Το Suyun Ham δεν μπορεί να αφήσει έναν σαρωτή. “Χαμηλώστε τους αισθητήρες λίγο περισσότερο”, προτρέπει τον Ham προτρέπει έναν βοηθό. Στη συνέχεια, πλημμύρες βάσης δεδομένων, γεμίζοντας τις οθόνες του υπολογιστή για διάγνωση.
Αλλά ο Χαμ δεν είναι γιατρός. Ο “ασθενής” του δεν είναι ούτε ένα ζωντανό πλάσμα. Καθηγητής Μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Arlington, βιώνει μια νέα προσέγγιση στην επιθεώρηση των γέφυρων: σαρωτές μαγνητικής απεικόνισης.
Το σύστημα κινητής σάρωσης του Ham είναι μια από τις προσπάθειες για να καταστεί η αμερικανική υποδομή πιο ανθεκτική στη θερμότητα. Σε αντίθεση με τις πλημμύρες και τους ανεμοστρόβιλους που μπορούν να καταστρέψουν γρήγορα τις γέφυρες, η ακραία θερμότητα είναι ένας σιωπηλός δολοφόνος που νύχτες με την πάροδο του χρόνου, σύμφωνα με τους ειδικούς.
“Εάν οι θερμοκρασίες είναι απρόσιτες, οι γέφυρες μπορούν να καταστραφούν απροσδόκητα”, εξηγεί ο Ham, ο οποίος ζει στην περιοχή Dallas-Fort Worth, όπου οι θερμοκρασίες του καλοκαιριού μπορούν να υπερβαίνουν τα 100F (38C). “Με το” MRI “, μπορούμε να δούμε τι είναι γρήγορα μέσα σε μια γέφυρα.”
Τα υλικά γεφυρών αναπτύσσονται και συμβάλλουν σε απάντηση στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Ενώ οι περισσότεροι είναι εξοπλισμένοι με χαρακτηριστικά για να προσαρμοστούν σε αυτό το κίνημα, σχεδιάστηκαν για να αντέχουν σε ιστορικά φρέσκες θερμοκρασίες, εξηγεί ο Paul Chinowsky, ομότιμος καθηγητής της πολιτικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Boulder.
Όταν οι θερμοκρασίες φτάνουν σε ένα ρεκόρ, οι γέφυρες μπορούν να συμπεριφέρονται με τρόπο που οι μηχανικοί δεν τους ήθελαν, προσθέτει.
Οι χαλύβδινες αρθρώσεις θερμότητας μπορούν να μεταβάλουν την κινητικότητα μιας γέφυρας ταλάντευσης, γεγονός που καθιστά ανίκανο να ανοίξει ή να κλείσει -τουλάχιστον προσωρινά. Το σκυρόδεμα επεκτείνεται επίσης σε θερμότητα. Μόλις η επέκτασή του υπερβαίνει το αρχικό όριο σχεδιασμού μιας γέφυρας, το σκυρόδεμα μπορεί να σπάσει, τον εκθέτη υγρασίας που μπορεί να διαβρώσει τα εσωτερικά μεταλλικά συστατικά.
Είναι μια όλο και πιο κοινή σκηνή στον κόσμο. Στην Κίνα, μια γέφυρα από σκυρόδεμα έσπασε στο μισό λόγω της βίαιης θερμότητας το 2022. Την ίδια χρονιά, το Λονδίνο τυλίγει τη γέφυρα Hammersmith σε γιγαντιαία φύλλα για να αποτρέψει την υπερθέρμανση. Και όταν ο εκθαμβωτικός ήλιος μαγειρεύει το Dustable Pont του Σικάγου το 2018, οι χάλυβα αρθρώσεις του αναπτύχθηκαν και έχουν κολλήσει μέχρι οι πυροσβέστες να πασπαλίσουν τη γέφυρα με κρύο νερό.
“Οι γέφυρες είναι πολύ ευαίσθητες”, λέει ο Chinowsky. “Όσο περισσότερο πραγματοποιείται σε σχέση με αυτό που είναι γενικά, τόσο περισσότερο κίνδυνος έχετε.”
«Πολλοί πονοκέφαλοι»
Οι θερμότερες θερμοκρασίες κάνουν τις γέφυρες σε μια εποχή που η υγεία τους είναι ήδη επιδεινωμένη. Η χώρα έχει περισσότερες από 600.000 γέφυρες, σχεδόν οι μισές από τις οποίες υπερέβησαν τη σχεδιασμένη διάρκεια ζωής τους 50 ετών, σύμφωνα με έκθεση το 2025 της Αμερικανικής Εταιρείας Πολιτικών Μηχανικών. Με μια κατάλληλη συνέντευξη, πολλοί μπορούν να διαρκέσουν πολύ περισσότερο, ενδεχομένως να υπερβαίνουν τα 100 χρόνια, σύμφωνα με την ομάδα της βιομηχανίας. Ωστόσο, περίπου μία στις τρεις γέφυρες απαιτεί επισκευή ή αντικατάσταση, σύμφωνα με μια ανάλυση που δημοσιεύθηκε φέτος από την American Road and Transportation Builders Association.
Ο Hussam Mahmoud, καθηγητής του Πανεπιστημίου του Vanderbilt, ο οποίος αξιολόγησε τη δομική ακεραιότητα περίπου 90.000 γέφυρων χαλύβδινων δοκών στις Ηνωμένες Πολιτείες, διαπίστωσε ότι πολλοί έχουν ηλικία πρόωρα, σε μεγάλο βαθμό σε μεγάλο βαθμό σε δυσλειτουργία επιταχύνθηκε από τη θερμότητα των αρθρώσεων επέκτασης τους.
Καθώς η συχνότητα και η σοβαρότητα των κυμάτων θερμότητας αυξάνονται με την αλλαγή του κλίματος, οι αρθρώσεις επέκτασης, οι οποίες συνδέουν δύο ιστορίες γέφυρας, αναπτύσσονται συχνότερα. Αυτό, που σχετίζεται με την ένταση που προκαλείται από τα συντρίμμια ή τη βρωμιά που συσσωρεύονται στις αρθρώσεις με την πάροδο του χρόνου, προσθέτουν πίεση στη δομή, αυξάνοντας τον κίνδυνο για μια γέφυρα να σπάσει ή να μπούκλες, λέει ο Mahmoud. Αν και αυτά τα σφάλματα δεν θέτουν άμεσο κίνδυνο που κινδυνεύουν να καταρρεύσουν, πρέπει να διορθωθούν για να αποφευχθούν άλλες ζημιές, που μπορεί να είναι “πολύ πονοκέφαλος”, εξηγεί ο Mahmoud.
Με περισσότερα από 4,9 δισεκατομμύρια ταξίδια που γίνονται σε αμερικανικές γέφυρες κάθε μέρα, τα κλεισίματα γέφυρας μπορούν να έχουν καταστραφεί από το εμπόριο και την οικονομία, λέει ο Mahmoud. Περισσότερη ζημιά σημαίνει επίσης υψηλότερο κόστος συντήρησης. Οι Ηνωμένες Πολιτείες αντιμετωπίζουν ήδη μια διαφορά χρηματοδότησης ύψους 373 δισεκατομμυρίων δολαρίων τα επόμενα 10 χρόνια για να επισκευάσουν σωστά τις γέφυρες, σύμφωνα με την Αμερικανική Εταιρεία Πολιτικών Μηχανικών.
Η ζημιά που προκαλείται από τη θερμότητα μπορεί επίσης να προκαλέσει δυσλειτουργία των γεφυρών σε μια εποχή που η ελεύθερη κίνηση των ανθρώπων είναι πιο απαραίτητη. Τον Ιούνιο, μια γέφυρα Swing Swing της Νότιας Καρολίνας ήταν κολλημένη για ώρες λόγω πνιγμού θερμοκρασιών και δεν μπορούσε να ανοίξει για να περάσουν τα πλοία, καθυστερώντας τις προσπάθειες διάσωσης για ένα θανατηφόρο ατύχημα πλοήγησης.
Επιθεωρήσεις κατάρτισης
Για το ζαμπόν, η καλύτερη παρακολούθηση των γεφυρών είναι απαραίτητη. “Ακριβώς όπως είναι δύσκολο να θεραπεύσει έναν ανθρώπινο ασθενή με καρκίνο της σκηνής-τέσσερα χρόνια, θα ήταν πολύ αργά για να επισκευάσει μια γέφυρα όταν υπάρχουν πολλά λάθη”, είπε.
Ο Χαμ, ο οποίος πέρασε ένα μεγάλο μέρος της ακαδημαϊκής του χρόνου που επιθεώρησε τις γέφυρες, έμαθε τα όρια της συμβατικής μεθόδου πρώτης -Χαιροειδούς. Συνήθιζε να πληκτρολογεί την επιφάνεια της γέφυρας με ένα σφυρί και να ακούει κοίλους ήχους που θα μπορούσαν να υποδηλώνουν προβλήματα. Αυτό το σφυρί αργότερα εξελίχθηκε σε πιο προηγμένες συσκευές, αλλά η φύση που απαιτεί χρόνο της χειροκίνητης επιθεώρησης παραμένει σε μεγάλο βαθμό αμετάβλητη, γνωστή ως ζαμπόν.
Η συμβατική μέθοδος απαιτεί επίσης μια γέφυρα για να κλείσει μερικές από τις λωρίδες της για επιθεώρηση, μια μεγάλη ζήτηση για μέρη όπως το Τέξας, η οποία έχει περισσότερες από 56.000 γέφυρες. Ενώ οι ομοσπονδιακές εντολές απαιτούν γενικά να επιθεωρούνται οι οδικές γέφυρες κάθε δύο χρόνια, το ζαμπόν και άλλα μέλη του εργαστηρίου Smart Infrastructure and Testing από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Arlington θέλουν να βοηθήσουν στην αύξηση αυτής της συχνότητας εισάγοντας μια νέα λύση: μια επιθεώρηση με αυτοκίνητο.
Η μηχανή ζαμπόν – ένα ρυμουλκούμενο φορτωμένο με δεκάδες ηλεκτρονικά – μεταφέρεται από ένα φορτηγό. Ένα απόγευμα θρυμματίζεται τον Ιούλιο, ενώ το όχημα διέσχισε το μηχάνημα σε μια γέφυρα σκυροδέματος σε ένα κρεβάτι ποταμών στην πανεπιστημιούπολη, τα εργαλεία δημιουργούν μηχανικά κύματα που μπορούν να εξαπλωθούν μέσω σκυροδέματος. Οι αισθητήρες συλλέγουν τα σήματα δόνησης της προκύπτουσας γέφυρας, ενώ μια συσκευή GPS αυξάνεται από όπου προέρχεται κάθε σήμα. Εν τω μεταξύ, τα ραντάρ που διεισδύουν στο έδαφος εκπέμπουν παλμούς για να δημιουργήσουν εικόνες της δομής κάτω από τη γέφυρα της γέφυρας και οι gopros κρύβουν την κατάσταση της επιφάνειας. Ο τελικός στόχος, σύμφωνα με τον Ham, είναι να συλλέξει ένα ευρύ φάσμα δεδομένων που επιτρέπει στους μηχανικούς να εντοπίζουν ρωγμές, κενά και άλλες ανωμαλίες.
Το μηχάνημα σαρώθηκε ολόκληρη τη γέφυρα 5 πόδια σε λίγα δευτερόλεπτα. Από την άλλη πλευρά, οι επιθεωρητές θα χρειαστούν ώρες για να ολοκληρώσουν την ίδια εργασία χρησιμοποιώντας τη συμβατική μέθοδο, σύμφωνα με τον Ham.
“Υπάρχει πολλή βλάβη στην επιφάνεια”, λέει ο Ham, δείχνοντας μια σειρά από φωτεινά πορτοκαλί σημεία και γρατζουνιές διασκορπισμένες στο σκούρο μπλε φόντο μιας εικόνας του υπολογιστή που παράγεται από τη σάρωση στο χώρο. Προσδιορίζει επίσης μια ομάδα μικροσκοπικών ρωγμών, που επισημαίνεται από ένα κόκκινο ορθογώνιο.
Ο Ham και η ομάδα του χρησιμοποιούν στη συνέχεια την τεχνητή νοημοσύνη για να βελτιώσουν την ανάλυση και το φιλτράρισμα του “θορύβου” – ακανόνιστα σήματα κραδασμών που προκαλούνται από ένα αυτοκίνητο που διέρχεται κατά τη διάρκεια της επιθεώρησης, για παράδειγμα. Οι μηχανικοί αναφέρουν τα αποτελέσματά τους για τους επόπτες γέφυρας για την αξιολόγηση της ασφάλειας και τις μελλοντικές εργασίες επισκευής.
“Είναι προτιμότερο ο χρόνος και η αποτελεσματικότητα”, εξηγεί ο συντονιστής επιθεώρησης του Mark Burwell, το Τμήμα Μεταφορών του Τέξας, του οποίου η υπηρεσία έχει αναπτύξει τεχνολογία ζαμπόν για να επιθεωρήσει δεκάδες γέφυρες από το 2019.
Προς το παρόν, η “φορητή μαγνητική τομογραφία” του ζαμπόν – που χρηματοδοτείται από το Τμήμα Μεταφορών του Τέξας για δοκιμές πεδίου – είναι διαθέσιμη μόνο για την επιθεώρηση των γεφυρών στο κράτος Lone Star. Ο Ham στοχεύει στην αύξηση της ανάπτυξής του. Για να φτάσετε εκεί, οι μηχανικοί θα πρέπει πρώτα να τελειοποιήσουν την καινοτομία.
Υπήρξαν πολλές στιγμές μάθησης, υπενθυμίζει το ζαμπόν. Κάποτε, ένα τραχύ ταξίδι έχει εξαλείψει τους αισθητήρες, κόβοντας μια σύντομη αποστολή επιθεώρησης. (Το μηχάνημα είναι πλέον εξοπλισμένο με ανελκυστήρα που μειώνεται και ο μαθητής για να αποφευχθεί τα εμπόδια στο δρόμο.) Σε άλλη περίπτωση, το λογισμικό έχει χτυπήσει την πολυπλοκότητα των σημάτων αποκωδικοποίησης από μια γέφυρα από σκυρόδεμα που καλύπτεται με ασφάλτα patches.
Για να βοηθήσουν την AI να ερμηνεύσει καλύτερα τα σήματα, ο Ham και η ομάδα του μεταμόρφωσαν το εργαστήριό του σε ένα κατασκευαστικό κόμβο τεχνητών ελαττωμάτων. Εκεί, οι μηχανικοί βουίζουν μεταλλικά ραβδιά σε άλμη για να μιμηθούν τη διάβρωση. Επίσης, διαρκούν τρύπες σε πλάκες από σκυρόδεμα για να μιμηθούν ρωγμές. Με την εφαρμογή αισθητήρων και ραντάρ για να εξετάσουν αυτά τα τεχνητά ελαττώματα, οι μηχανικοί μπορούν να συσχετίσουν διαφορετικά σήματα με διαφορετικούς τύπους ζημιών.
Ακόμη και έτσι, το μηχάνημα είναι απίθανο να κατανοήσει όλα τα προβλήματα που προκαλούνται από τη θερμότητα, σύμφωνα με τον Ham. Για παράδειγμα, οι θερμοκρασίες καύσης μπορούν να επισημάνουν μια γέφυρα, αλλά το μηχάνημα δεν μπορεί να την ανιχνεύσει όσο συμβαίνει φυσική βλάβη.
Αλλά τα δεδομένα που συλλέγονται από κατεστραμμένες γέφυρες μπορούν να ανοίξουν ένα μέσο μελλοντικής προστασίας, λέει ο Ham. Πράγματι, συγκρίνοντας τον αριθμό των ρωγμών στις γέφυρες που κατασκευάστηκαν με διαφορετικές μεθόδους και υλικά, η τεχνολογία παίζει ρόλο στην παροχή βοήθειας στις ρυθμιστικές αρχές να καθορίσει τον τρόπο σχεδιασμού των δομών πιο κατάλληλων για έναν θερμότερο κόσμο.
“Είμαστε σαν γιατρός”, λέει ο Ham. “Μπορούμε να τους βοηθήσουμε να πάρουν μια απόφαση.”
