Câu chuyện về độ bền mỏi, công nghệ chế tạo và trách nhiệm của người kỹ sư.
Sáng ngày 24/2/2014, gần 40 người dân bản Chu Va 6 (huyện Tam Đường, tỉnh Lai Châu) cùng bước lên cây cầu treo để sang bản bên kia dự một đám cưới.
Đó lẽ ra phải là một ngày vui.
Nhưng chỉ trong vài giây ngắn ngủi, cây cầu bất ngờ xoắn nghiêng rồi lật úp. Mặt cầu hất tất cả xuống lòng suối.
8 người thiệt mạng. 38 người bị thương.
Một tai nạn khiến cả nước bàng hoàng.
Sau thảm kịch, nhiều giả thiết được đưa ra.
Có phải cây cầu bị quá tải?
Có phải đoàn người đi quá đông?
Có phải hiện tượng cộng hưởng hay gió mạnh đã làm cầu mất ổn định?
Nhưng kết quả điều tra của Bộ Giao thông vận tải đã lần lượt bác bỏ các giả thiết đó.
Tải trọng của đoàn người chỉ khoảng 3 tấn, trong khi cây cầu được thiết kế chịu tải khoảng 11,3 tấn. Không có hiện tượng cộng hưởng, cũng không có tác động bất thường của gió.
Nguyên nhân trực tiếp cuối cùng lại nằm ở một chi tiết mà hầu như không ai để ý.
Ắc neo tăng đơ.
Đó chỉ là một chi tiết thép không lớn.
Nó nằm giữa cáp chủ và hệ neo, là mắt xích truyền toàn bộ lực kéo từ cáp xuống khối bê tông neo.
Nếu ví cáp chủ là “cơ bắp” của cây cầu thì ắc neo chính là mắt xích giữ toàn bộ sức kéo ấy.
Một chi tiết chỉ nặng vài kilôgam.
Nhưng lại mang trên mình sự an toàn của cả một công trình.
Kết luận điều tra cho thấy, ắc neo đã được chế tạo không đúng thiết kế.
Theo hồ sơ thiết kế, tiết diện chịu lực nhỏ nhất của chi tiết vào khoảng 50 cm².
Thực tế, tiết diện đo được chỉ còn khoảng 24-25 cm².
Nói cách khác, khả năng chịu lực của chi tiết đã bị giảm gần một nửa ngay từ khi rời khỏi xưởng chế tạo.
Điều đó đồng nghĩa với việc ứng suất làm việc trong ắc neo tăng lên đáng kể ngay từ những ngày đầu cây cầu được đưa vào sử dụng.
Nhưng điều đáng lo ngại hơn còn nằm ở công nghệ chế tạo.
Theo thiết kế, lỗ trên ắc neo phải được gia công bằng phương pháp khoan nhằm bảo đảm độ chính xác hình học và chất lượng bề mặt gia công.
Trong thực tế, lỗ lại được tạo bằng cách gia nhiệt rồi thổi thủng.
Phương pháp này không chỉ làm biến đổi tổ chức kim loại ở vùng chịu lực mà còn để lại bề mặt lỗ thô ráp, mép lỗ không đều và nhiều khuyết tật, mấp mô hình học.
Đối với người học Chi tiết máy, đây là một chi tiết rất đáng suy ngẫm.
Bởi khi học trên lớp, sinh viên được biết rằng độ bền mỏi của một chi tiết không chỉ phụ thuộc vào giới hạn bền của vật liệu, mà còn chịu ảnh hưởng rất lớn trạng thái lớp bề mặt.
Một bề mặt được gia công tốt, nhẵn và ít khuyết tật sẽ có giới hạn mỏi cao hơn. Ngược lại, bề mặt thô ráp, chịu tác động nhiệt hoặc tồn tại nhiều mấp mô sẽ làm giới hạn mỏi thực tế của chi tiết giảm xuống.
Điều đó có nghĩa là cùng một loại thép, cùng một tải trọng làm việc, nhưng hai chi tiết có chất lượng bề mặt khác nhau có thể có tuổi thọ hoàn toàn khác nhau.
Đó là lý do vì sao trong thiết kế máy, người kỹ sư không chỉ tính toán kích thước mà còn phải quan tâm đến phương pháp gia công, độ nhám bề mặt, xử lý nhiệt, ứng suất dư và chất lượng chế tạo.
Nhìn dưới góc độ của môn học Chi tiết máy, sự phá hủy của ắc neo không phải là một sự cố xuất hiện trong khoảnh khắc.
Nó bắt đầu từ những sai phạm trong quá trình chế tạo.
Tiết diện chịu lực bị giảm làm ứng suất làm việc tăng lên. Công nghệ gia công không đúng thiết kế làm chất lượng lớp bề mặt suy giảm, kéo theo khả năng chống mỏi của chi tiết giảm xuống. Dưới tác dụng của tải trọng thay đổi lặp đi lặp lại trong quá trình sử dụng, nguy cơ hình thành và phát triển các vi nứt tại lớp bề mặt cũng tăng lên. Khi phần tiết diện còn lại không còn đủ khả năng chịu tải, chi tiết sẽ phá hủy, cáp chủ mất liên kết với hệ neo và toàn bộ trạng thái cân bằng của cây cầu bị phá vỡ chỉ trong tích tắc.
Cần nhấn mạnh rằng, kết luận điều tra của Bộ Giao thông vận tải không kết luận ắc neo bị phá hủy do mỏi, mà xác định nguyên nhân trực tiếp là ắc neo được chế tạo sai thiết kế và sai công nghệ. Tuy nhiên, dưới góc nhìn của môn học Chi tiết máy, những sai sót về kích thước và trạng thái lớp bề mặt chính là các nhân tố làm suy giảm độ bền mỏi, làm giảm tuổi thọ làm việc và tăng nguy cơ khởi đầu vết nứt khi chi tiết chịu tải trọng thay đổi. Vì vậy, vụ Chu Va 6 vẫn là một ví dụ rất điển hình để người học hiểu rõ ý nghĩa thực tiễn của các nhân tố ảnh hưởng đến giới hạn mỏi của chi tiết máy.
Đối với người học cơ khí, đây không chỉ là câu chuyện về một cây cầu.
Đó là bài học về thiết kế, độ bền mỏi, công nghệ chế tạo, kiểm soát chất lượng và trên hết là trách nhiệm của người kỹ sư.
Một bản thiết kế đúng chưa đủ.
Một phép tính đúng chưa đủ.
Một loại vật liệu tốt cũng chưa đủ.
Mọi giả thiết thiết kế chỉ trở thành hiện thực khi chi tiết được chế tạo đúng kích thước, đúng quy trình công nghệ, đạt chất lượng bề mặt theo yêu cầu và được kiểm soát nghiêm ngặt trong từng công đoạn sản xuất.
Có một câu nói rất quen thuộc trong ngành cơ khí:
“Một hệ thống chỉ bền bằng mắt xích yếu nhất của nó.”
Cầu Chu Va 6 là minh chứng đau xót cho điều đó.
Không phải cáp chủ.
Không phải trụ cầu.
Không phải khối bê tông neo.
Mà là một ắc neo.
Một chi tiết rất nhỏ.
Nhưng đủ để quyết định số phận của cả một cây cầu.
Đó cũng là điều mà môn Chi tiết máy luôn muốn truyền tải đến mỗi sinh viên.
Khi học cách tính toán một trục, một bánh răng, một then hay một bu lông, mục tiêu cuối cùng không chỉ là tìm ra một kích thước thỏa mãn công thức.
Điều quan trọng hơn là hình thành tư duy của người kỹ sư: hiểu rằng mọi chi tiết đều có giới hạn, mọi sai lệch trong thiết kế và chế tạo đều có thể tích lũy thành rủi ro, và mọi quyết định kỹ thuật đều gắn với sự an toàn của con người.
Bởi trong kỹ thuật, không có chi tiết nào là quá nhỏ để có thể xem nhẹ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Vũ Điệp, “Bộ GTVT công bố nguyên nhân sập cầu Chu Va”, VietnamNet, 11/03/2014 (dẫn kết luận của Tổ công tác kỹ thuật Bộ GTVT: tiết diện ắc neo thực tế ~25 cm² so với 50 cm² thiết kế; lỗ ắc gia nhiệt thổi thủng; tải trọng đoàn người ~111 kg/m nhỏ hơn 150 kg/m thiết kế; loại trừ quá tải, cộng hưởng, gió). https://vietnamnet.vn/bo-gtvt-cong-bo-nguyen-nhan-sap-cau-chu-va-165136.html
[2] TTXVN / VietnamPlus, “Công bố chính thức nguyên nhân sập cầu treo Lai Châu”, 11/03/2014 (ắc neo bị phá hoại giòn, đứt vỡ đột ngột; kèm ảnh hiện trường của Công Hải/TTXVN). https://www.vietnamplus.vn/cong-bo-chinh-thuc-nguyen-nhan-sap-cau-treo-lai-chau-post248130.vnp
[3] Dân Trí, “Kết luận chính thức vụ lật cầu treo làm 8 người chết”, 03/2014. https://dantri.com.vn/dien-dan/ket-luan-chinh-thuc-vu-lat-cau-treo-lam-8-nguoi-chet-1395040607.htm
[4] Báo Đầu tư, “Chính thức công bố nguyên nhân sập cầu treo Lai Châu”, 03/2014 (xác nhận đoàn người trên cầu là đoàn đưa tang; cầu thiết kế cho xe gắn máy, người đi bộ, xe súc vật kéo, tải trọng xe ≤ 1,5 tấn). https://baodautu.vn/chinh-thuc-cong-bo-nguyen-nhan-sap-cau-treo-lai-chau-d22707.html
[5] VnEconomy, “Sập cầu treo ở Lai Châu bắt nguồn từ thi công ẩu”, 01/03/2014 (thông cáo ngày 28/02 của Bộ GTVT; cầu khởi công 8/2012, hoàn thành 12/2012; các đơn vị chủ đầu tư, thiết kế, thi công). https://vneconomy.vn/sap-cau-treo-o-lai-chau-bat-nguon-tu-thi-cong-au.htm
[6] VietnamNet, “Dỡ cầu treo Chu Va bị lật để kiểm tra”, 04/03/2014 (mô tả bề mặt lỗ chốt ắc neo lồi lõm, gia công bằng gia nhiệt thổi xuyên chiều dày làm thay đổi tính chất cơ lý vật liệu). https://vietnamnet.vn/do-cau-treo-chu-va-bi-lat-de-kiem-tra-164017.html
[7] VnExpress, chuyên trang “Cầu Chu Va” (tổng hợp tin bài, ảnh hiện trường và diễn biến điều tra; số liệu 8 người chết, 38 người bị thương). https://vnexpress.net/topic/cau-chu-va-17740
