Schots en scheef de rivier in: de I-35W Bridge

Hij stort op 1 augustus 2007 in: de I-35W Bridge over de rivier de Mississippi in Minneapolis. Tijdens de avondspits bevinden zich ongeveer honderd voertuigen op de stalen vakwerkbrug, waaronder een bus met schoolkinderen die terugkeren van een uitje naar een waterpretpark, van wie er tien lichtgewond raken. Enkele auto’s vliegen in brand en een vijftigtal verdwijnt in de vijfendertig meter lager gelegen rivier die de twee stadsdelen van Minneapolis van elkaar scheidt.

Dagelijks rijden 140.000 voertuigen over de stalen vakwerkbrug, die met drie overspanningen boven de rivier een lengte heeft van driehonderd meter. Er wordt op dat moment onderhoud gepleegd: de verlichting, de vangrails en het wegdek worden vervangen. Een van de veertig onderhoudswerkers springt in de rivier en overleeft het niet, enkele anderen raken gewond.

County sheriff Richard Stanek, die later het rampenteam coördineert, gelooft het aanvankelijk niet als hij via de radio berichten over de ramp verneemt. Ongelovig telefoneert hij om zich ervan te overtuigen dat het waar is. De eerste reddingswerkers die ter plekke aankomen, treffen er een chaos aan, met mensen die zich aan brugleuningen vastklampen en om hulp roepen. Uit video-opnames van beveiligingscamera’s en getuigenverklaringen blijkt dat het brugdek van de pijlers afschoof en binnen enkele seconden in delen schots en scheef in en boven de rivier terechtkwam.

Een thuiswedstrijd van honkbalclub The Minnesota Twins tegen The Kansas City Royals in een stadion vlakbij de brug die op het punt staat te beginnen, gaat op aanraden van politie en veiligheidsmensen toch door, omdat anders 25.000 bezoekers terugkeren in het verkeer, wat tot chaos kan leiden. Reddingswerkers die de hele nacht doorwerken, worden gehinderd doordat voertuigen onder brugdelen en puin bedolven zijn en door de zware stroming in de rivier die ruim drie keer sneller dan normaal is, mede veroorzaakt door de gevallen brugdelen die een vrije watergang blokkeren. Het US Army Corps of Engineers laat bij de Ford Dam het waterpeil zestig centimeter zakken om zo te water geraakte voertuigen gemakkelijker te kunnen opsporen in het troebele rivierwater.

Inspecteur Jeff Storms, die het duikteam coördineert, vertelt achteraf:

Het was haast surrealistisch toen ik er aankwam. De brokstukken en weggeslagen brugdelen waren gigantisch groot, sommige lagen er wankel bij en verschoven voortdurend, waardoor ze een gevaar vormden voor de duikers. Een uur nadat de brug was ingestort, wisten we dat mogelijke slachtoffers die zich onder water bevonden, het niet overleefd hadden. Bij één auto, die we ten zuiden van de brug aantroffen, konden geen duikers komen vanwege een olie- en benzinelaag op het water.

De volgende morgen stelt sheriff Stanek dat nog onbekend is hoeveel slachtoffers er in de auto’s aanwezig waren: “Om eerlijk te zijn: het is een ontzettende ravage.” Drie dagen later bezoekt president Bush de locatie. Hij prijst de inzet van de reddingswerkers en met name van de vierentwintigjarige Cary Babincau, die hielp kinderen te redden uit de schoolbus, terwijl hij zich op een sterk hellend brugdek bevond.

Achteraf blijken er 145 gewonden te zijn gevallen en dertien doden, waarvan de laatste pas na drie weken geborgen worden. Al na een jaar is er een vervangende betonnen brug gebouwd, die 18 september 2008 wordt geopend.

Saint Anthony Falls Bridge

De I-35W Bridge, ook wel Saint Anthony Falls Bridge genoemd, is een 34,5 meter brede achtbaansbrug. Hij kostte 5,2 miljoen dollar en kwam in 1967 gereed. Er bestaan ruim achthonderd van deze vakwerkbruggen in de Verenigde Staten, met betonnen pijlers, een stalen opbouw en betonnen wegdek. Professor Frans Bijlaard van de onderzoeksgroep Staalconstructies van de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen van de TU Delft vertelde in 2010:

Het is een brug waarbij het verband tussen de boven- en gebogen onderrand gevormd wordt door verticale en diagonale staven. Bij de knooppunten worden schetsplaten toegepast om ze met elkaar te verbinden. Die knoopplaten zijn aan weerskanten van die samenkomende staven gelast of met bouten of klinknagels bevestigd.

De brug werd al in 1990 door de federale overheid gekenmerkt als structurally deficient ofwel constructief gebrekkig. Er was tijdens inspecties al enige roestwerking en gebrekkig laswerk aangetroffen. Een inspectierapport uit 2001: “Hoewel er geen scheuren door metaalmoeheid in het brugdek zijn geconstateerd, zijn er veel tekenen van metaalmoeheid in het vakwerk en de brugdekconstructie.” Bijlaard reageerde:

Als je zulke ernstige vermoeiingsschade tijdens visuele inspecties waarneemt, loop dan maar heel hard weg, want dan is het echt niet veilig.

Toch werd geconcludeerd dat vervanging van de brug uitgesteld kon worden, terwijl hij in 2005 slechts vijftig punten op een schaal van honderd voor structurele stabiliteit behaalde. Slechts 4% van de Amerikaanse bruggen scoorde zo laag. Maar professor Norbert J. Delatte, verbonden aan het Department of Civil and Environmental Engineering van de Cleveland State University, stelt in zijn boek Beyond failure: forensic case studies for civil engineers dat zoiets niet zorgwekkend is en dat één op de acht bruggen in de VS onder deze categorie valt.

Eveneens in 2005 publiceerde de American Society of Civil Engineers een rapport waaruit bleek dat een derde van de Amerikaanse bruggen in stedelijke gebieden gebreken vertoont. Dit komt onder andere door de steeds grotere belasting van het toegenomen wegverkeer. Bijlaard: “Vaak komt vermoeiingsschade inderdaad voor door de meer dan verwachte toename van vooral vrachtverkeer.” Hoewel er in 2006 opnieuw scheurvorming en vermoeiing wordt geconstateerd, meende Tim Pawlenty, gouverneur van Minnesota, dat de brug nog tot 2020 meekon, waarna alleen het brugdek vervangen zou moeten worden. Bijlaard: “Die gouverneur zal wel spijt hebben van die uitspraak.”

Meteen na de ramp stelt de NTSB (National Transportation Safety Board) een onderzoek in en in november 2008 verscheen het eindrapport. De hoofdoorzaak bleek een ontwerpfout: zestien te dunne knoopplaten, waarvan er een bezwijkt als het wegdek wordt belast door voertuigen én onderhoudsmaterialen. De fatale hoekstukken in de vakwerkconstructie bleken slechts 12,7 millimeter dik, terwijl dat 25,4 millimeter had moeten zijn. Doordat er bovendien te kleine veiligheidsmarges zijn aangehouden, ontstond een kettingreactie waardoor de brug instortte.

Bijlaard concludeerde:

Doordat die knoopplaten te dun waren, is er mogelijk vermoeiingsschade bij deze verbindingen opgetreden, vooral door wisselende belasting vanwege meer en minder verkeer. De fout kan gemaakt zijn tijdens het ontwerpen, in de fabriek of tijdens de bouw: iemand heeft een blunder gemaakt. Ook bij de bouwinspecties is niet opgevallen dat ze dunner waren dan nodig was. Vaak bestaan er geen tekeningen meer van bruggen die nog functioneren, zodat niet gemakkelijk te achterhalen is, waar en door wie de fout precies gemaakt is.

Naar aanleiding van de ramp met de I-35W Bridge werd bij andere soortgelijke bruggen gecontroleerd of de knoopplaten wel dik genoeg waren. Dat bleek wel het geval te zijn. Als secundaire oorzaak geldt dat de aannemer die het onderhoud uitvoerde veel materiaal had opgeslagen op de brug: aggregaten, zand, water en voertuigen. In totaal ging het om circa 260.000 kilo aan onderhoudsapparatuur en -materiaal, dat volgens het onderzoek bovendien bij toeval op de meest zwakke plekken van de brug was geplaatst. Senator Kathy Salzman, lid van een onderzoekscommissie, vroeg zich af hoe het kon dat die extra belasting geen vragen had opgeroepen.

De ramp fungeerde als een wake-upcall: de FHWA (Federal Highway Administration) adviseerde de staten kort daarna zevenhonderd bruggen met een vergelijkbare constructie te inspecteren.Ook rezen er vragen waarom deze ontwerpfout pas na veertig jaar werd ontdekt door een extern onderzoeksbureau. Delatte gaf daar in zijn boek antwoord op. Volgens hem valt zo’n ontwerpfout tijdens routine-inspecties niet op, omdat er alleen naar de conditie en niet naar de dikte van knoopplaten wordt gekeken.

Professor Henri Petroski, docent Geschiedenis van de Civiele Techniek aan de Duke University in Durham (VS), schreef drie dagen na de ramp in de Los Angeles Times dat de ramp met de I-35W Bridge niet op zich staat: na het instorten van twee bruggen in 1983 en 1987 werd al geconcludeerd dat inspecties slecht werden uitgevoerd en de onderhoudsprocedures gebrekkig waren. Twee weken na de ramp schreef Samuel Schwartz, voormalige chief engineer van het New York City Department of Transportation in de New York Times:

De Verenigde Staten besteden vergelijkenderwijs slechts een fractie van wat andere landen uitgeven aan onderhoud van de infrastructuur.

Hij pleitte voor regelmatiger inspecties en het ontwikkelen van betere inspectiemethoden zoals sensoren die scheuren detecteren.

In het boek Leren van Instortingen. Waarom bruggen en gebouwen soms instorten en hoe dat is te voorkomen! is op een foto duidelijk te zien dat de hoekverbindingen van de I-35W-brug voor de ramp aangetast waren door roest. In dat boek memoreert professor Frans van Herwijnen, tot 2009 hoogleraar Constructief bouwen aan de TU Eindhoven, ook hoe twijfelachtig de inspectiemethodes waren:

De FHWA testte in 2001 de deskundigheid van vijftig bruggeninspecteurs bij een brug in de staat Virginia. Slechts twee inspecteurs ontdekten kleine scheurtjes in het staal en twaalf ontdekten kruip in schroefboutverbindingen. Het verdient daarom aanbeveling sensoren te gebruiken voor het inspecteren van bruggen.

De krant USA Today meldde enige tijd na de ramp dat de instorting van de I-35W-brug inderdaad geen opzichzelfstaande gebeurtenis was: na stringentere inspecties in South Dakota (waar 25% van de bruggen gebreken vertoonde) en vijftien andere staten, werden uit voorzorg bruggen gesloten, gewichtsbeperkingen ingesteld of reparaties uitgevoerd.

Volgens de American Society of Engineers zou het minstens 188 miljard dollar kosten om alle 70.000 bruggen in de VS te repareren, die als ‘structurally deficient’ worden betiteld. En Gregory Cohen, president van The American Highway Users Alliance, stelde dat jaarlijks 15 miljard dollar te weinig wordt geïnvesteerd: ‘Helaas zijn dit de fatale gevolgen als je consequent te weinig investeert in wegen en bruggen’. Bijlaard:

De staat van onderhoud van bruggen is in de VS is inderdaad zeer ernstig en ja, als je maar blijft roepen dat je geen belasting wilt betalen, is er weinig geld voor de infrastructuur en gebeurt er een aantal dingen niet.