Ricercatori, tra cui due scienziati dell'Oregon State University, sostengono in un nuovo studio che è necessario un cambio di paradigma per valutare il rischio di tsunami dei ponti.

Lo studio, motivato in parte da centinaia di ponti distrutti durante i recenti tsunami al largo delle coste del Giappone e nell'Oceano Indiano, migliora la comprensione della fisica al lavoro quando uno tsunami colpisce un ponte, aprendo la porta alla progettazione di campate costiere che siano meglio in grado di resistere all'inondazione delle onde giganti.

I ricercatori affermano che non è sufficiente pensare in termini di carico complessivo dello tsunami su un ponte:occorre considerare anche il carico sui singoli componenti strutturali del ponte.

Negli ultimi 15 anni, grandi terremoti i cui epicentri erano nell'oceano al largo delle coste del Giappone e dell'Indonesia hanno causato tsunami che hanno ucciso più di 250 persone, 000 persone e ha causato danni per oltre 200 miliardi di dollari. Il danno include il lavaggio o la rimozione in altro modo di centinaia di ponti, sottolineando la necessità di comprendere meglio la fisica sottostante gli impatti delle onde.

La ricerca, pubblicato in Journal of Marine Science and Engineering , prevedeva la costruzione di un modello in scala 1:5 di un ponte a travi aperte presso l'Università del Nevada-Reno.

Il modello finito è stato quindi spedito all'OSU per essere testato nell'O.H. Il grande canale d'onda del laboratorio di ricerca sulle onde di Hinsdale, che è lungo 104,24 metri, 3,66 metri di larghezza e 4,57 metri di profondità.

"Tutti i dettagli strutturali sono stati inclusi, come travi d'acciaio e un ponte di cemento che rappresenta la carreggiata, " ha detto il direttore del laboratorio Pedro Lomonaco, un coautore dello studio. "Il ponte è stato completamente strumentato per misurare le pressioni, forze e accelerazioni del ponte mentre eseguivamo una serie di test sulle forze di impatto delle onde dello tsunami".

Le onde esercitano forze sia orizzontali che verticali, ei risultati hanno mostrato che questi due massimi non si verificano necessariamente contemporaneamente. Questa è una scoperta importante dato il pensiero prevalente.

"Contrariamente alla pratica raccomandata, l'applicazione simultanea della forza orizzontale massima e della forza verticale massima al centro di gravità dell'impalcato del ponte non consente una stima conservativa del sollevamento per i singoli collegamenti tra i componenti strutturali, ", ha affermato il coautore Solomon Yim dell'OSU College of Engineering.

La maggior parte degli studi fino ad oggi, Yim e Lomonaco nota, hanno studiato il carico totale e non lo stress posto sulle singole travi, camere di coperta, cuscinetti e connessioni.

"La rottura dei collegamenti dei cuscinetti è stato il principale tipo di danno al ponte osservato nei recenti tsunami, dimostrando che è fondamentale quantificare ciò che lo tsunami sta facendo a questi componenti e decifrare la fisica sottostante, " ha detto Yim. "I nostri studi rivelano un complesso meccanismo di inondazione del ponte che consiste in tre fasi di sollevamento e una fase di discesa, con ogni fase massimizzando la domanda in diversi componenti strutturali."

Yim, Lomonaco e i collaboratori di Nevada-Reno hanno sviluppato un nuovo, metodologia basata sulla fisica che gli ingegneri possono utilizzare per progettare connessioni a ponte, cuscinetti e colonne in acciaio per resistere al meglio agli tsunami.

Modifica della rigidità verticale e orizzontale del ponte modello, hanno scoperto che la trasmissione delle forze alla sottostruttura di supporto è cambiata in modo significativo.

"L'alta pressione che si è sviluppata sotto il ponte ha giocato un ruolo significativo sulla stabilità del ponte, e sono state testate diverse misure di mitigazione, dalla chiusura degli spazi tra le travi all'incorporazione di sfiati sull'impalcato in calcestruzzo, " Lomonaco ha detto. "Gli esperimenti hanno creato un database completo per le linee guida di progettazione e lo sviluppo e la convalida di modelli computazionali. I risultati di questo e dei prossimi studi sull'interazione di ponti e tsunami possono essere applicati direttamente nella progettazione e nel retrofit dei ponti. Per esempio, l'effetto dello sfiato per ridurre lo sviluppo di alte pressioni."

Ian Buckle e lo studente laureato Denis Istrati del Nevada-Reno hanno condotto lo studio, che è stato sostenuto dalla Federal Highway Administration, e il Dipartimento dei trasporti dell'Oregon.

"Ian Buckle è un esperto in progettazione di ponti e esperimenti su larga scala, " Yim ha detto. "I carichi di impatto dello tsunami sono più della mia e dell'area di Pedro. Questo lavoro ha unito le competenze dell'UNR e dell'OSU".