Takomos sąsiaurio tiltas

Takomos sąsiaurio tiltas () – kelių transporto tiltas, sudarytas iš dviejų lygiagrečiai stovinčių kabamųjų tiltų JAV šiaurės vakaruose, Vašingtono valstijoje, Pirso apygardoje. Transporto statinys nutiestas per Takomos sąsiaurį (susiaurėjusią Pjudžeto įlankos dalį), jungiantis Takomos miestą rytuose su Kitsapo pusiasaliu vakaruose. Tiltu praeina greitkelis State Route 16. Istoriškai Takomos tilto pavadinimas buvo taikomas pirmajam tiltui, pavadintam „Šuoliuojančia Gerte“. Jis atidarytas 1940 m., bet jau po 4 mėnesių sugriautas dėl stipraus vėjo sukelto konstrukcijų siūbavimo. Šio vietoje 1950 m. pastatytas naujas tiltas, tebestovintis kaip dabartinio dviejų tiltų komplekso vakarinė dalis. 

Iki 1990 m. dėl gyventojų skaičiaus augimo ir transporto vystymosi Kitsapo pusiasalyje automobilių eismas tiltu viršijo projektinį pajėgumą. 2002 m. pradėtos statybos, o 2007 m. naujasis tiltas atidarytas eismui. 1950 m. statybos tiltas pertvarkytas taip, kad juo vyktų eismas į vakarus.

1940 ir 1950 m. tiltai jų pastatymo metais buvo treti ilgiausi kabamieji tiltai pasaulyje pagal pagrindinio tarpatramio ilgį, sekę po Aukso Vartų tilto (Kalifornija) ir Džordžo Vašingtono tilto (Niujorkas). 1950 ir 2007 m. statybos tiltai 2017 m. buvo penkti pagal ilgį kabamieji tiltai Jungtinėse Valstijose ir 43-ti pagal ilgį pasaulyje.
miniatiūra|left|220px|Tiltas iš paukščio skrydžio

Mokesčiai už naudojimąsi tiltu buvo imami per visą pirmojo tilto keturių mėnesių eksploatavimo laiką, taip pat už pirmuosius 15 metų važiavimo 1950 m. atstatytu tiltu. 1965 m. grąžinti tilto statyboms suteikti kreditai su palūkanomis, todėl valstybė nutraukė tilto rinkliavas. Praėjus daugiau nei 40 metų, rinkliavos atnaujintos kaip dvigubo statinio finansavimo dalis. Pastaraisiais metais apmokestinamos tik rytų kryptimi (į Takomą) važiuojančios transporto priemonės.

 Pirmasis tiltas (1940 m.) 
 Projektavimas ir statyba 

miniatiūra|180px|Tilto atidarymo plakatas, 1940-06-30
1929 m. buvo pateikti preliminarūs siūlymai dėl naujo tilto statybų. Nuo pat pradžių objekto finansavimas kėlė klausimų, ar užteks pajamų iš siūlomų rinkliavų išlaidoms padengti bei išpirkti Takomos sąsiauryje dirbusios privačios keltų bendrovės sutartį. Vašingtono valstijos inžinierius Clark Eldridge parengė pradinį įprasto, praktikoje išbandyto kabamojo tilto projektą, kuriam įgyvendinti reikėjo  (šiandien tai atitiktų 220 mln.). Preliminariai buvo numatyta, kad po važiuojamosios dalies konstrukcija būtų įrengtos 7,6 m aukščio laikančiosios santvaros, taip ją sutvirtintindamos.

miniatiūra|left|220px|220px|Tilto deformacijos likus 1 val. iki griūties, 1940-11-07
Leon Moisseiff, kilęs iš Rygos žydų, žymus Niujorko tiltų inžinierius, dirbęs prie Aukso Vartų tilto projektuotoju ir konsultantu, ir Frederick Lienhard buvo paskelbę straipsnį, tapusiu bene svarbiausiu teoriniu darbu tiltų statybos srityje per dešimtmetį.Leon S. Moisseiff and Frederick Lienhard. "Suspension Bridges Under the Action of Lateral Forces," with discussion. Transactions of the American Society of Civil Engineers, No. 98, 1933, pp. 1080–1095, 1096–1141 Jų pateikta elastingo pasiskirstymo teorija išplėtė austrų inžinieriaus Josef Melan anksčiau sukurtą sijos įlinkio teoriją apie horizontalų lenkimą, esant statinei vėjo apkrovai. Jie nurodė, kad užteks pagrindinių lynų standumo per pakabas sugerti iki pusės statinio vėjo slėgio, stumiančio pakabintą konstrukciją į šoną. Tada ši energija būtų perduota į tvirtinimo vietas ir pilonus. Remdamasis šia teorija, L. Moisseiff pasisakė už tai, kad tiltas galėtų būti sutvirtintas 2,4 m aukščio plokštinėmis sijomis, o ne 7,6 m santvaromis, numatytomis pirminiame projekte. Siūloma konstrukcija reiškė plonesnį, elegantiškesnį statinio dizainą, be to, mažino statybos sąnaudas. L. Moisseiff projektas nugalėjo, nes kitas pasiūlymas laikytas per brangiu. 1938 m. birželio 23 d. Viešųjų darbų administracija (PWA) tiltui patvirtino beveik  sąmatą. Dar  turėjo būti surinkta iš mokesčių, reikalingų padengti visoms  išlaidoms. Tilto pagal L. Moisseiff projektą su 850 m ilgio pagrindiniu tarpatramiu statyba prasidėjo 1938 m. lapkričio 23 d. Ji truko devyniolika mėnesių, kainavo  Planuotojai tikėjosi gana nedidelio eismo intensyvumo, todėl tiltas suprojektuotas dviejų eismo juostų ir vos 12 m pločio. Tai buvo gana siaura konstrukcija, ypač lyginant su jos ilgiu. Vos 2,4 m aukščio plokštinės sijos suteikė papildomo aukščio perdangai, bet ji buvo gana žema.

Sprendimas naudoti tokias neaukštas ir siauras sijas tapo tilto griūties priežastimi. Su tokiomis minimalių išmatavimų sijomis tilto paklotas buvo nepakankamai tvirtas ir lengvai judinamas vėjo. Nuo pat pradžių tiltas išgarsėjo savo judėjimu. Dėl nedidelio ar vidutinio vėjo pagrindinio tarpatramio priešinga pusė galėjo akivaizdžiai pakilti ir nusileisti keliomis pėdomis per keturių ar penkių sekundžių intervalus. Tokį lankstumą statybininkai patyrė dar statybų metu, todėl jie tiltą pakrikštijo „Šuoliuojančia Gerte“. Šis vardas greitai prigijo, nes tokius judesius pajuto ir žmonės, susirinkę ant tilto jo atidarymo dieną ir paleidus eismą.
miniatiūra|220px|Tilto atidarymo diena, 1940-07-01

 Bandymai stabilizuoti tiltą 

Dar statybų metu konstrukcija patyrė didelius vertikalius virpesius, todėl tilto judėjimui sumažinti pasitelkta keletas priemonių:Rita Robison. "Tacoma Narrows Bridge Collapse." In When Technology Fails, edited by Neil Schlager, pp. 18–190. Detroit: Gale Research, 1994.
 Tempiamųjų lynų įtvirtinimas prie plokštinių sijų ir krante užinkaruotų 50 t sveriančių betoninių blokų. Ši priemonė pasirodė neveiksminga, nes netrukus po montavimo lynai nuo perkrovų nutrūkinėjo.
 Pridėta pora pasvirusių vantų, jungusių pagrindinius lynus su tilto paklotu tarpatramio viduryje. Jie išliko vietoje iki pat griūties, bet taip pat tinkamai neveikė pagal paskirtį mažinant svyravimus.
 Galiausiai, konstrukcijoje įrengti hidrauliniai slopintuvai, sumontuoti tarp pilonų ir pakloto, kad būtų slopinamas išilginis tarpatramio judėjimas. Tačiau šie amortizatoriai tapo neefektyvūs po to, kai, valant tiltą prieš dažymą, smėliasrove buvo pažeisti mazgų sandarikliai.

Vašingtono valstijos mokamų tiltų administracija pasamdė Frederick Burt Farquharson, Vašingtono universiteto inžinerijos profesorių, kad šis atliktų tilto maketo bandymus vėjo tunelyje ir rekomenduotų sprendimus, kaip sumažinti tilto svyravimus. F. Farquharson ir jo studentai pastatė 1:200 mastelio tilto modelį ir 1:20 mastelio perdangos dalies modelį. Pirmieji tyrimai buvo baigti 1940 m. lapkričio 2 d. – likus penkioms dienoms iki tilto griūties lapkričio 7 d. Jis pasiūlė du sprendimus:
 Išgręžti skyles šoninėse sijose ir išilgai perdangos, kad pro jas galėtų cirkuliuoti oro srautai. Tokiu būdu tikėtasi sumažinti kėlimo jėgas.
 Suteikti pakloto skerspjūviui aerodinamiškesnę formą, išilgai perdangos pridedant aptakius gaubtus arba deflektorines mentes, pritvirtintas prie sijos fascijos.
Pirmajam variantui nepritarta dėl jo negrįžtamojo pobūdžio. Pasirinktas antrasis variantas, tačiau jis nebuvo įgyvendintas, nes praėjus penkioms dienoms po tyrimų pabaigos tiltas sugriuvo.
miniatiūra|left|240px|Ant tilto prieš pat griūtį, 1940-11-07

 Griūtis 

Naujasis statinys atidarytas eismui 1940 m. liepos 1 d. Statybos kainavo  Lapkričio 7 d., apie 9.45 val., ypač stiprus vėjas privertė tiltą pašėlusiai siūbuoti iš vienos pusės į kitą. Ant tilto tuo metu buvo mažiausiai dvi transporto priemonės – prekių pristatymo sunkvežimis, kuriuo važiavo du tiekimo kompanijos darbuotojai, ir transporto priemonė, kurią vairavo leidinio „The News Tribune“ redaktorius Leonard Coatsworth. Dėl smarkaus tilto judėjimo siūbuojamas sunkvežimis apvirto, o nesuvaldomas lengvasis automobilis ėmė slidinėti iš vienos pusės į kitą. Visi trys spėjo iššokti iš savo automobilių ir pasišalinti nuo tilto. L. Coatsworth neberado galimybės paimti kartu vežto dukters šuns, kokerspanielio Tubby. Eismas buvo sustabdytas, kad ant tilto neužvažiuotų daugiau automobilių. Maždaug 11 val. ryto tiltas nukrito į sąsiaurio vandenis.

Žmonių žūčių per tilto avariją išvengta, nors pasitaikė susižeidusių per bėgimą nuo siūbuojančio tilto. Vienintelis žuvęs – šuo Tubby, kurį ant tilto automobilyje paliko šeimininkas. Profesorius Frederick Burt Farquharson, Vašingtono universiteto inžinierius, dalyvavęs projektuojant tiltą, dar bandė išgelbėti gyvūną, kuris traukiamas iš automobilio išsigandęs jį įkando. Tilto griūtį stebėjo nemažai smalsuolių, todėl įvykis buvo nufotografuotas ir nufilmuotas. Be kitų, avarija užfiksuota „Kodachrome“ 16 mm juostoje, su kuria filmavo Barney Elliott ir Harbine Monroe, fotoaparatų parduotuvės Takomoje savininkai. Įraše matyti, kaip F. Farquharson paliko tiltą, pabandęs išgelbėti šunį ir dar buvo sustojęs vidury tilto įvertinti to, kas vyko. Vėliau juosta parduota kino kompanijai „Paramount Studios“, kuri padaugino filmuotą medžiagą naujienų agentūroms bei rodymui kino teatruose. Studija „Castle Films“ taip pat gavo 8 mm juostos įrašo platinimo teises. 1998 m. Kongreso biblioteka juostą „The Tacoma Narrows Bridge Collapse“ įrašė į Nacionalinį kino registrą, kaip „kultūriškai, istoriškai ir estetiškai reikšmingą“. Ši filmuota medžiaga dažniausiai rodoma inžinerijos, architektūros ir fizikos studentams kaip mokomoji priemonė apie statybų katastrofas.
miniatiūra|220px|left|Konstrukcijų suirimas

2019 m. vasario mėn. pasirodė kita filmo juosta, kurią buvo susukęs Arthur Leach iš priešingos, vakarinės tilto pakrantės. Juostoje užfiksuotas retas griūties vaizdas būtent iš Gig Harboro  pusės. Ji vėliau įrašyta į vaizdo kasetę su autoriaus komentaru. Tai buvo statybos inžinierius A. Leach, rinkęs mokesčius už pravažiavimą tiltu. Manoma, kad tai jis buvo paskutinis, kirtęs tiltą vakarų kryptimi prieš pat griūtį.
miniatiūra|220px|Griūties schemos (nuo viršaus):• Prapučiama santvarinė sija (įprastas tiltas) ir aklina plokštinė sija (1940 m. Takomos tiltas)• Vėjo sukūriai, verčiantys perdangą• Skersinės bangos ant tilto• Sukamasis svyravimas• Konstrukcijos subyrėjimas
miniatiūra|220px|Tilto aeroelastinio plazdėjimo animacija

 Griūties priežastys 

Netrukus po baigtų statybų, dar prieš atidarymą, nustatyta, kad tiltas pavojingai siūbavo ir deformavosi esant gana švelniam vėjui, kuris būdingas šiai vietovei, o dar blogiau turėjo būti pučiant smarkiam vėjai. Tai buvo skersinės bangos vibracija, pasireiškianti išilginiu centrinio tarpatramio bangavimu, vienu metu vienam jo galui leidžiantis, o kitam kylant. Tiltu važiuojantys vairuotojai matydavo ant tilto iš priekio artėjančius automobilius, kylančius ir besileidžiančius ant smarkios energijos bangos. Tačiau tuo metu manyta, kad pakaks tilto masyvumo palaikyti struktūrinį tvirtumą. 

Federalinės darbų agentūros sudaryta komisija tyrė tilto griūtį. Inžinierių tarybai, atsakingai už ataskaitą, priklausė ekspertai Othmar Ammann, Theodore von Kármán ir Glenn B. Woodruff. Komisija tyrė tris galimas projekto nesėkmės priežastis:
 Aerodinaminis nestabilumas dėl konstrukcijos savųjų svyravimų
 Sūkuriniai dariniai, kurie gali būti periodiški
 Atsitiktinis turbulencijos poveikis, tai yra atsitiktiniai vėjo greičio svyravimai

Tiltas griuvo, kai kilo iki tol nepastebėtas jo kraipymasis, vėjui ėmus pūsti 64 km/h greičiu. Tai buvo vadinamasis sukamojo normaliojo svyravimo režimas. Konstrukcijos svyravimus iššaukė vėjo slėgio sukeltas sukimo momentas, veikęs perdangos siją ir vertęs ją pajudėti pasisukant į vieną ir kitą pusę, kai sijos pasipriešinimo jėga viršijo vėjo slėgio poveikį. Harmoniniai svyravimai sukėlė aeroelastinį plazdėjimą, kai vertikalių ar sukimo virpesių dažniai sutapo su tilto savaisiais svyravimų dažniais. Plazdėjimo sukeliamo judesio amplitudė kritiškai išaugo, laikančiųjų lynų stiprumo riba buvo viršyta. Nutrūkus keletui jų, perdangos svorį perėmė gretimi lynai, kurie nuo perkrovos taip pat trūko, kol konstrukcija nenukrito žemyn. Daugelyje aukštųjų mokyklų fizikos vadovėlių įvykis pateikiamas kaip elementaraus priverstinio rezonanso pavyzdys, kai vėjas sukūrė išorinį periodinį dažnį, atitikusį tilto savąjį svyravimų dažnį. Dėl šios priežasties inžinieriai diskutuoja ir šiandien. Papildomą poveikį suteikė tilto konstrukcijos vientisi šonai, neleidę vėjui praeiti perdangą kiaurai. Taigi, tokia konstrukcija leido tiltui „sugauti“ vėją ir įsisiūbuoti, o tai galiausiai jį sugriovė. Tai buvo pirmasis kabamasis tiltas, kuriame šios plieninės dvitėjinės („I“ formos) sijos, įtvirtintos betono blokuose, buvo panaudotos laikyti kelio paklotą. Į kraštinės sijos plokštę atsimušęs vėjas krypo aukščiau ir žemiau konstrukcijos. Tuo tarpu seniau statytuose tiltuose perdangų laikymui buvo montuojamos kiauryminės santvarinės sijos, praleidžiančios vėją. Ši griūtis taip pat paskatino tiltų aerodinaminių ir  aeroelastinių reiškinių tyrimus, kurie turėjo įtakos vėliau statytų didžiųjų pasaulio tiltų projektams.

 Istorijos pamokos 

Tiltų inžinieriai ir projektuotojai ėmėsi papildomų atsargumo priemonių, kabamiesiems tiltams grąžino vėjui pralaidžios santvarinės sijos konstrukciją. Iš tokių buvo atstatytas ir pokario Takomos tiltas. Panašus Niujorko Bronx–Whitestone tiltas buvo atitinkamai sustiprintas netrukus po Takomos avarijos. Tam tikslui 4,3 m aukščio plieninės sijos buvo sumontuotos abiejose važiuojamosios dalies pusėse, kad sustiprintų ir sutvirtintų tilto paklotą, siekiant sumažinti siūbavimą. 2003 m. jam iš abiejų kelio pusių dar sumontuoti aerodinaminiai stiklo pluošto gaubtai.

XX a. septintajame dešimtmetyje pradėta statyti tiltus su aerodinaminio profilio perdangomis iš uždarų dėžinio skerspjūvio laikančiųjų sijų, kurios suteikė reikiamą standumą ir atsparumą sukimo jėgoms.

Pilonų ir galinių kelio sekcijų, išlikusių griuvus pagrindiniam tarpatramiui, bet nepataisomai sugadintų, ardymas prasidėjo netrukus po avarijos ir tęsėsi iki 1943 m. gegužės mėn. Jungtinių Valstijų įsitraukimas į Antrąjį pasaulinį karą, taip pat inžinerinės ir finansinės problemos vėlino planus atstatyti tiltą. Kadangi plienas karo metu buvo vertinga prekė, tilto lynai, pakabos parduoti į metalo laužą išlydymui. Gelbėjimo operacija valstybei kainavo daugiau, nei gauta grąžos pardavus metalą, grynieji nuostoliai viršijo  (2022 m. kainomis ). Lynų tvirtinimo įtaisai, pilonų pjedestalai ir dauguma likusių pagrindų griūties metu buvo santykinai nepažeisti, todėl pakartotinai panaudoti atstatant tiltą 1950 m.
miniatiūra|220px|Vakarų krypties tiltas 1988 m.
miniatiūra|220px|Rytų krypties tiltas

Senojo tilto griuvėsių liekanos Takomos sąsiaurio dugne paliktos kaip didelis dirbtinis rifas, ir jos įtrauktos į Nacionalinį istorinių vietų registrą.

 Vakarų tiltas (1950 m.) 

Po liūdnai pagarsėjusio pirmojo tilto griūties profesorius F. Farquharson vėl buvo įpareigotas išbandyti naujo tilto projektą su Vašingtono universitete sukurtais modeliais. Specialiai suprojektuotoje vėjo tunelio laboratorijoje pora metų trukusiais bandymais užtikrinta, kad naujojo projekto rezultatas bus kitoks nei ankstesniojo. Statybos pradėtos 1948 m. balandžio 12 d., kai buvo sudarytas ir įgyvendintas objekto finansavimo ir draudimo planas. 

1949 m. balandžio 13 d. statybvietę sukrėtė stiprus 7,1 balų žemės drebėjimas. Dėl jo svyravę pilonai krypo iki 1,8 m nuo vertikalės, buvo pažeistas kabamojo lyno tvirtinimo mazgas. Krisdamas lynas nekliudė bokšto pjedestalo, bet pataikė į greta stovėjusią baržą, kuri po smūgio nuskendo su  naudinga įranga. Pasinaudojus naktiniu sąsiaurio vandenų atoslūgiu, lynas po kelių dienų buvo iškeltas ir sumontuotas. Po dviejų mėnesių statybvietėje kilęs gaisras vakariniame pilone apgadino įrangą ir įrankius, bet nepadarė didelės žalos. 

153 m aukščio pilonai pastatyti 1949 m. liepos mėn., o naujojo tilto lynai baigti tiesti 1950 m. sausio 16 d. Dabartinis į vakarus nukreiptas tiltas suprojektuotas ir perstatytas su atviromis santvaromis, standinančiais ryšiais ir angomis perdangoje praleisti vėjui. Jis atidarytas 1950 m. spalio 14 d. ir buvo 1822 m ilgio – 12 m ilgesnis už pirmąjį tiltą. Šio tilto statyba kainavo   Vietos gyventojai naująjį tiltą praminė „Tvirtąja Gerte“, nes nebeliko svyravimų, kurie buvo lemtingi pirmajam projektui. Kaip ir kiti modernūs kabamieji tiltai, vakarų krypties tiltas pastatytas, naudojant tobulesnio dizaino plienines plokštes, o ne lygias ištisines plokštes, sumontuotas pirmajame Takomos tilte. 

Tiltas suprojektuotas praleisti 60 000 transporto priemonių per dieną. Juo vyko eismas į vakarus ir į rytus iki rytinio tilto atidarymo 2007 m. liepos 15 d. Chanukos išvakarėse 2006 m. kilus štorminiam vėjui, tiltas pirmą kartą eksploatavimo metu buvo uždarytas, bet vėl atidarytas maždaug po 6 valandų.

 Rytų tiltas (2007 m.) 

Naujojo tilto, kuriuo automobiliai juda į rytus lygiagrečiai dabartiniam tiltui, statybos vyko 2002–2007 m. Vašingtono valstijos transporto departamentas apskaičiavo, kad projekto užbaigimas turėjo kainuoti , bet galiausiai statybos neviršijo  biudžeto, nes nebuvo panaudotos avariniams scenarijams skirtos lėšos. 2007 m. liepos 15 d. rytų krypties tiltas iškilmingai atidarytas 5 km bėgimu, kuriame dalyvavo apie 10 000 žmonių. Iš viso juostelės perkirpimo renginyje prie naujojo tilto susirinko apie 60 000 žiūrovų.

Ant rytų tilto imamas pravažiavimo mokestis:  – turintiems „Good to Go“ apmokėjimo sistemos sąskaitas su automobiliuose įrengtais autoatsakikliais,  – grynųjų pinigų ir kreditinių kortelių turėtojams ir  – tiems, kurie pasirenka „Pay-By-Mail“. Tikimasi, kad surinktais tilto mokesčiais užsakovo finansiniai įsipareigojimai bus įvykdyti iki 2033 m.

 Galerija 

 Literatūra 

 Schagler, N. (1995). Failed Technology: True Stories of Technological Disasters. New York: UXL. 

 Šaltiniai 

 Nuorodos 

 Tacoma Narrows Bridge history wa.gov
 New Tacoma Narrows Bridge (2007) – Structurae
 Building the New Tacoma Narrows Bridge youtube.com
 Tacoma Narrows Bridge – University of Washington Library
 Romas Juškelis. Vantinių tiltų aerodinaminio poveikio analizė vgtu.lt, 2012 
 Timeline of the bridges 

Kategorija:Kabamieji tiltai
Kategorija:JAV tiltai
Kategorija:Vašingtonas (valstija)