Na jakiej zasadzie działa radar interferencyjny? Jak przebiega badanie konstrukcji z wykorzystaniem tego urządzenia? W jaki sposób przeprowadzono skuteczną i dokładną analizę stanu strukturalnego Mostu Milenijnego we Wrocławiu?
Rozwój technologii, motoryzacji, kolejnictwa oraz galopująca urbanizacja przyczyniają się do intensywnej eksploatacji budowli infrastrukturalnych takich jak: mosty, wiadukty, węzły drogowe itp. Z każdym rokiem obserwować możemy zwiększenie natężenia ruchu drogowego oraz kolejowego. Powstają nowe inwestycje budowlane, które negatywnie wpływają na budynki sąsiadujące oraz konstrukcje o znaczeniu kulturowym i historycznym. Uwarunkowania te stawiają przed inżynierami nowe wyzwania. Monitorowanie placu budowy oraz sąsiednich konstrukcji i urządzeń jest kluczowe dla bezpiecznego wykonania prac i uniknięcia zdarzeń niebezpiecznych, oraz tragedii. Niejednokrotnie mieliśmy okazję obserwować, jak katastrofalne w skutkach jest lekceważące podejście do stosowania systemów bezpieczeństwa.
Konstrukcje inżynierii lądowej (mosty, tamy, wiadukty itp.) podlegają procesom starzenia, oraz coraz większym obciążeniom spowodowanym przez wzmożony ruch samochodowy i kolejowy. Szczególnie zagrożone są konstrukcje wykonane w XIX i na początku wieku XX, które nie były projektowane pod tak intensywną eksploatację oraz silnie zmieniające się warunki środowiskowe.
Wszystkie te czynniki powodują poważne osłabienia konstrukcji, a w konsekwencji ich uszkodzenia i zawalenia. Priorytetowe jest posiadanie aktualnych informacji o faktycznym stanie struktury, aby odpowiednio wcześnie zdiagnozować zagrożenie i podjąć środki ochronne.
Warto pamiętać o odpowiednim zabezpieczeniu i kontroli zabytków architektonicznych, powstałych w czasach przedindustrialnych, których wartość jest niepoliczalna, a uszkodzenia z powodu drgań i wibracji otoczenia są prawdopodobne. Ważne jest szybkie określenie źródła i charakterystyki negatywnego oddziaływania, tak by skutecznie mu przeciwdziałać.
Badania i opis wykorzystanego sprzętu
Rewolucje w dziedzinie bezinwazyjnego pomiaru drgań przyniosła technologia interferometrii naziemnej, której rozwiązania pozwalają na otrzymywanie bardzo dokładnych obrazów deformacji oraz przemieszczeń w zakresach poniżej 1 mm. Sama technika – interferometria polega na wykorzystaniu zjawiska interferencji fal elektromagnetycznych do pomiarów. Technika polega na oświetleniu pola powierzchni badanego obiektu wiązką fali nośnej. Wiązka ta zostaje zmieniona na skutek zachodzących zmian powierzchni badanego obiektu. Samo badanie polega na analizie różnic fazowych nadawanych i odbieranych fal elektromagnetycznych, których częstotliwość sięga nawet do kilkunastu GHz. Dzięki temu rozwiązaniu nie jest wymagany dostępu do badanego obiektu, co pozwala na prowadzenie badań w obszarach, które dotychczas były nieosiągalne, kosztowne bądź niebezpieczne.
Wiodącym rozwiązaniem na światowym rynku w dziedzinie bezinwazyjnych pomiarów drgań jest radar interferencyjny IBIS-FS. Jest to innowacyjne urządzenie wyprodukowane przez włoską firmę IDS Georadar. Radar umożliwia zdalne monitorowanie przemieszczeń konstrukcji z wykorzystaniem technologii mikrofalowej (wykorzystuje różnicę fazową nadanych i odebranych fal elektromagnetycznych). IBIS-FS umożliwia bezinwazyjne badania konstrukcji z odległości nawet 1 kilometra, przy wykonywaniu pomiarów wibracji do 100 Hz. Radar wykonuje pomiary statyczne i dynamiczne przemieszczeń.
Czas wykonania pomiarów wynosi tylko kilkanaście minut bez ingerencji w badany obiekt przy obsłudze jednego operatora! Możliwe jest wykonanie pomiarów wielu punktów w tym samym czasie.
Wykorzystanie radaru interferencyjnego w badaniach
Pomiary dynamiczne zostały wykonane radarem interferencyjnym IBIS-FS na zachodniej części Mostu Tysiąclecia (Milenijny) znajdującym się na trasie Śródmiejskiej Obwodnicy Wrocławia (droga krajowa nr 5 oraz trasa europejska E261). Badany obiekt jest mostem wantowym (podwieszanym), w którym obciążenie przenoszone jest z pomostu na dwa pylony (w kształcie litery H) za pomocą ukośnie biegnących cięgien. Most został oddany do użytku 29 października 2004 roku. Długość całkowita mostu z wiaduktami wynosi 923,5 m. Pylony mają 50 metrów wysokości oraz 25,12 metrów szerokości. Całkowita szerokość płyty pomostowej w obszarze przystanków i pasów wynosi 32.12m (w pozostałych częściach 25.12 m). Waga mostu wynosi około 103 tys. ton. Konstrukcja zbudowana jest z podpór – beton zbrojony B35 i B50 oraz przęseł – beton sprężony B50. Przez most prowadzą dwie dwupasmowe jezdnie, dwa chodniki oraz dwie drogi rowerowe. Obiekt jest intensywnie eksploatowany przez pojazdy komunikacji miejskiej oraz samochody ciężarowe i osobowe. Badania prowadzone były najdłuższym prześle nurtowym o rozpiętości 153m.
Przy badaniach niewątpliwą zaletą radaru IBIS-FS była możliwość równoczesnego mierzenia wielu punktów konstrukcji mostu Milenijnego za pomocą wiązki promieniowania mikrofalowego w tym samym czasie. Pozwoliło to na dynamiczne mapowanie przemieszczeń konstrukcji w czasie rzeczywistym.
IBIS-FS został umieszczony pod mostem w jego zachodniej części. Umieszczenie radaru poniżej badanego obiektu było kluczowe do dokładnego wykonania badania przemieszczeń pionowych. Radar został umieszczony ok. 9,9 metrów pod konstrukcją. Pomiar został wykonany przy częstotliwości próbkowania wynoszącej 25 Hz i był prowadzony na moście bez jakichkolwiek zakłóceń w ruchu drogowym. Niewątpliwą zaletą prowadzenia pomiarów techniką radarową jest możliwość badania jednocześnie wielu punktów charakterystycznych konstrukcji oświetlonych wiązką radarową wybieranych na podstawie wartości natężenia obitego sygnału. Dodatkowo oprogramowanie urządzenia umożliwia pogląd pięciu wybranych punktów w czasie rzeczywistym.
W celu prezentacji możliwości pomiarowych urządzenia nagrany został przykładowy przebieg zmienności przemieszczenia w czasie, punktów zlokalizowanych na 43m 69m oraz 95m mostu, odniesiony do aktualnego ruchu na moście. Jak można zauważyć, stosunkowo niewielka masa przejeżdżających samochodów ciężarowych powoduje łatwo identyfikowalne ugięcie przęsła mostu. Dodatkowo obserwowane jest przesuniecie w czasie wystąpienia maksymalnego przemieszczenia elementów konstrukcji zgodnie z aktualną pozycją aut. To tylko część możliwości, jakie oferuje IBIS-FS. Na podstawie otrzymanych danych można określić charakterystykę dynamiczną konstrukcji w dziedzinie częstotliwości czy przy zastosowaniu specjalistycznego oprogramowania.
Radar pozwala na nieinwazyjne badanie drgań konstrukcji, takich jak: mosty, zapory wodne (tamy), maszty, budynki (mieszkalne, przemysłowe, zabytkowe itp.), wieże (telekomunikacyjne, radiowe itp.)
Radar interferencyjny. Zakres działania
Monitorowanie statyczne
- śledzenie powolnych przemieszczeń,
- wykrywanie uszkodzeń i przemieszczeń konstrukcji w czasie budowy,
- badania statyczne,
- ciągłe monitorowanie przemieszczeń i odkształceń.
Monitorowanie dynamiczne:
- śledzenie gwałtownych (szybkich) przesunięć i drgań,
- pomiary częstotliwości rezonansowej konstrukcji,
- pomiary fal modalnych konstrukcji.
W ramach Grupy KOMES (KOMES, KOMES Water, KOMES Pomiary) od 9 lat wykonujemy profesjonalne badania drgań i wibracji, pomiary tensometryczne, pomiary sił naciągu lin oraz bezinwazyjne pomiary drgań z wykorzystaniem sprzętu uznanego na całym świecie m.in. marki BeanAir, Bartec Syscom oraz radaru interferencyjnego IBIS-FS.
Potrzebujesz wykonać precyzyjne pomiary i zależy Ci na czasie? Skontaktuj się z nami:
telefon: +48 71 305 07 58
Mgr. inż. Jarosław Kułak
KOMES Sp. z o.o.
