جسور عالقة، وطرق ملتوية - تتسبب الحرارة الشديدة في تدمير البنية التحتية القديمة في أمريكا

صيف 2024 سجل الحرارة يخلق مشاكل للبنية التحتية للنقل، من الطرق إلى السكك الحديدية.

كان جسر الجادة الثالثة في نيويورك، والذي يتأرجح مفتوحًا لحركة السفن على نهر هارلم عالقة لساعات بعد أن تمدد معدنه بالحرارة ولم يتمكن من الإغلاق.وانهارت الطرق في الأيام الحارة في عدة ولايات، بما في ذلك واشنطن و ويسكونسن.حذرت شركة أمتراك الركاب من الاستعداد للمشاكل المتعلقة بالحرارة قبل ساعات من انقطاع الخدمة لمدة يوم بين نيويورك ونيوجيرسي.المخاطر التي تتعرض لها خطوط الكهرباء والقضبان أثناء درجات الحرارة المرتفعة هي أ مصدر متزايد للتأخير لنظام القطار .

لا يساعد أن الحرارة المتفاقمة تضرب الولايات المتحدة.نظام البنية التحتية الذي هو بالفعل في ورطة.

أعطت الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين الولايات المتحدة.البنية التحتية على درجة إجمالية C- في أحدث بطاقة تقرير وطنية للبنية التحتية، والتي تم إصدارها في عام 2021.في حين كان هناك بعض التحسن – حول 7.5% من الولايات المتحدةالجسور وكانت حالة الجسور سيئة، مقارنة بأكثر من 12% قبل عقد من الزمن - والعديد من الجسور أصبحت قديمة، مما يجعل صيانتها صعبة.أربعون بالمائة لنظام الطرق كان يعتبر في حالة سيئة أو متوسطة، و زادت تكاليف الصيانة بشكل كبير.

لا يعتمد معدل تدهور الجسر أو الطريق على المواد وطرق البناء المستخدمة فحسب، بل يعتمد أيضًا على المناخ خلال عمر الهيكل.وتؤثر الحرارة الشديدة، على وجه الخصوص، بشكل كبير على البنية التحتية لوسائل النقل.ومع تقدم تغير المناخ، فإن تواتر وشدة موجات الحرارة ومن المتوقع أن تزداد، مما يؤدي إلى تفاقم هذه القضايا.

أنا أقود مختبر البنية التحتية الذكية والاختبارات في جامعة تكساس في أرلينغتون، حيث يعمل فريقي على طرق لتحسين مراقبة الصحة الهيكلية للبنية التحتية.هذا هو السبب وراء معاناة البنية التحتية في درجات الحرارة العالية - وكيف يبتكر المهندسون للمساعدة في إطالة عمرها.

الطرق السريعة الملتوية تشكل خطرا على السائقين

عندما يتم بناء الطريق، يتم تقطيعه إلى أجزاء خلق مساحة للرصيف للتوسع أثناء الحرارة العالية أو للتعاقد في البرد.وبدون هذه المساحة، يمكن أن ينحني الرصيف عندما تسخن مواد الطريق.أصبح التواء الرصيف الخرساني مشكلة خطيرة في عدة ولايات.

يصبح الرصيف عرضة للالتواء لعدد من الأسباب.إن تصميم الطريق، والمواد المصنوعة منها، والمناخ الذي تم بناؤه فيه، والطقس خلال فترة حياته يمكن أن يؤثر على عمره الافتراضي، كما يمكن أن يؤدي إلى تلف الطريق وإجراء إصلاحات غير مناسبة.

يمكن أن تتسبب درجات الحرارة القصوى والأمطار الغزيرة في إحداث أضرار جسيمة للطرق وتعريض السلامة الهيكلية لأنظمة السكك الحديدية للخطر.بالإضافة إلى ذلك، ارتفاع مستوى سطح البحر تسارع تآكل السواحل باستطاعة تقويض الطرق وخطوط السكك الحديدية.يؤدي تدهور الرصيف إلى تأخير حركة المرور وتلف المركبات.والأهم من ذلك أنه يمكن أن يسبب حوادث مرورية.

يمكن أن تتوسع القضبان الساخنة وتثبت أيضًا

يعد توسيع السكك الحديدية مصدر قلق كبير آخر، خاصة مع القضبان الملحومة المستمرة مثل الخطوط الرئيسية التي تستخدمها القطارات.

عندما ترتفع درجات الحرارة، تتمدد القضبان بسبب الحرارة.هذا التوسع يمكن أن يخلق ضغطًا وتوترًا عاليًا داخل مادة السكة.إلى جانب القوى التي تمارسها القطارات المتحركة، يمكن أن يتسبب هذا الضغط في انحناء المسارات إلى الجانب وتلفها تصبح منحرفة.ويشار إليه أحيانًا باسم "شبك الشمس.”

يمثل التواء القضبان خطرًا خطيرًا على السلامة ويمكن أن يسبب انحرافات عن المسار.وهذا أحد الأسباب شركة امتراك تبطئ سرعتها في درجات الحرارة الشديدة، مما يؤدي غالبًا إلى تأخير الجدول الزمني.مترو واشنطن العاصمة يخفض سرعة قطاراته إلى الحد الأقصى 35 ميلا في الساعة بمجرد أن تصل درجة حرارة القضبان إلى 135 درجة فهرنهايت (57 درجة مئوية).

قد يكون التنبؤ بهذه الضغوط الحرارية أمرًا صعبًا.إن قياسات درجة حرارة السكك الحديدية وحدها لا تكفي، لأن هناك العديد من العوامل غير المعروفة المتعلقة ببنية المسار وكيفية تحركه.وهذا يجعل من الصعب التنبؤ بدقة بمدى توسع القضبان أو تقلصها.

يمكن للمهندسين تقليل مخاطر توسيع السكك الحديدية باستخدام مواد مقاومة للحرارة، مثل فولاذ السكك الحديدية المفرط وفولاذ السكك الحديدية مارتنسيت، وتعديل تصميم المسار وضمان الإصلاحات في الوقت المناسب.

ولمنع الطرق من التواء، يتخذ المهندسون أيضًا تدابير وقائية، مثل استخدام وصلات منشارية أحادية القطع مملوءة بمادة مانعة للتسرب لتوفير المرونة مع إبقاء المياه خارجًا.يمكنهم أيضًا تنفيذ ممارسات الخرسانة في الطقس البارد والتي تتجنب صب الخرسانة أثناء درجات الحرارة المنخفضة أو على القواعد الباردة، ويمكنهم استخدام خرسانة أقوى وأكثر متانة.إن إجراء الإصلاحات في الوقت المناسب عند تشقق الرصيف وتلفه يمكن أن يساعد أيضًا في تجنب الالتواء.

الحفاظ على صحة البنية التحتية

صحة البنية التحتية تشبه صحة الإنسان:إذا اكتشف الأطباء مشاكل مثل الأورام أو السرطان في مراحل لاحقة فقط، فغالبًا ما يكون الوقت قد فات.وكما هو الحال بالنسبة للأجسام البشرية، يجب صيانة البنية التحتية منذ البداية لتقليل التكاليف وزيادة إمكانية إعادة التأهيل الفعال.

أحد المجالات التي يعمل عليها قسمي هو طرق التقييم غير المدمرة لرصد البنية التحتية دون التسبب في أضرار أو الحاجة إلى إغلاق طرق طويلة.

نحن نستخدم أنظمة المسح المحمولة تقريبًا مثل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي المحمولة للبحث عن الضعف أو العيوب في الجسور والطرق والمدارج.كما نقوم بتطوير أجهزة استشعار متقدمة تستخدم ظواهر المجال الميكانيكي والمغناطيسي لتقييم حالة البنية التحتية، كما نستخدم الذكاء الاصطناعي لاكتشاف المشاكل في المواد.

ستواجه البنية التحتية تحديات متزايدة مع تغير المناخ وعمر الطرق والجسور والبنية التحتية الأخرى.إن العدد الكبير من الطرق الملتوية وغيرها من المشاكل هذا الصيف يسلط الضوء على الحاجة الملحة إلى بنية تحتية مرنة للوقوف في وجه المستقبل.