Un ejemplo de una formación de escombros de hielo en el golfo de Botnia, Finlandia. Crédito:Janne Ranta / Universidad Aalto
Las condiciones en las aguas del Ártico se encuentran entre las más extremas del mundo. Los fuertes vientos y corrientes empujan poderosamente el hielo a través de vastas distancias, resultando en grandes crestas que alcanzan decenas de metros de altura. Al mismo tiempo, El calentamiento global y el aumento de la presencia humana han añadido nuevas presiones en estos entornos del norte. Sin embargo, los mecanismos detrás de los efectos del hielo en las estructuras físicas, particularmente a largo plazo, siguen siendo una pregunta abierta en una época de cambio ambiental continuo.
Investigadores de la Universidad de Aalto han desarrollado un nuevo método para evaluar cómo siempre en movimiento, Las cargas pesadas de hielo afectan estructuras como puentes o incluso turbinas eólicas en una amplia variedad de condiciones.
"El frotamiento es el proceso de cómo el hielo, movido por los vientos y las corrientes, se rompe contra las estructuras marinas y cómo impacta estas estructuras, "explica Jukka Tuhkuri, un destacado investigador del hielo y profesor de la Universidad de Aalto. "El proceso es extremadamente sensible a las condiciones iniciales, caótico incluso, lo que hace que el análisis sistemático en el campo sea increíblemente desafiante ".
Para prever una gran cantidad de escenarios y efectos a muy largo plazo, El equipo de Aalto está utilizando experimentos numéricos (simulaciones por computadora avanzadas que se basan en el conocimiento adquirido en el campo) para ver los efectos de los cambios a micro niveles en los elementos conocidos de la fricción.
"Con este método, Realmente podemos ver lo que está sucediendo, ya que tenemos el control total de los factores involucrados. Con hielo marino real, simplemente no tenemos esa posibilidad, "dice el profesor adjunto Arttu Polojärvi.
Las simulaciones precisas han permitido a los investigadores aprender sobre la mecánica detrás del proceso de una manera nunca antes posible.
"Al ejecutar simulaciones constantemente, Hemos aprendido que el grosor del hielo es, con mucho, lo más importante cuando se trata de cómo las cargas de hielo impactan en las estructuras. La resistencia a la compresión ocupa el segundo lugar, pero casi podemos olvidarnos de todo lo demás, contrariamente al pensamiento convencional en el campo, "dice Tuhkuri.
El método también ayuda a abordar el principal desafío de un clima en constante cambio:prever las condiciones futuras. El calentamiento global significa que el hielo del Ártico se está volviendo más delgado, las tormentas son cada vez más severas y se mueve más hielo. Al mismo tiempo, las condiciones generales están mejorando en estas regiones; la industria y el turismo se están recuperando, que conlleva riesgos tanto para los seres humanos como para el medio ambiente.
Un ejemplo de experimentos numéricos sobre hielo marino utilizando simulaciones por computadora. Una capa de hielo choca con una estructura inclinada y falla en bloques de hielo individuales, que forman un montón de escombros. Este tipo de simulación ayuda a obtener una comprensión detallada de la mecánica del hielo marino. Crédito:Arttu Polojärvi / Universidad Aalto
"No podemos estimar el futuro con los datos de campo disponibles en la actualidad. Fuerte, el hielo espeso se queda donde está, pero incluso las tormentas pequeñas pueden llevar hielo fino, ", dice Polojärvi." Necesitamos poder estimar las cargas de hielo de 100 o incluso 500 años en estructuras permanentes para poder asegurarnos de que sean seguras y duran ". al mismo tiempo que minimiza los materiales utilizados para hacerlos lo más sostenibles posible ".
El equipo presentará su trabajo el viernes 7 de junio de 2019 en una reunión de una semana de los principales investigadores del hielo, el simposio de IUTAM sobre física y mecánica del hielo marino, celebrada en la Universidad Aalto en el Gran Helsinki, Finlandia.
Preguntas y respuestas
P:¿Se han utilizado experimentos numéricos antes para estudiar las cargas de hielo?
R:Esta investigación marca la primera vez que se han utilizado experimentos numéricos para realizar análisis estadísticos de cargas de hielo, proporcionando estimaciones del desgaste futuro de las estructuras físicas a muy largo plazo. En el pasado, Los investigadores han estudiado el frotamiento del hielo, es decir, cómo el hielo empujado por los vientos y las corrientes se rompe contra las estructuras marinas y cómo impacta en las estructuras, de varias maneras:experimentalmente en laboratorios, experimentalmente mediante la observación de eventos a gran escala, desarrollando modelos teóricos, y utilizando diferentes herramientas numéricas.
P:¿Puede el método predecir realmente cómo se comportará el hielo a medida que el clima se calienta, incluso siglos antes?
A:si, si los colegas en geofísica pueden predecir cómo el hielo se vuelve más delgado y más débil con el calentamiento global, podemos predecir cómo cambian las cargas de hielo. Esto se debe a que el nuevo modelo se basa en relaciones físicas fundamentales y, por lo tanto, podemos cambiar el grosor en el modelo y ver qué pasa. Es posible que otros modelos no sean tan detallados.
P:¿Qué riesgos conllevan las cargas de hielo para los seres humanos y el medio ambiente?
R:Las estructuras marinas pueden romperse y provocar accidentes. Si los humanos están trabajando en una plataforma que falla, las consecuencias pueden ser graves. Las fallas estructurales también pueden ser muy costosas y generar riesgos ambientales debido a posibles fugas en los tanques de combustible y las tuberías de combustible. etc.
