Una tormenta se acerca a la costa, agitando el viento y las olas. A lo largo del paseo marítimo que bordea la playa, una hilera de sombrillas de hormigón de gran tamaño comienza a inclinarse hacia abajo, transformándose de un conveniente dosel a un escudo contra el ataque que se aproxima.
En un nuevo enfoque para la protección contra sobretensiones, un equipo de Princeton ha creado un diseño preliminar para estos paraguas cinéticos de doble propósito. En un estudio publicado el 28 de marzo en el Revista de Ingeniería Estructural , los investigadores utilizaron modelos computacionales para comenzar a evaluar la capacidad de los paraguas para resistir una marejada ciclónica aguda.
A medida que el nivel del mar aumenta y las tormentas se hacen más fuertes, las comunidades costeras están construyendo más muros de contención para ayudar a proteger a las personas y a las propiedades de las inundaciones extremas. Estas barreras pueden ser poco atractivas y restringir el acceso a las playas, pero los paraguas del equipo de Princeton proporcionarían sombra durante el buen tiempo ypodría inclinarse antes de una tormenta para formar una barrera contra inundaciones.
"Esto es mucho más que su típica estructura defensiva costera", dijo el autor principal del estudio Shengzhe Wang, estudiante de doctorado en ingeniería civil y ambiental. "Es la primera vez que alguien realmente intenta integrar la arquitectura comoun componente inherente a una contramedida costera "
Las sombrillas propuestas son conchas de hormigón armado de aproximadamente 4 pulgadas de espesor, construidas en forma de un paraboloide hiperbólico acortado a hypar, una estructura en forma de silla de montar que se curva hacia adentro a lo largo de un eje y hacia afuera a lo largo del otro. La estructura se inspiradel trabajo del arquitecto de origen español Félix Candela, quien diseñó cientos de edificios con techos hypar de capa delgada en México en las décadas de 1950 y 1960.
La coautora del estudio, Maria Garlock, profesora de ingeniería civil y ambiental, ha estudiado durante mucho tiempo los diseños de Candela; ella coescribió un libro sobre Candela y ayudó a crear un archivo y una exposición explorando su trabajo. En el otoño de 2017, ella yEl coautor Branko Gliši ?, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental, estaba considerando un proyecto para estudiar el potencial de los paraguas Hypar como estructuras "inteligentes" para capturar energía y agua de lluvia. Luego, se le ocurrió una nueva idea:agregando sensores, "¿por qué no inclinarlos y usarlos de una manera completamente diferente, como una especie de malecón?", preguntó.
Garlock y Gliši? Obtuvieron fondos del Proyecto X, que permite a los miembros de la facultad de ingeniería perseguir ideas no convencionales. Wang asumió la tarea de probar si los paraguas serían una estrategia viable para la protección costera.
Wang analizó la geometría y la resistencia estructural de los paraguas propuestos, conchas delgadas de concreto que miden 8 metros aproximadamente 26 pies en cada lado y sostenidas por columnas cuadradas de 10 pies de alto y 20 pulgadas. En estas simulaciones, éltambién probó la funcionalidad de una bisagra en el vértice donde la columna se encuentra con el centro del paraguas.
Para investigar cómo les iría a los paraguas durante una marejada ciclónica costera, el equipo compiló datos de marejadas ciclónicas de huracanes entre 1899 y 2012 a lo largo de la costa este de los EE. UU., Luego modeló una altura de marejada ciclónica de 18 pies, que abarca todas menos la marejada ciclónicaen el conjunto de datos. Adaptando los métodos numéricos establecidos para modelar las interacciones de la estructura de fluidos para estudiar las estructuras de hypar, demostraron que las sombrillas se mantendrían estables frente a una pared de agua alrededor del 75% de su altura desplegada.
"Estas conchas son tan delgadas que cualquiera que mire esto no se sentiría inclinado a creer que estas estructuras serían capaces de detener fuerzas tan grandes del agua", dijo Wang. "Pero podemos aprovechar la geometría dela forma hypar que le da a la estructura la resistencia adicional que se requiere "
Wang ahora ha construido modelos físicos de los paraguas que miden aproximadamente 6 pulgadas de ancho para validar los resultados del enfoque numérico, y está comenzando a probar las respuestas de los modelos a las fuerzas dinámicas de los flujos turbulentos dentro de un metro de largocanal de agua. Las fuerzas del viento características de los huracanes en tierra también serán capturadas a través de pruebas de túnel de viento.
"En realidad, no solo vas a tener un montón de agua estática. Vas a tener olas, vas a tener viento que genera esas olas", dijo. "Eso es lo que estamostratando de capturar en nuestro próximo paso: ¿Cómo simulamos físicamente estas ondas y cómo afectarían estas ondas a nuestras estructuras? "
Wang señaló que la mayoría de los estudios anteriores han evaluado la capacidad de los muros verticales o las barreras inclinadas para resistir las tormentas, pero la compleja geometría del hypar requería que el equipo "elaborara un conjunto completamente nuevo de reglas que rijan cómo funcionará la estructura".Debido a la complejidad de la solución, otra estudiante graduada, Vanessa Notario, estudiará el flujo de fuerzas en el caparazón como parte de su tesis de MSE.
Además de optimizar las estructuras para resistir fuertes vientos y olas, los diseños para la protección costera deben tener en cuenta otras consideraciones prácticas. La altura de 10 pies de las columnas, dijo Garlock, es buena para proteger a los peatones y restringir el acceso a los paraguas'bisagras y prevención del vandalismo.
El equipo planea investigar el potencial del uso de materiales más sostenibles, además de agregar sensores y actuadores para controlar los paraguas e incorporar sistemas para capturar energía solar y agua de tormenta.
"Los sensores verificarían que los paraguas funcionen correctamente antes, durante y después del despliegue, mientras que los actuadores permitirían no solo el despliegue automático sino también el seguimiento del sol y el viento para los mejores propósitos de recolección de agua y tormentas", dijo Gliši ?, quien tieneexperiencia en monitoreo de salud estructural y estructuras inteligentes.
"Esta es una forma completamente nueva de pensar sobre las estructuras de defensa costeras", dijo Garlock. "En adelante, nuestro objetivo es hacer que estos paraguas formen parte de una comunidad inteligente y sostenible".
Para ayudar a integrar el nuevo diseño en planes holísticos para la resiliencia costera, los investigadores colaborarán con Ning Lin, un profesor asociado en Princeton cuyo equipo recientemente produjo mapas actualizados de inundaciones del siglo XXI para las costas del Atlántico y el Golfo de los Estados Unidos. También tienen planespara trabajar con un ingeniero geotécnico y están consultando con la Oficina de Resiliencia del Alcalde de la Ciudad de Nueva York.
Además del fondo de innovación del Proyecto X, este trabajo fue apoyado en parte por el Proyecto Metropolis de la Universidad de Princeton.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton, Escuela de Ingeniería . Original escrito por Molly Sharlach. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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