چکیده

گروهی از متخصصین دانشگاه پوردو در حال ساخت حسگرهایی برای هوشمند سازی بتن هستند. این ابزار از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه بوده و می تواند به آسانی برای تعیین دقیق زمان عمل آوری مناسب و همچنین سایر خصوصیات بتن جایگذاری شده مورد استفاده قرار گیرد. از دیگر توانایی های این ابزار می توان به توانایی آن در رفع محدودیت های طولانی مدت در فرآیند انجام آزمایش ها فنی اشاره کرد که در نهایت منجر به کاهش تاخیرات در زمان بندی اجرای پروژهای عمرانی می شود.ه

شرح 

نگاهی نه چندان عمیق به وضعیت عمومی پروژه های عمرانی به راحتی بیانگر آن است که برنامه ریزی های ناکارآمد در پروژه های ساخت و ساز یکی از چالش های بزرگ این صنعت بوده که از دیرباز وجود داشته و اغلب موجب تحمیل هزینه های سنگین بر این صنعت و یا به بیانی دیگر بهره بردار و مصرف کننده شده است.ه

اهمیت یک برنامه ریزی دقیق و رعایت آن بگونه ای است که فقط چند ساعت تاخیر در ساخت هر طبقه از یک ساختمان می تواند بیش از یک میلیون دلار هزینه در برداشته باشد.
انجام پروژه در زمانی بیش از زمان پیش بینی شده موجب افزایش هزینه های مربوط به تجهیزات و نیروی انسانی می شود و به این علت است که پیمانکاران عمومی می توانند به دلیل عدم رعایت برنامه زمان بندی یک پروژه متحمل جریمه هایی شوند که بر اساس قرارداد، میزان آن می تواند حداکثر به میزان 50،000 دلار در روز هم برسد.ه

برای مشاهده و درک بهتر از هزینه های سنگین ناشی از تاخیر در تحویل پروژه های عمرانی می توان به عنوان نمونه به پروژه های راه سازی اشاره کرد که در آنها عدم توجه به زمان پیش بینی شده برای انجام یک پروژه و افزایش این دوره موجب افزایش ازدحام ترافیک می شود که برای رانندگان حدود 21 گالن سوخت و 50 ساعت زمان در سال هزینه در پی دارد.نگاهی به آمار و ارقام در این حوزه نشان می دهد که میزان این ضرر و زیان سالیانه برای هر مسافر بیش از 1080 دلار و میزان آن در کل کشور بیش از 160 میلیارد دلار است. آمار نشان می دهد که در ایالات متحده بطور میانگین هر خانوار، هر سال 3400 دلار برای مقابله با تعمیرات زیرساخت ها و کمبودها هزینه می کند.ه

با این وجود افتتاح زودهنگام ساختمان ها، راه ها و پل ها پیش از موعد مقرر می تواند منجر به کاهش مقاومت سازه ها شود. این موضوع نه تنها بر طول عمر سازه تاثیر نامطلوب می گذارد، بلکه نگرانی های اساسی در مورد ایمنی سازه ها را نیز افزایش می دهد.فروریختن “هتل هاردراک” در نیو اورلانز در ایالت لویزیانای آمریکا، آن هم در هنگام ساخت در سال 2019 و همچنین پل دانشگاه بین الملی فلوریدا در سال 2018 (در هر دو مورد علت فروریختن نقص سازه ای بوده است) نه تنها زیان ها مالی فراوانی به بار آورد بلکه تعدادی کشته و زخمی نیز بجای گذاشت.ه

روش های نادرست آزمایش موجب افزایش تاخیرات می شود

یکی از موارد کاربردی در برنامه ریزی عملیات ساخت و ساز فقدان روش های کارآمد آزمایش برای تعیین زمان بلوغ بتن عمل آوری شده است. روش های موجود برای ارزیابی بلوغ بتن شامل تهیه نمونه های همزمان از بتن در هنگام جایگذاری است.ه

تنوع نمونه های تهیه شده موجب کمک به یافتن پاسخی دقیق برای این مسئله می شود که بتن جایگذاری شده در چه زمانی می تواند بطور ایمن تحت بارگذاری قرار گیرد.اما مشکلی که عموما” با آن مواجه هستیم این است که متاسفانه این نمونه ها اغلب بتن جایگذاری شده در محل کارگاه را بدرستی نمایندگی نمی کنند که علت آن هم وجود تفاوت در میزان گرمای محبوس شده و در معرض شرایط محیطی قرار داشتن در طول عملیات جایگذاری و عمل آوری بتن است.ه

نگاهی نه چندان دقیق به این فرآیند بخوبی نشان می دهد که متدولوژی انجام آزمایشات فنی موجود خود یکی از عواملی است که منجر به ایجاد تاخیرات غیر ضروری در عملیات ساخت و ساز می گرد، و این درحالی است که فناوری های جدید برای تعیین مقاومت بتن در زمان واقعی ، مانند روش بلوغ در حال گسترش هستند.ه

اما این فناوری ها با همه پیشرفت هایی که داشته اند هنوز هم مملو از محدودیت های مختلف هستند که مجموع این محدودیت ها و همچنین وجود مواد بکار رفته در مخلوط های پیشرفته بتنی که اغلب شامل مواد افزودنی مختلفی چون مواد ضد خوردگی، تسریع دهنده ها و اصلاح کننده های ویسکوزبوده و می توانند صحت این آزمایش ها را با تردید مواجه کنند، همه موجب می شوند تا این فناوری ها نتوانند به واقعیت پیچیده این نمونه های بتنی پی ببرند. توجه به این نکته بسیار مهم است که طرح اختلاط بتن بهتر است با توجه به تغییرات آب و هوایی در زمان اجرا تهیه شود.ه

حسگرهای بتن هوشمند جایگزینی مبتکرانه را ارائه می دهند

با توجه به آنچه گفته شد، برای رفع این کمبودها تیم پروفسور” لونا لو” در دانشکده مهندسی عمران در دانشگاه پوردو در حال ساخت حسگرهایی برای بتن های هوشمند هستند. این ابزار از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه بوده و می تواند به آسانی برای تعیین دقیق زمان عمل آوری مناسب و همچنین سایر خصوصیات بتن جایگذاری شده مورد استفاده قرار گیرد. از دیگر توانایی های این ابزار می توان به توانایی آن در رفع محدودیت های طولانی مدت در فرآیند انجام آزمایش ها اشاره کرد.ه

در این سیستم جدید به جای تهیه نمونه های همزمان در زمان بتن ریزی و آزمایش آنها در محلی خارج از کارگاه، حسگرها در حین ساخت سازه در بتن قرار گرفته و با ایجاد قابلیت هوشمندی در بتن مقاومت آن را در زمان واقعی اندازه گیری می کنند.این حسگرها با بهره گیری از اثر الکترومکانیکی این قابلیت را دارند تا پس از قرار گیری در محل مورد نظر ضمن بررسی مقاومت بتن، سایر ویژگی های آن را نیز در هر بازه زمانی دلخواه ظرف چند ثانیه تعیین نمایند. این حسگر همچنین می توانند ارتعاشات مکانیکی بتن، مقاومت و سختی آن را منعکس کنند.ه

حسگرهای جدید پیزوالکتریک پروفسور لو ارتعاشات بتن را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کرده و سپس با استفاده از نرم افزارهای خاص و مدل های ریاضی تهیه شده توسط این تیم از طریق دستگاه های ثبت اطلاعات حسگر، قرائت و پردازش می شوند.از مزایای این فناوری هوشمند سازی بتن این است که برای هر نوع طرح اختلاط بتن قابل استفاده بوده و نیازی به پیش کالیبراسیون یا پیش پردازش ندارد و این خود عاملی است که فناوری حاضر برای ساخت یک بتن هوشمند را از روش های دیگر مانند روش بلوغ، متمایز می کند. بهره گیری از این روش همچنین موجب می شود تا اطلاعات مربوط به مقاومت بتن در مقایسه با روش مرسوم آزمایش نمونه در خارج از محل کارگاه دقیق تر باشد.ه

ارزش کاربردی جمع آوری این داده های دقیق در جایی است که ارائه داده های مربوط به میزان مقاومت بتن های ریخته شده در کارگاه به ناظران و مدیران پروژه می تواند به آنان کمک کند تا به زمان دقیق رسیدن بتن به بلوغ و کسب مقاومت لازم دست یابند که این خود موجب می شود تا با از بین رفتن تأخیرهای غیر ضروری و دوره های انتظار، سرعت انجام کار تسریع شود.ه

البته این امری بدیهی است که داده های با کیفیت بهتر به مدیران پروژه کمک می کند تا بتوانند به شیوه ای کارآمدانه نسبت به برنامه ریزی و واگذاری مسئولیت به نیروهای خود جعت عملیات ساخت و سازهای روربنایی و زیربنایی مانند راه ها و پل ها اقدام کنند.جامعه می تواند از به حداقل رساندن ترافیک و افزایش سرعت در پروژه های حمل و نقل بهره مند شود و در این راستا همچنین چرخه عمر زیرساخت ها نیز می تواند به حداکثر ممکن افزایش یابد.ه

پتانسیل کاهش یا از بین بردن هزینه های تعمیر و نگهداری برای پل ها، جاده ها یا سکوهای نفتی ، افزایش میزان تولید برای کاربردهای بتن پیش ساخته و کاهش خطرات عمومی ، همه را باید تنها بخشی از نوک کوه یخ برای ارزش این فناوری دانست.ه

تشخیص زود هنگام ارزش حسگرهای هوشمند

حوزه ساخت و ساز عمودی و اداره حمل و نقل ایالت ایندیانا درحال حاضر از فناوری سنجش هوشمند بتن که در “دانشگاه پوردو” ساخته شده است استفاده می کند. هم اکنون تیم پروفسور لو در حال همکاری با “ویلهلم کانسترکشن”در ایندیانا برای تعیین دقیق مقاومت بتن در ساختمانهای چند طبقه در حال ساخت هستند. اداره حمل و نقل ایندیانا (ایندات از این) فناوری در پروژه های بین ایالتی از قبیل 69 ، 74 و 465 را بهره برده است.ه

تیم کارشناسان پرفسور لو همچنین با بخشهای حمل و نقل در ایالت های کالیفرنیا، تگزاس، میسوری، کلرادو و تنسی ارتباطات خود را گسترش داده اند تا این فناوری را در این ایالت ها گسترش دهند. جامعه مهندسی وقتی از جوایز ” گیم چنجر” جامعه مهندسین عمران آمریکا برخوردار شد ، اهمیت نوآوری تیم پوردو را بهتر تشخیص دادند.در اینجا می توان گفت که نقش حسگرهای بتن هوشمند را می توان در برنامه ریزی های پیچیده پروژه های ساخت و ساز و رفع برخی مشکلات موجود در این مسیر را می توان مورد بررسی قرار داد و به راه حل هایی برای چالشه هایی دست یافت که در صد سال گذشته فاقد هر گونه راه حل معنی داری بوده اند.ه

و اما در حوزه اقتصادی و مالی پروژه نیز باید گفت که هزینه ای که استفاده از حسگرهای بتن هوشمند بر پرژه تحمیل می کند رقمی کمتر از یکدهم درصد(0.1%) از بودجه ساخت را به خود اختصاص می دهد و این در حالی است که این حسگر های هوشمند این قابلیت را دارند تا موجب کاهش هزینه و دوره زمانی انجام پروژه به میزان سی درصد(30%) شوند.ه

بیشتر بخوانید

 

Keywords:

  • Hard Rock Hotel in New Orleans, Louisiana
  • Professor Luna Lu’s team at the Lyles School of Civil Engineering at Purdue University
  • Lu’s new piezoelectric sensors
  • Purdue University
  • Wilhelm Construction
  • GameChangers

 

متا

 

Share