Изменение климата разрушит каждый четвертый мост в США
Изменяющийся климат наносит физический урон инфраструктуре, построенной с учетом более предсказуемых погодных условий. Такие материалы, как сталь, расширяются в жаркую погоду и снова сжимаются при низких температурах. Разработчики обычно учитывают сезонные колебания температуры, но по мере того, как экстремальные погодные явления становятся все более распространенными, конструкции и материалы могут попасть в зону за пределами расчётных нагрузок.
Американские инженеры обратили внимание на проблемы, которые изменения климата может создать для структурной целостности стареющей транспортной сети страны, которая включает в себя около 600 000 мостов.
Анализ, проведенный группой из Университета штата Колорадо, показывает, что власти должны переосмыслить приоритетный порядок ремонта мостов, так как изменение климата угрожает каждому четвертому из них.
Неспособность оценить целостность мостов была трагически продемонстрирована в прошлом году, когда итальянский автомобильный мост, построенный в 1960-х годах, рухнул без предупреждения в городе Генуя, в результате чего погибли 43 человека.
Доцент Хуссам Махмуд и Сьюзен Палу сосредоточили свой анализ на около 80 000 стальных балочных мостов - конструкции, распространенной в США с середины 1940-х годов и состоящей из продольных балок, связывающих две вертикальные опоры.
Эти мосты часто страдают от засорения деформационных швов и требуют регулярного технического обслуживания. Компенсаторы соединяют пролеты моста и позволяют конструкции расширяться и сжиматься при нагреве или охлаждении воздуха.
Когда соединения забиваются, они препятствуют нормальному расширению моста в ответ на более высокие температуры. Исследователи пришли к выводу, что более высокие средние температуры в будущем, не учитываемые при первом строительстве таких мостов, могут привести к непредвиденному разрушению.
Тепловое напряжение может вызвать коробление и растрескивание, которые усугубляются как изгибом от веса грузовых и легковых автомобилей, так и осевой нагрузкой из-за ограничения расширения. Исследование является первым, чтобы количественно оценить влияние возможных изменений температуры в сочетании с нормальным ожидаемым засорением компенсаторов.
Исследователи рассмотрели четыре различных сезонных сценария для температуры во время строительства каждого моста, а также прогнозируемые средние температуры для 2040, 2060, 2080 и 2100 годов.
Прогнозируемые повышения температуры являются сценариями потепления, принятыми Международной группой экспертов по изменению климата в 2014 году.
Результаты показывают, что мосты, расположенные в северной части Соединенных Штатов, включая Северные Скалистые горы и Равнины, Северо-запад и Верхний Средний Запад, являются наиболее уязвимыми для более выраженного повышения температуры.
Менее восприимчивыми регионами остаются юго-восток и северо-восток США.
Цель инженеров состояла в том, чтобы выстроить мосты в порядке необходимого технического обслуживания после учета новой нормы изменения климата.
Они обнаружили, что нынешние экстремальные температуры вряд ли вызовут серьезные проблемы, однако они приближаются к достижению уровней, которые могут привести к катастрофическим сбоям.
Исследователи утверждают, что к 2040 году риск разрушения каждого из четырех существующих мостов увеличится, а к 2060 году этот показатель возрастет до 28 процентов. К 2080 году менее 50 процентов мостов станут опасными, и, по прогнозам, почти все исследованные системы разрушатся к концу столетия, если не будут приняты меры.
«Мы, как инженеры, должны начать смотреть за пределы того, чему нас изначально учили, о том, как анализировать системы, и начинать думать о том, что принесет изменение климата, чтобы понять наше поведение на уровне компонентов и производительность на уровне системы», - сказал д-р Махмуд.