El cambio climático afectará en última instancia a nuestros puentes. ¿Pero hasta qué punto?

Esa es la pregunta esencial que abordaron los investigadores de la Universidad de Lehigh, David Yang y Dan M. Frangopol, en un artículo publicado recientemente en el Revista de ingeniería de puentes de la ASCE .

"Sabemos que el cambio climático aumentará la frecuencia y la intensidad de los peligros naturales como los huracanes, Olas de calor, incendios forestales y lluvias extremas, "dice Yang, investigador asociado postdoctoral en ingeniería civil y ambiental en el P.C. Rossin College of Engineering and Applied Science. "Para este artículo, estamos viendo un aumento de la temperatura, así como un aumento de las precipitaciones y su impacto en la seguridad de los puentes. El desafío aquí era que no sabíamos cómo cuantificar esos impactos para predecir el riesgo de socavación ".

La socavación es la principal fuente de fallas de puentes en los Estados Unidos. Se crea cuando las inundaciones erosionan los materiales alrededor de los cimientos de un puente, creando agujeros de socavación que comprometen la integridad de la estructura.

Por su papel, Yang y Frangopol, profesor de ingeniería civil y cátedra de ingeniería estructural y arquitectura otorgada por Fazlur R. Khan, tenía que llenar el vacío entre los datos climáticos y la cuantificación de la seguridad estructural. Lo hicieron mediante el uso de modelos hidrológicos para convertir los datos de simulación climática en datos de descarga de flujo en el río Lehigh. El río Lehigh es un afluente de 109 millas de largo del río Delaware que atraviesa la ciudad de Belén. Pensilvania, donde se encuentra la Universidad de Lehigh.

"Adoptamos un enfoque holístico, ", dice Yang." Comenzó con un modelo climático global que se redujo a hidrología regional, luego usamos ingeniería estructural para obtener la probabilidad de falla de una estructura en un evento futuro de inundación. A partir de ese, podríamos evaluar, ¿Esta falla de estructura presenta ciertos riesgos para una comunidad? Entonces nuestro modelo incluyó estos cuatro pasos de climatología, hidrología, Ingeniería estructural, y evaluación de riesgos ".

Es el primer artículo hasta la fecha que ha combinado los cuatro pasos para analizar cuantitativamente el efecto del cambio climático en los puentes. él dice.

Al desarrollar su modelo, la pareja consideró diferentes futuros climáticos y modelos climáticos globales proporcionados por el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático. Para estimar la profundidad de los cimientos de los puentes más antiguos que atraviesan el río Lehigh (información que a menudo no está disponible), desarrollaron un método para calcular la profundidad con base en las calificaciones de condición del Inventario Nacional de Puentes. También adoptaron un enfoque regional y de ciclo de vida para su análisis.

Frangopol es mundialmente conocido por su trabajo pionero en la ingeniería del ciclo de vida, que utiliza análisis computacional para determinar el valor a largo plazo y el riesgo asociado con las inversiones en infraestructura.

Adoptando este enfoque regional y de ciclo de vida, dice Yang, fue una novedad para este trabajo. "Los puentes tienen muchos microambientes, y si solo miras un puente, es realmente difícil captar la tendencia y aumentar el riesgo del cambio climático, ", dice." Así que ampliamos este horizonte analítico tanto espacial como temporalmente para capturar las tendencias a largo plazo ".

De las ocho conclusiones a las que llegaron Yang y Frangopol con su modelo, lo más sorprendente fue la medida en que puede cambiar la frecuencia de las inundaciones.

"Nos dimos cuenta de que una inundación de 20 años ahora puede convertirse en una inundación de 13 años a finales de siglo, de modo que la frecuencia casi se duplicó, ", dice Yang." Es por eso que el cambio climático puede inducir un mayor riesgo para la infraestructura ".

Quizás su conclusión más importante tenga que ver con la cuestión de la mitigación. Específicamente, qué medidas de ingeniería deben implementarse para reducir el riesgo, y en qué puentes.

"La realidad es que los presupuestos son limitados, "dice Frangopol, que también está afiliado al Instituto de Datos de Lehigh, Sistemas inteligentes, y Computación (I-DISC) y el Instituto de Infraestructura Ciberfísica y Energía (I-CPIE). "Por eso es importante poder determinar, cual es la prioridad aqui? Necesitas saber la ubicación del puente. Para algunas comunidades, la falla de un puente podría ser desastrosa. Para otros, un puente puede no ser tan crítico. Este modelo le ayuda a tomar ese tipo de decisiones porque el riesgo no solo se basa en la seguridad sino también en las consecuencias de una falla. Puede tener dos puentes con la misma probabilidad de falla, pero las consecuencias de ese fracaso podrían ser muy diferentes ".

Centrarse en los puentes a lo largo del río Lehigh fue una elección obvia dada su ubicación, pero tanto Yang como Frangopol están ansiosos por compartir este modelo, no solo localmente, pero con todas las comunidades que buscan evaluar su infraestructura.

"Nos sentimos inspirados para hacer esta investigación en parte porque históricamente Belén fue golpeada por múltiples inundaciones desde 1902, y tuvieron un impacto significativo en la comunidad, por lo que las inundaciones son un peligro significativo en toda la cuenca del río Lehigh, ", dice Yang." Queríamos diseñar algo que la comunidad pudiera utilizar para adaptarse al cambio climático futuro, "dice Frangopol.