NYT: Америке грозит массовое разрушение мостов из-за изменений климата

По мнению инженеров, экстремальная жара и наводнения ускоряют процесс разрушения мостов, что представляет собой тихую, но растущую угрозу.

Этим летом в жаркий день (температура превышала 35 градусов) нью-йоркский мост на Третьей авеню, соединяющий Бронкс и Манхэттен, застрял в разведенном положении на несколько часов. Пока жара и наводнения испепеляли и опустошали Средний Запад, стальной железнодорожный мост, соединяющий Айову с Южной Дакотой, рухнул под нахлынувшими водами. В Льюистоне, штат Мэн, движение по мосту пришлось закрыть после того, как дорожное покрытие прогнулось от перепада температур.

Американские мосты, четверть из которых была построена до 1960 года, и так нуждаются в ремонте. Но, по словам инженеров, экстремальная жара и рост числа наводнений, вызванных изменением климата, ускоряют процесс разрушения, по сути, вызывая их преждевременное старение.

В результате возникает тихая, но растущая угроза безопасному передвижению людей и грузов по стране. Эта ситуация — всего лишь очередной пример того, как изменение климата меняет повседневную жизнь — в то время как американцы, возможно, даже и не задумываются об этом.

"На наших глазах развивается кризис мостов, напрямую связанный с экстремальными погодными явлениями", — утверждает Пол Чиновски, профессор гражданского строительства из Университета Колорадо в Боулдере, занимающийся исследованием вопросов влияния климата на инфраструктуру. "При нормальных климатических условиях эти процессы бы не происходили. Таких климатических колебаний еще никогда не наблюдалось".

Мосты, спроектированные и построенные десятилетия назад из материалов, не рассчитанных на резкие перепады температур, теперь быстро разбухают и сжимаются, что приводит к ослаблению конструкции.

"Становится так жарко, что мосты, части которых поддерживают бетон и сталь, могут буквально развалиться на части, как игрушечный конструктор", — говорит доктор Чиновски.

Поскольку в этом году температура побила рекорд за всю историю метеонаблюдений, пострадали многие объекты инфраструктуры страны: от автомагистралей до взлетно-посадочных полос. Но мосты подвергаются особой опасности.

"В случае с мостами вы имеете дело с инфраструктурой, которая была спланирована, спроектирована и построена несколько десятилетий назад", — объясняет министр транспорта Пит Буттиджич. "Это одна из форм инфраструктуры, которую приходится дольше всего обновлять или модернизировать. И все же мы фиксируем уязвимости, связанными с инфраструктурными элементами, по всей стране".

По данным исследования, опубликованного в журнале PLOS ONE, экстремальные температуры, вызванные изменением климата, к 2050 году могут привести к разрушению каждого четвертого стального моста в стране. К 2040 году, как полагают эксперты, из-за вызванных жарой разрушений придется прибегнуть к повсеместному закрытию мостов для проведения ремонтных работ.

Исследование также показало, что новые температурные рекорды провоцируют разрушение дорожного покрытия на мостах. В то же время, по данным специалистов, связанные с изменением климата обильные осадки усиливают явление "размыва" — эрозии почвенных отложений вокруг фундаментов мостов, что является основной причиной их поломки.

Проблемы с мостами уже начинают сказываться на цепочках поставок и стоимости товаров. В 2022 году девятиметровый участок моста на границе Калифорнии и Аризоны на автомагистрали номер десять, проходящей по основному маршруту грузоперевозок из Финикса в порт Лос-Анджелеса, был смыт из-за рекордного количества осадков. По той же причине в 2015 году обрушился пролет моста Текс Уош — а именно в результате наводнения, которое тогда назвали катаклизмом, "происходящим раз в тысячелетие". По данным Американского института транспортных исследований, каждое закрытие моста увеличивало стоимость грузоперевозок на 2,5 миллиона долларов в день из-за задержек и потребности в дополнительном топливе. По прогнозам инженеров, в ближайшее десятилетие число подобных закрытий мостов по всей стране значительно возрастет.

"В условиях прекращения движения по многим мостам водителям грузовиков приходится чаще обычного менять маршрут. Это добавляет от 24 до 160 км за поездку, в то время как час поездки грузовика обычно стоит около 91 доллара", — поясняет Дэн Мюррей, старший вице-президент Американского института транспортных исследований. "Получается такая инфляция. Мы покупаем все те же товары, а непредвиденные расходы перекладываются на плечи потребителей".

50-летний Билл Майнор, водитель грузовика Walmart, доставляющий продукты, одежду и электронику из терминала в Бивер-Даме, штат Вирджиния, в магазины близлежащих регионов, говорит, что пересекает мост через озеро Батт-де-Мортс в Ошкоше до дюжины раз в день. По словам Майнора, когда в июне мост был закрыт всего на один день в связи с тем, что из-за жары разошелся шов на подъезде к нему, из-за дополнительных объездов и пробок удалось доставить меньше товаров — и пришлось израсходовать больше топлива.

"Мост находится на межштатной трассе, но объездная дорога — это проселочные шоссе, так что вы проезжаете через маленькие городки со скоростью 40 километров в час", — объяснил он.

Администрация Байдена попыталась решить эту проблему. Согласно поддержанному обеими партиями закону об инфраструктуре 2021 года, правительство выделило 110 миллиардов долларов на ремонт и строительство дорог, мостов и других крупных транспортных проектов. В закон также вошла новаторская программа PROTECT с финансированием в 7,3 миллиарда долларов, которые должны быть распределены между штатами, чтобы сделать объекты и магистрали более устойчивыми к экстремальным погодным условиям. Еще полтора миллиарда долларов можно получить в виде конкурсных грантов.

В Вермонте, где из-за сильных дождей и жары за последние два года было повреждено около 100 мостов, начали восстанавливать конструкции, делая их более высокими и широкими, делая более глубокие фундаменты и используя более прочные материалы. А водные пути под мостами стали глубже и шире, чтобы те смогли впитать больше воды.

Но все это требует денег и времени. По словам Джереми Рида, главного инженера транспортного агентства штата, строительство более устойчивых к наводнениям мостов обходится Вермонту на 30-40 процентов дороже.

Ученые, инженеры и правительственные агентства только сейчас начинают разрабатывать стандарты строительства мостов, устойчивых к климатическим изменениям, говорит Джим Таймон, исполнительный директор Американской ассоциации государственных служащих автомобильных дорог и транспорта. "Мы учимся на проблемах, которые на нас обрушиваются, и пытаемся изменить ситуацию и предугадать в строительстве, что же изменение климата подбросит нам в следующий раз, однако цель постоянно меняется", — отметил он.

В 2018 году Колорадо стал одним из первых штатов, учитывающих последствия изменения климата при планировании дорог и мостов. После того как в 2013 году наводнение повредило около 800 километров дорог и 50 мостов, на экстренный ремонт которых потребовалось более 700 миллионов долларов, транспортная комиссия штата потребовала впредь учитывать при строительстве климатические условия.

Штат обратился к Хуссаму Махмуду, инженеру-строителю и профессору Университета штата Колорадо, с просьбой изучить участившиеся случаи разрушения в стыках стальных мостов. "Увиденное повергло нас в шок", — вспоминает Махмуд.

Десятилетиями поверхности мостов скреплялись вилообразными деформационными швами, встроенными в сталь и дорожное покрытие, чтобы обеспечить нормальное разбухание и сжатие под воздействием жары и холода.

Но из-за резких скачков температур, связанных с изменением климата, швы разбухали все больше и чаще, отмечает Махмуд. Проблема усугублялась тем, что перегретые стыки плотно прилегали к дорожному мусору, который обычно скапливается между ними. "Как только это происходит, мосту может быть нанесено критическое повреждение", — объясняет эксперт. "Сталь деформируется и скручивается, настил трескается, влага проникает сквозь него и вызывает коррозию".

Разбухшие стыки приводят и к другим проблемам. Стальные мосты спроектированы таким образом, чтобы плавно изгибаться, выдерживая большие нагрузки, но забитые стыки делают балки жесткими, не позволяя распределять нагрузку от крупных грузовиков.

"Это означает, что балки моста выдерживают гораздо больший вес, чем тот, на который они рассчитаны", — поясняет Махмуд.

Возраст, как правило, это один из основных факторов, определяющих хрупкость моста. Обычно инженеры определяют приоритетность ремонта или замены мостов, когда их возраст превышает 50 лет.

Поэтому Махмуд был удивлен, обнаружив, что среди мостов Колорадо в наихудшем состоянии оказались 18-летний мост через канал Риверсайд в округе Морган, 29-летний мост на окружной дороге 501 в округе Пуэбло и 10-летний мост на окружной дороге 17 через канал Отеро.

Все эти мосты были признаны находящимися в "хорошем" или "удовлетворительном" состоянии Национальной инвентаризацией мостов Федерального управления шоссейных дорог по результатам проверок в период с 2020-го по 2022-й год.

Чиновники транспортного ведомства Колорадо утверждают, что, хотя они и учитывают результаты таких исследований при определении приоритетов ремонта мостов, но у штата нет денег на внедрение всех этих улучшений. В соответствии с законом об инфраструктуре, штат получает на ремонт мостов 45 миллионов долларов в год из федеральных фондов и 98 миллионов долларов в год — из фондов программы PROTECT для повышения устойчивости инфраструктуры к климатическим изменениям. Все финансирование рассчитано на период до 2026 года.

По оценкам чиновников штата, Колорадо, вероятно, требуется более чем в пять раз больше средств в год. "На деле мы знаем, что этого не произойдет", — комментирует Уильям Джонсон, директор программы по повышению устойчивости к климатическим изменениям в Департаменте транспорта Колорадо. "Мы не можем заменить все детали завтра, но теперь мы учитываем изменения климата, чтобы усовершенствовать процесс".

Махмуд распространил результаты своего исследования на всю страну, используя данные из Национального кадастра мостов для моделирования влияния изменения климата на балки, настилы и балки 80-и тысяч стальных мостов. Он обнаружил, что наибольшему риску подвергаются мосты в северной части Скалистых гор и равнин, на верхнем Среднем Западе, в долине Огайо и на Юге. Он также выяснил, что небольшие мосты с меньшими балками более уязвимы для повреждений, поскольку они изначально спроектированы так, чтобы выдерживать более легкие нагрузки.

В базу данных Махмуда вошли 1357 стальных мостов в Оклахоме и 575 мостов в Северной Дакоте, среди которых также 25-летний мост через реку Гус в округе Трейл, 16-летний мост на окружном шоссе в округе Гранд-Форкс и 11-летний мост на дороге E0220 в округе Грант штата Оклахома.

"Упомянутые мосты в этих штатах были спроектированы в соответствии с нормами", — объясняет Махмуд. Но из-за незапланированных повреждений, вызванных изменением климата, по его словам, "мы увидим, как балки на этих мостах выкручиваются, бетон отваливается, и мосты закрываются".

Джейсон Торенсон, инженер по мостам Северной Дакоты, сказал, что он не согласен с исследованиями Махмуда о том, что мосты находятся в опасности. "Штат получает около 45 миллионов долларов в год по программе PROTECT, — отметил он, — но я бы не сказал, что мы используем эти деньги для решения проблем в связи с изменением климата, потому что я не могу утверждать, что мы с ними действительно сталкиваемся".

Тим Гатц, заместитель директора Департамента транспорта Оклахомы, сказал, что холод и жара могут создавать нагрузку на дороги и мосты. "У нас всегда был очень широкий диапазон погодных условий", — сказал он. — Иногда сильный холод, иногда сильная жара".

По словам Ройса Флойда, профессора инженерии из Университета Оклахомы, исследования показывают, что изменение климата привело к более быстрой смене температуры с экстремальной жары на чрезвычайный холод. По словам доктора Флойда, эти колебания температур могут привести к тому, что дорожное покрытие будет продавливаться с обеих сторон, из-за чего дорога и сталь начнут прогибаться, трескаться, или даже выводить стальные балки из равновесия.

По его словам, именно это произошло как минимум с тремя крупными мостами в Оклахоме в последние годы. Конечно, вскоре мосты были отремонтированы — но без учета результатов исследований, моделирующих текущее и будущее влияние изменения климата. Если не сделать мосты более прочными, они снова начнут гнуться, уверен доктор Флойд.

"Если не прогнозировать изменения климата, мы наступим на одни и те же грабли", — отметил он.