Według Niemieckiej Fundacji na rzecz Środowiska (DBU) coraz więcej zniszczonych mostów i wynikające z tego zamknięcia dróg zwiększają presję na ruch drogowy w Niemczech. Ponadto, według DBU, konieczne wyburzenia, rozbiórki i budowy nowych mostów pochłaniają ogromne zasoby, powodują dodatkowe emisje gazów cieplarnianych i wysokie koszty.
Gdyby jednak w momencie pojawienia się drobnych uszkodzeń zgłaszano je do odpowiednich władz drogowych, można by szybko lokalnie dokonywać przeglądów i ewentualnych napraw przyjaznych środowisku, twierdzi fundacja.
Ma to zbadać teraz projekt finansowany przez DBU, prowadzony przez Instytut Technologii w Karlsruhe (KIT) przy użyciu pomiarów drgań. Pytanie brzmi: jak można przeprowadzić zautomatyzowany monitoring w czasie rzeczywistym?
Renowacja mostów
DBU powołuje się na dane ministerstwa transportu. Według nich w sieci autostrad federalnych istnieje prawie 40 000 mostów, z czego 86 procent jest wykonanych ze stali i betonu sprężonego. Jednak wiele mostów z lat 60. i 70. było pierwotnie zaprojektowanych na znacznie mniejsze obciążenia ruchem.
Ponadto, według Federalnego Instytutu Dróg i Ruchu Drogowego, transport ciężki znacznie wzrósł, co spowodowało przedwczesne starzenie się materiałów. W związku z tym
z 40 000 mostów, zgodnie z programem modernizacji mostów, 4 000 mostów w kluczowej sieci silnie obciążonych autostrad musi zostać pilnie odnowionych.
Na przykład z powodu znaczących uszkodzeń zamknięto most Rahmedetal przy Lüdenscheid oraz most Ringbahn w Berlinie. Tam nieuniknione są kosztowne zastępcze budowy.
"Potrzebujemy metod w budowie mostów, które złagodzą już teraz grożącą falę generalnych remontów", wyjaśnia sekretarz generalny DBU, Alexander Bonde.
Wczesna naprawa
Beton potrzebny do tego celu zwiększa emisję szkodliwego dla klimatu gazu cieplarnianego dwutlenku węgla (CO2) oraz zużycie zasobów - globalna produkcja cementu odpowiada za około sześć do ośmiu procent globalnych emisji CO2.
"Jeśli uszkodzenia są naprawiane wcześniej, to odciąża ruch, środowisko naturalne i zdrowie", mówi Bonde.
Kontrole mostów
Do tego niezbędna jest trwała i zautomatyzowana detekcja uszkodzeń. Norma DIN 1076 nakłada obowiązek regularnych kontroli mostów w Niemczech: co sześć lat musi być przeprowadzana główna kontrola mostów, która jest pracochłonna i czasochłonna, a trzy lata później prostsza kontrola.
"Doświadczeni inżynierowie badają konstrukcje, z których wiele jest dostępnych od wewnątrz, i notują nieprawidłowości i uszkodzenia", mówi prof.
dr. inż. Alexander Stark z Instytutu Budownictwa Masowego i Technologii Materiałów Budowlanych (IMB) przy KIT.
Zgodnie z informacjami kierownika projektu, elementy betonowe są opukiwanie, aby na przykład wykryć puste przestrzenie. Niemniej jednak nie wszystkie uszkodzenia można stwierdzić w ten sposób. Na przykład asfalt w okolicy podpór środkowych zakrywa uszkodzenia nawierzchni mostu i nie można przeprowadzić jej łatwego oglądu.
W przypadku podejrzeń, oprócz regularnych wizualnych kontroli, przeprowadzane są specjalne badania mostów: używane są czujniki ciśnieniowe, kamery dronów, pomiary ultradźwiękowe lub komputerowe symulacje i modele.
"Te kontrole często przedstawiają tylko część mostu jako jednorazowy obraz, lub wymagają długiego czasu obliczeń, co oznacza, że sprawdzanie tą metodą jest naprawdę sensowne tylko dla kilku konstrukcji o wybitnym znaczeniu", mówi Stark.
Pomiar drgań
Dlatego pilnie potrzebne są praktyczne zautomatyzowane metody monitorowania mostów w czasie rzeczywistym, które mogą skutecznie zgłaszać lokalizację i wielkość uszkodzenia. Taka trwała metoda monitoringu ma być teraz badana w projekcie KIT metodą pomiaru drgań.
"Każda konstrukcja nośna ma charakterystyczne zachowanie drganiowe, które jest wpływane przez masę i sztywność. Gdy powstają znaczne pęknięcia
w betonie, zmienia się sztywność, a tym samym zachowanie drganiowe", wyjaśnia Stark.
Za pomocą tzw. czujników przyspieszenia można uchwycić charakterystyczne zachowanie drganiowe. "Dzięki tej technicznej ocenie całego mostu pęknięcia mają być lokalizowane i po raz pierwszy równocześnie kwantyfikowane - jeszcze zanim staną się widoczne i konieczna będzie regularna inspekcja mostu", objaśnia Stark.
Nie są wymagane ograniczenia prędkości ani zamknięcia mostów. Dodatkowo, wczesne środki naprawcze mogą być szybkie, precyzyjne i opłacalne.
"Oprócz gwarancji niezawodnej i bezpiecznej infrastruktury, to dodatkowo oszczędza emisje gazów cieplarnianych i zasoby", podkreśla specjalista DBU Franz-Peter Heidenreich.
Zgodnie z kompleksowym modelem gospodarki o obiegu zamkniętym, DBU twierdzi, że istniejące materiały, takie jak stal i beton sprężony oraz elementy mostów, powinny być wykorzystywane, ponownie używane i naprawiane tak długo, jak to możliwe.
Cel projektu
Rozpoczynający się teraz projekt ma stworzyć pierwsze podstawy - w drugim kroku planowane jest wprowadzenie z konsorcjum firm, aby stworzyć warunki do wyposażenia mostów w czujniki przez zarządy drogowe.
Oczekuje się również krótszych czasów planowania oraz mniejszych barier biurokratycznych dzięki precyzyjniejszym i bardziej efektywnym pracom
