Videnskab for at afsløre, hvor lang tid motorvejsbyggeri egentlig skal tage

Har du nogensinde spekuleret på, hvorfor din pendling eller ferierute har lukket en vognbane i flere dage eller endda måneder ad gangen?

Det kan skyldes, at et byggeprojekt blev pakket ind, før betonen var klar til at tage på tung lastbilstrafik, får fortovet til at svigte for tidligt og har brug for reparationer oftere i løbet af året.

Indiana, "Amerikas vejkryds, "gør noget ved det:Bed forskere om at finde ud af, hvor lang tid det tager, før beton modnes på en motorvej.

Indiana Department of Transportation (INDOT) gav et team af ingeniører fra Purdue University til opgave at indsamle data om konkret modenhed gennem udvalgte motorvejsplasterings- og brolægningsprojekter. Teamet vil bruge dataene til at give en ny evidensbaseret anbefaling om det optimale tidspunkt for at åbne trafik efter et byggeprojekt.

Den nye politik kan spare millioner af dollars hvert år, siger forskerne - for ikke at nævne, reducere trafikken.

Holdet, ledet af Luna Lu, en lektor i Purdues Lyles School of Civil Engineering, indsamler data gennem sensorer, gruppen er designet til at spore betonstyrkeudvikling i realtid gennem målinger af hydrering, stivhed, trykstyrke og andre egenskaber ved beton. Efter test, INDOT planlægger at adoptere sensorerne, giver dem mulighed for permanent at bo på motorveje og løbende holde entreprenører orienteret om konkret nød.

Indtil nu, forskerne og INDOT-ingeniørerne har integreret sensorerne i tre motorveje i Indiana:I-70, I-74 og I-465 nær Indianapolis. Purdue -teamet arbejder også med Federal Highway Administration på en landsdækkende puljestudie for at implementere teknologien i andre stater. Californien, Texas, Kansas og Missouri planlægger at deltage i undersøgelsen.

"Betonbelægningsplaster skal opnå et bestemt styrkeniveau for at imødekomme lastbilstrafik på grund af belastningen og fortovet, der krøller og vrider sig. Gennem disse sensorer, en entreprenør ved nøjagtigt, hvornår betonen er moden nok til at rumme tunge lastbiler og krølle- og vridningsspændinger, "sagde Tommy Nantung, forsknings- og udviklingsplanlægning og produktionschef for INDOT.

I Indiana, Transportministeriets retningslinjer kræver, at nogle konkrete lappeprojekter gennemføres inden for et bestemt tidsrum, så trafikken kan åbne sig. Men de nuværende metoder til at bestemme trafikåbningstider er ofte upålidelige, får trafikken til at genoptage, før betonen er modnet ordentligt. Metoderne kan også være ineffektive og dyre, resulterer i konstruktionsforsinkelser og omkostningsoverskridelser.

En type test, bøjningsstyrketest, kræver, at byggearbejdere støber og placerer en tung, to fod lang betonbjælke på stedet og derefter overføre den til enten et mobilt laboratorium på stedet eller et offsite-anlæg for at vide, om betonen er moden nok. Testen risikerer ikke kun medarbejdernes sikkerhed, men er også unøjagtig på grund af forskelle mellem laboratorie- og feltforhold.

En anden metode, kaldes modenhedstest, er ikke praktisk, da den bruger temperatur som en indikation af styrke for hver type beton. Fordi der er tusindvis af forskellige betonblandinger, dette betyder at gå efter tusinder af forskellige temperaturstyrke korrelationskurver for at vide, om betonen er moden. De matematiske kurver har også en tendens til at være vildledende på grund af påvirkning af udetemperatur.

"Virkningen af ​​denne undersøgelse kan være revolutionerende, da den ikke kræver nogen konventionel mekanisk afprøvning eller dyre og tunge testopsætninger i feltet. Der er ikke behov for kalibrering for hvert forskellige blandingsdesign, "sagde Lu, som også er en American Concrete Pavement Association Scholar i betonbelægning og materialevidenskab.

Sensoren udviklet af Lu's team er mere præcis, fordi den lever i betonen. Mens hver sensor kun måler et 11-tommer betonareal, det er billigt at integrere mange af sensorerne langs en betonsektion, siger teamet.

En sensorplaster er indlejret på betonoverfladen. Ledninger forbinder plasteret til et målesystem. Ved hjælp af en såkaldt piezoelektrisk effekt, opsætningen konverterer elektrisk energi til mekanisk energi, spændende sensoren og vibrerende betonen for at registrere dens stivhed. Mekanisk energi konverteres derefter tilbage til elektrisk energi. Sensoren måler betonens modstand mod strømmen af ​​elektricitet gennem en udlæsning af elektriske data, giver præcise målinger af mange betonegenskaber på én gang.

Sensorerne er beskyttet mod korrosion og knuses ikke let af byggeudstyr. Opsætningen gør det også muligt at indsamle data i årevis, efter at betonen er lagt. I modsætning, konventionelle laboratorietestmetoder indsamler data i kun 28 dage, efterlader huller i forståelsen af, hvordan beton styrker sig efter det tidspunkt.

"At kunne spore betonstyrke over en længere periode ville hjælpe ingeniører med at vide, om de har over- eller underdesignede veje og bedre bestemme, hvornår betonen skal udskiftes, "Sagde Lu.

I øjeblikket, målinger skal foretages hver time på stedet, men teamet planlægger at få sensorerne til at fungere trådløst i fremtiden, fx gennem en app.