Una scena dopo lo tsunami Heisei del 2011 a Idagawa, Fukushima, Giappone, che mostra la distruzione di una struttura in cemento armato e grave dilavamento che circonda la struttura. Credito:OSU College of Engineering
I ricercatori della Oregon State University stanno aprendo la strada a una maggiore sicurezza per i residenti e le infrastrutture costiere sviluppando un mezzo migliore per modellare la forza distruttiva delle onde dello tsunami.
Raro ma potenzialmente devastante, gli tsunami possono causare enormi danni alle infrastrutture costiere, con parte del problema riconducibile al terreno instabile intorno alle strutture.
Comprendere i processi attraverso i quali uno tsunami destabilizza il suolo è la chiave per sviluppare tecniche ingegneristiche in grado di realizzare edifici, strade e ponti meglio in grado di resistere alle complicate forze all'opera all'interno di uno tsunami.
I collaboratori guidati da Ben Mason e Harry Yeh dell'OSU College of Engineering hanno utilizzato una centrifuga che un tempo testava la resistenza degli astronauti dell'Apollo alle forze G, attaccando un apparato contenitore riempito di terra e acqua per una simulazione scalabile degli effetti dell'inondazione.
La tecnica della centrifuga replica la fisica delle inondazioni su un appezzamento di terreno lungo 21 metri, quasi 10 metri di profondità e più di 14 metri di larghezza, molto più grande di quanto possa essere simulato in un tradizionale serbatoio di onde.
"Questa è la prima volta che viene fatto qualcosa di simile, " Ha detto Mason. "La sfida di capire la logistica e l'ingegneria meccanica per progettare il contenitore è un aspetto piuttosto sorprendente di questa ricerca".
Strutture come il ponte di Coos Bay sono tra le principali infrastrutture che dovranno affrontare i rischi quando un terremoto nella zona di subduzione colpisce il Pacifico nord-occidentale. Credito:Lynn Ketchum/Oregon State University
I risultati sono stati pubblicati su Nature Rapporti scientifici .
Una centrifuga è un dispositivo che mette qualcosa in rotazione attorno ad un asse fisso, cioè lo fa oscillare in un cerchio.
"Immagina di tenere in mano un secchio d'acqua da 5 galloni con cui inizi a girare, e se giri abbastanza velocemente, l'acqua rimarrà nel secchio indipendentemente dalla sua posizione, e se rallenti, si riverserà, " Ha detto Mason. "Questo è esattamente il concetto con cui stavamo lavorando".
La centrifuga nello studio, ospitato presso l'UC Davis Center for Geotechnical Modeling dopo essere stato originariamente parte dell'Ames Research Center della NASA, ha un raggio di 9,1 metri. Attaccato al braccio era l'apparato costruito da Mason e collaboratori, parte di essa piena d'acqua, l'altra parte con terra, con porte per consentire il flusso che simula un'onda di tsunami.
"Stiamo cercando di imitare l'intero processo di uno tsunami che arriva a terra e poi si ritira, " Ha detto Mason. "Se stai mettendo il terreno in un canale d'onda per provare a farlo, diventa davvero, molto costoso, e anche perché alla gravità terrestre, non puoi avere uno strato molto profondo di terreno:le scale spazio-temporali degli tsunami rendono difficile fare esperimenti di laboratorio che si espandono. Questo è il nostro vantaggio chiave:possiamo simulare una distesa di terra molto più grande, e una volta costruita la scatola, è molto più veloce costruire modelli del suolo nella centrifuga."
"Nella centrifuga, possiamo usare video ad alta velocità per imparare molto su ciò che sta accadendo nel terreno, come il lavaggio, e sotto la superficie, come la pressione dell'acqua interstiziale cambia nel tempo mentre l'acqua si muove attraverso, " Ha detto Mason. "Tutte queste cose sono importanti per capire cosa possiamo aspettarci che faccia il suolo intorno alle infrastrutture costiere, e poi come proteggiamo quell'infrastruttura quando si verificherà il prossimo tsunami".
