Мост на Третьей авеню в Нью-Йорке, который открывается для движения судов по реке Гарлем, застрял на несколько часов после того, как его металл расширился от жары, и он не мог закрыться. Дороги выгнулись в жаркие дни в нескольких штатах, включая Вашингтон и Висконсин. Amtrak предупредила пассажиров о необходимости готовиться к проблемам, связанным с жарой, за несколько часов до однодневного отключения между Нью-Йорком и Нью-Джерси; риски для линий электропередач и рельсов во время высоких температур становятся растущей причиной задержек в железнодорожной системе.
Не помогает и то, что усиливающаяся жара бьет по инфраструктурной системе США, которая и так находится в беде.
Американское общество инженеров-строителей присвоило инфраструктуре США общую оценку C- в своем последнем национальном отчете по инфраструктуре, выпущенном в 2021 году. Хотя и произошли некоторые улучшения: около 7,5% мостов в США находились в плохом состоянии по сравнению с более чем 12% десятью годами ранее — многие мосты стареют, что затрудняет их обслуживание. Сорок процентов дорожной системы считались в плохом или посредственном состоянии, а затраты на содержание существенно возросли.
Пожарные пытаются охладить мост на Третьей авеню в Нью-Йорке после того, как его металл расширился от жары, и мост не смог закрыться. Даже относительно молодые мосты — этот был частично перестроен в 2004 году — могут испытывать трудности в сильную жару.
Скорость, с которой мост или дорога разрушаются, зависит не только от используемых материалов и методов строительства, но и от климата в течение срока службы конструкции. Экстремальная жара, в частности, существенно влияет на транспортную инфраструктуру. По мере прогрессирования изменения климата ожидается, что частота и интенсивность волн тепла будут увеличиваться, что усугубит эти проблемы.
Я руковожу лабораторией интеллектуальной инфраструктуры и тестирования в Техасском университете в Арлингтоне, где моя команда работает над способами лучшего мониторинга структурного здоровья инфраструктуры. Вот почему инфраструктура страдает от жары — и как инженеры внедряют инновации, чтобы продлить ее срок службы.
Провисание автомагистралей представляет опасность для водителей
Когда дорога строится, ее разрезают на сегменты, чтобы создать пространство для расширения покрытия в сильную жару или для сжатия в холод. Без этого пространства покрытие может прогнуться, когда дорожный материал нагревается. Провисание бетонного покрытия стало серьезной проблемой в нескольких штатах.
Дорожное покрытие становится уязвимым к выпучиванию по ряду причин. Конструкция дороги, материалы, из которых она сделана, климат, в котором она была построена, и погода в течение ее срока службы могут повлиять на ее срок службы, как и повреждение дороги и неправильный ремонт.
Экстремальные температуры и обильные осадки могут нанести значительный ущерб дорогам и поставить под угрозу структурную целостность железнодорожных систем. Кроме того, повышение уровня моря ускоряет прибрежную эрозию, которая может подорвать дороги и железнодорожные линии. Ухудшение состояния дорожного покрытия приводит к задержкам движения и повреждению транспортных средств. И, что наиболее важно, это может стать причиной дорожно-транспортных происшествий.
Этим летом дороги по всему Висконсину деформировались.
Горячие рельсы могут расширяться и деформироваться
Расширение рельсов является еще одной серьезной проблемой, особенно в случае с бесстыковыми рельсами, такими как основные линии, по которым ходят поезда.
При повышении температуры рельсы расширяются из-за тепла. Это расширение может создать высокое давление и напряжение в материале рельса. В сочетании с силами, оказываемыми движущимися поездами, это давление может привести к тому, что рельсы начнут изгибаться в сторону и станут неровными. Иногда это называют «солнечным изгибом».
Прогибающиеся рельсы представляют серьезную угрозу безопасности, которая может привести к сходу поездов с рельсов. Это одна из причин, по которой Amtrak снижает скорость в условиях экстремальной жары, что часто приводит к задержкам в расписании. Метро Вашингтона, округ Колумбия, снижает скорость поездов до максимум 35 миль в час, как только рельсы достигают температуры 135 градусов по Фаренгейту (57 градусов по Цельсию).
Прогнозирование этих тепловых напряжений может быть сложной задачей. Одних лишь измерений температуры рельсов недостаточно, поскольку существует множество неизвестных факторов, связанных со структурой пути и тем, как он движется. Это затрудняет точное прогнозирование того, насколько рельсы расширятся или сожмутся.
Устройства, прикрепленные к транспортному средству, могут быстро сканировать дорожное полотно на предмет слабых мест и дефектов. Они действуют как мобильные аппараты МРТ. Кредит: Suyun Paul Ham/Техасский университет, Арлингтон, CC BY-ND
Мы используем мобильные сканирующие системы, которые почти как портативные аппараты МРТ, для поиска слабых мест или дефектов на мостах, дорогах и взлетно-посадочных полосах. Мы также разрабатываем передовые датчики, которые используют явления механического и магнитного поля для оценки состояния инфраструктуры, и мы используем искусственный интеллект для выявления проблем в материалах.
Инфраструктура будет сталкиваться со все большими проблемами по мере изменения климата и старения дорог, мостов и другой инфраструктуры. Большое количество деформированных дорог и других проблем этим летом подчеркивают острую необходимость в устойчивой инфраструктуре, способной выдержать испытания в будущем.
Предоставлено The Conversation
