Uutiset

Uusi menetelmä ennustaa, miten liikkuva jää koettelee vuosisatojen aikana siltoja ja tuulivoimaloita

Aalto-yliopiston tutkijoiden kehittämillä simulaatioilla voidaan arvioida arktisen jään synnyttämää kuormitusta tulevaisuuden jääolosuhteissa.
Ice rubbling
Esimerkki jäälohkaremuodostelmasta Pohjanlahdella. Kuva: Janne Ranta / Aalto-yliopisto

Arktisten vesien olosuhteet ovat maailman ankarimpia. Voimakkaat tuulet ja virrat työntävät jäätä voimalla pitkiäkin matkoja synnyttäen jopa kymmenien metrien korkuisia harjanteita. Samaan aikaan maapallon lämpeneminen ja ihmisten lisääntynyt läsnäolo ovat tuoneet uusia paineita pohjoisille alueille.

Jäiden rakenteille aiheuttamien pitkäaikaisten vaikutusten taustalla olevat mekanismit tunnetaan kuitenkin huonosti. Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet menetelmiä, joiden avulla voidaan arvioida raskaiden jääkuormien vaikutusta siltojen ja tuulivoimaloiden kaltaisiin rakenteisiin.

”Merijään murtuminen on prosessi, jossa tuulten tai virtojen kuljettama jää murtuu merirakenteita vasten ja aiheuttaa rakenteille jääkuormia”, kertoo professori Jukka Tuhkuri.

”Prosessi on erittäin herkkä, jopa kaoottinen, minkä vuoksi systemaattisen analyysin tekeminen kentällä tehtyjen mittausten perusteella on uskomattoman haastavaa.”

Turvallisten merirakenteiden suunnittelussa on oleellista, että kykenemme ennustamaan jääkuormia.

Arttu Polojärvi

Erilaisten skenaarioiden ja vaikutusten pitkän aikavälin ennustamisessa tutkijaryhmä käyttää edistyneitä numeerisia kokeita eli tietokonesimulaatioita. Niiden avulla voidaan kartoittaa, miten mikrotason muutokset jää-rakennevuorovaikutusprosessissa vaikuttavat jään murtumisen eri osa-alueisiin.

”Numeeristen kokeiden avulla voimme todella ennustaa, mitä jääkuormitustilanteissa tapahtuu, koska simulaatiossa voimme hallita kaikkia mukana olevia tekijöitä. Oikean merijään osalta meillä ei koskaan ole tätä mahdollisuutta”, kertoo apulaisprofessori Arttu Polojärvi.

Tarkkojen simulaatioiden ansiosta tutkijat ovat saaneet täysin uutta tietoa prosessin taustalla olevasta mekaniikasta.

”Simulaatioiden avulla olemme havainneet, että jään paksuus on selkeästi tärkein rakenteisiin vaikuttava tekijä. Toisena tulee puristuslujuus, ja voimme melkein unohtaa kaiken muun, mikä on ristiriidassa alan vakiintuneen ajattelun kanssa”, sanoo Tuhkuri.

Ice rubbling 2
Kuva: Janne Ranta / Aalto-yliopisto

Maapallon lämpenemisen vuoksi arktinen jää ohenee, myrskyistä tulee rajumpia ja jää liikkuu entistä enemmän. Samaan aikaan arktisten alueiden teollisuus ja matkailuala kasvavat, mikä tuo mukanaan uusia riskejä niin ihmisille kuin ympäristöllekin.

”Emme pysty ennustamaan jääkuormia tulevaisuuden jääolosuhteissa tällä hetkellä käytettävissämme olevan kenttätiedon avulla. Meillä tulee edelleen olemaan vahvaa ja paksua jäätä, mutta toisaalta muuttuvat sääolosuhteet ja lisääntyvät myrskyt voivat liikuttaa yhä enemmän myös ohutta jäätä”, kertoo Polojärvi.

”Turvallisten ja ympäristön kannalta optimoitujen merirakenteiden suunnittelussa on oleellista, että kykenemme ennustamaan jääkuormia tulevaisuuden jääolosuhteissa.”

Ryhmä esittelee tutkimuksensa tuloksia 7. kesäkuuta Aalto-yliopistossa järjestettävässä johtavien jäätutkijoiden IUTAM symposium on physics and mechanics of sea ice -konferenssissa.

Kysymyksiä ja vastauksia

Lisätietoa

Jukka Tuhkuri
professori, lujuusoppi, Aalto-yliopisto
puh. 050 5680036
[email protected]

Arttu Polojärvi
apulaisprofessori, jäämekaniikka, Aalto-yliopisto
puh. 050 430 1682
[email protected]

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

AutoDet. Kuva: Mikko Raskinen.
Tiedotteet Julkaistu:

Näkymättömästä liasta hälyttävä laite pääsi testiin suomalaissairaalassa

Menetelmää voidaan käyttää monilla aloilla terveydenhoidosta elintarviketeollisuuteen. Tulevaisuudessa sille voi olla käyttöä myös virusten havaitsemisessa.
Miten koronavirus leviää
Tiedotteet Julkaistu:

Suomalaistutkijat yhdistivät voimansa selvittääkseen, miten koronavirus voi levitä ilmassa

Hankkeessa on mukana muun muassa virtausfyysikkoja, virologeja ja lääketieteellisen tekniikan asiantuntijoita. Tutkijat käyttävät 3D-mallintamiseen supertietokonetta ja uskovat, että ensimmäisiä tuloksia voidaan saada jo lähiviikkoina.
carbon nanotube and graphene cartoon
Tiedotteet Julkaistu:

Uusi, tehokas katalyytti vauhdittaa puhtaan vetypolttoaineen valmistusta

Tutkijat ovat kehittäneet lupaavan materiaaliyhdistelmän grafeenista, hiilinanoputkista ja epäpuhtausatomeista.
Opiskelijoita kampuksella. Kuva: Unto Rautio / Aalto-yliopisto.
Tiedotteet, Yliopisto Julkaistu:

Akateemiset tulokset ja kansainvälinen arvostus kehittyivät suotuisasti vuonna 2019

Kampuksen kehittäminen eteni merkittävästi ja Kauppakorkeakoulu siirtyi helmikuussa uuteen rakennukseen Otaniemen kampuksen ytimeen.