Barriere contro le inondazioni, barriere anti uragano e sovratensione

In un'era di riscaldamento globale e condizioni meteorologiche estreme, i rischi di vivere vicino all'acqua non sono mai stati così grandi. La protezione dalle mareggiate e le barriere anti uragano sono state la soluzione per alcuni comuni, ma a quale costo estetico? Artisti e architetti possono rendere l'ingegneria più bella? Esaminare le domande ed esplorare le soluzioni ci aiuterà a comprendere le sfide del mondo reale che circondano gli effetti del cambiamento climatico globale.

Tra il 2008 e il 2013, la U.S. Army Corp of Engineers - lo stesso gruppo responsabile dell'inadeguato sistema di argini in New Orleans - ha completato una barriera contro gli uragani larga quasi due miglia attraverso un mix di corsi d'acqua a circa 12 miglia a est del centro di New Orleans. Chiamata la barriera di navigazione interna del canale di navigazione del canale interno del lago Borgne, la barriera di uragano in cemento e acciaio funziona in tandem con il sistema di argini. La barriera è la prima linea di difesa mitigando le ondate di tempesta associate agli uragani.

Un uragano è un centro a bassa pressione. Sulla terra, i centri a bassa pressione non sono abbastanza forti per muovere la terra. Tuttavia, i centri a bassa pressione che si trovano sopra l'acqua possono effettivamente spingere e spostare l'acqua. I venti di uragano soffiano l'acqua non solo creando onde, ma anche creando una cupola o un'ondata di acqua alta. Insieme a una normale alta marea, un'ondata di tempesta può creare un'estrema marea di tempesta oltre alle onde soffiate dal forte vento dell'uragano. Le barriere agli uragani forniscono protezione alle maree anticipate.

Un'ondata di tempesta NON è uno tsunami o un'onda di marea, ma è simile. L'ondata di tempesta è un aumento anomalo del livello del mare, di solito causato da condizioni meteorologiche estreme. Anche la marea altissima ha onde, ma le onde non sono così alte come uno tsunami. Gli tsunami sono letteralmente "onde portuali" causate da un disturbo sotterraneo, come un terremoto. Inondazioni estreme sono il risultato di entrambi gli eventi.

Quando guardiamo a mappa di dove vivono le persone, non è difficile immaginare quanto possano essere vulnerabili la vita e la proprietà alle intemperie. Anche se costruendo edifici a prova di tsunami lungo le coste è un'opzione, una marea di tempesta in aumento può essere implacabile. Il Centro nazionale degli uragani degli Stati Uniti ha fornito a Esempio animato in flash di Storm Surge (È richiesto il plug-in Flash). In questa animazione, l'ondata di tempesta e le onde martellanti non possono competere con la piccola barriera che protegge la struttura.

Nel Rhode Island, l'enorme tempesta del 2012 dell'uragano Sandy è stata bloccata da un pezzo di ingegneria del 1966. La tecnologia delle barriere agli uragani è un investimento per qualsiasi regione, ma guarda come funzionano.

La barriera contro l'uragano Fox Point si trova a East Providence, nel Rhode Island, situata sul fiume Providence, che sfocia nella baia di Narragansett. È lungo 3000 piedi e alto 25 piedi. Fu costruito tra il 1960 e il 1966 per proteggere la città da una marea di tempesta di 20 piedi sul livello del mare.

Il sistema è composto da tre porte Tainter, cinque pompe per l'acqua del fiume e due pietre e terra alte da 10 a 15 piedi argini o dighe lungo la riva del fiume. Ad un costo di $ 16 milioni (1960 dollari), il governo statale e locale ha pagato solo il 30 percento del costo, mentre il governo federale ha finanziato la maggior parte del costo del sistema di barriera contro gli uragani.

Tre porte Tainter, chiamate anche porte radiali, possono chiudersi per fornire una barriera lunga mezzo miglio e alta 25 piedi tra la Città della Provvidenza e le acque della Baia di Narragansett. L'acqua che scorre lungo il fiume Provvidenza verso il mare viene pompata mentre si accumula dietro le porte chiuse. La stazione di pompaggio, lunga 213 piedi e larga 91 piedi, è costruita in cemento armato e mattoni. Cinque pompe hanno una capacità di pompare 3.150.000 galloni di acqua di fiume al minuto nella baia di Narragansett.

Ogni cancello Tainter è di 40 piedi quadrati e pesa 53 tonnellate. Progettato per curvare verso l'esterno verso la baia per rompere l'impatto delle onde, le porte sono abbassate in posizione da motori elettrici e gravità a 1,5 piedi al minuto. Ci vogliono circa 30 minuti per abbassarli, ma circa due ore per sollevare i cancelli da una posizione chiusa, poiché la gravità agisce contro di loro mentre si alzano. Se necessario, i cancelli possono essere abbassati e sollevati manualmente.

Il design di qualsiasi barriera anti uragano dipende dalle condizioni. La stazione di pompaggio di Fox Point è un elemento importante per proteggere la Città della Provvidenza. Senza pompare l'acqua del fiume quando il fiume viene "arginato" dalle porte, si formerebbe un bacino idrico che inonderebbe la città - proprio quello che la Provvidenza sta cercando di evitare.

La porta Tainter fu inventata nel XIX secolo dall'ingegnere americano e nativo del Wisconsin Jeremiah Burnham Tainter. Il cancello curvo è attaccato a uno o più elementi di struttura triangolare a forma di capriata. L'estremità larga della struttura triangolare è fissata al cancello curvo e il punto d'apice della capriata ruota per spostare il cancello.

Il cancello Tainter è anche noto come cancello radiale. La gravità e la pressione dell'acqua aiutano effettivamente a spostare il cancello su e giù, come illustrato da Arif Setya Budi e anche nel animazione fornito dalla Dunn County Historical Society in Wisconsin.

Un cancello Tainter viene utilizzato anche nelle dighe, quindi una barriera contro gli uragani è anche una diga? Sì e no. Una diga è certamente una barriera d'acqua, ma dighe e bacini idrici generalmente non sono costruiti solo per uso di emergenza. L'unico scopo di una barriera contro gli uragani è la protezione da ondate o maree. La Città della Provvidenza ha definito due funzioni centrali per Fox Point:

1. "per ritardare le alte maree da potenziali mareggiate nella baia di Narragansett"
2. "mantenere il flusso del fiume in modo tale che i livelli dell'acqua non si elevino troppo dietro la barriera"

Come ogni progetto di costruzione, è necessario riconoscere un bisogno e realizzare finanziamenti prima che l'architettura e le costruzioni possano iniziare. Prima del Fox Point, la Città della Provvidenza veniva minacciata ogni anno. Nel settembre 1938, il New England Hurricane ha causato danni alla proprietà di $ 200 milioni e 250 morti con solo 3,1 pollici di pioggia. Nell'agosto 1954, Hurricane Carol ha causato danni per proprietà di $ 41 milioni con maree durante l'alta marea, 13 piedi sopra il normale. Il Flood Control Act del 1958 autorizzò la costruzione di una barriera a Fox Point. L'US Army Corps of Engineers (USACE) ha assunto il controllo nel febbraio 2010, salvando la Città della Provvidenza centinaia di migliaia di dollari ogni anno. La città mantiene il sistema di argini e argini.

Un cancello di sollevamento verticale è simile a un cancello di Tainter in quanto si alza e si abbassa per controllare il flusso d'acqua. Mentre un cancello di Tainter è curvo, tuttavia, un cancello di sollevamento verticale non lo è.

Il cancello mostrato qui, il cancello Bayou Bienvenue, fa parte di un enorme progetto da 14,45 miliardi di dollari a New Orleans - il canale di navigazione del porto interno - Barriera di protezione del lago Borgne, chiamata anche La Grande Muraglia di Louisiana. Il muro di barriera in cemento costruito dall'esercito americano di ingegneri è lungo quasi due miglia e alto 26 piedi.

Inondazioni e mareggiate non sono esclusivi degli Stati Uniti né del Nord America. In tutto il mondo gli ingegneri hanno trovato il modo di controllare le inondazioni. In un'era di clima estremo, questo tipo di problem solving è una fiorente area di studio ingegneristico.

Perché una grande area urbana come New York City non ha protezione contro le mareggiate? Nel 2012, il L'uragano dell'uragano Sandy ha inondato strade, metropolitane e infrastrutture della più grande città in America. Da allora, gruppi di lavoro hanno studiato la fattibilità di una barriera contro le inondazioni nel porto di New York. Non importa che altri paesi industrializzati in tutto il mondo abbiano avuto soluzioni ad alta tecnologia per il controllo delle inondazioni per anni.

Gli esseri umani hanno una relazione di odio amoroso con l'acqua: l'abbondante composto della natura è necessario per la vita, ma decine di persone muoiono per eventi legati all'acqua. Dieci persone annegano involontariamente ogni giorno. Gli incidenti stradali causati da inondazioni improvvise e condizioni meteorologiche estreme sono imprevedibili. O lo sono?

Sembra che chiunque possa fermare le acque in aumento. Una rapida ricerca su Google di "muri contro le inondazioni" trova una vasta gamma di prodotti di Home Depot, Ace Hardware, Amazon e altre società commerciali.

Non molto tempo fa le comunità usavano le sirene per avvertire dei pericoli legati alle condizioni meteorologiche. Alcune comunità oggi continuano a utilizzare questo approccio semplicistico alle inondazioni. Con un mix di telecamere localizzate (spesso su droni), software di mappatura e applicazioni di allarme di disastro, aziende come Beholder Technology con sede ad Austin, in Texas, offre "consapevolezza situazionale remota" alle comunità, vale a dire ti avvertono di strade allagate e situazioni pericolose prima ancora che gli equipaggi di emergenza possano arrivare Là. App di emergenza sono considerate soluzioni high-tech negli Stati Uniti, ma le barriere anti uragano non sarebbero più utili?

• Agenzia di gestione delle emergenze, Città della Provvidenza, 5 novembre 2012
• Fox Point Hurricane Barrier Facts, City of Providence su www.providenceri.com/efile/705
• Rapporto di aggiornamento per Rhode Island, US Army Corps of Engineers, New England District, 31 luglio 2012 all'indirizzo www.nae.usace.army.mil/news/Reports/ri.pdf
• Corpo degli ingegneri dell'esercito degli Stati Uniti. IHNC - LAKE BORGNE SURGE BARRIER, aggiornato a giugno 2013, http://www.mvn.usace.army.mil/Portals/56/docs/PAO/FactSheets/IHNC-LakeBorgneSurgeBarrier.pdf
• Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie. "Annegamento involontario: ottenere i fatti." 28 aprile 2016, https://www.cdc.gov/homeandrecreationalsafety/water-safety/waterinjuries-factsheet.html