Капли дождя "настучат" на мосты

Американские ученые предложили весьма оригинальный способ для диагностики состояния мостов. По их словам, данный способ может достаточно быстро выявить все внутренние повреждения и дефекты составляющих частей конструкции. И при этом не нужно будет надолго закрывать мост для пешеходов и транспорта. Инструментом диагностики послужат… капли дождя!

Фото:

Как мы знаем, любой мост представляет собой достаточно сложную конструкцию, поэтому быстро выявить какое-то повреждение во внутренних ее частях весьма и весьма непросто. Однако парадокс заключается в том, что любой дефект, образовавшийся в мостовых составляющих структурах нужно обнаруживать как можно быстрее, поскольку иначе возникнет угроза безопасности движения. Каким же образом инженеры могут решить столь непростую задачу?

Следует заметить, что для подробного анализа состояния мостов существует целый ряд методов, которые условно разделяют на активные и пассивные. Первые представляют собой что-то вроде рентгена: мост просвечивают при помощи определенного рода излучений, или же исследуют с помощью ультразвука. Однако, как это ни странно, эффективность этих методик достаточно низкая.

Читайте также: Светящийся белок заменит рентген

Дело в том, что используемые лучи или имеют слишком малую проникающую способностью, а потому позволяют видеть лишь дефекты в наружных слоях, или же, наоборот, так легко проходят сквозь бетон, что могут оповестить только о проблемах стальной арматуры. А что касается ультразвука, то он может обнаружить только серьезные трещины, а маленькие же "в упор" не замечает.

Пассивные методы представляются куда более надежными. Их применение основано на известном теоретическом предположении, говорящим о том, что если сплошная железобетонная структура дала где-то трещины и слои разошлись, то распространение звуковых волн через них изменится. Таким образом, если сравнить это самое распространение волн через дефектный участок с таковым через нормальный, то можно легко обнаружить даже самый незначительный дефект, причем на ранней стадии. Кстати, с помощью этого способа можно выявить не только явные повреждения в виде разломов и трещин, но и процессы, которые могут к ним привести позже — например, коррозию.

На практике все это выглядит так: ремонтники берут молотки и цепи и медленно переходят с места на место, простукивая поверхности. Другая же часть рабочих параллельно "слушает" звуки, которые издает мост — разумеется, не ушами, а при помощи специальных приборов. Далее происходит анализ услышанного (сейчас этим занимаются специальные компьютерные программы) и в итоге выявляются места с дефектами или зоны, где возникновение таковых возможно в ближайшем будущем.

Как видите, метод прост и надежен, однако он имеет один существенный недостаток — во время проведения таких мероприятий мостнадо закрыватьдля движения. А если учесть то, что полная проверка столь масштабного сооружения может длиться очень долго, то это означает, что в городе возникнут серьезные пробки в дополнение к уже имеющимся. В итоге городские власти весьма неохотно проводят полную диагностику мостов — иначе их обвинят в организации "паралича" дорожного движения.

Есть ли выход из создавшейся непростой ситуации? Ученые из Университета им. Бригема Янга (США) Брайан Маццео и Спенсер Гатри считают, что да. Недавно они предложили использовать для звуковой диагностики мостов не что иное, как… дождевые капли! Исследователи считают, что звук их удара о поверхность моста оказывается хорошим индикатором наличия пустот и трещин в железобетонной конструкции.

"Наши эксперименты, во время которых мы записывали звуки падения капель на разные поверхности, показали, что существует определенная разница между тем, как звучит капля о нетронутую структуру, и звуком от моста, имеющего дефект. Так мы можем обнаружить вещи, которые не видны при визуальном осмотре — то, что находится внутри конструкций моста", — говорит доктор Маццео.

Главное, что никаких технических сложностей для проведения подобной диагностики нет — ведь современная акустическая аппаратура позволяет улавливать любые звуки, в том числе и те, что издают клетки живых организмов. Пока что сложность состоит в том, что не существует базы данных, в которой присутствовали бы сведения об изменении распространения звуковых волн, которое возникает при ударе капли о конструкцию, обладающую внутренним дефектом. Поэтому сейчас Маццео и Гатри заняты экспериментами с разными материалами — они по каплям льют на них воду и записывают получавшуюся звуковую картину.

"Когда каталог будет составлен, мы планируем начать разработку полевой системы анализа состояния мостового настила. Для этого нужно дать эксплуатационникам возможность проехать по мосту на скорости 40-48 км/ч, брызгая на него водой, чтобы в итоге вскрыть все его структурные дефекты. Я уверен, что у этой технологии есть перспективы. Надо лишь до конца проработать ее физику", — делиться планами на будущее ведущий автор работы Брайан Маццео.

По словам разработчиков, данная технология универсальна — она, кроме диагностики мостов, может применяться для эффективного контроля состояния деталей и конструкций из композитных материалов, применяемых в авиационной и космической индустрии. Дело в том, что эти структуры часто вообще нельзя подвергать воздействию ультразвука и электромагнитного излучения, поскольку все это их разрушает. А падающие капли воды помогут выявить дефекты, не причиняя при этом конструкции никакого вреда…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"