ניטור בריאות המבנה מבנה (Structural Health Monitoring) הוא תחום הנדסי שעוסק באבחון וניטור של מבנים בזמן פעילותם. המטרה העיקרית של SHM היא איתור, זיהוי, הערכה וניטור של פגמים ו/או כשלים שמשפיעים או עלולים להשפיע על הבטיחות העתידית או התפקוד של המבנים. שיטת הפליטה האקוסטית מתאימה באופן ייחודי ל-SHM, זאת מפני שהיא מאפשרת איבחון וניטור מבנים, והערכת שלמות המבנה בזמן שימושו הרגיל. מבנים עשויים מבטון מזוין המומלצים ל- SHM, כוללים גשרים, מנהרות, בניינים, מתקני גרעין, סכרים, וכמו כן, מרכיביהם המבניים.
בדיקות SHM פליטה אקוסטית מתבצעות מעת לעת, או באופן מתמשך, בתנאי פעילות נורמלית או תחת העמסה יזומה. דוגמאות אופייניות לשימוש טכנולוגיית בפליטה אקוסטית:
- זיהוי סדיקת בטון פעילה וסימנים לכשלים נוספים במבנה.
- ניטור קורוזיה אלקטרו-כימית וסדקים בכבלים דרוכים ובמוטות הפלדה.
- הערכה של מבנים ומרכיביהם בזמן שירות הרגיל.
- ניטור שינויים בשלימות המבנית בטווח הארוך.
- הערכת שמישות המבנה תחת תנאי העמסה ספציפיים.
- חיזוי כשל.
- אפיון תכונות מכאניות של חלקי הבטון במבנה.
תוצאות בדיקה בפליטה אקוסטית מושגות ע”י זיהוי, איתור ואפיון מקור פליטה אקוסטית פעילה בתוך הבטון או הבטון המחוזק. מקורות אלו כוללים התפתחות מיקרו ומאקרו סדקים בבטון, עקב התעייפות, העמסת יתר, שקיעה, השפעת הסביבה, פגיעה כימית, או טראומה כגון: פגיעה חיצונית, רעש אדמה, שריפה או פיצוץ. מנגנונים נוספים הגורמים לפליטה אקוסטית, כוללים קורוזיה של מוטות פלדה או חלקי מתכת אחרים, קורוזיה וקריעה של כבלים וכן רעשים עקב חיכוך כתוצאה מתזוזת המבנה או חוסר יציבותו.
למה לפליטה אקוסטית אין אלטרנטיבה?
לזיהוי והערכה של סדקים ופגמים נוספים במבני בטון ישנה חשיבות גדולה. מספר שיטות פותחו והפכו לתיקניות בעשורים האחרונים עבור הערכה לא הורסת של מבני בטון, כמו גם שיטות להערכת תכונות הבטון בזמן פעילותו. שיטות אלו כוללות: בדיקות ויזואליות, שיטות גלי מאמץ (כמו שיטת impact echo), מהירות גל אולטרסוני, שיטות גרעיניות, תרמוגרפיית פעילה או פסיבית, ראדאר חודר קרקע ועוד. לשיטות אלה יתרונות מרובים, אך למרות זאת, ברוב המקרים לא משתמשים בהן לסקירה כוללת של מבני בטון עקב נגישות מוגבלת, עובי גדול מידי של מרכיבי הבטון, וגורמים נוספים. בנוסף, שיטות אלו לא ניתנות ליישום עבור ניטור לאורך זמן, ולא ניתן להשתמש בהן להערכת קצב התקדמות פגמים, או רגישות הפגמים לעומסי עבודה שונים ושינוים סביבתיים.
נוסף על השיטות לבדיקות אל-הרס הנ”ל, ניתן לבצע גם ניטור פרמטרים שונים המשפיעים על שלמות המבני הבטון בעת שימוש, מעת לעת או באופן מתמשך. הפרמטרים האלה כוללים רעידות, תזוזות, שיפוע, אימפקט ועוד. למרות זאת, חשוב לציין כי שיטות אלו מנטרות גורמי סיכון שאינם בהכרח קשורים כלל לנזק אמיתי המצטבר במבנה המנוטר.
ניטור פתיחת סדקים יכול להתבצע באמצעות טכנולוגיות שונות, כמו מאזניים, VW-Crackmeter, ועוד שיטות למדידת פתיחת סדקים, כמו מיקרוסקופ אופטי או דיגיטלי, מדי-עיבור מסוגים שונים, ואפילו ויזואלית. עם זאת, ניטור מסוג זה יכול להתבצע רק על פני השטח של הסדקים, ודורש ניטור לפרק זמן ארוך.
לאור האמור לעיל פליטה אקוסטית הופחת להיות טכנולוגית חשובה ליישום בדיקות מבנים קריטיים ולניטור שלמותם לאורך זמן.