В ПНИПУ создали датчик состояния грунта под строительными объектами
Волоконно-оптическую систему непрерывного мониторинга геотекстиля, применяющегося при строительстве зданий и сооружений, которая позволит значительно повысить их безопасность за счет своевременного предупреждения о необходимости ремонта или возникновении риска аварийной ситуации на объекте, разработали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 12 ноября сообщает пресс-служба вуза.
Синтетический геотекстиль широко используют в строительстве зданий, дорог, дамб, мостов и тоннелей для укрепления грунтового основания и увеличения его несущей способности. Он достаточно дешев, компактен для транспортировки, прост при монтаже, имеет большой срок службы, в том числе из-за стойкости к воздействиям окружающей среды, а также легко заменим при ремонте.
В настоящее время идут исследования по созданию «умного геотекстиля», в который внедряются специальные датчики для удаленного контроля состояния грунта. Дополнительный мониторинг состояния самого геотекстиля повысит безопасность строительных объектов за счет прогнозирования аварийных ситуаций до их возникновения.
Профессор кафедры общей физики ПНИПУ, доктор технических наук Илларион Никулин пояснил:
«Этот материал укладывается слоями вместе с грунтом. На геотекстиле можно закреплять волоконно-оптические датчики смещения и тем самым вести удаленное наблюдение за состоянием грунта. Система аналогична тем, что используют для мониторинга железнодорожных насыпей и укрепления откосов. Непрерывный контроль с помощью оптоволокна значительно повышает безопасность эксплуатации подобных строительных объектов».
В настоящее время состояние сооружений отслеживают с помощью различных оптических систем, наиболее доступными и эффективными из которых считаются те, которые основаны на использовании волоконных брэгговских решеток. Они позволяют определять в реальном времени основные параметры несущих строительных конструкций — деформацию, вибрацию и температуру.
Однако использовать такие датчики для мониторинга геотекстиля нельзя из-за податливости грунта изменениям окружающей среды, а применять более точные и дорогие датчики, чем оптоволоконные, экономически не выгодно.
Решая эту проблему, ученые Пермского Политеха создали такую волоконно-оптическую систему, которую с успехом можно использовать для мониторинга состояния геотекстиля в дисперсных грунтах, таких как песок, глина или торф, которые наиболее подвержены влиянию агрессивных и нестабильных сред.
Разработанный учеными ПНИПУ датчик надежно фиксирует смещение геотекстиля до 0,5 мм, а его стоимость значительно меньше, чем у современных волоконных датчиков, применяемых для контроля состояния зданий и сооружений.
Сигнал с информацией о смещении геотекстиля поступает с датчика в специальную программу (ПО), разработанную в ПНИПУ для персонального компьютера. ПО определяет степень опасности деформации сооружения и, если она достаточно велика, предупреждает о необходимости проведения ремонтных работ.
«Мы реализовали точечный амплитудный волоконно-оптический датчик контроля смещения, состоящий из ABS-пластика и оптоволокна Corning SMF-28. Он позволяет надежно фиксировать смещение до 0,5 мм. Этой точности достаточно для отслеживания состояния грунта. Более того, он на порядок дешевле датчиков на волоконных брэгговских решетках, что обеспечивает его перспективность», — рассказал Илларион Никулин.
Статья с результатами исследования этого датчика опубликована в журнале «Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики», 2024 год.
Полученные результаты экспериментов продемонстрировали, что оптоволоконная система, созданная учеными Пермского Политеха, позволяет проводить качественный и эффективный мониторинг состояния геотекстиля и отслеживать смещения грунтового основания для обеспечения безопасности смонтированных на нем строительных конструкций.
