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Aug 06, 2023

Movimentos de solo monitorados no local HS2 com geogrelha instrumentada de fibra óptica

Um sistema para detectar movimentos subterrâneos do solo, combinando geossintéticos e cabos de detecção de fibra óptica, está em uso em um corte de alta velocidade 2. Detecção antecipada de movimento no solo para ajudar a prevenir danos

Um sistema para detectar movimentos subterrâneos do solo, combinando geossintéticos e cabos de detecção de fibra óptica, está em uso em um corte de alta velocidade 2.

A detecção precoce de movimentos no solo para ajudar a prevenir danos causados ​​por riscos geológicos tornou-se cada vez mais importante à medida que as alterações climáticas provocam eventos climáticos mais extremos.

No entanto, a tecnologia de detecção convencional capaz de monitorizar grandes áreas com resolução espacial e temporal suficientemente grande para fornecer um alerta precoce do movimento subterrâneo do solo é limitada.

Uma nova geogrelha instrumentada por fibra óptica, conhecida como Sensorgrid, poderia oferecer monitoramento em tempo real de movimentos dentro de ativos geotécnicos.

A solução foi desenvolvida pelo Cambridge Center for Smart Infrastructure & Construction (CSIC), pela Epsimon, especialista em sensoriamento de fibra óptica e spin-off do CSIC, e pelo fabricante de geogrelhas Huesker.

O Sensorgrid já foi testado e instalado em parte do esquema High Speed ​​2 (HS2).

Foi implementado no corte Tilehouse Lane, uma escavação em giz com 710m de comprimento e até 13m de profundidade ao longo da rota HS2. Liga o Viaduto Colne Valley com o portal sul dos túneis Chiltern, perto da autoestrada M25.

O principal contratante desta seção é a Align JV, composta por Bouygues Travaux Publics, Sir Robert McAlpine e Volker Fitzpatrick.

Durante a investigação do terreno e os trabalhos de escavação, foram reveladas características de dissolução no local do corte.

Como parte da solução de projeto, um colchão reforçado com geogrelha está sendo instalado na base do corte para mitigar potenciais vazios sob a laje da via.

Também ficou claro que a capacidade de detectar movimentos sob o colchão seria crucial durante a construção, quando o local funcionaria como uma estrada de transporte, e durante a operação da própria linha férrea.

A detecção distribuída de fibra óptica (DFOS) não é novidade para a indústria e já foi usada para medir a tensão ao longo de cabos de fibra óptica que cobrem muitos quilômetros em vários tipos de infraestrutura. Contudo, as medições de movimento do solo dependem do acoplamento mecânico entre estes cabos e o solo, o que nem sempre pode ser garantido.

O gerente de operações do CSIC, Cedric Kechavarzi, afirma: “Nosso campo de trabalho envolve detecção de fibra óptica e para isso usamos pequenos cabos com alguns milímetros de diâmetro. É claro que, se você colocá-los em concreto, eles irão aderir a ele, e se o concreto se expandir ou contrair, o cabo sofrerá uma tensão correspondente. Mas em solos é muito mais provável que o cabo escorregue.

“Isso dependerá do tipo de solo, do teor de água e da carga de estéril, mas quando o cabo desliza, apenas o movimento parcial do solo e a tensão serão transferidos para o cabo.”

Para superar este desafio, CSIC, Epsimon e Huesker desenvolveram uma solução na qual os cabos de fibra óptica de detecção de deformação são integrados em uma geogrelha durante a produção.

“As geogrelhas são projetadas para ter uma interação muito boa com o solo e mantê-lo no lugar. Em colaboração com a Huesker, um fabricante alemão de geogrelhas, foram realizados testes para incorporar vários cabos de fibra óptica em geogrelhas durante a fabricação", explica Kechavarzi.

“As geogrelhas são feitas de fios costurados para formar uma malha e, assim, conseguimos simplesmente substituir determinados fios por cabos de fibra óptica de rigidez semelhante.

“Ao fazer isso, desenvolvemos geogrelhas com detecção de deformação de várias resistências para as quais a densidade de medição pode ser ajustada durante a fabricação, alterando o número de fios substituídos por cabos sensores.”

O pesquisador associado do CSIC, Xiaomin Xu, acrescenta: “No passado, tentamos colar manualmente o cabo em geogrelhas extrudadas, mas isso não é escalável. Também houve testes envolvendo a colocação de cabos em geotêxteis não tecidos, o que não proporcionaria o mesmo nível de ligação que a costura.

“A incorporação de cabos durante o processo de tricô seguida pelo revestimento polimérico do Sensorgrid garante excepcional transferência de tensão e desempenho de detecção.”