Noorwegen ervaart gevaarlijke aardverschuivingen vanwege zijn kleirijke bodem. Voor haar masterscriptie civiele techniek aan EPFL, Mathilde Metral schetste stappen die de geotechnische ingenieurs van het land kunnen nemen om het voorspellende computermodel dat ze momenteel ontwikkelen te verbeteren.

De zware regenval die steeds vaker over Europa trekt, kan bijzonder schadelijk zijn in Noorwegen, waar de kleirijke grond gevoelig is voor aardverschuivingen. Als onderdeel van haar masterscriptie in civiele techniek, Mathilde Metral werkte samen met het Noorse Geotechnisch Instituut (NGI) om het computermodel te testen dat ingenieurs daar ontwikkelen om aardverschuivingen in klei te voorspellen. "Ik wilde geotechnische concepten toepassen om natuurrampen te helpen voorkomen, " zegt ze. "Mijn interesse in dit onderwerp komt voort uit de uitdaging om deze complexe verschijnselen te onderzoeken en uit de bergsportactiviteiten die ik graag doe." Metral werkte samen met EPFL's Laboratory of Soil Mechanics (LMS), onder leiding van prof. Lyesse Laloui, voor haar onderzoek. De suggestie om met NGI samen te werken - over de hele wereld bekend om zijn expertise in kleigronden - kwam van Alessio Ferrari, een onderzoeksmedewerker bij LMS en de scriptieadviseur van Metral.

Noorwegen heeft de afgelopen 12 jaar drie grote aardverschuivingen meegemaakt vanwege de onstabiele aard van zijn snelle klei. Het eerste evenement vond plaats in Kattmarka op 13 maart 2009, toen een aardverschuiving verschillende gebouwen en een deel van een snelweg wegvoerde. Vervolgens, op 10 november 2016, een stromende massa snelle klei doodde drie bouwvakkers in Sorum. En op 30 december 2020 in Gjerdrum, een dorp met 5, 000 inwoners ten noordoosten van Oslo, een aardverschuiving bracht 30 huizen met de grond gelijk. Bij die ramp vielen negen doden, met één persoon nog steeds vermist en ongeveer 1, 000 mensen moeten worden geëvacueerd.

Een technologische uitdaging

Ingenieurs in Noorwegen werken al enkele jaren aan de ontwikkeling van een computermodel dat dergelijke rampen kan voorspellen. Maar de betrokken mechanismen zijn complex, en het modelleren ervan vergt nogal wat onderzoek, vallen en opstaan. De masterproef van Metral omvatte het testen van de robuustheid van het ingenieursmodel door te zien hoe goed het de aardverschuivingen van 2009 en 2016 kon repliceren. Ze voerde terugberekeningen uit, het model draaien op basis van de destijds gebruikte parameters om te bepalen wat het model zou hebben voorspeld en wat er nog nodig was voor een nauwkeurige voorspelling.

"De Noorse kleihellingen zijn alleen stabiel in mariene omgevingen. Maar aangezien het Noorse klimaat verandert en zware regenval het zout verwijdert dat van nature in de bodem aanwezig is, de grond kan gemakkelijk instorten als een kaartenhuis, ", zegt Metral. "Het is een reële bedreiging voor nabijgelegen huizen en infrastructuur." Veel van wat snelle kleiaardverschuivingen zo moeilijk te voorspellen maakt, is dat ingenieurs de fundamentele wetten van de vloeistofmechanica moeten toepassen op klassieke geotechnische stoffen. De reeks variabelen die ze hebben om mee te rekenen in hun vergelijkingen zijn bodemtopografie en dichtheid, vloeispanning in de intacte en vloeibare toestand van de bodem, en de kwaliteit van bodemsamenstellingsgegevens verkregen tijdens grondonderzoeken.

De beperkingen van software

"Ik was in staat om te identificeren waar de afzettingsgebieden waren voor de gebeurtenissen van 2009 en 2016 en het waarschijnlijke tijdsinterval voor de aardverschuivingen te berekenen, ", zegt Metral. "Het NGI-model heeft het Kattmarka-model goed nagebootst. Maar voor Sorum, het was moeilijk om te weten wat de bodemgesteldheid op dat moment was, omdat de topografische kaarten daar ouder zijn en er op dat moment bouwwerkzaamheden aan de gang waren." Door effecten te testen die niet eerder waren bestudeerd en die nog niet operationeel zijn, Metral hielp de NGI-ingenieurs hun selectiecriteria te verfijnen en de beperkingen van hun software beter te begrijpen.

Dit soort voorspellende modellen worden steeds belangrijker naarmate de opwarming van de aarde toeneemt, volgens Ferrari:"De opwarming van de aarde versterkt fenomenen zoals extreme regenval, degradatie van de permafrost en het toegenomen smelten van sneeuw. Als gevolg hiervan, de impact van aardverschuivingen zal waarschijnlijk toenemen in kwetsbare gebieden. Door modelleringssoftware te ontwikkelen en te verfijnen, zoals Mathilde deed voor haar masterscriptie, kunnen we beter anticiperen op de mogelijke gevolgen van aardverschuivingen en de bijbehorende risico's beperken."