Nem építhetünk fel mindent, amit csak akarunk – továbbra is újra kell használnunk és újra fel kell találnunk a meglévő kritikus infrastruktúránk hasznosításának módjait.” Ezt mondja Michael Miller, az Exo mérnöki szolgáltatásokért felelős alelnöke, egy houstoni székhelyű cég, amely az egyesült államokbeli közművek ellenőrzésére és helyreállítására szakosodott.
A szerkezetmérnök – aki 25 állam és 4 kanadai tartomány távvezetéki infrastrukturális projektjeinek irányításáért volt felelős, amikor az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumában dolgozott – elismeri, hogy 36 éves pályafutása nagy részét újabb terveken dolgozta.
A négy évvel ezelőtti Exóhoz való csatlakozás lehetővé tette számára, hogy körkörösebb módon tekintse meg az infrastruktúrát: Mit lehet orvosolni? Mennyivel hosszabbítható meg egy szerkezet életciklusa?
Példaként említhető, hogy a Bentley A Year in Infrastructure konferenciáján idén Vancouverben az Exo meghívást kapott, hogy beszéljen egy távvezeték-projektről, amely két villanytorony élettartamának meghosszabbítását jelentette.
Az Ohio folyón található Ohio Falls Hydro állomás két tornyot foglal magában, amelyeket 1927-ben építettek, és támogatják a folyón áthaladó távvezetéket.
Ahelyett, hogy új átkelőt építettek volna egy másik helyen, a közüzemi ügyfelek – az LG&E és a Kentucky Electric – azt akarták látni, hogy fel tudják-e használni ezeket a tornyokat, és felbérelték Miller Exo cégét, hogy vizsgálja meg.
„Egy pillantást vetnél ezekre a tornyokra, és azt mondod: „Szabadítsd meg őket, túl öregek!” – ez a szerkezetmérnöki ösztönünk – annyira hozzászoktunk az új építkezéshez. De nézni valami ilyesmit és megpróbálni elmélyedni benne, igazi kihívás volt” – emlékszik vissza Miller.
Tervezés az élethez
A vizsgálat középpontjában álló kérdés: Mennyi volt ennek a szerkezetnek a tervezett élettartama? 50 év volt? 100 év? Nem léteztek olyan tervek vagy rajzok, amelyek részletezték volna a felhasznált alkatrészeket, vagy utalnának a szerkezet becsült élettartamára.
A tornyok elsősorban időjárásálló acélból álltak – egy kémiailag összeállított fém, amelyet úgy fejlesztettek ki, hogy kiküszöbölje a festés szükségességét, mivel stabil rozsdaréteget képez.
A rozsdás narancssárga patinája miatt az időjárásálló acél a szerkezeteket befejezetlennek vagy lejártnak tűnheti a hétköznapi szemlélő számára – ez azonban nem jelenti azt, hogy azok. Néhány ikonikus épület szándékosan választotta ezt az ipari megjelenést – köztük a John Deere illinoisi főhadiszállása és az Egyesült Királyságban Antony Gormley által dicsért gatesheadi Észak angyala szobra időjárásálló acélból készült, amely jellegzetes narancssárga színt ad.
„A fő probléma az, hogy az ilyen szerkezetek illesztései idővel korróziót mutatnak” – magyarázza Miller.
„Ez megfeszítheti a torony szegecseit. Tehát az egyik nagy munka, amit el kellett végeznünk, az volt, hogy feltérképezzük ezt a réskorróziót” – magyarázza Miller.
Egy másik kihívás a két torony elérése volt, amelyek olyan bizonytalan helyen helyezkedtek el, a vízi út két oldalán – az egyik egy gát mellett, a másik a folyó túloldalán.
Az Exo úgy döntött, hogy a tornyok vizsgálatának legbiztonságosabb módja a virtuális – drón használata – és az így kapott felvételek digitális ikerpárba való betáplálása egy részletes 3D-s modell létrehozása érdekében.
A MicroStation gyártója, a Bentley System iTwin szoftverével 250 gigabájtnyi nagy felbontású drónnal rögzített fényképeket dolgoztak fel valósághálós modellté.
„Pár napba telt, mire elkészítettük a drónfelvételeket, de ez azt jelentette, hogy meg tudtuk mérni a torony méretjellemzőit, hogy a meglévő rajzok hiánya ellenére elvégezhessük a modellezést” – mondja Miller.
„Ez abban is segít, hogy megnézzük, mekkora korrózió fordult elő a tornyok hasadékaiban” – teszi hozzá.
Millert lenyűgözték azok a részletek, amelyeket a mérnökök meg tudtak nézni a digitális ikerben, ami lehetővé tette a csapat számára, hogy gyakorlatilag hozzáférjenek és megmérjék a korrózió mértékét.
„Ha megvan ez a 3D hálós modell, szinte bármit megtehet, amire képes lett volna, ha kézzel felmászott volna a toronyba” – mondja.
„Minden részlet látható – egy nyolc hüvelykes tűréshatárig tartunk a részleteken –, ami azt jelenti, hogy láthatjuk az arcokat és a szegecseket, valamint a szolgáltatások állapotát ezeken a helyeken” – teszi hozzá.
Erőpróba
A digitális iker alapján a csapat megkezdte a tornyok szerkezeti stabilitásának meghatározását. „Az egyik dolog, amit megvizsgáltunk, a szegecs kapacitása” – mondja Miller. „Az 1920-as években nagyon sok különböző erősségű szegecs létezett, és ki kellett találnunk, hogy melyiket használjuk.”
Ez a Bentley Power Line System szoftverével történt, amely automatizálja a tervezett terhelések kiszámítását és ellenőrzi a szilárdságot a nemzetközi szabványok szerint.
A tornyokon a szegecsek erősnek bizonyultak – 24 kip [a ‘kip’ being a unit of force that’s equal to 1,000 pounds of force]. „Ez jó volt, mert a szerkezetek is átvették a réskorrózió okozta feszültséget” – teszi hozzá Miller.
Miután megállapították a szerkezet szilárdságát, a következő lépés az volt, hogy megvizsgáljuk, hogyan lehet a legjobban orvosolni a réskorróziót.
A francia kapcsolat
Mivel az Egyesült Államokban rengeteg régebbi infrastruktúra néz szembe ugyanazokkal a kihívásokkal – és akkoriban még nem voltak egységes szabványok arra vonatkozóan, hogy milyen anyagokat kell használni, államonként és projektenként változott –, volt néhány „legjobb” gyakorlat” tanulmányok, amelyekből meríthetünk.
Az Exo-csapat egy, a Purdue Egyetemen végzett tanulmányt is felhasznált, amely az Egyesült Államok összes Közlekedési Minisztériumát feltérképezte, hogy megtalálják a legjobb módszereket a réskorrózió orvoslására.
Miller egy másik cseh tanulmányt is talált, amely rámutat arra, hogyan lehet helyreállítani az olyan infrastruktúrát, amely sok időjárásálló acélt használ, mindaddig, amíg nem korrodálódott erősen.
A csapat a világ minden tájáról származó építményeket is megvizsgált, köztük az Eiffel-tornyot. A Gustav Eiffel által 1889-ben a világkiállításra tervezett kovácsoltvas szerkezet hasonló szegecselt szerkezettel rendelkezik, mint az ohiói tornyok.
A több mint egy évszázada Párizs jelképe, a torony csak ideiglenesnek készült, 25 évre becsült élettartammal. A tócsavas szerkezete azonban kiállta az idő próbáját – mindaddig, amíg 7 évente megnyalják a festéket.
„Ezek a szerkezetek sokkal tovább tartanak, mint gondolnánk, ha jól karbantartják őket. Az acéltornyoknak nincs lejárati ideje” – mondja Miller.
Ezekre az adatokra és számos tanulmányra támaszkodva a csapat három lépésből álló eljárást készített, amely hatékonyan kezeli és védi az ohiói tornyokat további 30 vagy 40 éves élettartamig.
A jutalmak learatása
Az Exo szerint az a döntés, hogy az újjáépítés helyett a helyreállítás helyett, a digitális iker révén lehetővé vált, megkímélte a közüzemi társaságot az engedélyezési késedelmek tíz évétől és körülbelül 80 millió dollártól egy új toronyátkelőhely megépítésétől.
A projekt idén a Bentley Systems A Year in Infrastructure és a Going Digital Awards bíráit is lenyűgözte. „Oscar az infrastruktúráért” díjnak tartják, Az Ohio Falls River Crossing minden versenytársat legyőzött az átviteli és elosztási területen, és kategóriája győztese lett.
Bővebben: Az Intel 20 milliárd dolláros chipgyártó üzemet épít Ohióban
