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Ricercatori all’opera per lo sviluppo di un nuovo approccio al rischio tsunami per ponti, edifici e strade

I ricercatori dell’Oregon State University (OSU) stanno sviluppando un approccio migliorato alla modellazione della forza distruttiva delle onde prodotte dagli tsunami. Quest’ultimo aprirà la strada ad una più consapevole gestione della sicurezza nei confronti dei residenti delle aree costiere e delle infrastrutture ivi locate.

Rari ma potenzialmente devastanti, gli tsunami possono causare danni enormi alle infrastrutture costiere. Il problema è in parte dovuto alla perdita di stabilità del suolo intorno alle strutture stesse. Comprendere in che modo uno tsunami destabilizza il suolo è la chiave per sviluppare tecniche ingegneristiche in grado di rendere edifici, strade e ponti capaci di resistere meglio alle complicate forze che agiscono durante questi temibili eventi.

Un team, guidato da Ben Mason e Harry Yeh del OSU College of Engineering, ha utilizzato una centrifuga precedentemente impiegata durante la missione spaziale Apollo per valutare la resistenza degli astronauti alle forze gravitazionali. Collegando a quest’ultima un contenitore riempito con terreno e acqua, è stato possibile simulare in scala gli effetti dell’inondazione. L’impiego della centrifuga permette di replicare la fisica del fenomeno su un lotto di terreno lungo 21 m, profondo quasi 10 m e largo più di 14 m. Il campione di studio è quindi molto più grande rispetto a quello precedentemente ottenibile in un serbatoio ad onda tradizionale.

“Questa è la prima volta che qualcosa di simile è stata realizzata,” ha detto Mason. “La sfida di pensare alla logistica e all’ingegneria meccanica necessaria per progettare il contenitore è stata uno degli aspetti più impressionanti di questa ricerca”. Una centrifuga è un dispositivo che mette qualcosa in rotazione intorno ad un asse fisso. “Immaginate di tenere un secchio da 5 litri di acqua e che iniziate a farlo ruotare attorno a voi. Se si ruota abbastanza velocemente, l’acqua rimarrà nel secchio indipendentemente dalla sua posizione, se si rallenta, invece, si riverserà fuori” afferma Mason. “Questo è esattamente il concetto su cui stavamo lavorando.”


(a) Una fotografia e uno (b) schema della centrifuga geotecnica al Center for Geotechnical Modeling, University of California, Davis (foto del Dr. Dan Wilson).

La centrifuga adoperata nella ricerca, dopo aver fatto parte originariamente del NASA Ames Research Center, è attualmente collocata presso il UC Davis Center per la Modellazione Geotecnica ed ha un impressionante raggio di 9,1 metri. Attaccato al braccio vi è l’apparecchio che Mason e i suoi collaboratori hanno costruito, in parte riempito con acqua e in parte con terreno, con aperture per consentire la simulazione del flusso d’acqua dovuto allo tsunami. “Stiamo cercando di imitare l’intero processo di uno tsunami che arriva sulla terraferma e poi si ritira,” riferisce Mason. “Se si dovesse inserire il terreno in un canale per cercare di simulare il processo, diventerebbe davvero molto costoso. La dimensione spazio-temporale degli tsunami rende difficile la sperimentazione in scala in laboratorio. Questo è il nostro vantaggio chiave: possiamo simulare gli effetti su un terreno molto più grande. Una volta che il contenitore è costruito, inoltre, diventa molto più veloce costruire modelli del terreno nella centrifuga.”

“Nella centrifuga, possiamo impiegare video ad alta velocità per imparare molto su ciò che sta accadendo nel suolo come l’erosione e, sotto la superficie, come la pressione dell’acqua nei pori cambia con il tempo in base al movimento dell’acqua,” conclude Mason. “Tutti questi fattori sono importanti per capire cosa ci si può aspettare dal suolo intorno alle infrastrutture costiere nonché come proteggerle quando si verificherà il prossimo tsunami.”

Fonti:

M. Exton, S. Harry, B. Kutter, H. B. Mason, H. Yeh. Simulating Tsunami Inundation and Soil Response in a Large CentrifugeScientific Reports, 2019; 9 (1) DOI: 10.1038/s41598-019-47512-x

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