Biến đổi khí hậu có thể làm cầu sập 'như mô hình đồ chơi'

Mặt cầu Third Avenua ở New York cong vênh vì giãn nở do nhiệt độ cực đoan của mùa hè.

Khi nhiệt độ cao nhất trong ngày đạt mức 35 độ C, mặt đường của cầu Third Avenue nối giữa hai quận Bronx và Manhattan ở New York cong vênh vì giãn nở. Một cây cầu sắt nối giữa hai bang Iowa và Nam Dakota (Mỹ) bị cuốn trôi do nhiệt độ khắc nghiệt và lũ quét nối nhau tấn công.

25% số cầu ở Mỹ được xây dựng trước 1960 đang nằm trong tình trạng cần được sửa chữa khẩn cấp, theo The New York Times. Nhiệt độ khắc nghiệt và lũ quét do biến đổi khí hậu đã rút ngắn tuổi thọ của những cây cầu, các kỹ sư cho biết. Đây là một mối nguy thầm lặng nhưng đáng sợ.

Không thể thích ứng

“Chúng ta đang đối mặt một cuộc khủng hoảng toàn cầu liên quan đến các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt”, TS Paul Chinowsky, nhà nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu lên cơ sở hạ tầng tại Đại học Colorado Boulder, cho biết.

Theo ông, những cây cầu lớn thường được xây dựng từ nhiều thập kỷ. Giai đoạn đó, biến đổi khí hậu chưa đến mức khắc nghiệt nên các kỹ sư không chú ý sử dụng vật liệu thích nghi với nhiệt độ cực đoan. Do đó những cây cầu yếu đi đáng kể khi phải liên tục co lại rồi giãn ra vì thời tiết khắc nghiệt.

Một cây cầu nối giữa hai bang Iowa và Nam Dakota (Mỹ) bị sập sau một trận lũ quét.

“Trời nóng đến mức bê tông và thép đang rời ra, những cây cầu có thể sập như một mô hình đồ chơi trẻ con”, TS Chinowsky cho biết.

Thế giới vừa trải qua mùa hè nóng nhất lịch sử. Phần lớn cơ sở hạ tầng trên toàn cầu, từ đường cao tốc đến đường băng, bị ảnh hưởng nặng nề. Và những cây cầu là nạn nhân đặc biệt của biến đổi khí hậu.

“Cầu sắt, bê tông là một loại cơ sở hạ tầng được thiết kế và xây dựng từ nhiều thập kỷ”, Pete Buttigieg, Bộ trưởng Giao thông Mỹ, cho biết. “Loại cơ sở hạ tầng này mất nhiều thời gian để cập nhật và sửa chữa, khuyết điểm của chúng đang lộ ra khi biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng”.

Một nghiên cứu trên tạp chí Plos One của Mỹ cho thấy nhiệt độ khắc nghiệt của biến đổi khí hậu có thể làm 1 trong 4 cây cầu lớn nhất nước Mỹ sập vào năm 2050. Đến năm 2040, hầu hết cầu ở “xứ sở cờ hoa” sẽ hỏng nặng và cần được sửa chữa khẩn cấp.

Một nghiên cứu khác cho thấy nhiệt độ cực cao đang làm mặt đường của những cây cầu bị cong vênh. Lượng mưa bất thường cũng làm “cầu xói mòn” và phần đất xung quanh móng cầu sạt lở. Đây là nguyên nhân gây ra sự cố sập cầu khắp thế giới.

Cong veo, nứt toác và đổ sập

Bang Colorado (Mỹ) là một trong những khu vực đầu tiên ứng dụng các nghiên cứu về biến đổi khí hậu vào thiết kế đường sá và cầu cống năm 2018.

TS Hussam Mahmoud là một kỹ sư xây dựng và giáo sư tại Đại học bang Colorado.

Tiểu bang đã yêu cầu TS Hussam Mahmoud, một kỹ sư xây dựng và giáo sư tại Đại học bang Colorado, kiểm tra tình trạng xuống cấp và căng thẳng của những cây cầu thép. “Nghiên cứu của tôi cho thấy một vấn đề nghiêm trọng”, TS Mahmoud nhận xét.

Trong nhiều thập kỷ, từng phần của một cây cầu được nối với nhau bằng các khớp nối thép. Điều này sẽ giúp những cây cầu thích nghi với hiện tượng giãn nở và co lại do nhiệt độ nóng và lạnh.

Tuy nhiên, do biến đổi khí hậu làm nhiệt độ thay đổi đột ngột, các khớp nối bằng thép phải giãn nở và co lại liên tục, theo TS Mahmoud. Vấn đề ngày càng tồi tệ khi thế giới trải qua mùa hè nóng nhất lịch sử, các mối nối giãn nở quá mức và làm nứt phần mặt cầu bê tông. “Những cây cầu có thể hư hỏng vĩnh viễn nếu bê tông nứt ra”, ông nói.

Các khớp nối giãn nở cũng gây ra nhiều vấn đề khác. Với các khớp nối thép khỏe mạnh, một cây cầu có thể cong nhẹ để chịu được tải trọng của xe tải. Song, khi gặp vấn đề vì nhiệt độ cao, khả năng chịu tải trọng của những cây cầu sẽ ngày càng thấp và đổ sập vào một ngày không xa.

“Nói đơn giản là cầu sẽ mất đi khả năng chịu lực vì những cây dầm và khớp nối bằng thép yếu đi”, TS Mahmoud cho biết. Theo ông, một cây cầu trong điều kiện bình thường có tuổi thọ lên đến 50 năm. Dù vậy, một số cây cầu ở các khu vực chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đã không còn đủ an toàn để sử dụng dù chỉ 10 tuổi.

TS Mahmoud đã nghiên cứu 80.000 cây cầu thép trên khắp nước Mỹ để xác định tác động của biến đổi khí hậu lên những cây cầu. Ông phát hiện những cây cầu nhỏ hơn sẽ dễ bị hư hỏng vì chúng được chế tạo để chịu tải trọng nhẹ, ít khả năng thích ứng với thời tiết khắc nghiệt.

Nghiên cứu của TS Mahmoud cho thấy cầu càng nhỏ thì khả năng chịu được thời tiết khắc nghiệt càng thấp.

“Những cây cầu mà tôi nghiên cứu đều được thiết kế đúng quy định nhưng các kỹ sư khi đó đã không ngờ đến biến đổi khí hậu có thể khủng khiếp như hiện nay”, ông nói. “Nhiều cây cầu có phần dầm bị xoắn lại, khớp nối trương lên và bê tông bị bong ra. Chúng sẽ sập xuống sớm thôi”.

Các nghiên cứu khác cho thấy biến đổi khí hậu làm nhiệt độ chênh lệch với biên độ và tần suất cao hơn bình thường, theo TS Royce Floyd, giáo sư kỹ thuật tại Đại học Oklahoma. Chênh lệch nhiệt độ liên tục làm mặt đường trên cầu giãn nở cực đoan, cong vênh hoặc nứt toác. Thậm chí, các thanh thép chịu lực có thể lệch khỏi vị trí được thiết kế, TS Floyd nói.

Đó là những gì đã xảy ra với ba cây cầu lớn ở Mỹ trong năm nay. Các cây cầu đã được xây dựng, trùng tu mà không tính đến tác động khủng khiếp của biến đổi khí hậu.

“Nếu không lập kế hoạch ứng phó với các hiện tượng thời tiết cực đoan, không ứng dụng các nghiên cứu khí hậu vào xây dựng thì những cây cầu ở quốc gia bạn sẽ gặp tình trạng tương tự”, ông khẳng định.

Đông Tùng

Ảnh: The New York Times