CULTURA
Crédito: Representación ilustrativa, creada con IA.
Olas de tsunamis provocan vórtices que generan socavones que ponen en peligro la edificación costera
Científico participó de una investigación sobre la calibración de un modelo numérico que permite calcular la profundidad máxima de socavación del suelo de fundación (el terreno donde están construidos los cimientos de una obra) alrededor de una edificación.
Un estudio ahonda en cómo las olas del tsunami pueden afectar la estructuras costeras al generar socavación en las costas de Chile.
Rafael Aránguiz, investigador de CIGIDEN (Centro de Investigación para la Gestión Integrada del Riesgo de Desastres) y académico UCSC, participó en el trabajo, publicado en la revista científica “Ocean Engineering”, llamado Modeling of solitary wave-induced scour around structures: SPH-based analysis and experimental validation.
Por ejemplo, para el terremoto de Valdivia en 1960, el tsunami que viajó hasta Japón produjo una socavación de hasta 10 metros de profundidad en el puerto Kesennuma. En 2004, por el tsunami de Sumatra, escuelas y casas cercanas a las costas se derrumbaron por socavación. En 2011, también en Japón, encontraron socavación alrededor de la protección costera. En 2015, en la ciudad de Coquimbo, hubo una falla en la carretera costera producida por olas de tsunami.
Fuente: Figura 15 (Modeling of solitary wave-induced scour around structures: SPH-based analysis and experimental validation)
El estudio confirma que existe una relación directa entre la altura de la ola, la profundidad del flujo y la profundidad de la socavación. Olas más altas causan una erosión más profunda, lo que pone en riesgo las bases de las construcciones.
“Este nuevo estudio permite validar un modelo numérico que simula en conjunto el agua y los sedimentos”, explica el científico de CIGIDEN agregando que “una vez validado este modelo, es posible realizar otros estudios más complejos o a escala real, que podría ser el efecto de tsunamis en edificios, carreteras u otra infraestructura crítica”. Esto permitirá comprender de mejor manera el comportamiento del tsunami y su impacto en las obras costeras, y proponer medidas de mitigación.
¿Cómo los vórtices provocan socavación?
Con el fin de mejorar la ingeniería en la construcción de infraestructura portuaria y de edificaciones cerca del mar, esta investigación aporta en el entendimiento de cómo mejorar estos componentes que pueden estar expuestos a olas de tsunamis.
Para esto, los científicos realizaron un experimento en el laboratorio de Hidráulica de la Universidad Católica de la Santísima Concepción, donde Aranguiz también es académico, para generar una ola solitaria -cómo si fuera de un tsunami- en la que agregaron sedimento -arena- en la que enterraron un obstáculo que simula un edificio.
La investigación, validada con este experimento de laboratorio, mostró que la erosión más profunda no se produce en la parte frontal de las estructuras, sino en sus esquinas. Dieron cuenta que al llegar la ola, se genera un vórtice -que se puede generar cuando el agua interactúa con algún objeto o existen cambios en la profundidad del suelo-, el cuál aumenta la turbulencia en zonas específicas.
El efecto de estos vórtices provoca un mayor transporte de material granular hacia la esquina de la estructura, perdiendo más sedimentos por los lados del edificio. “Observamos que los valores entregados por la norma actual podrían subestimar la socavación máxima, lo que significa que en un evento extremo, la socavación máxima podría exceder la de diseño, y así el edificio podría colapsar”, detalla Aranguiz.
Este modelo permitirá estudiar otro tipo de estructuras con geometrías más complejas y así proponer métodos de diseño más seguros que sean fácilmente aplicables por ingenieros al diseñar edificios en zonas susceptibles de inundación por tsunami.
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