Hybrydowy system monitorowania mostów z kontrolą natężenia ruchu i wagi pojazdów

fot. NeoStrain

Czy mosty, po których jeździmy, na pewno nigdy się nie zawalą? Jak najlepiej planować ich remonty, żeby były tanie i efektywne? Połączony system monitorowania bezpieczeństwa konstrukcji i ważenia pojazdów opracowuje firma NeoStrain współpracująca z ekspertami mostownictwa z czterech polskich politechnik.

Wszystkie mosty w Polsce, podobnie jak inne konstrukcje budowlane o dużych rozmiarach, muszą być zgodnie z prawem stale kontrolowane. Czujniki odczytują stan techniczny, naprężenia i inne parametry, które decydują o bezpieczeństwie użytkowania i komforcie przeprawy. Jeżeli odpowiednio wcześnie uda się stwierdzić nieprawidłowości, można uniknąć nie tylko katastrof budowlanych, ale i zbyt kosztownych napraw.

Takie systemy już istnieją i są powszechnie stosowane. Jednak teraz inżynierowie i uczeni pracują nad innowacją, która umożliwi połączenie monitoringu konstrukcji z kontrolą natężenia ruchu i wagi pojazdów przejeżdżających przez mosty. Połączenie tych dwóch funkcji to w profesjonalnym języku hybrydowość systemu. Dzięki urządzeniom, które odczytują dane z tablic rejestracyjnych i przesyłają je poprzez GPS, informacje o kierowcach, którzy niszczą drogę, będzie można kierować do Inspekcji Drogowej. Jednocześnie stale kontrolowane będą parametry bezpieczeństwa.

NeoStrain Sp. z o.o. jest firmą inżynierską zajmującą się projektowaniem, produkcją oraz wdrażaniem zaawansowanych systemów pomiarowych przeznaczonych do ciągłego monitorowania konstrukcji budowlanych. W 2012 r. spółka rozpoczęła prace nad trzyletnim projektem pt. „Hybrydowy system monitorowania bezpieczeństwa konstrukcji mostowych - badania i rozwój technologii”. Projekt jest współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013. Został dofinansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

 – Zaczęliśmy od monitoringu mostów Puławach, we Wrocławiu, w Bydgoszczy i w Kwidzyniu. Nasze systemy badały stan odkształceń i naprężeń na mostach, jednak nie korelowały tego skutku z przyczyną. Nie sprawdzaliśmy, jakie jest natężenie ruchu i jak ciężkie pojazdy przejeżdżają przez most, w jakim czasie i jakie są obciążenia dynamiczne. Był to wyrywkowy monitoring mostów – tłumaczy kierownik projektu Adam Komosa.

Scenariusz takiego monitoringu ustalają na ogół uczeni. W Polsce wszystkie duże obiekty mostowe mają swoich opiekunów naukowych, są to z reguły są profesorowie bardzo dobrze znający się na zagadnieniach mostownictwa.

 – Działamy komercyjnie, ale utrzymujemy stały kontakt z uczelniami. Styk z nauką jest istotny, bo to eksperci decydują o tym, co i gdzie mamy badać. Współpracujemy z Politechniką Warszawską, Krakowską, Wrocławską i Gdańską, jak również z niezależnymi ekspertami. Z reguły każdy profesor - autorytet w swojej dziedzinie - ma też swoja firmę. Podczas pierwszych monitoringów, które zakładaliśmy na mostach, uzyskaliśmy mnóstwo danych, które były bardzo atrakcyjne dla opiekunów naukowych obiektów, ponieważ powstały dzięki temu cenne prace naukowe – mówi kierownik projektu.

Ale, jak stwierdza Komosa, inne są trochę oczekiwania naukowców, którzy chcą badać, odkrywać, sprawdzać, a inne są wymagania użytkownika. Użytkownikiem większości mostów jest Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad, w części przypadków są to również zarządy miast. Potrzebują oni o informacji, co się z obiektem dzieje, czy się nie zawali i jak długo można go jeszcze bezpiecznie eksploatować, jak przewidywać remonty i zaplanować je na tyle wcześnie, żeby kosztowały taniej, niż remonty późniejsze, bardziej złożone i droższe. Jest tu przejście od monitorowania w zarządzania cyklem życia obiektu.

 – Z reguły nowe mosty są absolutnie bezpieczne, projektanci robią je aż za solidnie – żartuje inżynier – Normy, które obowiązują w Polsce na nowe obiekty są takie, że zapas bezpieczeństwa jest naprawdę duży. Wykorzystujemy 20% możliwości mostu, czyli gdyby był on jeszcze pięciokrotnie bardziej obciążony i naprężenia byłyby pięciokrotnie wyższe, to nic złego by się nie działo. Jednak wciąż oceniamy, czy most może jeszcze stanowić bezpieczną przeprawę przez 50 lat, 100 lat, czy trzeba wyremontować coś za 10 lat, czy remont może być przeprowadzony wcześniej za 200 tysięcy złotych, żeby potem nie musiał kosztować dwa miliony.

Systemy monitoringu to po prostu zestawy czujników, które montuje się w różnych miejscach mostu - niektóre z nich mierzą naprężenia na wantach, czyli linach podtrzymujących konstrukcję, czujniki drogowe badają stan nawierzchni, są też stacje pogodowe. Wszystkie parametry porównywane są z tzw. parametrami progowymi.

Monitoring hybrydowy obejmuje ponadto ważenie pojazdów, które poruszają się po mostach. Czujniki mierzą, jak most się ugina pod wpływem ruchu pojazdów, jak pracuje i jaki może tego wpływ na trwałość konstrukcji. Sprawdzają, czy samochody nie są przeciążone na określone osie. System identyfikacji tablic rejestracyjnych od razu kieruje informacje do właściwych służb. Kiedy przez most przejeżdża pojazd o przekroczonej masie, od razu jest wychwytywany i za pomocą zdalnego sygnału informacja jest przerzucana przez GPS do najbliższego lotnego posterunku Inspekcji Transportu Drogowego, która dysponuje parkingiem ze stanowiskiem do ważenia pojazdów.

 – Waga na moście lub w drodze jest tylko wagą preselekcyjną, która weryfikuje i wychwytuje taki pojazd. Żeby zatrzymanie miało legalny charakter i wiązało się z karą, ważenie musi odbyć się w warunkach stacjonarnych na wadze legalizowanej na bocznym parkingu. Jest tu zastosowanie haraczowe, ale należy pamiętać, że przeciążone pojazdy niszczą nasze drogi, a więc wyciągają z naszych kieszeni pieniądze na inwestycje. Droga zniszczona staje się źle wyprofilowana i zaczyna sama stanowić zagrożenie w razie wypadku. Jest tutaj ekonomiczne uzasadnienie, że można ściągać pieniądze z pojazdów ponadnormatywnych, a jednocześnie uzasadnienie związane z bezpieczeństwem społecznym. Pewność tego, że zostanie się ukaranym za złamanie prawa, skłania do postępowania zgodnego z przepisami – uważa Komosa.

System ważenia został założony na kilku na mniejszych mostach i jest w ostatniej fazie testowania. Wymagana jest przy tym duża dokładność, bo służby muszą mieć wagę preselekcyjną, która nie pomyli się o więcej niż 8%. Spółka planuje wprowadzić ten system na swoich większych obiektach i sprzedawać podobne systemy na mostach zarządzanych przez Skarb Państwa.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl