Systeemfout in de Morandibrug – de nabeschouwing
De afdeling Risico Beheer en Techniek (RBT) van het KIVI (Koninklijk Instituut van Ingenieurs) bestudeert opvallende gebeurtenissen, analyseert die en tracht wegen te vinden technische risico’s beter te beheersen. Dit keer aandacht voor systeemfouten bij technische projecten. De Morandibrug als voorbeeld voor een systeemfout. Wie had dat gedacht?
Door John van der Puil ©
De Morandibrug, die brug in Genua, die voor alle automobilisten uit noordelijke landen die aan de westkant van Italië moesten zijn, onvermijdelijk was. Plaats de bouw eens in de context van de tweede helft van de twintigste eeuw in een Italië dat zijn wonden van de Tweede Wereldoorlog nog likte, hoop had dat het in de toekomst allemaal beter zou worden, maar het bleef Italië, het blijft Italië en zal altijd Italië blijven. Het land dat barst van cultureel erfgoed, waar eeuwenlang de mooiste kunst ter wereld werd gecreëerd, het land waar alles theater is, de politiek, het zwarte pietenspel wie de schuld moet krijgen over het instorten van een brug die een onmisbaar element in een Europese verkeersader vormt. Italië had ook een topfilmindustrie, die de onbarmhartige zwakheden van de natie niet schuwde te tonen. Want Italianen zijn kritisch, oordelen hard en theatraal, ook over eigen tekortkomingen.
De brug kwam gereed in 1967. Naar normen van het heden had deze brug niet op die plek gebouwd mogen worden. Aan- en afvoerwegen dwars door woonwijken, gelegen op duizelingwekkende hoogte van 40 meter boven flats voor gezinnen. Destijds heeft men geen oog gehad voor de risico’s. Altijd heeft het gevaar bestaan dat er ooit een auto door een vangrail zou rijden en daarmee menselijk leed zou veroorzaken. En misschien is dat ook wel eens gebeurd, maar is het niet in de annalen aangetekend als een incident, voortgekomen uit een ingebouwd risico.
Nu hebben een paar geïnteresseerde wetenschappers zich afgevraagd hoe het zo ver gekomen is dat die fameuze brug zo maar kon instorten. Had dan niemand dat zien aankomen? Onder de onderzoekers vinden we Kristian Hasenjaeger, die de Morandibrug al jarenlang observeert. En nu blijkt dat die brug een systeemfout kende. Het kabelarrangement was nogal bijzonder. Het werd zelden toegepast. De kabels bestaan uit 2 strengen in het lagere gedeelte, die samenkomen voordat ze samen naar de top van de pyloon lopen. Zie figuren 1 en 2.
Figuur 1. Bij het brugdek zien we 2 kabelstrengen, die voordat ze de top van de pyloon bereiken samen komen. Foto Hasen, 2015.
In de fase van uitvoering van het werk op de bouwplaats dragen de A-kabels het deel van het wegdek, dat al is aangebracht. Zie figuur 2.
Figuur 2. De brug in aanbouw. De 24 A-kabels dragen het wegdek. De B-kabels hangen er nu nog slap bij. In later stadium zullen deze kabels zorgen voor de voorspanning in het kabelpakket.
Dwarsdoorsneden van die delen zien we in figuur 3. De rechter zit ergens in het bovenste gedeelte, dicht bij de top. De dwarsdoorsnede links is het onderste deel. Er zijn 24 A-kabels en 28 B-kabels; deze laatste zorgen voor de voorspanning die in later stadium zal worden aangebracht. A- en B-kabels hebben verschillende diameters.
Figuur 3. Dwarsdoorsneden van de 24 A-kabels en de 28 B-kabels.
In een verdere stap worden doosvormige elementen om de kabelstrengen aangebracht. Deze worden gevuld met beton en vervolgens onder spanning gezet met behulp van de B-kabels. Zie figuur 4.
Figuur 4. De kabelstrengen worden ingepakt in op elkaar aansluitende dozen, die met beton zullen worden gevuld en onder spanning worden gehouden door de 28 B-kabels aan te zetten.
De dozen vormen dan een betonnen balk die nadat hij is aangebracht permanent onder spanning wordt gehouden. Morandi geloofde dat grotere spanning in de B-kabels en minder spanning in de A-kabels de normale slijtage en corrosie van de A-kabels zou reduceren. Aandachtspunt is nu dat alleen de spanning in de B-kabels kon worden afgesteld en beheerst, niet die van de A-kabels. En nu ontstaan problemen. Nadat de betonnen balk was gecreëerd werd de doorzakking van de kabels groter, waardoor de delen van het wegdek niet meer precies horizontaal bleven. Men kon ook de spanning in de B-kabels niet opvoeren omdat daarmee de pylonen onder extra spanning zouden komen. Daarom koos Morandi voor een zo laag mogelijke spanning op de B-kabels.
Daarbij komt dat na een aantal jaren de kabels een zekere rek vertonen en ook de draagkracht neemt af. Door de geringe voorspanning op de betonnen balk nemen haarscheurtjes toe, waardoor water kan binnen dringen en corrosie onvermijdelijk is.
Had het anders gekund?
In 1993 – 1994 werd een versteviging aangebracht in pyloon 11; dat is de pyloon dicht bij de onderliggende appartementen. Daar werden 12 extra dragende kabels aangebracht buiten de betonnen omhullingen. Zie figuur 5. Had men dat nu ook maar gedaan bij de andere twee 90 meter hoge betonnen pylonen. Waarschijnlijk had het incident dan niet plaats gevonden. De uitgeschreven tender voor de voorziene herstelwerkzaamheden (in september 2018, een maand na het instorten indienen svp!) had dan uitgevoerd kunnen worden en niemand zou ooit geweten hebben dat Italië door het oog van een naald zou zijn gekropen. Zie figuur 5.
Figuur 5. In 1993 – 1994 kreeg pyloon 11 een twaalftal externe kabels om de dreigingen van eventuele breuk te verminderen. Foto Hasen, 2007.
Figuur 6. Pyloon 11 met oprit en met versterkingen in de vorm van extra externe kabels. Foto Kristian Hasenjaeger.
Systeemfout
De systeemfout was onvermijdelijk. Omdat de kabels definitief zijn omhuld met beton kunnen ze niet meer worden geïnspecteerd. Normale slijtage en corrosie kunnen met de technologie van 1967 niet meer worden vastgesteld. Maar ook de voorspanning in de betonbalken kan niet meer worden gemeten. Omdat het vermogen krachten op te vangen in de staalkabels langzaam afneemt met daarbij de doorlaatbaarheid van het beton is het nodig een dergelijke constructie periodiek te inspecteren. Vanaf de ingebruikname ging dat echter niet meer. [1]
In recente commentaren is Morandi voor de voeten geworpen onnozel te zijn geweest. Door bovenbeschreven keuzes te maken heeft hij het zich gemakkelijk gemaakt door een brug op te leveren die al vanaf het begin eigenlijk niet goed te inspecteren is geweest voor een doelmatig onderhoud. Dat betekende – volgens een van de critici “I am done; now it is your turn”.
Systeemfouten en risicobeheer in de techniek
Een systeemfout kan als een normaal Basisrisico, een Witte Vlek of een Blinde Vlek worden geclassificeerd. [2] Een systeemfout is ofwel het ontbreken van een onmisbaar element, dan wel een gebrek in het functioneren van een element in een systeem waardoor dat element niet kan bijdragen aan het goed functioneren van het gehele systeem. Dat kan als oorzaak hebben dat een element niet in staat is de door andere elementen geleverde input te lezen en te verwerken, het is ook mogelijk dat een element niet in staat is de ontvangen data te verwerken en om te zetten in output die voor een of meer andere elementen nodig is. Gaat het dan om elementen die van wezenlijk belang zijn voor het functioneren van een brug, zoals de toestand van zijn dragende delen dan kan de onbekendheid met de effecten van een dergelijke onzekerheid fataal zijn voor het functioneren van het geheel. Dat is wat er in Genua gebeurde.
Systeembeheer en International Contracting
Alles over systeemleer en systeemfouten hoort u op het komende werksymposium van Risico Beheer en Techniek op 20 september. Daar gaat het over twee belangrijke onderwerpen, te weten contractvormen en hun valkuilen en systeembeheer.
Rotterdam, 8 augustus 2019
Mr. Ing. John van der Puil
Bestuurslid Afdeling RisicoBeheer en Techniek
Lid Programma Commissie
Op persoonlijke titel
[1] . http://www.retrofutur.org/retrofutur/app/main?DOCID=1000116030; http://www.retrofutur.org/retrofutur/app/main?DOCID=1000111180
[2] . Voor de begrippen Basis Risico, Witte Vlek en Blinde Vlek zie John van der Puil, Syllabus Bijzondere Risico’s van International Contracting, vs. 4.0. – 27 juni 2019, Bijlage 1, pag. 30.