Петербургские ученые нашли способ помешать появлению новых ям на дорогах. Все просто. Волоконно-оптические датчики деформации и температуры собирают информацию об изменениях дорожного полотна в зависимости от нагрузки и передают предупреждение о возможных повреждениях. Подобная информация позволит избежать дорогостоящего ремонта, своевременно приняв меры, которые не позволят родиться новой яме или колдобине.

Система мониторинга и предупреждения 

Доцент кафедры фотоники СПбГЭТУ ЛЭТИ Дмитрий Редька сообщил, что фактически создана и испытана сеть из волоконно-оптических датчиков, которая может быть заложена в дорожный «пирог». Разработано и устройство для сбора и анализа поступающих данных. Затем уже дорожные службы должны оценить риски, возникающие в процессе эксплуатации дороги.

Использование новой технологии, конечно, полностью не остановит разрушение дороги, но позволит определить, где лучше подбирать более устойчивые материалы, вовремя исправлять мелкие трещины и колеи, чтобы не пришлось заменять все полотно. Позволит определить участки дороги, которые требуют повышенного внимания из-за постоянной вибрации и давления от проезжающего транспорта.

Очевидно, что наряду с появлением новых материалов в дорожном строительстве необходимы и эффективные системы мониторинга. Самим датчикам фактически не требуется электропитание, а передавать данные они способны удаленно.

«Находясь в идеальном положении, датчик передает конкретный сигнал, как только он смещается, сигнал изменяется. После определенного критического изменения на основе статистических данных можно сделать вывод, что на определенном участке произошла механическая деформация, которая привела к появлению трещин на дорожном полотне. Дальше можно промоделировать, через какое время будет нанесен необратимый вред от разрушения», – говорит Дмитрий Редька.

На данный момент датчики способны эффективно действовать в температурном режиме от +20 до -15 градусов. Впрочем, это вопрос материалов. При необходимости эти критерии можно расширить.

Практическая проверка 

Вместе с учеными из Риги был проведен эксперимент. На одном из участков оживленной латвийской дороги во время ее ремонта установили сетку из датчиков для измерения деформаций и температуры. Поскольку незащищенные волоконно-оптические датчики довольно хрупкие, их упаковали в композитные и керамические трубки. Сначала проверили работу датчиков с помощью дефлектометра падающего груза, он позволяет измерить прогиб поверхности под нагрузкой.

По словам ученого, сетка датчиков может устанавливаться на расстоянии пары сантиметров друг от друга или за несколько десятков метров, в зависимости от конкретной задачи и трафика автотранспорта. При этом испытания показали, что наиболее точные измерения деформаций происходят непосредственно в месте установки датчика.

Одним из важнейших этапов эксперимента стал мониторинг дорожного движения. Как пояснили в ЛЭТИ, через точку, в которой проводились измерения, за год проезжает около трех миллионов автомобилей, четверть из них – тяжелые грузовики. Физики определили, какие типы грузовиков воздействуют на дорожное полотно сильнее всего, и подсчитали, что в 33 процентах случаев проезд грузовика деформирует асфальт на 0,3 мм на каждый метр.

Развитие проекта 

Пока сеткой датчиков можно покрыть около 30 километров дороги, чтобы датчики не теряли связь с анализатором. Дальше надо ставить дополнительные анализаторы или усилители. Впрочем, уже ведутся работы, чтобы увеличить зону покрытия, как минимум до 70 км.

Он добавил, что пока рано говорить о широком коммерческом применении технологии, так как пока существует только лабораторный образец. Еще предстоят возможности серийного производства, от чего серьезно будет зависеть цена изготовления необходимых устройств и их эксплуатации.

«У нас есть несколько идей, как модернизировать устройство, с точки зрения массы, габаритов, энергопотребления и т. д.», – сказал Редька.

Ученый уверен, что подобную технологию можно применить для мониторинга состояния мостов, корпусных изделий, композитных материалов. В дальнейшем новая технология может быть интегрирована в систему работы платных дорог. Например, может быть использована в паре с технологией распознавания регистрационных номеров автомобилей, для определения конкретного авто, которое перегружает дорожное полотно.

Напомним, ранее «ПД» писал о начале испытаний в Петербурге японского асфальта. Подробнее читайте здесь.