Η κατάρρευση της γέφυρας του FIU: Χρειαζόμαστε “αργή μηχανική”;


Άρθρο του καθηγητή
Bernie Carlson* στο Forbes

Το απόγευμα της Πέμπτης, 15 Μαρτίου 2018, η γέφυρα από σκυρόδεμα που προορίζεται να συνδέει την πανεπιστημιούπολη Miami του Διεθνούς Πανεπιστημίου της Φλώριδας (FIU) με την κατοικημένη γειτονιά του Sweetwater, κατέρρευσε σε οκτώ λωρίδες κυκλοφορίας στη νοτιοδυτική 8η οδό.

Αποτελούμενη από ένα σκελετό από σκυρόδεμα I-beam μήκους 174 ποδιών, η ελλιπής γέφυρα, με 950 τόνους σκυροδέματος πλάκωσε τα διερχόμενα από κάτω της αυτοκίνητα, σκοτώνοντας έξι άτομα. Την εποχή της κατάρρευσης, οι κατασκευαστές σφίγγανε τις χαλύβδινες ράβδους στο σκυρόδεμα και οι μηχανικοί ανησυχούν ότι αυτή η διαδικασία μπορεί να συνέβαλε στην κατάρρευση.

Τον περασμένο μήνα, ξεκίνησαν έρευνες τόσο από το Εθνικό Συμβούλιο Ασφάλειας των Μεταφορών των ΗΠΑ, όσο και από την εταιρεία που κατασκεύαζε τη γέφυρα. Κατά πάσα πιθανότητα, οι εμπειρογνώμονες θα καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι η κατάρρευση δεν μπορεί να εξηγηθεί από μία μόνο αιτία, αλλά ήταν μάλλον αποτέλεσμα μιας «τέλειας θύελλας» παραγόντων που συναντήθηκαν τραγικά το απόγευμα της Πέμπτης. Ο πρώην πρόεδρος της Αμερικανικής Εταιρείας Πολιτικών Μηχανικών (ASCE), Andy Hermann, δήλωσε στο ABC News: «Θα μπορούσε να είναι υλικά, θα μπορούσε να είναι τεχνική κατασκευής, θα μπορούσε να είναι ο ίδιος ο σχεδιασμός”.

VIDEO: Η Κατάρρευση της Γέφυρας

Ως εκπαιδευτικός μηχανικών, παλεύω με αυτό που οι μαθητές μου πρέπει να μάθουν από αυτό το ατύχημα. Όπως υποστήριξε ο μηχανικός και ο ιστορικός Henry Petroski, η μηχανική έχει μακρά παράδοση μάθησης από τη αποτυχια.  Μόνο με την ώθηση των ορίων των υλικών, του δομικού σχεδιασμού και της μαθηματικής ανάλυσης οι μηχανικοί ανακαλύπτουν τα όρια μεταξύ του εφικτού και του ανέφικτου.

Αλλά αντί να παρακολουθώ για άλλη μια φορά, θέλω να καλέσω τους μαθητές μου να σκεφτούν αν χρειαζόμαστε μια νέα φιλοσοφία μηχανικού σχεδιασμού. Ίσως αυτό που χρειαζόμαστε είναι μια φιλοσοφία της Slow Engineering, εμπνευσμένη από το Slow Food Movement.

Το Κίνημα Slow Food ξεκίνησε το 1986 στην Ιταλία ως αντίδραση στα εστιατόρια γρήγορου φαγητού και στη συνέχεια διεθνοποιήθηκε. Η κίνηση, που ιδρύθηκε από τον Carlo Petrini, υπογραμμίζει πόσο σημαντικό είναι να προσφέρουμε σε όλη την ανθρωπότητα τρόφιμα που είναι καλά (θρεπτικά), καθαρά, που δεν έχουν υποστεί χημική επεξεργασία) και δίκαια (δεν καλλιεργούνται ή συλλέγονται από εργαζόμενους με χαμηλή αμοιβή). Το Slow Food Movement ενθαρρύνει τους ανθρώπους να απολαύσουν τη γεύση των τοπικών συστατικών και τους τρόπους με τους οποίους το φαγητό εμπνέει.

Το 2015, ο Ed Quesenberry  πρότεινε ότι η αργή μηχανική θα μπορούσε να επικεντρωθεί στην υπερπήδηση της αμείλικτης φετίχ για την ταχύτητα και να εξετάσει πώς η υπόθεση ότι «ο χρόνος είναι χρήμα” υπόγειες μεγάλο μέρος της μηχανικής πρακτικής. Αλλά νομίζω ότι η Slow Engineering μπορεί να σκάψει βαθύτερα σε αυτό που κάνει για καλό και απλό σχεδιασμό.

Ενώ το Κίνημα Slow Food μας προσκαλεί να γιορτάσουμε τη γεύση και την ευγένεια, οι δηλώσεις του κινήματος δεν λένε πολλά για το πώς επιτυγχάνεις αυτές τις αρετές. Ως αφοσιωμένος μάγειρας στο σπίτι, έχω διαπιστώσει ότι επιτυγχάνετε αυτές τις αρετές δίνοντας προσοχή σε τρία στοιχεία: συστατικά, τεχνικές μαγειρέματος και περιβάλλον.

Για το Slow Engineering, πρέπει να κάνουμε τα ίδια και θα πρότεινα αυτά τα στοιχεία να μας επιτρέψουν να σκεφτούμε την «τέλεια καταιγίδα” που προκάλεσε την τραγική κατάρρευση της γέφυρας του FIU.

Ας ξεκινήσουμε με τα συστατικά. Ένα κεντρικό δόγμα του κινήματος Slow Food είναι να μαγειρεύει με τα καλύτερα συστατικά, αντλώντας ιδιαίτερα από τα τοπικά φρέσκα συστατικά μιας περιοχής. Για τη γέφυρα FIU, το βασικό συστατικό ήταν το σκυρόδεμα στο οποίο οι σχεδιαστές πρόσθεσαν το οξείδιο του τιτανίου, ελπίζοντας ότι η γέφυρα θα ήταν αυτοκαθαριζόμενη και θα παραμείνει φωτεινά λευκή.

Σκέφτομαι, σαν Slow Engineers, θα ενθάρρυνα τους μαθητές μου να ρωτήσουν: Οι κατασκευαστές χρησιμοποίησαν το καλύτερο διαθέσιμο σκυρόδεμα, αναμειγμένο με τις προδιαγραφές του σχεδιαστή; Τι αντίκτυπο [αν υπάρχει] έχει το οξείδιο του τιτανίου στη δύναμη του σκυροδέματος; ”

Στο μαγείρεμα, είναι σημαντικό να μην ξεχάσετε να προσθέσετε τα βασικά συστατικά. Το κεντρικό φέρον στοιχείο της γέφυρας FIU ήταν το σκυρόδεμα δοκού Ι που κατασκευάστηκε στη θέση και στη συνέχεια ανυψώθηκε στη θέση του. Ο πλήρης σχεδιασμός  θα έπρεπε να περιλαμβάνει έναν πυλώνα ύψους 109 ποδιών από τον οποίο οι σωλήνες – που μοιάζουν μάλλον με τα καλώδια σε μια ανάρτηση – θα είχαν επεκταθεί μέχρι την κορυφή της δοκού για να προσθέσουν σταθερότητα στη δομή. Οι φοιτητές μηχανικών θα μπορούσαν να ρωτήσουν γιατί το συνεργείο κατασκευής ρύθμιζε τις ράβδους τάνυσης του χάλυβα πριν ο πυλώνας και οι σωλήνες ήταν στη θέση του.

Στη συνέχεια, ας εξετάσουμε τις τεχνικές μαγειρέματος. Εάν προετοιμαζόμασταν, ας πούμε, ένα πιάτο βοείου κρέατος, θα εξετάζαμε αν θα ψήσουμε, θα μαγειρέψουμε ή θα ψήσουμε το κρέας. Στην περίπτωση του σκυροδέματος, η βασική τεχνική είναι η θεραπεία.  Είμαστε όλοι εξοικειωμένοι με το να παρακολουθούμε το τσιμεντένιο φορτηγό να ανεβαίνει σε ένα εργοτάξιο και να χύσει σκυρόδεμα σε ένα θεμέλιο ενός κτιρίου, αλλά η διαδικασία είναι στην πραγματικότητα πολύ πιο πολύπλοκη.

Στο εργοστάσιο σκυροδέματος, το νερό, το τσιμέντο και τα αδρανή [όπως η άμμος ή το χαλίκι] αναμειγνύονται προσεκτικά μεταξύ τους και στη συνέχεια μεταφέρονται στο εργοτάξιο ενώ αναδεύονται συνεχώς [εξ ου και ο κύλινδρος του τσιμεντένιου φορτηγού].  Οποιαδήποτε καθυστέρηση μπορεί να σημαίνει ότι ένα στρώμα του σκυροδέματος αρχίζει να προεξέχει από το επόμενο, δημιουργώντας μια ψυχρή άρθρωση και εξασθενίζοντας τη συνολική δομή. Μόλις χυθεί το σκυρόδεμα, δεν στεγνώνει απλά, αλλά πρέπει να ενυδατωθεί προσεκτικά για μέρες ή και εβδομάδες, κατά τη διάρκεια του οποίου θεραπεύεται και αποκτά δύναμη. Οι προσπάθειες επιτάχυνσης της διαδικασίας σκλήρυνσης μπορούν να έχουν ως αποτέλεσμα μια δομή σκυροδέματος να μην έχει τη δύναμη που απαιτείται για τη μεταφορά του φορτίου της γέφυρας ή του κτιρίου. Ως εκ τούτου, από μια άποψη Slow Engineering, οι μηχανικοί πρέπει να ενημερωθούν για όλα τα βήματα που σχετίζονται με τη θεραπεία του σκυροδέματος.

Θα είναι επίσης σημαντικό να εξεταστεί η διαδικασία με την οποία κατασκευάστηκε η γέφυρα FIU. Αντί να εμποδίζει την κυκλοφορία στη νοτιοδυτική 8η οδό για εβδομάδες στο τέλος, η εταιρεία χρησιμοποίησε το Accelerated Bridge Construction (ABC) για να συναρμολογήσει το τσιμεντένιο δοκάρι I-beam μαζί με την 8η οδό και στη συνέχεια να το μετακινήσει στη θέση του. Αυτή η καινοτόμος τεχνική μπορεί να εξοικονομήσει χρόνο και χρήμα, αλλά απαιτεί από τους μηχανικούς να εξετάσουν εάν το υλικό στη δομή μπορεί να χειριστεί τις καταπονήσεις που προέρχονται από τη μετακίνηση.

Τέλος, ο αργός μάγειρας εξετάζει το πλαίσιο του γεύματος. Το φαγητό θα καταναλωθεί αμέσως; Θα πρέπει να διατηρείται ζεστό ενώ προετοιμάζονται άλλα πιάτα; Το πιάτο θα επιστρωθεί και θα μεταφερθεί στους επισκέπτες μέσω διακομιστών ή θα είναι μέρος μπουφέ; Για να επιτύχει τη βέλτιστη γεύση και ευκολία, ο μάγειρας πρέπει να εξετάσει το ρόλο των εξυπηρετητών [αν υπάρχουν] καθώς και τις ανάγκες των επισκεπτών.

Ομοίως, ο αργός μηχανικός πρέπει να λαμβάνει υπόψη τον ρόλο των κατασκευαστών και του ευρύτερου κοινού. Πότε είναι ασφαλές για τους εργαζόμενους να είναι πάνω σε μια πρόσφατα χυτευμένη δομή σκυροδέματος;

Ποια καθήκοντα πρέπει να εκτελούν και πότε; Οι ρωγμές στο σκυρόδεμα που ανιχνεύθηκαν δύο ημέρες πριν από την κατάρρευση ήταν ένα σημάδι του προβλήματος ή όχι; Κατά τη διάρκεια της ρύθμισης των ράβδων έλξης χάλυβα, θα πρέπει ο δρόμος κάτω από τη γέφυρα να είναι κλειστός για να διασφαλιστεί η δημόσια ασφάλεια; Όπως και κάθε τεχνολογικό τεχνούργημα, η γέφυρα FIU δεν υπήρχε σε κενό, αλλά σε κοινωνικό πλαίσιο, με όλους τους ανθρώπους να κινούνται γύρω της και να αλληλεπιδρούν μαζί της- και αυτό περιλάμβανε τους επιβάτες των αυτοκινήτων που οδηγούσαν κάτω από τη γέφυρα

Κάνοντας αυτή την αναλογία μεταξύ του Slow Food και του Slow Engineering, δεν προτείνω ότι η μηχανική απλώς θα επιβραδύνει, ότι η ταχύτητα είναι απλά ο εχθρός. Ακριβώς όπως μερικά πιάτα, όπως τα ψάρια στη σχάρα, απαιτούν ταχύτητα και κρίση για να αποκτήσουν μια τραγανή επιφάνεια χωρίς να μαγειρεύουν το εσωτερικό των ψαριών, έτσι ώστε ορισμένα τεχνικά καθήκοντα μπορούν – και πρέπει – να γίνουν γρήγορα και αποτελεσματικά. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η Ταχεία Κατασκευή Γέφυρας είναι η κατάλληλη τεχνική. Αντ ‘αυτού, η Slow Engineering είναι μια ολιστική προσέγγιση, που μας προκαλεί να δώσουμε προσοχή στην αλληλεπίδραση των υλικών, των τεχνικών και του πλαισίου προκειμένου να δημιουργήσουμε ασφαλή, βιώσιμα και αισθητικά ευχάριστα σχέδια.

Για να βοηθήσω τους μαθητές να εκτιμήσουν αυτή την ολιστική προσέγγιση, θα τους έλεγα τη μυθική ιστορία που συνδέεται με τη μεγάλη τραπεζαρία στο New College, Oxford. Το ανώτατο όριο της τραπεζαρίας υποστηρίζεται από τεράστιες βελανιδιές, περίπου 2 τετραγωνικά πόδια και 45 πόδια μακριά. Ο θρύλος λέει ότι όταν δημιουργήθηκε το Νέο Κολλέγιο το 1379, δόθηκε δασική γη ως μέρος της περιουσίας του, και κατά τη διάρκεια των αιώνων, οι δασοκόμοι του κολλεγίου εξασφάλιζαν να διατηρήσουν πολύ μεγάλες βελανιδιές. Οι δασολόγοι το έκαναν επειδή γνώριζαν ότι αργά ή γρήγορα οι δοκοί στην τραπεζαρία θα είχαν μολυνθεί από σκαθάρια, προκαλώντας τη σήψη και θα έπρεπε να αντικατασταθούν.  Ο μύθος αποκαλύπτει τη σημασία της κατανόησης του τρόπου με τον οποίο τα υλικά και οι φυσικές διαδικασίες στηρίζονται σε όλα όσα κάνουμε ως μηχανικοί. Δεν μπορείτε να έχετε μια μεγάλη αίθουσα με τεράστια δρύινα δοκάρια, εκτός αν καταλάβετε από πού προέρχονται τα δρύινα δοκάρια και πόσο καιρό χρειάζεται για να μεγαλώσουν οι βελανιδιές.

Το μάθημα της γέφυρας FIU είναι ότι οι μηχανικοί πρέπει να συνεχίσουν να λαμβάνουν υπόψη την αλληλεπίδραση των ορίων των υλικών, των φυσικών διαδικασιών και του πλαισίου. Στην καλύτερη περίπτωση, η Slow Engineering μας υπενθυμίζει ότι οι ανθρώπινες δραστηριότητες πρέπει να ευθυγραμμίζονται με τη φύση παρά να αναγκάζουν τη φύση να ανταποκρίνεται στις προσδοκίες μας.

* Ο Bernie Carlson είναι καθηγητής και πρόεδρος του Τμήματος Μηχανικών & Κοινωνίας του Πανεπιστημίου της Βιρτζίνια. Το πιο πρόσφατο βιβλίο του είναι ο Tesla: εφευρέτης της ηλεκτρικής εποχής (Princeton, 2013).

Comments are closed