Blog Frans Vos - Onze falende transportverbindingen

Legendarisch, hilarisch en magisch zijn woorden die in mij opkomen. Die eerste twee connotaties gaat zowat iedereen beamen die van op een veilige afstand, netjes van op kaden en waterboorden, het spektakel heeft gadegeslagen. Maar eerlijk is eerlijk, ik heb het nooit van zo dichtbij meegemaakt. Ik, ik zat vooral aan de televisiekast gekluisterd. Close-ups brachten alle details van de meest kleurrijke, prachtig en soms bizar ogende creaties naar voren. Evenzeer in close-up: de veelvuldige variaties in de wijze waarop creatie en bestuurder met een machtige duik en bijhorende plons het publiek bekoorden. Pure magie die de beeldbuis op mijn netvlies toverde.

Door Frans Vos - Materials Consult bv

In veel gevallen wachtten de creaties zelfs de plons niet af om al sidderend en trillend stukje bij beetje uiteen te vallen. Hoe goed de bibberende bestuurder ook trachtte om het aan een rotvaart naar beneden zoevende vehikel zo lang mogelijk op het smalle richeltje te balanceren, hier en daar besloten sommige onderdelen om al vroegtijdig aan een sierlijke parabolische vlucht richting wateroppervlak te beginnen. Niet alle teams die aan dergelijke spelprogramma’s deelnamen hadden blijkbaar veel kaas gegeten van verbindingstechnieken. Daar waar het uiteenvallen van Fiets-‘m-erin creaties voor de toeschouwer eerder ludiek oogde en – mee dankzij de toegewijde hulpdiensten – qua persoonlijk leed meestal eerder tot een gekraakt ego van de bestuurder dan tot ernstige verwondingen leidde, zijn de gevolgen van falende verbindingen zelden zo onschuldig als dat het spektakel van ‘Ter land, ter zee en in de lucht’ doet uitschijnen. Helaas zijn er tijdens sommige van die opnames wel degelijk ernstige gewonden gevallen, net zoals er omwille van falende verbindingen ook grote drama’s zijn gebeurd tijdens het meer alledaagse gebruik van transportmiddelen.

Ter land
Zo heb ik al diverse schade-analyses met betrekking tot gebroken fietsonderdelen uitgevoerd. Bij wijze van voorbeeld herinner ik daarbij aan die ene aluminiumkader die, naar bewering van de bestuurder, plots gewoon aan de lassen afbrak terwijl hij volop aan een afdaling in de Vogezen bezig was. Op basis van de onderzoeksresultaten bleek er toch iets meer aan de hand dan slechte lasverbindingen alleen, en was er ook sprake van een (voorafgaand?) opgetreden schokbelasting. Voor het volledige verhaal verwijs ik u graag terug naar het artikel ‘Details fietsen ‘m erin’ in het ALURVS magazine 2019-10. Ook in de fietsbranche, leidde een omwille van metaalvermoeiing gefaalde zadelpen – als verbindingsstuk tussen het zadel en de zitbuis – evenzeer tot ernstige verwondingen van de bestuurder.

Foto: breukvlakken aluminium fietskader - Materials Consult

Ter zee
En als we het dan over de scheepvaart hebben, was er die afgebroken putting die de opvarenden van een zeilschip de schrik van hun leven bezorgde. Een putting is een in de romp of aan het dek verankerd onderdeel waaraan het want wordt bevestigd; een putting is dus evenzeer een verbindingsstuk. In dit geval was de schade eveneens te wijten aan metaalvermoeiing, maar wat bij vermoeiingsdiagnoses soms over het hoofd wordt gezien, is dat de kenmerkende, veelal eenvoudig waar te nemen propagatiefase wordt voorafgegaan door een initiatie. Wat heeft met andere woorden tot dat eerste stapje in de scheurvorming geleid? Bij de kwestieuze zeilbootputting bleek dat een onooglijk klein corrosieputje te zijn. Nog wat verder onderzoek leerde dat het voor de putting gebruikte materiaal een roestvaststaal van de AISI 304 familie betrof, een materiaal dat niet voldoende corrosiebestendig is in marine milieu. In combinatie met de chloriden van het marine milieu was daardoor putcorrosie ontstaan, waarbij één van de putjes als vermoeiingsinitiator heeft dienst gedaan.

Foto: Breukvlak gebroken putting - Materials Consult

En in de lucht
En zo gaan we van land, over zee naar de lucht. In de wereld van de schade-analisten is het ‘Aloha-ongeval’ daarbij één van de typevoorbeelden waarin meerdere verbindingstypes het lieten afweten, met een overlijden en meerdere zwaargewonden tot gevolg. Het betrof ‘Aloha Airlines-vlucht 243’ van 28 april 1988 van Hilo naar Honolulu met een nominale vlieghoogte van 7300 meter. Kort nadat het vliegtuig die hoogte had bereikt, barstte een klein stukje van de romp, aan de linkerkant van het vliegtuig, vlak achter de cockpit. Omwille van de explosieve decompressie die daarop volgde, scheurde vervolgens nog een aanzienlijk deel van de cabineromp uit. Helaas is daarbij één stewardess overleden, maar de andere bemanningsleden en de passagiers hebben - sommigen weliswaar zwaargewond - het incident allemaal overleefd. Dat was op zich dan weer te danken aan, enerzijds, dat het vliegtuig op relatief lage hoogte vloog en er snel kon worden gedaald naar meer zuurstofrijke luchtlagen en, anderzijds, dat de romp aan de bovenzijde en niet aan de onderzijde was uitgescheurd. Was dat aan de onderzijde gebeurd, dan had waarschijnlijk niemand het ongeval overleefd omwille van constructie-technische redenen.

Foto: De vliegromp van Aloha-Airlines Flight 243. Bron: Wikimedia commons

Over de oorzaken van het Aloha-ongeval zijn er een aantal scenario’s die de ronde doen, maar allen wijzen ze wat betreft primaire oorzaak direct of indirect naar hetzelfde: Een falende lijmverbinding. Volgens wikipedia zou de lijm destijds niet goed zijn aangebracht, maar wikipedia slaat wel meer de bal mis (binnen mijn vakgebied verkies ik dan ook eerder de term “wikistupedia”). in de meer accurate, betrouwbare rapporten en literatuur wordt er in meer algemene termen gesproken over ‘het onthechten’ van de lijmverbinding, waarbij deze onthechting in een aantal bronnen wordt gekoppeld aan de ongeschiktheid van de gebruikte lijm - een zogenaamde koude epoxylijm - voor een langdurige blootstelling aan de specifieke tropische omstandigheden op en rond de Hawaïaanse eilanden. Het betreffende vliegtuig was immers hoofdzakelijk als een hop-on, hop-off tussen de Hawaïaanse eiland actief. Naar aanleiding van dat ongeval werden de voor vliegtuigen gebruikte lijmen aan een kritische blik onderworpen en, waar nodig, bijgestuurd qua samenstelling en uithardingswijze (koud versus warmte, met versus zonder druk, …). Nog meer dan het gebruikte lijmtype was echter de rol die door de NTSB – de National Transportation Safety Board – werd toebedeeld aan de inspectie- en onderhoudsdiensten van Aloha Airlines, en dan vooral aan hun management. De NTSB kwam tot de bevinding dat de inspectieprocedures die eventuele onthechtingen, corrosie en microscheuren moesten helpen opsporen niet voldoende adequaat waren, dat het personeel dat die inspecties moest doen niet goed was opgeleid, dat er onvoldoende toezicht en opvolging ter zake was enz. Om maar een voorbeeld te geven: De bewuste inspecties dienden ’s nachts te gebeuren, in hallen die onvoldoende verlicht waren om zeer fijne onthechtings- en scheurindicaties te kunnen opsporen. De situatie bleek zelfs zo ernstig dat er meerdere vliegtuigen van de Aloha-vloot reeds scheurtjes vertoonden, scheurtjes die in een worst-case scenario tot gelijkaardige, desastreuze gevolgen hadden kunnen uitgroeien.

Hoe we dan de link leggen tussen die scheurtjes in de beplating en de lijmonthechting? Welnu, daarvoor moeten we dan via de hiervoor reeds vermelde ‘corrosie’. Omwille van de lokale onthechtingen van de lijmverbinding kon er zich vocht in de spleetvormige openingen tussen de overlappende rompplaten opstapelen. De rivetverbindingen op zich zijn immers niet voldoende om dat te verhinderen. Bij het binnendringen van vocht in dergelijke smalle, veelal capillair werkende openingen ontstaat er een verhoogd risico op zogenaamde spleetcorrosie, dit als gevolg van een ‘differentiële beluchting’ (= in de spleet kan minder zuurstof doordringen vergeleken met het zuurstofgehalte in de lucht buiten de spleet). Bovendien leidt de aanwezigheid van de chloriden ook nog eens tot een algemeen corrosie-bevorderend effect (hogere ionische geleidbaarheid van het water), maar ook tot een verhoogd risico op putcorrosie en – bij hoge omgevingstemperaturen – spanningscorrosie. In dergelijk smalle openingen ontwikkelt zich dan quasi steeds roest (nog even ter herinnering: roest is geen corrosie, maar wel een mogelijk gevolg van corrosie), waarbij vanaf een bepaalde mate aan roestopbouw de rivetten, en via de rivetten ook de beplating aan een extra, niet in het ontwerp voorziene spanningsopbouw worden onderworpen. Deze extra spanningsopbouw, bovenop de spanningen waaraan de rompplaten sowieso al onderhevig zijn, heeft dan tot microscheurvorming in de rivetten en aan de randen van de rivetgaten in de beplating geleid, met alle gevolgen van dien. Volgens de officiële rapporten werd de beplating zodoende getroffen door vermoeiingsscheuren. Gezien het cyclische uitzetting-krimp ritme van de romp hoeft dat uiteraard niet te verbazen. En wat dan tot de initiatie van die vermoeiingsscheuren heeft geleid? Kleine, spanningsverhogende oneffenheden aan de randen van de rivetgaten kunnen daarvoor voldoende zijn. Sommige rapporten maken ook melding van putcorrosie aan de randen van de rivetgaten, wat gezien de marine omgeving niet verwonderlijk zou zijn.

Nu, met voorgaande historiek is nog niet alles uitgeklaard. Want wat is er met de rivetten in de initiële schadezone gebeurd, daar waar dat eerste, tot catastrofale proporties uitgroeiende barstje is opgetreden? Gezien de explosieve decompressie vertoonden quasi alle onderzochte rivetten een falen via overbelasting, maar was dat ook zo voor die bewuste rivetten uit de initiële schadezone? Ook daarover bestaan allerhande theorieën, waarbij overbelasting, vermoeiing en zelfs – het naar mijn mening minder waarschijnlijke - spanningscorrosie de revue passeren. Wat dat betreft zal het echter bij speculatie blijven. De belangrijkste rivetten uit dat initiële schadegebied waren immers niet meer aanwezig na de noodlanding en eindigden vermoedelijk op de oceaanbodem. Een recuperatiepoging werd bij mijn weten niet ondernomen en was vermoedelijk ook weinig zinvol. Het zou zoeken naar een speld in een hooiberg zijn en tegen dat ze zijn teruggevonden, zijn de schadezones op die rivetten immers al dermate door het zeewater aangetast dat er nog weinig nuttige informatie uit hun analyse te halen valt. Wat echter wel zinvol was, was naar dezelfde zone op andere vliegtuigen van hetzelfde type van de Aloha-vloot kijken. Daar bleek er, naast evenzeer de aanwezigheid van microscheuren, vooral sprake van gebogen en uitgerekte, zelfs van reeds terug open gepopte rivetten. Dat laatste roept bij mij dan weer de vraag op of een goed gemonteerde rivet bij overbelasting zomaar terug mag openspringen? Is er met andere woorden ook niet iets misgelopen met de keuze van het type rivetten en/of hun montage? Toegegeven, had de lijmverbinding niet gefaald, dan was die roest-geïnduceerde extra belasting op de rivetten veel minder waarschijnlijk geweest, maar is dat dan een reden om de keuze van de rivetten en de kwaliteit van hun montage niet in twijfel te trekken? In de publiek toegankelijke rapporten die ik ter zake kan terugvinden, is over een dergelijk onderzoek weinig terug te vinden. Als u over bronnen ter zake zou beschikken of er op zou stuiten, zou ik het waarderen indien u me een kopie ter zake kan bezorgen.

Foto: Gebarsten supportstructuur van een werktrein - Materials Cosult 

Naast het fysieke onderzoek van gelijkaardige vliegtuigen uit de Boeing 737–reeks heeft het onderzoeksteam uiteraard ook het concept, de inspectie- en onderhoudsprocedures van de 737-reeks onder de loep genomen. Ook dat leverde voor het schadeonderzoek belangrijke informatie op, in die zin dat de spanning op sommige rivetten in die bewuste initiële schadezone beduidend hoger was dan errond. Ook dat is iets dat Boeing dan, samen met uiteraard een evaluatie en optimalisatie van het gehele concept, onder de loep zal hebben genomen.

Ter land, ter zee en in de lucht
Voorgaande is slechts een bloemlezing van hoe de verbindingen in onze transportmiddelen kunnen falen. Zouden evenzeer de revue hebben kunnen passeren: Die scheurende lasverbindingen in een werktrein of in dat gepimpt en helaas gezonken binnenvaartschip, het falen van een railsysteem in een transportvliegtuig, en ook de gescheurde bouten die, na wat getril en wat slingeren, bij een bezoek aan de garage van onder de motorkap van mijn auto tevoorschijn kwamen.  Waar en met welk transportmiddel u ook rijdt, vaart of vliegt, er zijn altijd risico’s aan verbonden. Net zoals in bijna alle producten, groot of klein, zijn er verbindingen die we een eeuwige levensduur wensen toe te dichten, maar die, net zoals wijzelf, daar niet voor geschapen zijn. Met een gedegen materiaalkeuze, ontwerp, realisatie, inspecties, onderhoud en – waar nodig – remediëring, kunnen we de levensduur zo goed mogelijk beheersen en ja, soms zelfs tot voorbij de oorspronkelijk verwachte levensduur verlengen. Het woord ‘gedegen’ is daarbij de sleutel, de verbinding die alles samenhoudt.

Te land, ter zee en in de lucht, naar waar u ook gaat, ik wens u een veilige reis en een behouden thuiskomst.