Инновации – для дорог и дорожников

Ученые предложили экономически эффективный способ укрепления фундаментов.

При проектировании зданий частая проблема – слабые грунты, обладающие низкой несущей способностью и высокой сжимаемостью. Для их улучшения используются армирующие элементы, такие как фиброволокна, которые усиливают основание. Однако полная замена слабого грунта фиброармированным не всегда целесообразна и может оказаться затратной. Эксперты Пермского Политеха разработали метод, позволяющий существенно сократить расход материалов, сохраняя эффективность.

Армирование грунта фиброволокнами осуществляется введением коротких высокопрочных элементов, что уже проверено на подпорных стенах и насыпях, но применение фиброгрунта в качестве основания зданий требует дальнейшего изучения. Фиброгрунт значительно превосходит слабые грунты по прочности, увеличивая несущую способность и снижая осадку фундамента.

Исследования показали, что использование фиброармированных подушек на слабом грунте не только повышает прочность основания, но и значительно сокращает объемы работ и сроки строительства, оставаясь при этом экономически оправданным решением.

Разработан новаторский метод расчета несущей способности строительных свай.

Свайные фундаменты, основополагающие элементы в промышленном, гражданском и транспортном строительстве, служат опорой для ангаров, складов, жилых и коммерческих зданий, а также для трубопроводов и ограждений вдоль автодорог. При проектировании таких фундаментов необходим высокий запас прочности и устойчивости к внешним воздействиям, что требует учета значительных нагрузок и изменений эксплуатационных условий без риска разрушения или деформации. Однако соблюдение этих требований часто приводит к снижению экономической эффективности, удорожанию и увеличению сроков строительства.

Ученые Пермского Политеха представляют новый подход к расчету несущей способности свай, который учтет реальную работу горных пород, что снизит затраты и повысит качество проектирования. Основная задача свай заключается в передаче нагрузок на более прочные слои грунта. Неправильное взаимодействие конструкций с окружающей средой может привести к серьезным проектным ошибкам, особенно под воздействием горизонтальных нагрузок, что обуславливает различия между расчетными и фактическими значениями до 20%.

Созданная формула для определения предельной горизонтальной нагрузки на сваи оптимальна для пылевато-глинистых грунтов, распространенных в России. Введено понятие эффективного диаметра, что позволяет ускорить расчет и предотвращает значительные ошибки. Исследование откроет новые горизонты в строительстве, уменьшив риски неправильного проектирования и их последствия для целостности сооружений.

Создан датчик, призванный отслеживать состояние грунта под строительными объектами.

В современных строительных практиках важную роль играет геотекстиль — синтетический материал, который укрепляет грунтовое основание, повышая его несущую способность. Концепция «умного геотекстиля», в которой в материал внедряются специальные датчики для удаленного мониторинга состояния грунта, активно исследуется. Это новшество значительно повысит безопасность объектов, заранее предупреждая о необходимости ремонтов и возникновении аварийных ситуаций.

Ученые ПНИПУ создали волоконно-оптическую систему для постоянного контроля геотекстиля, способную фиксировать его смещения до 0,5 мм. Эта система не только компактна и дешева в производстве, но и устойчива к внешним воздействиям. Совместно с грунтом укладываемые датчики позволят вести точный мониторинг состояния конструкций, что критически важно для предотвращения серьезных аварий.

Разработанный датчик, использующий ABS-пластик и оптоволокно Corning SMF-28, обеспечивает достаточную точность по значительно более низкой цене, что делает его перспективным решением для отрасли.

Разработано дорожное покрытие, генерирующее энергию для освещения.

Ученые Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого (НовГУ) разработали энергогенерирующее самоподдерживающееся сборное дорожное покрытие.

В основе лежит патент новгородского изобретателя, члена Всероссийского общества изобретателей и рационализаторов Владимира Родина на сборное дорожное покрытие. Покрытие собирается следующим образом: на подготовленную грунтовую площадку с выровненным уплотненным грунтом на плоскую поверхность выкладываются опорные элементы. Затем верхние панели устанавливаются так, чтобы в выемке каждого опорного элемента укладывались четыре выступа смежных деталей. При этом верхние части дорожного покрытия сдвинуты относительно опорных.

Места соединения могут быть заполнены цементно-песчаной смесью или другим гидроизоляционным составом. Полезная модель дает возможность создавать плотное дорожное покрытие, конструкция которого надежно удерживает элементы от продольного и поперечного смещения, без ограничений по длине и ширине. Рабочая нагрузка при этом распределяется одновременно на несколько элементов, что увеличивает срок эксплуатации дорожного полотна. Части дорожного покрытия имеют простую конструкцию и могут быть изготовлены промышленным способом.

Была переработана конструкция узлов и компонентов, разработан способ их быстрого соединения, добавлены крепежные элементы и элементы энергогенерации. Принцип заключается в том, что кинетическая энергия движения транспорта и пешеходов по покрытию будет преобразовываться в электрическую энергию для освещения трассы с возможностью накопления в аккумуляторах.

Перед разработчиками стоит задача создать опытный образец покрытия для потенциальных партнеров в сфере дорожного хозяйства. В дальнейшем будет обсуждаться возможность тестирования покрытия на дорогах Новгородской области.

Также для дорожной сферы представители лаборатории беспилотных систем и цифровой инженерии НовГУ создали инновационную технологию для сканирования дорог. Ее испытали на участке автомобильной дороги Шимск – Старая Русса – Холм. Благодаря сканированию можно проверять точность измерений толщины асфальтового покрытия и других показателей. Работы по этому направлению ведутся в рамках национального проекта «Безопасные качественные дороги».

В ПНИПУ решили преобразить лесные дороги.

На территории России располагается около четверти мировых лесов. Для легкости доступа техники к лесным богатствам, их заготовки и вывоза древесины требуется прокладка дорог. Эти пути испытывают повышенные нагрузки от тяжелых автомобилей, что приводит к их быстрому разрушению. Расходы на строительство и ремонт таких дорог значительно увеличивают стоимость древесины. Ученые предложили одно из решений — использование геосинтетических оболочек, которые послужат прочной основой под колесами.

Исследование подтвердило, что геосинтетические оболочки, представляющие собой сшитые полимерные листы, способны поглощать нагрузки и предотвращать деформации дорожного полотна.

Однако процесс их деформации еще недостаточно изучен. Ученые провели эксперимент, выяснив, что ширина оболочки должна в 6-8 раз превышать ее толщину для сохранения механических свойств. Это инновационное решение сулит снижение затрат на вывозку древесины и укрепит лесные дороги, а это важный шаг к социально-экономическому процветанию региона.

Эвелина Ларсон

Фото: www.a-svai.ru

Этот материал опубликован в декабрьском  номере Отраслевого журнала «Строительство». Весь журнал вы можете прочитать или скачать по ссылкеhttps://www.ancb.ru/files/pdf/pc/Otraslevoy_zhurnal_Stroitelstvo_-_2024_god_12_2024_pc.pdf