Il cambiamento climatico alla fine influenzerà i nostri ponti. Ma fino a che punto?

Questa è la domanda essenziale affrontata dai ricercatori della Lehigh University David Yang e Dan M. Frangopol in un articolo pubblicato di recente su ASCE Journal of Bridge Engineering .

"Sappiamo che il cambiamento climatico aumenterà la frequenza e l'intensità dei rischi naturali come gli uragani, ondate di calore, incendi boschivi, e piogge estreme, "dice Yang, assegnista di ricerca post-dottorato in ingegneria civile e ambientale presso il P.C. Rossin College di Ingegneria e Scienze Applicate. "Per questo documento, stiamo osservando un aumento della temperatura, un aumento delle precipitazioni e il loro impatto sulla sicurezza del ponte. La sfida qui era che non sapevamo come quantificare tali impatti per prevedere il rischio di dilavamento".

Scour è la principale fonte di cedimento del ponte negli Stati Uniti. Si crea quando le acque alluvionali erodono i materiali attorno alle fondamenta di un ponte, creando fori di raschiatura che compromettono l'integrità della struttura.

Per la loro carta, Yang e Frangopol, un professore di ingegneria civile e la Fazlur R. Khan Endowed Chair of Structural Engineering and Architecture, dovuto colmare il divario tra i dati climatici e la quantificazione della sicurezza strutturale. Lo hanno fatto utilizzando modelli idrologici per convertire i dati di simulazione climatica in dati di portata del flusso nel fiume Lehigh. Il fiume Lehigh è un affluente lungo 109 miglia del fiume Delaware che attraversa la città di Betlemme, Pennsylvania, dove si trova la Lehigh University.

"Abbiamo adottato un approccio olistico, " dice Yang. "È iniziato con un modello climatico globale che è stato ridimensionato all'idrologia regionale, quindi abbiamo utilizzato l'ingegneria strutturale per ottenere la probabilità di guasto di una struttura in un futuro evento di inondazione. Da quello, potremmo valutare, questo fallimento della struttura comporta dei rischi per una comunità? Quindi il nostro modello includeva queste quattro fasi della climatologia, idrologia, Ingegneria strutturale, e valutazione del rischio”.

È il primo documento fino ad oggi che ha combinato tutti e quattro i passaggi per esaminare quantitativamente l'effetto del cambiamento climatico sui ponti, lui dice.

Nello sviluppo del loro modello, la coppia ha preso in considerazione diversi futuri climatici e modelli climatici globali forniti dall'Intergovernmental Panel on Climate Change. Per stimare la profondità delle fondamenta dei vecchi ponti che attraversano il fiume Lehigh, informazioni spesso non disponibili, hanno sviluppato un metodo per calcolare a ritroso la profondità in base alle valutazioni delle condizioni del National Bridge Inventory. Hanno anche adottato un approccio regionale e del ciclo di vita per la loro analisi.

Frangopol è famoso in tutto il mondo per il suo lavoro pionieristico nell'ingegneria del ciclo di vita, che utilizza l'analisi computazionale per determinare il valore e il rischio a lungo termine associati agli investimenti infrastrutturali.

Adottando un simile approccio regionale e del ciclo di vita, dice Yang, era una novità per questo giornale. "I ponti hanno molti microambienti, e se guardi solo un ponte, è davvero difficile catturare la tendenza e ottenere l'aumento del rischio dal cambiamento climatico, ", dice. "Quindi abbiamo ampliato questo orizzonte analitico sia nello spazio che nel tempo per catturare le tendenze a lungo termine".

Delle otto conclusioni raggiunte da Yang e Frangopol con il loro modello, la cosa più sorprendente è stata la misura in cui può cambiare la frequenza delle inondazioni.

"Ci siamo resi conto che un'alluvione di 20 anni potrebbe ora diventare un'alluvione di 13 anni alla fine del secolo, quindi quella frequenza è quasi raddoppiata, " dice Yang. "Questo è il motivo per cui il cambiamento climatico può indurre un aumento del rischio per le infrastrutture".

Forse la loro conclusione più importante riguarda la questione della mitigazione. Nello specifico, quali misure ingegneristiche dovrebbero essere implementate per ridurre il rischio, e in quali ponti.

"La realtà è che i budget sono limitati, "dice Frangopol, che è anche affiliato all'Institute for Data di Lehigh, Sistemi intelligenti, and Computation (I-DISC) e l'Istituto per le infrastrutture e l'energia cibernetiche (I-CPIE). "Quindi è importante essere in grado di determinare, qual è la priorità qui? Devi conoscere la posizione del ponte. Per alcune comunità, il cedimento di un ponte potrebbe essere disastroso. Per gli altri, un ponte potrebbe non essere così critico. Questo modello ti aiuta a prendere quel tipo di decisioni perché il rischio non si basa solo sulla sicurezza ma anche sulle conseguenze del fallimento. Potresti avere due ponti con la stessa probabilità di fallimento, ma le conseguenze di quel fallimento potrebbero essere molto diverse".

Concentrarsi sui ponti lungo il fiume Lehigh è stata una scelta ovvia data la loro posizione, ma sia Yang che Frangopol sono desiderosi di condividere questo modello, non solo locale, ma con tutte le comunità che cercano di valutare la propria infrastruttura.

"Siamo stati ispirati a fare questa ricerca in parte perché storicamente Betlemme è stata colpita da più inondazioni dal 1902, e hanno avuto un impatto significativo sulla comunità, quindi le inondazioni rappresentano un pericolo significativo in tutto lo spartiacque del fiume Lehigh, " dice Yang. "Volevamo escogitare qualcosa che la comunità possa usare per adattarsi ai futuri cambiamenti climatici, "dice Frangopol.