Los científicos de EPFL y el Instituto WSL para la Investigación de Nieve y Avalanchas SLF han obtenido una visión más profunda de cómo se forman las avalanchas de placas de nieve, allanando el camino para medidas de evaluación de riesgos más efectivas para estos eventos catastróficos que provocan más accidentes y muertes por avalanchas cada año que otros tipos de avalanchas. avalanchas

El equipo de científicos de EPFL y SLF hizo un descubrimiento que representa un cambio de paradigma que podría influir significativamente en su nicho de investigación. Al ampliar la escala de las simulaciones de avalanchas de placas de nieve de un metro a cien metros, obtuvieron una mejor comprensión de los mecanismos subyacentes a estos eventos. Su descubrimiento también ilustra los beneficios que los avances en el poder de procesamiento de las computadoras pueden aportar a los métodos utilizados para observar fenómenos físicos complejos. Los hallazgos del equipo aparecen en Nature Physics .

Su trabajo se basa en un estudio de 2018 realizado por el profesor de EPFL Johan Gaume y científicos de la Universidad de California en Los Ángeles. Ese estudio inicial, publicado en Nature Communications , describe un método de simulación 3D que los investigadores desarrollaron para modelar avalanchas de placas de nieve con una precisión inigualable. En la actualidad, Gaume es el jefe del Laboratorio de Simulación de Nieve y Avalanchas (SLAB) de la EPFL, dentro de la Escuela de Arquitectura, Ingeniería Civil y Ambiental (ENAC) de la EPFL, y está afiliado al Instituto SLF; él y su Ph.D. el estudiante Bertil Trottet llevó el estudio más allá al aplicarlo a una escala mayor e hizo un descubrimiento sorprendente. Descubrieron que la forma en que las grietas se propagan cambia durante el proceso de liberación de la avalancha de losas. Por ejemplo, observaron velocidades de propagación de grietas que superaban los 100 metros por segundo, muy por encima de las velocidades de alrededor de 30 metros por segundo que se suelen medir en los experimentos. Al principio, los dos científicos pensaron que se habían equivocado.

Propagación de grietas de supercizallamiento

Las avalanchas de placas de nieve se caracterizan por una línea de fractura ancha y aguda que se produce en la parte superior de la masa de nieve liberada. Tal avalancha se forma cuando una capa densa de nieve (la losa) se asienta sobre una capa de nieve débil con poca cohesión. Cuando se desencadena una avalancha, por ejemplo por un esquiador, la capa débil se derrumba y la losa pierde su estructura de soporte subyacente. La flexión posterior de la losa es uno de los principales impulsores de la propagación de grietas. Al menos ese era el mecanismo sugerido por experimentos y modelos numéricos hasta ahora, basados ​​en losas probadas y simuladas de menos de dos metros de largo.

Pero al modelar losas que miden alrededor de 100 metros, los científicos de EPFL y SLF descubrieron que una vez que la propagación de grietas se extiende más allá de los tres a cinco metros, la tensión de la losa se convierte en el único impulsor del proceso de liberación, lo que hace que la capa débil falle bajo el corte. Este fenómeno es similar al llamado mecanismo de ruptura de "supercorte" observado en los raros terremotos de gran magnitud que se han informado hasta ahora. "Sentimos que habíamos descubierto algo importante, pero necesitábamos datos experimentales para confirmarlo", dice Gaume.

Análisis de vídeo

Luego, una serie de coincidencias les dio a Trottet y Gaume la oportunidad de confirmar su descubrimiento. Primero, Gaume asistió a una presentación de conferencia en la que Ron Simenhois del Centro de Información de Avalanchas de Colorado describió un método de análisis de video de alta tecnología en el que está trabajando. Aproximadamente al mismo tiempo, Mathieu Schaer, un ex estudiante de ingeniería ambiental de la EPFL que ahora es snowboarder profesional e ingeniero en MétéoSuisse, envió a Gaume un video que muestra cómo escapó a duras penas de una gran avalancha de bloques de nieve.

"La avalancha ocurrió en Col du Cou en los Alpes suizos", dice Gaume. "Teníamos datos de nieve sobre el evento y el video de Schaer era de excelente calidad porque estaba filmando una película de snowboard. Al analizar el video y examinar los diversos parámetros, pudimos confirmar los resultados de nuestro modelo por primera vez. " En total, cuatro avalanchas del mundo real permitieron a los científicos confirmar una transición de un modo de propagación "antifisuras" al modo "supercizallamiento" informado durante algunos grandes terremotos. Sobre la base de estos hallazgos, el Instituto SLF ahora está desarrollando instalaciones experimentales a mayor escala en Davos para obtener más información sobre el proceso de liberación de las avalanchas de placas de nieve.

Hacia una mejor evaluación de los peligros

Su trabajo ayudará a los investigadores de la nieve a idear nuevas suposiciones que pueden simplificar los modelos informáticos de las avalanchas y acortar considerablemente el tiempo de cálculo necesario, de varios días a unos pocos minutos. Los modelos mejorados podrían usarse para determinar el tamaño de las avalanchas, por ejemplo, que es información crucial para una predicción y gestión de riesgos efectiva. + Explora más

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