Yida Zhang Le apasiona evaluar la estabilidad de las represas, pero su enfoque es inusual. En lugar de investigar grandes estructuras envejecidas, su investigación examina los pequeños granos de arena que se encuentran debajo y las rodean. Investiga cómo evoluciona la distribución del tamaño de las partículas bajo tensión y su potencial para comprometer la estabilidad de la presa, especialmente en casos de fenómenos meteorológicos extremos.
«En geotecnología, diseñamos basándonos en las propiedades del suelo en el momento de la construcción», dice Zhang, profesor asistente en CU Boulder. Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental y Arquitectónica. «Ese es el final de la historia. No preguntamos cómo evoluciona y se degrada el material con el tiempo.’
Recientemente, Zhang recibió un prestigioso premio CAREER, una subvención de cinco años de 600.000 dólares de la Fundación Nacional de Ciencias, para apoyar su investigación, «Decodificación de la evolución del tamaño de grano de suelos granulares bajo alta tensión». El programa CAREER es el mayor honor de la NSF por apoyar a los profesores que inician su carrera y que pueden servir como modelos académicos en investigación y educación.
Gracias a la financiación, Zhang inició su propio equipo de investigación. Laboratorio de Geomecánica Multifísicarealizar investigaciones en suelos granulares sometidos a tensiones y cargas ambientales extremas durante largos períodos de tiempo.
Represas en aumento, clima extremo
En medio de la construcción de represas cada vez más altas y la creciente amenaza de fenómenos climáticos extremos, Zhang enfatiza la importancia crítica de su investigación. Durante la construcción, se utilizan distribuciones de tamaño de grano y protocolos de construcción cuidadosamente controlados para lograr las propiedades geotécnicas deseables del suelo y garantizar la estabilidad mecánica e hidrológica. Sin embargo, a menudo se pasan por alto los efectos a largo plazo del estrés elevado, que puede aplastar, degradar y erosionar los granos.
Yida Zhang
Por ejemplo, uno de los métodos más comunes de almacenamiento a largo plazo de relaves, relaves mineros que consisten en roca triturada y desechos químicos, es la construcción de presas de relaves. Los desechos pasan por un proceso de hidrociclón para separar los granos gruesos para la construcción de represas. La fracción más fina, mezclada con agua, se almacena encima de la presa para evitar que se convierta en un flujo de lodo denso y tóxico. Los granos de arena triturados impedirían significativamente el drenaje de la presa, lo cual es esencial para sacar rápidamente el agua de detrás de la presa; drenar el agua reduce el riesgo de licuefacción en caso de terremoto.
El objetivo de Zhang es desarrollar un enfoque numérico que utilice datos de distribución del tamaño de grano para informar el diseño de ingeniería de grandes geoestructuras críticas. Los ingenieros podrían utilizar esta herramienta al diseñar presas altas, prediciendo cómo evolucionará el tamaño del grano bajo tensión y cómo cambiará el factor de seguridad con el tiempo. A diferencia de la tecnología actual, este enfoque del tamaño de grano permitirá a los ingenieros diseñar presas con un margen de seguridad que exceda los requisitos mínimos a largo plazo, previniendo efectivamente fallas por cambios en el tamaño de grano o fractura del suelo, dijo.
Componentes educativos
El proyecto también incluye herramientas educativas diseñadas para hacer que los temas de ingeniería civil sean más accesibles para los estudiantes de secundaria sobre cómo los ingenieros civiles están abordando el cambio climático. Esta iniciativa tiene como objetivo abordar la disminución nacional en la contratación de ingenieros civiles y garantizar un suministro continuo de ingenieros geotécnicos calificados.
«Necesitamos crear una línea de la próxima generación de ingenieros geotécnicos», dice Zhang. «Sin un flujo constante de talento en este campo, corremos el riesgo de sufrir una escasez de profesionales capacitados a medida que enfrentamos los nuevos desafíos asociados con el cambio climático».
También planea equipar a los estudiantes de posgrado con las herramientas para adaptar las geoestructuras al cambio climático.
«Nadie quiere que fallen represas o diques críticos, lo que trae a la memoria los recuerdos de Katrina y, más recientemente, el fracaso de la presa Brumadinho en Brasil», dijo Zhang. “Queremos diseñar nuestras presas y diques con un mejor conocimiento de la respuesta del material a cargas extremas una vez que envejecen. No queremos que la presa falle».
Foto superior: Presa Hoover. Foto de : Susan Glairon
