Movimenti del terreno monitorati sul sito HS2 con geogriglia strumentata in fibra ottica

Jul 13, 2023

Un sistema per rilevare i movimenti del terreno nel sottosuolo, che combina geosintetici e cavi di rilevamento in fibra ottica, è in uso su un impianto di taglio ad alta velocità 2.

Il rilevamento tempestivo dei movimenti del suolo per aiutare a prevenire i danni causati dai rischi geografici è diventato sempre più importante poiché il cambiamento climatico provoca eventi meteorologici più estremi.

Tuttavia, la tecnologia di rilevamento convenzionale in grado di monitorare vaste aree con una risoluzione spaziale e temporale sufficientemente ampia da fornire un allarme precoce dei movimenti del suolo nel sottosuolo è limitata.

Una nuova geogriglia strumentata in fibra ottica, nota come Sensorgrid, potrebbe offrire il monitoraggio in tempo reale dei movimenti all’interno delle risorse geotecniche.

La soluzione è stata sviluppata dal Cambridge Centre for Smart Infrastructure & Construction (CSIC), dallo spin-off CSIC e specialista di rilevamento in fibra ottica Epsimon, e dal produttore di geogriglie Huesker.

Sensorgrid è già stato sperimentato e installato su una parte dello schema High Speed ​​2 (HS2).

È stato implementato presso il taglio Tilehouse Lane, uno scavo nel gesso lungo 710 metri e profondo fino a 13 metri lungo il percorso HS2. Collega il viadotto della Colne Valley con il portale sud dei tunnel Chiltern, vicino all'autostrada M25.

L'appaltatore principale di questa sezione è Align JV, composta da Bouygues Travaux Publics, Sir Robert McAlpine e Volker Fitzpatrick.

Durante l'indagine del terreno e i lavori di scavo, nel sito di taglio sono state rilevate caratteristiche di dissoluzione.

Come parte della soluzione progettuale, è stato installato un materasso rinforzato con geogriglia alla base del taglio per mitigare potenziali vuoti sotto la soletta del binario.

È diventato inoltre chiaro che la capacità di rilevare il movimento sotto il materasso sarebbe stata fondamentale durante la costruzione, quando il sito avrebbe funzionato come strada di trasporto, e durante il funzionamento della linea ferroviaria stessa.

Il rilevamento distribuito in fibra ottica (DFOS) non è una novità per il settore ed è stato precedentemente utilizzato per misurare la deformazione lungo cavi in ​​fibra ottica che coprono molti chilometri su vari tipi di infrastrutture. Tuttavia, le misurazioni del movimento del suolo si basano sull’accoppiamento meccanico tra questi cavi e il terreno, che non può sempre essere garantito.

Il direttore operativo del CSIC, Cedric Kechavarzi, afferma: “Il nostro campo di lavoro riguarda il rilevamento in fibra ottica e per questo utilizziamo piccoli cavi di pochi millimetri di diametro. Naturalmente, se li metti nel cemento, si legheranno ad esso e, se il cemento si espande o si contrae, il cavo si tenderà di conseguenza. Ma nei terreni è molto più probabile che il cavo scivoli via.

"Ciò dipenderà dal tipo di terreno, dal contenuto di acqua e dal carico di copertura, ma quando il cavo scivola, solo il movimento parziale del terreno e la tensione verranno trasferiti al cavo."

Per superare questa sfida, CSIC, Epsimon e Huesker hanno sviluppato una soluzione in cui i cavi di rilevamento della deformazione in fibra ottica sono integrati in una geogriglia durante la produzione.

“Le geogriglie sono progettate per avere un’ottima interazione con il suolo e mantenerlo in posizione. In collaborazione con Huesker, un produttore tedesco di geogriglie, sono stati effettuati dei test per incorporare diversi cavi in ​​fibra ottica nelle geogriglie durante la produzione", spiega Kechavarzi.

“Le geogriglie sono costituite da fili cuciti insieme per formare una rete, e siamo quindi stati in grado di sostituire semplicemente determinati filati con cavi in ​​fibra ottica di rigidità simile.

"In questo modo, abbiamo sviluppato geogriglie di rilevamento della deformazione di varia resistenza per le quali la densità di misurazione può essere regolata durante la produzione modificando il numero di fili sostituiti dai cavi di rilevamento."

Xiaomin Xu, ricercatore associato del CSIC, aggiunge: “In passato, abbiamo provato ad incollare manualmente il cavo su geogriglie estruse, ma questo non è scalabile. Sono state effettuate anche prove che prevedevano l'inserimento di cavi nel geotessile non tessuto, che non fornirebbe lo stesso livello di adesione delle cuciture.

“L’integrazione dei cavi durante il processo di lavorazione a maglia, seguita dal rivestimento polimerico del Sensorgrid, garantisce prestazioni eccezionali di rilevamento e trasferimento della deformazione.”