O tym, jak ważne są mosty, wiedzieli już starożytni Rzymianie. Dlatego przykładali się do ich konstrukcji, bo miały służyć przez lata; jak się okazało, niektóre służą do dziś. W Polsce zabytków rzymskiej budowli nie uświadczymy, to jednak nie znaczy, że nasza infrastruktura jest młoda. Przeciwnie – wiele obiektów ma kilkadziesiąt lub więcej lat. A działają w warunkach obciążeń znacznie większych niż ich dalecy kuzyni z czasów imperium.
To oczywiście stanowi wyzwanie dla inżynierów, w rękach których leży decyzja: czy dany obiekt nadaje się jeszcze do użytku, czy może trzeba go już wycofać z eksploatacji, ewentualnie poddać gruntownemu remontowi. – Dzisiaj dokładne pomiary, które ukazują strukturę wewnętrzną np. filarów, są praktycznie niewykonalne. Dlatego postanowiliśmy zmierzyć się z tym problemem – tłumaczy dr inż. Łukasz Topczewski z firmy Escort Sp. z o.o. w Szczecinie/ Instytutu Badawczego Dróg i Mostów w Warszawie, jeden z twórców wynalazku.
Skaner do pomiarów georadarowych na obiektach budowlanych, zwłaszcza mostowych

Zobacz również
Badania mostów i ich elementów – przede wszystkim filarów – wykonuje się za pomocą urządzeń zwanych georadarami. Działają dokładnie na takiej samej zasadzie, jak radary znane z wojskowości – emitują wiązkę fal, a następnie rejestrują powrót tych, które się od czegoś odbiły. Dzięki temu zapewniają informację: tam coś jest.
Reklama
Najczęściej stosowane są georadary emitujące mikrofale – czyli taki sam rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, jaki wykorzystywany jest w znanych z kuchni urządzeniach. – Jak w przypadkach wielu badań naukowych, jest to pewien kompromis, bowiem im dłuższa fala, tym głębiej możemy penetrować beton, ale pomiar nie jest dokładny; a im krótsza fala, tym płycej możemy zajrzeć, bo szybciej się rozprasza, ale tym bardziej dokładny jest pomiar – tłumaczy dr Lech Krysiński z IBDiM.
Krótsze fale oznaczają jednak, że moc promieniowania jest wysoka, a przez to niebezpieczna dla zdrowia. Dlatego mikrofale oznaczają rozsądny kompromis pomiędzy dokładnością pomiaru i głębokością penetracji (w użyciu są jeszcze radary wykorzystujące ultradźwięki – zasada działania jest podobna jak w przypadku badań USG – niestety, beton szybko je pochłania, więc nie pozwalają na głębokie pomiary).
Czego inżynierowie szukają w środku? Wszystkich wad, które mogłyby wpłynąć na bezpieczeństwo obiektu. Pustych przestrzeni i różnic w gęstości betonu, które osłabiają jego strukturę i mogą stać się początkiem pęknięć. Delaminacji, czyli miejsc, w których beton odchodzi od zanurzonych w nim metalowych prętów. A wreszcie i samych stalowych elementów konstrukcji, których dokładne rozmieszczenie może nie być znane z uwagi na wiek mostu i zagubienie się schematów.
O ile jesteśmy jednak skłonni zaakceptować kompromisy technologiczne, o tyle w grę wchodzi tutaj również czynnik ludzki. – Wyobraźmy sobie, że mamy kilkupiętrową ścianę ze szkła i chcemy ją umyć ściereczką. Ogranicza nas wysokość, na którą sięgamy rękoma. Musimy w związku z tym posiłkować się albo drabiną, albo linami spuszczonymi z dachu, albo wysięgnikiem. To jest wykonalne, ale wyobraźmy sobie, że możemy tę ścianę myć wyłącznie po liniach prostych i to bez odrywania szmatki – od samej góry do samego dołu. Niewykonalne – mówi dr Lech Krysiński z IBDiM.
Rozwiązaniem okazała się automatyzacja, czyli to, po co człowiek sięga już od dawna, wówczas gdy niedomaga ciało. W praktyce wygląda to tak, że inżynierowie skonstruowali stelaż mocowany bezpośrednio na filarze. Zainstalowany na nim georadar może jeździć w górę i w dół, dokonując w ten sposób pomiaru na praktycznie całej wysokości filaru i bez konieczności odrywania. Po sczytaniu wnętrza konstrukcji wzdłuż jednej linii pionowej (tzw. profilu) stelaż przesuwa urządzenie w lewo lub w prawo i proces się powtarza bez udziału człowieka, zgodnie z wcześniej wprowadzonymi parametrami, takimi jak prędkość przesuwania czy odległość kolejnych profili od siebie.
Wynalazek powstał dzięki zaangażowaniu zarządcy infrastruktury kolejowej – firmy PKP PLK, która na eksploatowanych przez siebie liniach zarządza ok. 7 tys. mostów i obiektów. To właśnie na obiektach należących do spółki urządzenie było testowane z powodzeniem.
Inżynierowie chwalą się, że taki sposób montażu georadaru sprawia, iż pomiar staje się niezależny od powierzchni filara, która nie zawsze jest równa. Zdarzają się bowiem wystające elementy ozdobne, np. wyglądające jak kamienie, zwłaszcza na konstrukcjach z lat 50. i 60.
– Co więcej: przy użyciu naszego systemu badania są powtarzalne. W przypadku tego typu pomiarów bardzo ważny jest bowiem punkt odniesienia dający gwarancję, że każde badanie sprawdza ten sam profil. Jeśli prowadzimy badania ręcznie, to profile zazwyczaj zaznacza się kredą – wątpliwe, żeby przetrwała 10 lat. Nasz stelaż montuje się na kotwach, więc w filarze zawsze zostaną ślady po ich montażu. W ten sposób możemy po prostu wrócić po dekadzie i jeszcze raz zamontować cały stelaż, zaczynając pomiar dokładnie w tym samym miejscu – mówi Krzysztof Kaźmierski z firmy INOVA 3000.
Paulina Młynarska Kancelaria JWP Rzecznicy Patentowi

Starając się o ochronę patentową w przypadku większości nowoczesnych rozwiązań opartych na algorytmach lub aplikacjach, takich jak rozwiązanie dotyczące skanera do pomiarów georadarowych, należy przemyśleć co stanowi istotę wynalazku – cechy czysto techniczne czy też software i algorytmy. W przypadku rozwiązań sprzętowych sprawa jest prosta – mamy do czynienia z urządzeniem mającym charakter techniczny. Sytuacja komplikuje się, gdy rozwiązanie dotyczy software'u, ponieważ w świetle prawa patentowego algorytmy komputerowe mają charakter abstrakcyjny i nie mogą być traktowane jako cechy techniczne rozwiązania. Według UP RP rozwiązanie jest patentowalnym wynalazkiem, o ile w obszarze technicznym jest przynajmniej jeden nowy, nieoczywisty element. Jeśli wkład wynalazczy leży wyłącznie w obszarze nietechnicznym, to rozwiązanie należy uznać za niepatentowalne. W przypadku takich rozwiązań niektóre urzędy patentowe wymagają tzw. dalszego skutku technicznego. Kluczowy staje się wówczas sposób sformułowania opisu i zastrzeżeń patentowych – to samo rozwiązanie można przedstawić, uwypuklając jego cechy techniczne, lub skupić się na opisie abstrakcyjnych algorytmów. Granica między tymi dwoma podejściami jest niezwykle cienka. Szczególnie przydatna wtedy jest pomoc rzecznika patentowego. Taka osoba nie tylko zna wymagania formalne i stosowaną w tym zakresie praktykę, ale i będzie w stanie zagłębić się w aspekty techniczne rozwiązania. Ponadto zgłoszenie warto poprzedzić badaniem stanu techniki, które pomoże ustalić, jakie rozwiązania zostały już ujawnione. Dzięki informacjom z takiego badania można wstępnie stwierdzić, czy dane rozwiązanie spełnia wymogi patentowalności. Wiele zgłoszonych wynalazków nie zostało skomercjalizowanych lub jest dostępnych tylko na rynkach lokalnych i mogą być trudne do odnalezienia. Rozwiązania takie zostały jednak ujawnione, czyli udostępnione do wiadomości publicznej i mogą szkodzić nowości lub poziomowi wynalazczemu rozwiązania.

Eureka! DGP

Trwa piąta edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 15 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 78 nadesłanych przez uczelnie i instytuty.

Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.