Festgefahrene Brücken, verbeulte Straßen – extreme Hitze richtet verheerende Schäden an der alternden Infrastruktur Amerikas an

Sommer 2024 Rekordhitze verursacht Probleme für die Verkehrsinfrastruktur, von der Straße bis zur Schiene.

Die Third Avenue Bridge in New York, die für den Schiffsverkehr auf dem Harlem River geöffnet werden kann, war stundenlang feststecken nachdem sich sein Metall in der Hitze ausgeweitet hatte und es sich nicht schließen ließ.In mehreren Bundesstaaten kam es an heißen Tagen zu Straßenbeschädigungen, darunter auch Washington Und Wisconsin.Amtrak warnte die Passagiere, sich Stunden vor einem eintägigen Ausfall zwischen New York und New Jersey auf hitzebedingte Probleme vorzubereiten;Die Risiken für Stromleitungen und Schienen bei hohen Temperaturen sind a zunehmende Ursache für Verzögerungen für das Zugsystem.

Es hilft nicht, dass die zunehmende Hitze die USA trifft.Infrastruktursystem, das bereits in Schwierigkeiten ist.

Die American Society of Civil Engineers gab den USAInfrastruktur die Gesamtnote C- in seinem neuesten nationalen Infrastrukturbericht, der 2021 veröffentlicht wurde.Es gab zwar einige Verbesserungen – ungefähr 7,5 % der US-BevölkerungBrücken waren in einem schlechten Zustand, verglichen mit über 12 % ein Jahrzehnt zuvor – viele Brücken sind in die Jahre gekommen, was ihre Wartung schwierig macht.Vierzig Prozent des Straßensystems als in schlechtem oder mittelmäßigem Zustand eingestuft wurde, und Die Wartungskosten sind erheblich gestiegen.

Wie schnell sich eine Brücke oder Straße verschlechtert, hängt nicht nur von den verwendeten Materialien und Baumethoden ab, sondern auch vom Klima während der Lebensdauer des Bauwerks.Insbesondere extreme Hitze beeinträchtigt die Verkehrsinfrastruktur erheblich.Mit fortschreitendem Klimawandel wird die Häufigkeit und Intensität von Hitzewellen Es wird erwartet, dass die Zahl der Fälle zunehmen wird, was diese Probleme verschärfen wird.

ich führe das Smart Infrastructure and Testing Laboratory an der University of Texas in Arlington, wo Mein Team arbeitet an Wegen um den strukturellen Zustand der Infrastruktur besser zu überwachen.Hier erfahren Sie, warum die Infrastruktur in der Hitze zu kämpfen hat – und wie Ingenieure Innovationen einführen, um ihre Lebensdauer zu verlängern.

Knickende Autobahnen stellen eine Gefahr für Autofahrer dar

Wenn eine Straße gebaut wird, wird sie in Abschnitte geschnitten Schaffen Sie Platz für die Erweiterung des Bürgersteigs bei großer Hitze oder bei Kälte zusammenziehen.Ohne diesen Platz kann sich die Fahrbahn verbiegen, wenn sich das Straßenmaterial erwärmt.Das Knicken von Betondecken ist zu einem ernsten Problem geworden in mehreren Bundesländern.

Der Straßenbelag ist aus mehreren Gründen anfällig für Verformungen.Die Gestaltung der Straße, die Materialien, aus denen sie besteht, das Klima beim Bau und das Wetter während ihrer Lebensdauer können sich auf ihre Lebensdauer auswirken, ebenso wie Schäden an der Straße und unsachgemäße Reparaturen.

Extreme Temperaturen und starke Niederschläge können zu erheblichen Schäden an Straßen führen und die strukturelle Integrität von Schienensystemen gefährden.Hinzu kommt der Anstieg des Meeresspiegels Beschleunigung der Küstenerosion das kann Straßen und Bahnstrecken untergraben.Die Verschlechterung des Straßenbelags führt zu Verkehrsbehinderungen und beschädigten Fahrzeugen.Und was am kritischsten ist: Es kann zu Verkehrsunfällen kommen.

Heiße Schienen können sich ausdehnen und auch einknicken

Der Schienenausbau ist ein weiteres wichtiges Problem, insbesondere bei durchgängig geschweißten Schienen wie den Hauptstrecken, die von Zügen genutzt werden.

Bei steigenden Temperaturen dehnen sich Schienen aufgrund der Hitze aus.Diese Ausdehnung kann zu hohem Druck und Spannung im Schienenmaterial führen.In Kombination mit den durch fahrende Züge ausgeübten Kräften kann dieser Druck dazu führen, dass sich die Gleise seitlich verbiegen falsch ausgerichtet werden.Es wird manchmal als „Sonnenknick.”

Knickende Schienen stellen ein ernstes Sicherheitsrisiko dar und können zu Entgleisungen führen.Das ist einer der Gründe Amtrak verlangsamt seine Geschwindigkeit bei extremer Hitze, was oft zu Terminverzögerungen führt.Die Metro in Washington, D.C. reduziert die Geschwindigkeit ihrer Züge auf ein Minimum maximal 35 Meilen pro Stunde Sobald die Schienen eine Temperatur von 135 Grad Fahrenheit (57 Grad Celsius) erreichen.

Die Vorhersage dieser thermischen Spannungen kann eine Herausforderung sein.Messungen der Schienentemperatur allein reichen nicht aus, da es viele unbekannte Faktoren gibt, die mit der Struktur des Gleises und seiner Bewegung zusammenhängen.Dies macht es schwierig, genau vorherzusagen, um wie viel sich die Schienen ausdehnen oder zusammenziehen werden.

Ingenieure können das Risiko einer Schienenausdehnung reduzieren, indem sie hitzebeständige Materialien verwenden, wie z übereutektoider Schienenstahl und Martensit-Schienenstahl, Anpassung des Gleisdesigns und Sicherstellung rechtzeitiger Reparaturen.

Um zu verhindern, dass Fahrbahnen einknicken, haben Ingenieure auch Schutzmaßnahmen getroffen, wie z. B. die Verwendung von eingeschnittenen, mit Dichtstoff gefüllten Sägefugen, um Flexibilität zu gewährleisten und gleichzeitig das Eindringen von Wasser zu verhindern.Sie können auch Betonierverfahren bei kaltem Wetter anwenden, die das Gießen von Beton bei niedrigen Temperaturen oder auf kalten Untergründen vermeiden, und sie können stärkeren und haltbareren Beton verwenden.Eine rechtzeitige Reparatur von Rissen und Beschädigungen im Straßenbelag kann ebenfalls dazu beitragen, Knicke zu vermeiden.

Die Infrastruktur gesund halten

Die Gesundheit der Infrastruktur ähnelt der menschlichen Gesundheit:Wenn Ärzte Probleme wie Tumore oder Krebs erst in späteren Stadien erkennen, ist es oft zu spät.Wie der menschliche Körper muss auch die Infrastruktur von Anfang an erhalten bleiben, um die Kosten zu senken und das Potenzial für eine wirksame Rehabilitation zu erhöhen.

Ein Bereich, an dem meine Abteilung arbeitet, ist zerstörungsfreie Bewertungsmethoden zur Überwachung der Infrastruktur ohne Schäden zu verursachen oder lange Straßensperrungen erforderlich zu machen.

Wir nutzen mobile Scansysteme fast wie tragbare MRT-Geräte um nach Schwachstellen oder Mängeln an Brücken, Straßen und Landebahnen zu suchen.Wir entwickeln außerdem fortschrittliche Sensoren, die mechanische und magnetische Feldphänomene nutzen, um den Zustand der Infrastruktur zu beurteilen, und wir nutzen künstliche Intelligenz, um Probleme in den Materialien zu erkennen.

Mit dem Klimawandel und der Alterung von Straßen, Brücken und anderen Infrastrukturen wird die Infrastruktur vor immer größeren Herausforderungen stehen.Die große Zahl verbeulter Straßen und andere Probleme in diesem Sommer verdeutlichen die dringende Notwendigkeit einer widerstandsfähigen Infrastruktur, um der Zukunft standzuhalten.