Zgodnie z informacjami Niemieckiej Fundacji Ochrony Środowiska (DBU), coraz więcej zniszczonych mostów i wynikające z tego zamknięcia dróg zwiększają presję na ruch drogowy w Niemczech. Ponadto, według DBU, konieczne wysadzanie, rozbiórki i budowa nowych mostów pochłaniają ogromne zasoby oraz generują dodatkowe gazy cieplarniane i wysokie koszty.
Jeśli już przy pierwszym pojawieniu się drobnych uszkodzeń zgłoszenie trafiałoby do odpowiedniej administracji drogowej, możliwe byłoby szybkie, lokalne i przyjazne dla środowiska przeprowadzenie napraw, jak informuje fundacja.
Ma to zostać zbadane w ramach projektu finansowanego przez DBU, realizowanego przez Instytut Technologii w Karlsruhe (KIT), za pomocą pomiarów drgań. Pytanie brzmi: jak można przeprowadzić zautomatyzowany monitoring w czasie rzeczywistym?
Renowacja mostów
DBU odnosi się do danych z Ministerstwa Transportu. Wynika z nich, że w niemieckiej sieci autostrad znajduje się prawie 40 000 mostów, z czego 86 procent to mosty stalowe i z betonu sprężonego. Jednak wiele mostów z lat 60. i 70. było pierwotnie zaprojektowanych na znacznie mniejsze obciążenia ruchem.
Ponadto, według Federalnego Instytutu Nauk o Ruchu Drogowym, ruch ciężarowy znacznie wzrósł, co przyczyniło się do przedwczesnego starzenia się
materiałów. W rezultacie, zgodnie z programem modernizacji mostów, z 40 000 mostów, aż 4 000 w głównych sieciach wysoce obciążonych autostrad wymaga pilnej renowacji.
Na przykład, z powodu znacznych uszkodzeń, zamknięte musiały zostać most Rahmedetal w Lüdenscheid i most Ringbahn w Berlinie. Tam nieuniknione są kosztowne budowy zastępcze.
"Potrzebujemy w budownictwie mostów metod, które już teraz złagodzą nadciągającą falę generalnych remontów", wyjaśnia sekretarz generalny DBU Alexander Bonde.
Wczesna naprawa
Potrzebny do tego beton przyczynia się do wzrostu emisji szkodliwego dla klimatu gazu cieplarnianego, dwutlenku węgla (CO2), oraz do wzrostu zużycia zasobów - globalna produkcja cementu przyczynia się do około sześciu do ośmiu procent światowych emisji CO2.
"Jeżeli uszkodzenia zostaną naprawione wcześniej, odciąża to ruch, środowisko i zdrowie", twierdzi Bonde.
Kontrole mostów
Do tego potrzebna jest trwała i zautomatyzowana identyfikacja uszkodzeń. Norma DIN 1076 wymaga regularnych kontroli mostów w Niemczech: co sześć lat musi być przeprowadzana główna kontrola mostów wymagająca ludzkiego wysiłku i czasu, trzy lata później odbywa się prostsza kontrola.
"Doświadczeni inżynierowie badają konstrukcje, z których wiele można odwiedzić od wewnątrz, i rejestrują nieprawidłowości
i uszkodzenia", mówi prof. dr hab. inż. Alexander Stark z Instytutu Budownictwa Masowego i Technologii Budowlanej (IMB) na KIT.
Zgodnie z informacjami kierownika projektu, poprzez opukiwanie elementów betonowych można wykrywać na przykład puste przestrzenie. Niemniej jednak, nie wszystkie uszkodzenia mogą być wykryte w ten sposób. Na przykład asfalt w obszarze centralnych podpór zakrywa uszkodzenia nadbudowy mostu, co utrudnia wizualną inspekcję.
W przypadku podejrzeń, oprócz wizualnej kontroli rutynowej, przeprowadzane są specjalne kontrole dla mostów: używa się m.in. czujników ciśnienia, kamer dronów, pomiarów ultradźwiękowych lub symulacji komputerowych i modeli.
"Te kontrole zazwyczaj obejmują jedynie część mostu jako moment obserwacji lub wymagają długich czasów obliczeniowych, dlatego sprawdzanie tą metodą ma sens jedynie w przypadku kilku budowli o wyjątkowym znaczeniu", mówi Stark.
Pomiar drgań
Dlatego konieczne są pilnie praktyczne, zautomatyzowane metody monitorowania w czasie rzeczywistym dla mostów, które skutecznie mogą zgłaszać lokalizację i wielkość uszkodzeń. Taką trwałą metodę monitorowania zamierza teraz zbadać projekt KIT poprzez pomiary drgań.
"Każda konstrukcja nośna ma charakterystyczne drgania, które są wpływane przez masę i sztywność. Jeżeli w betonie pojawią się znaczące pęknięcia, zmienia
się sztywność, a co za tym idzie także charakterystyka drgań", mówi Stark.
Z pomocą tak zwanych czujników przyspieszenia można uchwycić charakterystyczne drgania. "Poprzez taką ocenę pomiarową całego mostu powinny być lokalizowane i jednocześnie po raz pierwszy kwantyfikowane powstawania pęknięć - jeszcze zanim będą widoczne i zbliży się regularna inspekcja mostu", wyjaśnia Stark.
Przy tym nie są wymagane ograniczenia prędkości ani zamknięcia mostów. Poza tym, wczesne działania naprawcze są szybkie, precyzyjne i ekonomiczne.
"Oprócz zapewnienia niezawodnej i bezpiecznej infrastruktury, pozwala to również oszczędzać gazy cieplarniane i zasoby", podkreśla ekspert DBU Franz-Peter Heidenreich.
Zgodnie z kompletną gospodarką obiegu zamkniętego, istniejące materiały, takie jak stal i beton sprężony, oraz elementy mostów, powinny być jak najdłużej wykorzystywane, ponownie używane i naprawiane – informuje DBU.
Cel projektu
Rozpoczynający się teraz projekt ma stworzyć podstawowe założenia - w kolejnym etapie planowane jest wprowadzenie przy udziale konsorcjum firm, by stworzyć warunki do tego, aby administracje drogowe mogły wyposażać mosty w czujniki.
Oczekuje się, że dodatkowe korzyści to skrócenie czasu planowania oraz zmniejszenie biurokratycznych przeszkód dzięki bardziej precyzyjnym i skutecznym pracom naprawczym.
