W 2017 roku w Stanach Zjednoczonych użytkowanych było ponad 600 000 mostów. Obecność istotnych wad konstrukcyjnych stwierdzono w prawie 9% spośród tych mostów — oznacza to, że w celu zachowania ich bezpieczeństwa należy wprowadzić pewne ograniczenia. Most z wadami strukturalnymi nie stanowi bezpośredniego zagrożenia, ale może się to zmienić, jeśli nie zostaną wdrożone odpowiednie środki naprawcze.
Średnia oczekiwana trwałość użytkowa mostu wynosi 50 lat, ale około jedna czwarta mostów w USA jest starsza. Aby zagwarantować solidną strukturę i bezpieczeństwo mostów (nowych i starych), należy regularnie przeprowadzać ich kontrolę. W tym celu inspektorzy stosują różne techniki badań nieniszczących (NDT). Chociaż tradycyjne metody badań nieniszczących spełniają swoje zadanie, nie zapewniają najwyższej wydajności i niezawodności. Dzięki nowoczesnym badaniom ultradźwiękowym inspektorzy mogą uzyskiwać bardziej szczegółowe dane i wiarygodne informacje.
Problem
Średnio każdego dnia mają miejsce 174 miliony przejazdów przez mosty o słabej konstrukcji. Ciągłe zwiększanie i zmniejszanie obciążenia konstrukcji mostu przez cały okres jego eksploatacji może powodować pęknięcia i odkształcenia w spoinach i śrubach, które utrzymują most w jednym kawałku. Jeśli defekty te zostaną pozostawione bez interwencji, mogą doprowadzić do awarii katastrofalnej w skutkach. Aby temu zapobiec, ważne jest, aby jak najszybciej i jak najskuteczniej zidentyfikować wady, takie jak korozja i pęknięcia zmęczeniowe. |  Różne wady i nieciągłości, które mogą być obecne w spoinie. |
Spoiny i śruby łączące stalowe wsporniki mostów są szczególnie podatne na nieciągłości, które mogą prowadzić do korozji i pękania. Wytrzymałość spoiny jest mniejsza, gdy, na przykład, spoina nie połączy się w pełni ze stalą lub jeśli w wyniku uwięzienia gazu w spoinie powstaną otwory. Połączenie śrubowe może być osłabione przez naprężenia ścinające, które występują, gdy na dwie zamocowane konstrukcje przykładane są siły o przeciwnych kierunkach. Te osłabione obszary tworzą punkty szczególnie wysokiej koncentracji naprężeń, w których może dojść do pęknięć.
Konwencjonalne metody badań nieniszczących
Tradycyjną metodą badań nieniszczących stosowaną do kontroli mostów jest badanie penetracyjne (PT), w którym do ujawnienia pęknięć powierzchniowych spoin wykorzystywana jest ciecz — płynny barwnik. Przy użyciu badania PT można kontrolować prawie wszystkie materiały, ponosząc stosunkowo niewielki koszt, ale umożliwia ono wykrywanie jedynie pęknięć powierzchniowych — pęknięcia występujące pod powierzchnią pozostają niewykryte. Ponadto, aby wykonać badanie PT, inspektor musi mieć bezpośredni dostęp do kontrolowanej powierzchni. Na czułość kontroli może również wpływać chropowatość powierzchni.
Radiografia to konwencjonalna metoda badań nieniszczących, której również można użyć do kontroli mostu. Inspektorzy korzystają z niej jednak coraz rzadziej. Podczas badania radiograficznego do utworzenia błony fotograficznej przedstawiającej wewnętrzną strukturę spoiny/śruby i określenia, czy występują w nich jakieś nieciągłości, wykorzystywane jest promieniowanie rentgenowskie. Metoda ta stwarza jednak zagrożenie dla bezpieczeństwa, ponieważ podczas jej wykonywania emitowane jest promieniowanie i generowane są odpady chemiczne. Ponadto wymaga ona uzyskania dodatkowych licencji, a z obszarów, w których będą wykonywane badania radiologiczne, należy usunąć wszelkie zbędne przedmioty.
Nowa klasa metod badań nieniszczących
Badania ultradźwiękowe techniką Phased Array (PAUT) stanowią bezpieczną, niezawodną alternatywę dla badań PT i radiografii, zapewniającą lepszą jakość danych. Defektoskop typu Phased Array wykorzystuje głowicę do przesyłania fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości do wsporników mostu. Jeśli obecna jest wada, taka jak pęknięcie lub korozja, głowica wykryje zmianę fal dźwiękowych. Dane są wysyłane z powrotem do defektoskopu, który prezentuje je w formie graficznej. Na tej podstawie inspektor może zidentyfikować wady.
Inną zaawansowaną metodą badań nieniszczących, z której korzystają inspektorzy, są badania techniką prądów wirowych (EC). Prąd wirowy jest używany do wykrywania pęknięć pod powierzchnią, które mogą zostać pominięte podczas badań penetracyjnych. Główną zaletą badań techniką EC jest to, że w odróżnieniu od badań PT, można je wykonywać na powierzchniach malowanych lub powlekanych. Eliminuje to konieczność usuwania powłok lub farby przed kontrolą, co pomaga zaoszczędzić czas i obniżyć koszty badań. |  W przypadku badań techniką prądów wirowych można kontrolować pomalowane spoiny. |
Obecnie wiek ponad 54 000 mostów przekracza oczekiwaną trwałość użytkową, a ich renowacja i/lub zastąpienie zajmie trzydzieści siedem lat. Aby utrzymać bezpieczeństwo mostów, które codziennie przekraczamy, inspektorzy muszą mieć możliwość identyfikacji wszelkich wad, które stwarzałyby konieczność ograniczenia obciążenia mostów. Doskonałą alternatywną dla radiografii i badań PT są defektoskopy wykorzystujące techniki PAUT i EC.
Źródła
American Society of Civil Engineers 2017 Infrastructure Report Card
American Road and Transportation Builders Association 2018 Deficient Bridge Report
Powiązane treści
Kontrole sworzni mostowych techniką Phased Array
Technika ultradźwiękowa Phased Array — alternatywa dla radiografii