Z algorytmem na skarpy

Możesz zjeść zęby przy projektowaniu dróg, a i tak nie przewidzisz, w którym miejscu prawidłowo zaprojektowana i wybudowana skarpa osunie się – taka opinia krąży wśród drogowców. Dr Piotr Srokosz z Wydziału Nauk Technicznych UWM być może jako pierwszy na świecie znalazł na to radę.

Obsunięte skarpy to widok dość powszechny przy naszych nowych drogach. Dlaczego, skoro projektują je inżynierowie znający się na rzeczy? Czyżby wszyscy popełniali błędy w obliczeniach?

Na uczelniach technicznych uczy się studentów, przyszłych inżynierów, że do obliczania wytrzymałości skarpy należy użyć wzoru opartego na kołowych liniach poślizgu. Zakłada się, że skarpa osuwa się zawsze po krzywej będącej wycinkiem okręgu. Robi się tak tylko dlatego, że wówczas najłatwiej prowadzić wyliczenia dotyczące tego zjawiska. Niestety, wzory takie nie odzwierciedlają faktycznego przebiegu osuwania się skarp.

– Praktyka inżynierska jest pełna przykładów, że prawidłowo obliczona i wykonana skarpa pewnego dnia osuwa się, lub odwrotnie – skarpa, która wedle wyliczeń powinna wymagać wzmocnienia, pozostaje wiele lat stabilna – mówi dr Srokosz. Przy projektowaniu lub badaniu skarp obowiązuje zasada, że jeśli tylko jedno z wyliczeń wskazuje na niestabilność, traktuje się skarpę jako niestabilną. A zatem wszystkie obsunięte nasypy przy naszych drogach według ich projektantów były w 100 procentach pewne. – Zetknąłem się kiedyś z dokumentem korpusu inżynieryjnego armii USA, gdzie zapisano, że trzeba analizować skarpę w tylu aspektach, w ilu to możliwe i wszystkimi dostępnymi metodami obliczeniowymi. Wyciągnąłem stąd wniosek, że istniejące metody są niewystarczające i obarczone dużym błędem. Postanowiłem szukać doskonalszej metody – wyjaśnia dr Srokosz.

W naturze jest tak, że osuwająca się skarpa osiąga w końcu taki kąt nachylenia, przy którym niezależnie od panujących warunków osiąga stabilność. Ten stan z pewnością nie da się opisać przy pomocy metody kołowych linii poślizgu. – Przyszedł mi na myśl algorytm genetyczny, który przeszukuje różne alternatywne rozwiązania problemu w celu znalezienia najlepszego. Sposób działania algorytmów genetycznych przypomina zjawisko ewolucji biologicznej, która eliminuje rozwiązania i jednostki słabe. Twórcami tego algorytmu byli biolodzy, a matematycy zaanektowali go do swych potrzeb – opowiada dr Srokosz.

Konstruowanie algorytmu zajęło mu 7 lat. Składa się na niego kilka programów komputerowych, które analizują zachowanie się skarpy w zależności od rodzaju i grubości gruntu, z którego jest złożona, podstawy na której leży, stopnia wilgotności i kąta nachylenia, a także ruchów tektonicznych lub geologicznych ziemi. P. Srokosz wielokroć sprawdzał skuteczność swego algorytmu nie tylko teoretycznie, ale i praktycznie, np. w Olsztynie na nasypie ul. Sikorskiego. Według obliczeń metodą poślizgu kołowego ta skarpa powinna być stabilna. Według jego algorytmu – nie. No i nie jest. Swój algorytm zaprezentował inżynierom z Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa. Przyjęli go przychylnie, chociaż z niedowierzaniem. Srokosz nie opatentował wynalazku. Każdy zainteresowany może się z nim zaznajomić i wykorzystać do obliczeń, bowiem autor umieścił go na stronie internetowej: www.uwm.edu.pl/piotrsrokosz/Gpgpu.htm.

– Zależy mi na tym, aby go jak najszybciej i najszerzej upowszechnić, bo wiem, że jest przydatny. Może ludziom zaoszczędzić nie tylko pieniędzy, ale i pozwoli uniknąć tragedii. Moja korzyść jest taka, że robię coś dla ludzi, a poza tym ten algorytm to temat mojej habilitacji. To mi wystarcza – zapewnia dr Srokosz.