Istraživanja sprovedena na University of Nottingham u Velikoj Britaniji i Ningbo u Kini (UNNC) su otkrila da se lasersko skeniranje može koristiti kao nova i održiva tehnika za bezbednost konstrukcija u oblasti detekcije štetnih efekata vatre na beton.
Beton je najviše korišćeni građevinski materijal u svetu sa prosečnom potrošnjom na globalnom godišnjem nivou od 1m³ po osobi. Vatra je jedan od najozbiljnijih potencijalnih rizika za mnoge betonske konstrukcije kao što su mostovi, tuneli i zgrade.
Dok je beton poznat kao materijal sa visokim stepenom vatrootpornosti jer je u stanju da zadrži veliki deo svoje nosivosti, njegove fizičke, hemijske i mehaničke osobine trpe ozbiljne izmene kada je izložen visokim temperaturama. Značajan gubitak u snazi se događa kada se beton izlaže temperaturi iznad 300°C.
Procena bezbednosti kontrukcija obezbeđuje informacije potrebne za procenu preostale nosivosti i trajnosti oštećenja betonske konstrukcije vatrom. Koristi se kako bi se predložile odgovarajuće metode popravke ili donela odluka da je potrebno rušenje.
Postoji nekoliko konvencionalnih tehnika za procenu oštećenja betona vatrom – neke se rade na licu mesta a neke na drugom mestu. Metode na licu mesta uključuju vizuelne inspekcije promena boje i fizičkih karakteristika, dok metode koje se rade na drugim mestima uključuju invazivne testove kao što su bušenje ili tehnike bazirane na laboratorijskom ispitivanju. Međutim, sve ove metode imaju svoje i prednosti i nedostatke.
Ilustracija (preuzeto sa www.media.licdn.com)
Wallace Mukupa, doktorant na Nottingham Geospatial Institute na UNNC, Gethin Roberts, stručnjak u oblasti geoprostornog inženjeringa na University of Nottingham i Craig Hancock, docent geoprostornog inženjeringa na UNNC, proučavali su upotrebu terestičkog laserskog skeniranja (TSL) kao nedestruktivnog načina za procenu i otkrivanje oštećenja betona izazvanog požarom u cilju procene bezbednosti konstrukcija.
Wallace je rekao: „Skeniranje se može obaviti iz daljine, što povećava bezbednost samog mesta. Skeniranje je brzo, sa milionima tačaka izmerenim u nekoliko sekundi i prostornom rezolucijom koja se obrađuje u kratkom vremenskom periodu. Ovo je prednost za građevinske kontrukcije s obzirom na njihovu masu i dimenziju".
Nedestruktivna tehnika za procenu stanja elemenata betona oštećenog požarom pomoću terestičkog laserskog skeniranja objavljena je u časopisu „Journal of Civil Structural Health Monitoring“.
Studija je istraživala uticaj upadnih uglova skeniranja i udaljenosti na intenzitet povratnog laserskog zraka. Takođe je ispitivana i promena boje betona. Podaci su prikupljeni i tumačeni na betonu koji je pod dejstvom toplote odnosno vatre i onog koji nije, da bi se utvrdilo polazno (nulto) stanje materijala.
Eksperimenti su sprovedeni u kontrolisanim laboratorijskim uslovima uz korišćenje dvofaznog terestičkog laserskog skenera („Leica HDS7000“ i „FARO Focus 120“). Skenirani su betonski uzorci pre izlaganja toploti i nakon hlađenja.
Betonski uzorci su grejani u peći na temperaturi do 1000°C jer je bilo bitno postizanje visoke temperature pošto je ona važan faktor kod procene oštećenja betona vatrom.
Ilustracija (preuzeto sa www.theconstructionindex.co.uk)
Da bi se izvršila procena promene boje ugrejanog betona, slike uzoraka su snimljene pomoću „M-Cam“ kamere priključene na laserski skener Leica HDS7000. Skener („HP Scanjet G2410“) je takođe korišćen za skeniranje ugrejanih betonskih površina i snimanje slika. Ove slike su korišćene za analizu zbog bolje rezolucije.
Tokom eksperimenta je kod merenja upadnih uglova za betonske blokove utvrđeno da variraju u zavisnosti od rastojanja. Kako se povećava udaljenost skeniranja, tako se upadni ugao smanjuje i ovaj trend koriste oba skenera.
„Merenje upadnih uglova skeniranja sa različitih udaljenosti je utvrdilo da su talasne dužine nezavisne kod oba skenera. Ovo je faktor koji obećava u smislu razvoja standardizovanih alata za analizu upadnih uglova iako je potrebno nekoliko skenera da bi se obavilo testiranje", rekao je dr Roberts .
Wallace je rekao: „Komparativna analiza intenziteta lasera na ugrejanom i hladnom betonu je pokazala da su vrednosti intenziteta za ugrejani beton veće od onih koje se odnose na hladan beton. Odnosno, vrednosti intenziteta lasera za ugrejani beton su pokazale značajno povećanje u betonu izloženom temperaturi od 250°C do 1000°C.
„Takva korelacija između intenziteta i temperature izlaganja je od kardinalnog značaja za procenu stanja i obima oštećenja betona. Ovaj nalaz ukazuje da bi bilo moguće koristiti intenzitet lasera za detekciju stanja betona bez obzira da li je bio pod dejstvom toplote ili ne".
Studija je takođe pokazala da RGB podaci poboljšavaju karakteristike vizuelne identifikacije i daju grubu predstavu o stanju betona nakon izloženosti vatri. Laserski skeneri imaju prednost u tome što većina njih ima internu ili eksternu kameru koja se može koristiti za snimanje betona, ukoliko može da se postigne dobra rezolucija.
„Iako laserski skeneri koriste različite talasne dužine, rezultati su pokazali opravdanost korištenja TLS kao pristupa u proceni nivoa oštećenja betona vatrom i obezbedili da se razume stanje betona u odnosu na promenu čvrstoće betona kada se on zagreva na povišenim temperaturama", rekao je Wallace.
