Brückeneinsturz in Baltimore: Können Ingenieure ähnliche Katastrophen verhindern?

Die Welt sah letzte Woche entsetzt zu, als die Francis-Scott-Key-Brücke in Baltimore einstürzte, nachdem einer ihrer Pfeiler von einem unter der Flagge Singapurs fahrenden Frachtschiff der Dali-Klasse gerammt worden war.

Zum Zeitpunkt des Schreibens dieses Artikels wurde die Suche nach sechs vermissten Bauarbeitern, die vermutlich Schlaglöcher auf der Brücke reparierten, abgebrochen. Zwei weitere wurden während einer Such- und Rettungsaktion aus dem Wasser gezogen.

Derzeit haben Ingenieurteams mit dem aufwändigen Schneiden und Anheben des ersten Abschnitts der eingestürzten Brücke begonnen . Ein von der US-Küstenwache und dem Bundesstaat Maryland geleitetes Bergungsteam will den Hafen, den größten der USA für den Import und Export von Land- und Baumaschinen, schnell wieder öffnen.

Die Teams untersuchen noch immer, was genau dazu führte, dass die durchgehende Stahlbogenbrücke am Dienstag, dem 26. März, um 1:30 Uhr Ortszeit in das eiskalte Wasser des Patapsco River stürzte. Der Bürgermeister der Stadt, Brandon Scott, beschrieb die Szenerie als „wie aus einem Actionfilm“.

Ein Blick auf das Frachtschiff Dali, das in die Francis Scott Key Bridge in Baltimore, Maryland krachte und diese zum Einsturz brachte. Foto: Reuters/ Julia Nikhinson

Bekannt ist, dass die Dali 45 Minuten nach ihrer Abfahrt vom Verschiffungsterminal in Port Breeze in Baltimore in Richtung der srilankischen Hauptstadt Colombo die Stromversorgung verlor und einen Notruf absetzte, der die Verkehrsbehörde von Maryland vor einer möglichen Kollision warnte. Kurz darauf prallte sie gegen einen Stützpfeiler der 47 Jahre alten Brücke, wodurch der größte Teil der 366 m langen Hauptspanne der 2.632 m langen Brücke einstürzte.

„Ein Einsturz in dem Ausmaß, wie wir ihn diese Woche erlebt haben, ist ziemlich ungewöhnlich“, sagt Dr. David Collings, leitender technischer Direktor beim Ingenieurbüro Arcadis. „Natürlich gab es einen gewaltigen Aufprall, der einen Pfeiler wegriss, aber dann einen fortschreitenden Einsturz verursachte, der die gesamte Struktur zum Einsturz brachte und nicht nur lokale Schäden verursachte.“

Experten sind sich sicher, dass angesichts der Größe des Schiffes nur wenige oder gar keine Brückenpfeiler einer solchen Kollision standhalten könnten. Die 290 m lange Dali hatte eine Kapazität von 10.000 Containern. Laut Schiffsverfolgungsdaten auf MarineTraffic.com betrug die letzte registrierte Geschwindigkeit vor dem Aufprall auf die Brücke 7,6 Knoten in einer Entfernung von 100 bis 200 m von der Brücke.

„Es ist fast unmöglich, einen Brückenpfeiler so zu konstruieren, dass er einem solchen Aufprall standhält“, sagt Ian Firth, ein unabhängiger Ingenieurberater und ehemaliger Präsident des Institution of Structural Engineers. „Die Tatsache, dass ein Schiff vom Kurs abkommen und gegen den Pfeiler prallen kann, ist der Grund dafür, Schiffsaufprallschutzsysteme zu konstruieren, damit ein großes Schiff nicht gegen die kritische Brückenstütze prallen kann.“

Ingenieure weisen darauf hin, dass im Gegensatz zu den heute neu gebauten Brücken ältere Bauwerke zu einer Zeit entworfen wurden, als riesige Frachtschiffe wie die Dali noch nicht vorstellbar waren.

Die Brücken der 1970er Jahre wurden für kleinere Schiffe konzipiert

„Wenn man sich die ursprüngliche Struktur dieser Brücke ansieht, ist sie ziemlich leicht und dürftig. Sie wurde in den 1970er Jahren entworfen, um Kosten und Material zu minimieren“, sagt Collings. „Seitdem sind Containerschiffe deutlich größer geworden. Heutzutage würde man sich als Erstes fragen, ob 300 m Abstand zwischen den Fundamenten für einen Hafen wie diesen ausreichen? Man würde ihn auf 500 m erhöhen, um den Schiffen mehr Platz zu geben. Aber in den 1970er Jahren ging es offensichtlich um eine völlig andere Größe von Frachtschiffen. In Häfen herrscht wirtschaftlicher Druck, größere Schiffe zu kaufen, daher ändert sich das Risiko für eine Brücke mit der Zeit.“

Experten weisen jedoch darauf hin, dass trotz des Alters der Brücke deren Eigentümer, die Maryland Transportation Authority, für die Instandhaltung der Struktur und die Durchführung regelmäßiger Risikobewertungen zur Gewährleistung ihrer Sicherheit verantwortlich war. Teil dieses Prozesses hätte eine Schiffsaufprallanalyse gewesen sein, bei der die Wahrscheinlichkeit eines Aufpralls berücksichtigt und die Folgen beurteilt wurden, falls es dazu kommt.

Dr. David Collings, leitender technischer Direktor bei Arcadis. Foto: Arcadis

„Moderne Schiffsaufprallanalysen basieren auf Risiken“, sagt Collings. „Bei jeder Risikobewertung ist die Anfälligkeit der Brücke für einen fortschreitenden Einsturz wichtig. In Baltimore haben wir leider einen Einsturz erlebt, der sich vom vom Schiff getroffenen Pfeiler über die Brückenfelder bis zum Zusammenbruch der gesamten Brücke fortschreitend ausbreitete.“

Um das Risiko bei bestehenden Bauwerken zu verringern, setzen Ingenieure vor allem zwei Techniken ein: Erstens physische Barrieren, die Schiffe von vornherein daran hindern, bis zu den Brückenpfeilern vorzudringen. Dazu können künstliche Inseln im Fluss gehören, die die Pfeiler umgeben; Fender, Schutzbarrieren, die um bestehende Pfeiler herum gebaut werden; oder sogenannte „Delfine“, Gruppen von Pfeilern, die so zusammengeballt sind, dass die Schiffe zuerst dagegen prallen.

„Seit dem Einsturz der Sunshine Skyway im Jahr 1980 sind Dalben oder andere Vorrichtungen zum Schutz von Schiffen im Wasser alltäglich“, sagt Firth. „Aber diese Brücke wurde in den 1970er Jahren gebaut, daher waren diese Vorrichtungen damals nicht in das Design integriert. Die Aufnahmen zeigen, dass sich auf beiden Seiten der Brückenpfeiler kleine Dalben befinden – diese haben das Schiff jedoch nicht daran gehindert, gegen den Pfeiler zu prallen.“

Eine zweite Methode, die Ingenieure anwenden, um alte Brücken vor Stößen zu schützen, ist die nachträgliche Anbringung von Verstärkungstechniken. Dazu können Stahlkabel gehören, die als „Take Downs“ bezeichnet werden und die Stabilität effektiv erhöhen, indem sie Brückenteile an ihren Pfeilern festbinden oder das Deck durch das Hinzufügen zusätzlicher Stahlabschnitte verstärken.

„Verankerungen werden verwendet, damit die Brücke nicht von ihren Pfeilern abrutscht“, sagt Collings. „Wenn ein Abschnitt versagt und die ganze Brücke erschüttert wird, sollten die Verankerungen dafür sorgen, dass die Seitenabschnitte nicht von den Lagern springen und ebenfalls versagen. Auch die Verstärkung des Decks kann wichtig sein“, fügt er hinzu. „Man führt eine ganze Reihe komplizierter Analysen durch, um die Verstärkung bestimmter Teile zu prüfen und zu empfehlen, damit die Brücke auch stehen bleibt.“

Andere Schiffskollisionen der letzten Zeit

Die Francis Scott Key Bridge ist nicht die einzige große Brücke, die in den letzten Jahren ähnliche Kollisionsschäden erlitten hat.

Am 22. Februar 2024, nur einen Monat vor der Tragödie von Baltimore, wurden fünf Menschen getötet und zwei verletzt, als ein Teil der Lixinsha-Brücke auf dem Hongqili-Wasserweg in Guangzhou, China, von einem Lastkahn - Lianghui 688 - gerammt wurde, wodurch ein Teil der in den 1990er Jahren gebauten Brücke abbrach.

Drohnenbild zeigt den Einsturz der Francis Scott Key Bridge in Baltimore, nachdem sie am 26. März 2024 vom Frachtschiff Dali gerammt wurde. Foto: Handout des National Transportation Safety Board über EYEPRESS via Reuters

Im Jahr 2019 stürzte eine 860 m lange Brücke über den Moju Rover in der Nähe der brasilianischen Hafenstadt Belém ein, nachdem eine Fähre gegen einen ihrer Pfeiler gestoßen war.

Und 2016 stürzten zwei Abschnitte der 100 Jahre alten Ghenh-Eisenbahnbrücke über den Fluss Dong Nai in Vietnam ein, nachdem ein Lastkahn gegen einen ihrer Pfeiler prallte.

Laut einem Bericht der World Association for Waterborne Transport Infrastructure aus dem Jahr 2018 stürzten zwischen 1960 und 2015 weltweit 35 große Brücken aufgrund von Schiffs- oder Lastkahnkollisionen ein, wobei insgesamt 342 Menschen ums Leben kamen.

Und diese düsteren Zahlen sind der Grund für eine tiefere Sorge hinsichtlich der allgemeinen Sicherheit der alternden Brücken überall auf der Welt.

Laut dem Bericht 2021 der American Society of Civil Engineers über die amerikanische Infrastruktur müssen rund ein Drittel der 222.000 Brücken des Landes und 76.000 Brücken entweder repariert oder ersetzt werden. Dem Bericht zufolge sind etwa 42 % der 600.000 Autobahnbrücken des Landes über 50 Jahre alt und etwa 12 % waren 80 Jahre oder älter. Ein ähnliches Bild bietet sich in anderen westlichen Ländern: Die britischen Kommunalbehörden haben im Jahr 2023 2.928 Straßenbrücken in England, Schottland und Wales als minderwertig eingestuft.

„Leider ist diese Art von Katastrophe nicht so ungewöhnlich“, sagt Collings. „Sie kommt eigentlich ziemlich regelmäßig vor. Solche Nachrüstungen sind teuer und es gibt viele alte Brücken. Was man also bei bestehenden Brücken erlebt, ist, dass jemand die Risikobewertung und die Kosten-Nutzen-Analyse durchführt und sagt, es sei die Sache nicht wert. Aufsehenerregende Katastrophen wie die in Baltimore ändern die Einstellung, also könnten wir hier durchaus einige Veränderungen erleben.“