Carolabrückes kollaps och dess orsaker

”Detta var det första brohaveriet under normal drift i Tyskland sedan andra världskriget”, sa Steffen Marx i sin presentation.

Carolabrücke konstruerades under 1970-talet som ett tekniskt framsteg inom förspänd betong i östtysk ingenjörskonst. Den förseddes med ett 120 meter långt mittspann och använde sig av ett ovanligt slankt tvärsnitt. Bron byggdes i tre parallella sektioner för spårvagn och biltrafik. Det var sektion C, den för spårvagnar, som kollapsade.

Konstruktionen innehöll flera tekniska egenheter: bland annat ett statiskt bestämt system med ledade skarvar (s.k. Gerberbalk), mycket tunnväggiga betongelement (15–35 cm i vissa delar), samt en transversell koppling mellan sektionerna för att hantera krypdeformationer. Dessutom användes oljegalvat förspänningsstål i vajrarna, en ståltyp som senare visade sig vara särskilt känslig för väteinducerad spänningskorrosion.

En central faktor bakom haveriet var att flera av de efterspända vajrarna låg oinjekterade under flera veckor eller månader under byggtiden. De fanns på plats i sina hylsor men förspändes först senare och saknade under denna tid cementbaserad injektering som normalt skyddar mot inträngning av vatten och luft.

Det öppnade för miljöpåverkan som i kombination med stålets känslighet ledde till väteinducerad sprödhetskorrosion. Denna typ av skada är mycket svår att upptäcka eftersom den ofta uppstår på mikronivå inuti trådmaterialet.

Utredningen från TU Dresden visade att huvudanledningen till kollapsen var omfattande trötthets- och korrosionsskador i de förspända vajrarna i överbyggnaden.

“När vi granskade de brutna vajrarna såg vi att vissa hade brutits nyligen, medan andra hade varit av i decennier. De äldsta brotten kunde dateras till kort efter att bron byggdes,” enligt Steffen Marx.

De förspänningsvajrarna, som låg oinjekterade i flera veckor under byggtiden, utvecklade mikrosprickor genom väteinducerad sprödhetskorrosion. Detta ledde till successiv försvagning av strukturen under mer än 50 år. Eftersom skadorna var lokala och ojämnt fördelade, ibland med sprickor i ett område men helt intakta trådar några decimeter därifrån – var de närmast omöjliga att upptäcka genom konventionell inspektion.

”Vi såg inga sprickor över 0,2 mm i brobanan, vilket är inom normen. Det fanns inga synliga förvarningar”, sa Steffen Marx.

Kombinationen av en varm sommardag och snabb nattlig avkylning ledde till att överdäcket kontraherades och orsakade spänningar i det redan försvagade strukturella systemet. Den sista spårvagnen gav en impuls som fick det instabila systemet att till slut brista. Hela sektion C kollapsade och föll ner i Elbe.

Satellitmätningar från tidigare år bekräftade att just denna brodel hade börjat sjunka flera centimeter över tid, vilket stöder teorin om en långsamt pågående försämring.
Fallet med Carolabrücke har lett till att minst tio andra broar i Tyskland rivits i förebyggande syfte. Totalt har cirka 1 000 broar identifierats med liknande konstruktion och materialrisker. Den berörda typen av förspänningsstål förekommer främst i Tyskland, men vissa exportfall finns.

“Den enda säkra metoden vi funnit för att upptäcka dessa skador är akustisk emission, vi kan bokstavligen höra när en tråd går av,” sa Steffen Marx.

För svenska broägare och förvaltare aktualiserar fallet vikten av materialanalys, övervakning och riskbaserade inspektionsmetoder, inte minst för äldre förspända konstruktioner.