Katastrofy mostów – zdarzenia i refleksje, cz. 1

Artykuł podzielono na dwie części. W tej części opisano ogólne przyczyny katastrof mostowych i podano podstawowe informacje statystyczne. W następnej części, która ukaże się w kolejnym numerze, zagadnienia zostaną zilustrowane konkretnymi przykładami i zakończone wnioskami.

Źródła opracowania

Na temat katastrof mostowych ukazała się stosunkowo niedawno monografia [1] autorstwa piszącego te słowa, licząca 226 stron. Przedstawiono w niej szczegółowo problematykę tych zdarzeń w ujęciu historycznym i współczesnym oraz zamieszczono liczne ich opisy. Przykłady te obejmują okres od starożytności do 2020 r. Katastrofy obiektów mostowych były też przedmiotem referatów prezentowanych na konferencjach Awarie Budowlane, w tym także opracowanych przez autora [2–5]. Na podstawie obserwacji kierunków rozwoju mostownictwa oraz analiz przyczyn i skutków katastrof można stwierdzić, że występowały one od zawsze, występują obecnie i zapewne będą występować w przyszłości. Jest to konsekwencją przyczyn obiektywnych (np. kataklizmów klimatycznych – powodzi, huraganowych wiatrów, ulewnych i długotrwałych deszczy) i subiektywnych, wynikających z błędów lub zaniedbań ludzkich (np. niedostatecznej jakości projektowania i wykonawstwa obiektów, niskiego poziomu ich utrzymania, niewłaściwej eksploatacji). Szczegółowe informacje na ten temat można znaleźć w przywołanej już monografii [1].

Informacje o zaistniałych katastrofach mostów można uzyskiwać ze źródeł rozproszonych (publikacji w czasopismach technicznych lub naukowych, doniesień prasowych), ale są one stosunkowo nieliczne i często słabo powszechnie dostępne. Są natomiast dwie obszerne monografie mające zasięg światowy [6–7]. W pierwszej zamieszono szczegółowe opisy 20 katastrof, które wydarzyły się w latach 1847–2003, natomiast w drugiej zestawienie obejmuje aż 440 takich zdarzeń w okresie 1846–2009, przedstawionych w różnym stopniu szczegółowości, a także 96 tylko wzmiankowanych, głównie na podstawie doniesień prasowych (razem więc zarejestrowanych jest 536 katastrof, w tym cztery, które wystąpiły przed 1800 r.).

W tym obszarze tematycznym wydano tylko jedną monografię po polsku [8], opublikowaną w 1986 r., czyli już 38 lat temu [9]. Przedstawiono w niej ogółem 157 katastrof i awarii mostów na świecie, w tym 16 w Polsce w latach 1939–1984, co do których dostępne informacje – jak stwierdzają autorzy – są bardzo znikome. Znacznie nowszą jest monotematyczna pozycja książkowa poświęcona wyłącznie pożarom obiektów mostowych, opublikowana w 2020 r. Natomiast najnowszą monografią dotyczącą katastrof mostowych jest wymieniona już praca [1], wydana w 2021 r.

Nieocenionym źródłem wiedzy o katastrofach obiektów mostowych są dwa rejestry dostępne w Internecie [10–11]. Pierwszy z wymienionych obejmuje 392 katastrofy, które miały miejsce w latach 1813–2009 w 65 krajach świata, ale – według wiedzy piszącego te słowa – nie jest już niestety uzupełniany o tego rodzaju zdarzenia z lat późniejszych. Drugi rejestr jest aktualizowany i obejmuje obecnie (wgląd 11 lutego 2024 r.) łącznie 273 katastrofy z lat 1800–2023 w 58 krajach świata oraz pięć katastrof z czasów starożytnych i średniowiecznych. Oba te rejestry, zwłaszcza [11], na pewno nie są kompletne (por. np. [12–13]), ale stanowią bardzo cenny zbiór informacji. Ze wszystkich wymienionych źródeł korzystano, opracowując monografię [1].

Z oczywistych powodów korzystano w niej z rejestru [11], zakończonego wtedy na roku 2020. W najnowszej wersji tego rejestru wymienionych jest 11 katastrof, które miały miejsce w latach 2021–2023 w sześciu krajach świata – po jednej w Meksyku, Rosji, Filipinach, Norwegii, Indiach i Finlandii oraz pięć w USA (por. tab. 5). Zdarzenia będą przedstawione w drugiej części artykułu.

W nawiązaniu do wymienionych źródeł książkowych i rejestrów warto zauważyć, że w żadnym z nich nie ma ani jednej katastrofy mostowej w Polsce.

Ogólne przyczyny katastrof mostowych

Każda katastrofa mostowa jest oczywiście szczegółowo analizowana przez odpowiednie gremia ekspertów. Ich ustalenia w niektórych przypadkach mogą być niejednoznaczne lub dyskusyjne, zależnie od stopnia skomplikowania badanych zjawisk i zagadnień, jednak prawie zawsze zawierają wskazania dotyczące popełnionych błędów projektowych, wykonawczych lub eksploatacyjnych, które doprowadziły do danej katastrofy – stanowią więc swoistą lekcję na przyszłość. Opinie ekspertów są też zwykle podstawą do postępowań prawnych, w niniejszym opracowaniu świadomie pominiętych.

Zgodnie z klasyfikacją stosowaną tu przez autora przyczyny zaistnienia katastrof mostowych można najogólniej podzielić na dwie podstawowe grupy: obiektywne i subiektywne. Za obiektywne można uważać te, które nie były spowodowane bezpośrednią działalnością człowieka, natomiast za subiektywne – te, które zaistniały z racji działalności człowieka, czyli były konsekwencja błędów ludzkich. Klasyfikację taką przedstawiono w tablicy 1.

Klasyfikacja ta ma znaczenie przede wszystkim porządkowe, przydatne do celu niniejszego opracowania. W rzeczywistości podział na przyczyny obiektywne i subiektywne nie jest zero-jedynkowy, bo np. powodzie mogą być skutkiem zaniedbań ze strony człowieka – braku zbiorników retencyjnych, obwałowań itp. To samo dotyczy pewnej umowności niektórych obiektywnych przyczyn wymienionych w tablicy 1, np. powódź prowadząca do zawalenia obiektu poprzedzona jest zwykle ulewnymi deszczami. Ponadto deszcze takie często powodować mogą osuwiska, których skutkiem jest katastrofa konstrukcji mostowej. Dlatego uporządkowanie przyczyn niektórych katastrof należy traktować miękko. Oczywiście istnieją też przyczyny zdefiniowane jednoznacznie, np. uderzenia statków w podpory mostów [15].

Przyczyny katastrof mostowych przedstawione w tablicy 1 wskazują, że tych subiektywnych jest więcej niż obiektywnych. Ponadto obiektywne mają charakter losowy, nieregularny, klimatyczny, natomiast subiektywne występują w sposób niemal ciągły i są bardziej różnorodne. Oba te stwierdzenia znajdują potwierdzenie statystyczne i wynikają również z analizy źródła [11].

Subiektywne przyczyny katastrof wynikają z wielu powodów. Generalnie można jednak je podzielić na dwie grupy, opisane jako A i B.

Błędy ludzkie:

• A. Projektanci, wykonawcy i eksploatatorzy oraz służby utrzymaniowe dysponują wiedzą odpowiadającą jej aktualnemu stanowi i ją dobrze zastosowali, ale okazała się ona niewystarczająco kompletna, aby zapobiec katastrofie.
• B. Projektanci, wykonawcy i eksploatatorzy oraz służby utrzymaniowe nie posiedli aktualnie dostępnego stanu wiedzy lub z niej źle korzystali. 

Grupa A obejmuje sytuacje, w których dany obiekt mostowy został zaprojektowany, zbudowany, eksploatowany i utrzymywany zgodnie z ówczesnym stanem wiedzy i z obowiązującymi wtedy normami i przepisami. Katastrofa jednak wystąpiła dlatego, że stan wiedzy oraz wymagania formalne nie ujmowały niektórych zagadnień, bo nie były znane, lub ujmowały je w sposób niekompletny, a nawet błędny. Jako przykłady można podać choćby efekty pełzania betonu jako zjawiska odkrytego dopiero przez Freyssineta na początku XX w. lub brak dostatecznego poznania stateczności lokalnej przekrojów cienkościennych, stalowych dźwigarów skrzynkowych do mniej więcej lat 70. XX w. [1].

Grupa B dotyczy sytuacji, w których w projektowaniu, wykonawstwie, eksploatacji i utrzymaniu obiektów mostowych nie wykorzystano aktualnego stanu wiedzy budowlanej lub obowiązujących norm i przepisów, popełniając przez to tragiczne często w skutkach błędy.

Oczywiście zakres odpowiedzialności w obu grupach jest różny. W odniesieniu do grupy A trudno jest nawet stawiać zarzuty, natomiast w odniesieniu do grupy B zakres ten jest o wiele większy, a zarzuty co do winy za wystąpienie katastrofy są bardziej oczywiste i znacznie łatwiejsze do sformułowania. Gdyby zastosowano aktualną wtedy wiedzę, do wielu katastrof po prostu by nie doszło.

Subiektywne przyczyny katastrof mostowych są najczęściej konsekwencją niedbałości w projektowaniu, wykonawstwie, eksploatacji i utrzymaniu obiektów oraz nieświadomości i lekkomyślności ludzi. Zagadnieniom z tym związanym poświęcona jest jedna z poprzednich prac autora [5].

Podstawowe informacje statystyczne

Aby uświadomić ogrom tragedii ludzkich i strat materialnych powstałych wskutek katastrof mostowych, zamieszczono dalej podstawowe dane statystyczne na ich temat, opracowane i skomentowane przez autora na podstawie głównie źródła [11]. Jest ono, jak już wspomniano, dostatecznie obszerne i na bieżąco aktualizowane, choć na pewno nie obejmuje wszystkich tego rodzaju zdarzeń.

W tablicy 2 zaprezentowano dane liczbowe dotyczące obiektywnych i subiektywnych przyczyn katastrof mostowych, a na rycinie 1 pokazano to graficznie.

Na podstawie tablicy 2 i ryciny 1 można sformułować następujące spostrzeżenia.

• Katastrofy, których przyczyny można zakwalifikować jako obiektywne, stanowią znacznie mniejszy procent ogółu takich zdarzeń (16%). Znaczna przewaga przyczyn subiektywnych, a więc będących konsekwencją błędów ludzkich, dotyczy każdego zakresu lat i zawarta jest w granicach od 80% do 86%, a zatem w niewielkim przedziale procentowym.
• Łączna liczba katastrof zarejestrowanych na liście [11] wraz z upływem czasu rośnie – w XIX w. było ich 37, w XX w. 26 + 79 = 105 i w XXI w. (do 2023 r.) aż 142. Liczba zarejestrowanych katastrof wywołanych przyczynami subiektywnymi także rośnie wraz z upływem czasu – w XIX w. było ich 32, w XX w. – 84 oraz w XXI w. (do 2023 r.) – 122 (por. tab. 2). Ten wzrost wynika z jednej strony ze starzenia się eksploatowanej infrastruktury mostowej, a z drugiej – z zaniedbań w jej utrzymaniu oraz błędów projektowych i wykonawczych. Zasygnalizowany tu problem może w następnych latach narastać, co stanowi ważne ostrzeżenie. Wymagać też należy podniesienia jakości wszelkich inspekcji i kontroli obiektów mostowych, ponieważ w wielu przypadkach w okresie bezpośrednio poprzedzającym katastrofę czynności te przeprowadzano, nie stwierdzając żadnych symptomów nadchodzącego niebezpieczeństwa.

Skutki katastrof mostowych, w większości wyrażone w liczbach ofiar śmiertelnych i rannych, są tragiczne. Dane na ten temat przedstawiono w tablicy 3 i na rycinie 2. Należy je traktować orientacyjnie, bo w źródle [11] w wielu przypadkach są adnotacje, że dokładna liczba ofiar, również osób zaginionych (czyli także zabitych) lub rannych, nie jest znana. Faktycznie więc liczby zabitych lub poszkodowanych są na pewno większe od podanych.

Na podstawie tablicy 3 i ryciny 2 można sformułować następujące spostrzeżenia.

• Łączna liczba orientacyjnie ustalonych ofiar śmiertelnych we wszystkich katastrofach zarejestrowanych na liście [11] jest równa 10 653, natomiast orientacyjna liczba osób rannych – 2299 (por. tab. 3). Ogromna liczba osób, które poniosły śmierć w XIX w., wynika głównie z największych w dziejach katastrof. Pierwsza to zniszczeniu mostu w portugalskim Porto, który w 1809 r. uległ zerwaniu i zatopieniu pod ciężarem tłumu uciekającego w popłochu przez wojskami napoleońskimi – pochłonęła ona ok. 4000 ofiar. Druga to katastrofa japońskiego mostu Eitai-bashi w 1807 r., który uległ zawaleniu pod wpływem przeciążenia tłumem widzów obserwujących festiwal na rzece – liczba ofiar śmiertelnych wyniosła ok. 1500. W XX w. liczba ofiar śmiertelnych wyniosła według [11] 732 + 1654 = 2386, natomiast w XXI w. (do 2023 r.), już 1171. Oby liczba ofiar w XXI w. zmalała.
• Z wyjątkiem szczególnie tragicznego wieku XIX, w którym odsetek katastrof z osobami zabitymi i rannymi wynosił aż 89% wszystkich zaistniałych wtedy tego rodzaju zdarzeń, w XX i XXI w. odsetek ten jest zawarty w stosunkowo wąskim przedziale od 57% do 62%.
• Warto zwrócić uwagę, że liczba osób zabitych w wyniku katastrof mostowych w drugiej połowie XX w., a więc w czasach dla wielu z nas współczesnych, była dwa, trzy razy większa od liczby katastrof w pierwszej połowie XX w. Było to zapewne konsekwencją większej ich liczby (z 16 do 45 – por. tab. 3), starzenia się obiektów w wielu przypadkach wykazujących błędy projektowe i wykonawcze oraz niedostatecznego poziomu utrzymania i zwiększonej intensywności ciężkiego ruchu. Znów zatem o zwiększonej liczbie katastrof decydowały przyczyny subiektywne.

Następnym wartym podkreślenia zagadnieniem jest rozpatrzenie liczby katastrof mostowych w zależności od ich podstawowych przyczyn. Jest to przedstawione na podstawie obszernej monografii [7], która obejmuje lata od 1846 r. do tylko 2009 r., ale można w niej znaleźć – jak już wspomniano w pierwszym rozdziale niniejszego tekstu – opisy aż 440 tego rodzaju zdarzeń. Dane liczbowe na ten temat przedstawiono na rycinach 3a i 3b.

Na ich podstawie można sformułować następujące spostrzeżenia.

• Najwięcej katastrof wystąpiło podczas budowy, remontów i modernizacji obiektów oraz w trakcie użytkowania, głównie wskutek przeciążenia konstrukcji (odpowiednio 23,9% i 24,3% ogólnej liczby katastrof, czyli niemal tyle samo). Zwraca uwagę relatywnie duża liczba katastrof rusztowań (60, czyli 13,6%) oraz spowodowanych uderzeniami taboru pływającego (59, czyli 13,4%). Liczba katastrof spowodowanych uderzeniami taboru drogowego lub kolejowego na obiekcie i pod nim jest równa w sumie 40 (9,1%), co stanowi tyle samo, co katastrofy spowodowane powodziami, parciem lodu i oddziaływaniem wiatru, czyli klęskami żywiołowymi, które zaliczono tu do przyczyn obiektywnych.
• Do najczęstszych subiektywnych powodów katastrof mostów należy ich przeciążenie pojazdami z ładunkiem lub tłumem ludzi. Znane są przypadki, że obciążenia te przekraczają nawet ponad sześciokrotnie oficjalnie określoną nośność [5]. Lekceważenie administracyjnie wprowadzonych ograniczeń przynosi często tragiczne skutki.

Ostatnią poruszoną tu kwestią jest informacja o liczbie katastrof mostowych na kontynentach świata. Syntetyczne dane na ten temat przedstawiono w tablicy 4 i na rycinie 4. 

Na podstawie tablicy 4 i ryciny 4 można sformułować następujące spostrzeżenia.

• Według źródła [11] najwięcej katastrof mostowych w historii nastąpiło w Ameryce Północnej – łącznie 111, i to w dwóch tylko krajach: Kanadzie i USA (w znakomitej większości), oraz w Europie – łącznie 81 w prawie 20 krajach. Liczba tych katastrof wykazuje wraz z upływem czasu tendencję rosnącą. Dużą liczbę katastrof w Europie, a zwłaszcza w USA, tłumaczy gwałtowny rozwój sieci drogowej i kolejowej w okresie rewolucji przemysłowej oraz wzrost intensywności ruchu i obciążeń taborem w następnych dekadach aż do czasów nam współczesnych, przy wspominanych już brakach w utrzymaniu obiektów w należytym stanie technicznym.
• Warto zwrócić uwagę, że w przedziałach lat 1950–1999 i 1999–2023 wzrosła liczba katastrof mostowych w Azji, głównie za sprawą rozwoju gospodarki i transportu w Chinach i jego wpływu na infrastrukturę mostową w tym kraju. Jak już sygnalizowano, informacje przedstawione w rejestrze [11] są dalece niepełne. Wiadomo np., że tylko w latach 2000–2014 zanotowano w Chinach 302 katastrofy drogowych obiektów mostowych, które pochłonęły ok. 670 ofiar śmiertelnych i spowodowały obrażenia u ok. 1500 osób [12]. Tę niekompletność potwierdza dodatkowo dysertacja doktorska z 2014 r. [13], w której zebrano informacje o 240  katastrofach mostowych zaistniałych tylko w USA w latach 1987–2011. Więcej informacji na ten temat znaleźć można w monografii [1].

Literatura

[1] Radomski W.: Katastrofy mostów – historia i teraźniejszość. Wrocławska Seria Wydawnicza Inżynierii Mostowej, t. 14. Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne. Wrocław 2021.
[2] Radomski. W.: Społeczne skutki awarii mostów – przykład warszawski. Materiały XXI Konferencji Naukowo-Technicznej Awarie Budowlane, Szczecin – Międzyzdroje, 20–23 maja 2003. Wydawnictwo Uczelniane Poltechniki Szczecińskiej. Szczecin 2003, s. 209–235.
[3] Radomski W.: Dynamiczne przyczyny awarii mostów. Materiały XXIII Konferencji Naukowo-Technicznej Awarie Budowlane, Szczecin – Międzyzdroje, 23–26 maja 2007. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej. Szczecin 2007, s. 131–150.
[4] Radomski W.: Katastrofy i awarie mostów a rozwój wiedzy budowlanej. Materiały XXV Konferencji Naukowo-Technicznej Awarie Budowlane, Szczecin – Międzyzdroje, 24–27 maja 2011. Wydawnictwo Uczelniane Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Techologicznego w Szczecinie. Szczecin 2011, s. 153–174.
[5] Radomski W.: Katastrofy mostów na własne życzenie. Materiały XXX Konferencji Naukowo-Technicznej Awarie Budowlane, Szczecin – Międzyzdroje, 23–27 maja 2022. Wydawnictwo Uczelniane Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Techologicznego w Szczecinie. Szczecin 2022, s. 81–104.
[6] Åkesson B.: Understanding Bridge Collapses. Taylor & Francis, 2008.
[7] Sheer J.: Failed Bridges. Case Studies, Causes and Consequences. Ernst & Sohn, 2010. 
[8] Jarominiak A., Rosset A.: Katastrofy i awarie mostów. WKiŁ. Warszawa 1986. 
[9] Zobel H. at.al.: Pożary mostów. PWN. Warszawa 2020.
[10] Bridge Collapse Database (online). BridgeForum, University of Cambridge, Department of Engineering, 2023. Dostępny w Internecie: https://www.bridgeforum.org/dir/collapse/ (dostęp 26 czerwca 2024).
[11] List of bridge failures (online). Wikipedia, 5 June 2024. Dostępny w Internecie: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_bridge_failures (dostęp 17 czerwca 2024).
[12] Xu F.Y. et al.: Recent Highway Bridge Collapses in China: Review and Discussion. „Journal of Performance of Constructed Facilities” 2016, Vol. 30, Issue 5, https://doi.org/10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000884.
[13] Cook W.: Bridge Failure Rates. Consequences and Predictive Trends, DPh Thesis, Utah State University, Logan, Utah, USA, 2014.