανοίγµατα µήκους 12.81m και ύψους 4.27m πάνω από την κοίτη του ποταµού.

ΤΙ ΓΙΝΕΤΑΙ ΜΕ ΤΑ ΓΕΦΥΡΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ;

Δεν έχει γίνει ακόμη γνωστός ο ακριβής αριθμός των γεφυρών που υπάρχουν στην Ελλάδα,. Το θέμα επανέρχεται στη δημοσιότητα κάθε φορά που υπάρχει κατάρρευση ή διαπιστωμένο πρόβλημα στατικότητας σε έργα υποδομήςΑρκετά είναι όμως και τα περιστατικά καταρρεύσεων γεφυρών που έχουν σημειωθεί στην Ελλάδα τα τελευταία χρόνια  Σε αυτά συγκαταλέγεται η κατάρρευση της ιστορικής γέφυρας του Κερίτη στα Χανιά ηλικίας 111 ετών τον Φεβρουάριο του 2019 ως αποτέλεσμα έντονης κακοκαιρίας που έπληξε την περιοχή. Την ίδια χρονιά είχε καταρρεύσει και η γέφυρα στον Όλβιο ποταμό, στον Φενέο Κορινθίας. Μεγαλη δημοσιότητα είχε λάβει η κατάρρευση της γέφυρας στην Καβάλα το Νοέμβριο 2018.  Το 2017 είχε καταρρεύσει η γέφυρα στην Ε.Ο. Κομοτηνής – Ιάσμου – Ξάνθης, στο σημείο μεταξύ Πολυάνθου και Ιάσμου, στον ποταμό Κομψάτο, παρά το γεγονός ότι ήταν μόλις 24 ετών.Το 2015 είχε καταρρεύσει το ιστορικό πέτρινο τοξωτό γεφύρι της Πλάκας στον Άραχθο ποταμό, το οποίο ήταν χτισμένο το 1866, και θεωρούνταν το μεγαλύτερο μονότοξο γεφύρι των Βαλκανίων και το τρίτο μεγαλύτερο στην Ευρώπη. 

Μετά το πέρασμα της κακοκαιρίας Daniel και Elias από τη Θεσσαλία θα πρέπει να γίνουν οι απαραίτητοι έλεγχοι σε ολα τα γεφύρια ειδικά της Θεσσαλίας  Τα αίτια κατάρρευσης των γεφυρών ποικίλλουν ανάλογα µε το είδος της γέφυρας. Ωστόσο η συντήρηση µιας γέφυρας στηρίζεται στην σωστή εκτίµηση όλων των παραµέτρων, φυσικών και τεχνικών, που συµβάλλουν στην ολοκλήρωση και την επισκευή της γέφυρας. Γι’ αυτό είναι σηµαντικό να λαµβάνονται υπόψη όλοι οι παράγοντες, όπως η τοπογραφία της γέφυρας, οι κλιµατικές και γεωτεχνικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή, το είδος της κατασκευής, τα υλικά που θα χρησιµοποιηθούν αλλά και ο σωστός προγραµµατισµός των εργασιών. Συµπερασµατικά η κατάρρευση οποιαδήποτε γέφυρας µπορεί να αποφευχθεί δίνοντας ιδιαίτερη προσοχή στους προαναφερθέντες παράγοντες.

Πηγές :  http://www.nwwf.com/profile/piegig.htm, Εξέταση Περιπτώσεων Κατάρρευσης Γεφυρών -Χιώτη Ευσταθία – http://www.enm.bris.ac.uk/research/nonlinear/tacoma/tacoma.html,  http://www.nd.edu/~yzhou/tacoma.html, https://kolydas.eu/2019/02/06/792/

Visited 217 times, 1 visit(s) today
0Shares

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *