El 'muro de viento' puede volar edificios con fuerza de huracán de categoría 5

El siguiente ensayo se reproduce con permiso de The Conversation, una publicación en línea que cubre las últimas investigaciones.

En un hangar de aviones en Miami, los ingenieros están recreando algunos de los vientos huracanados más poderosos que jamás hayan tocado tierra. Estos vientos de categoría 5 pueden destrozar un edificio de prueba en un abrir y cerrar de ojos.

Sin embargo, no son lo suficientemente potentes como para mantenerse al día con la naturaleza.

Cuando los ingenieros construyeron la instalación de prueba Wall of Wind hace 10 años en la Universidad Internacional de Florida, se inspiraron en el huracán Andrew, una tormenta monstruosa que devastó el sur de Florida en 1992.

La instalación fue diseñada para probar la capacidad de las estructuras para soportar vientos de hasta 160 millas por hora (257 kilómetros por hora). Ahora, estamos viendo huracanes como el huracán Dorian, que destrozó vecindarios en las Bahamas con vientos de 296 km/h (184 mph) en 2019, y el huracán Patricia, con vientos de 346 km/h (215 mph) frente a la costa. de México en 2015.

Los estudios muestran que las tormentas tropicales están aumentando en intensidad a medida que cambia el clima y aumentan las temperaturas del océano y del aire. El diseño de viviendas e infraestructura para soportar futuras tormentas como Dorian requerirá nuevas instalaciones de prueba que van mucho más allá de las capacidades actuales, para lo que creemos que deberían llamarse tormentas de categoría 6.

El Muro del Viento

Actualmente solo hay una instalación de prueba de tamaño real en una universidad de EE. UU. capaz de generar vientos de categoría 5, actualmente el nivel más poderoso de huracán. Ese es el Muro del Viento.

En un extremo de la instalación hay una pared curva de 12 ventiladores gigantes, cada uno tan alto como una persona promedio. Trabajando juntos, pueden simular un huracán de 160 mph. Los chorros de agua simulan la lluvia impulsada por el viento. En el otro extremo, el edificio se abre a un gran campo donde los ingenieros pueden ver cómo y dónde fallan las estructuras y vuelan los escombros.

Las poderosas tempestades que creamos aquí nos permiten a nosotros y a otros ingenieros investigar las debilidades en la construcción y el diseño, rastrear fallas en cascada a través de un edificio y probar soluciones innovadoras en condiciones de tormenta cercanas a las del mundo real. Las cámaras y los sensores capturan cada milisegundo a medida que los edificios, los materiales para techos y otros elementos se deshacen o, lo que es más importante, no fallan.

Diez años de investigación aquí han ayudado a constructores y diseñadores a reducir el riesgo de daños. Eso es útil cuando los meteorólogos advierten, como lo hacen para 2022, de una temporada de huracanes ocupada con varios huracanes importantes.

Lecciones de las pruebas de huracanes

Hemos encontrado en pruebas destructivas que una estructura a menudo se rompe en menos de un segundo. Todo lo que se necesita es que el viento penetre en el punto más débil.

Cuando el huracán Dorian azotó las Bahamas, muchas casas mal construidas se convirtieron en metralla, creando otro problema. Una vez que un edificio falla, incluso las casas cercanas construidas para soportar vientos más fuertes tienen problemas debido a los escombros que vuelan. Nuestras pruebas han demostrado cómo los escombros de un edificio, bajo vientos continuos de 130-140 mph o más, pueden derribar el siguiente edificio, y luego eso derriba el siguiente edificio.

Los techos son a menudo ese eslabón más débil. Un techo está sujeto a la fuerza de elevación durante una tormenta, por lo que el viento que golpea la superficie del edificio debe poder escapar. Cuando el viento golpea objetos en ese camino, puede causar daños.

Los nuevos diseños están mejorando la forma en que los edificios resisten los vientos extremos. Por ejemplo, las tormentas pueden crear poderosos vórtices (vientos que se arremolinan casi como un sacacorchos en el borde de un edificio) que pueden arrancar el material del techo y eventualmente levantar el techo mismo. Una innovación utiliza una turbina eólica horizontal a lo largo del borde de un techo para difundir el viento y generar energía al mismo tiempo, un doble beneficio.

La forma de los edificios también puede crear debilidades o ayudar a desviar el viento. Notarás que la mayoría de los rascacielos modernos evitan las esquinas pronunciadas. Las pruebas muestran que los bordes más trapezoidales o redondeados pueden reducir la presión del viento sobre los edificios.

Y una mejor seguridad no tiene por qué ser costosa. Un experimento mostró cómo solo US$250 en mejoras era la diferencia entre un edificio pequeño del tamaño de un cobertizo que resistía una tormenta de categoría 3, o no. Las correas para huracanes sujetan una armadura de techo al perímetro de la casa. Los clavos de vástago anillado, que tienen hilos alrededor del vástago para sujetar la madera, pueden resistir las fuerzas del viento mejor que los clavos lisos. Las persianas contra huracanes también bloquean los puntos de entrada donde el viento puede penetrar y provocar fallas catastróficas.

La instalación también es importante y ayuda a explicar por qué los techos que parecen cumplir con los requisitos del código de construcción aún pueden fallar y salir volando durante los huracanes.

Los experimentos que realizamos han demostrado cómo un sistema de borde (los elementos metálicos entre las paredes y el techo) que se instala media pulgada más alto o más bajo puede fallar prematuramente con vientos bajos, a pesar de que el sistema fue diseñado para resistir un huracán de categoría 5. Es posible que los techadores que instalen tejas de asfalto y tejas para techos deban ir más allá del código actual al sellar los bordes para evitar que fallen durante una tormenta.

Pruebas en expansión: vientos de 200 mph + marejada ciclónica

Si bien los ingenieros han ido adquiriendo conocimientos a través de las pruebas, la naturaleza de las tormentas está cambiando a medida que el planeta se calienta.

Las temperaturas más cálidas, impulsadas por el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero de las actividades humanas, permiten que el aire retenga más humedad y los océanos más cálidos proporcionan más energía para alimentar los huracanes. Las investigaciones muestran que las tormentas más grandes e intensas, que contienen más agua y se mueven más lentamente, golpearán las áreas que golpean con más viento, marejadas ciclónicas, inundaciones y escombros.

Un estudio estimó que si el huracán Ike, que devastó Galveston, Texas, en 2008, azotara el clima más cálido que se espera para fines del siglo XXI, sus vientos serían un 13 % más fuertes, se movería un 17 % más lento y sería un 34 % más húmedo .

Tormentas como estas son la razón por la que estamos trabajando con otras ocho universidades para diseñar una nueva instalación para probar la construcción contra vientos de 200 mph (322 km/h), con una cuenca de agua para probar el impacto de la marejada ciclónica de hasta 20 pies (6 metros ) olas positivas altas.

Las computadoras pueden modelar los resultados, pero sus modelos aún deben verificarse mediante experimentos físicos. Al combinar la acción del viento, la marejada ciclónica y las olas, podremos ver todo el huracán y cómo interactúan todos esos componentes para afectar a las personas y el entorno construido.

Las pruebas de desastre están encontrando formas de hacer que los hogares sean más seguros, pero depende de los propietarios asegurarse de conocer las debilidades de sus estructuras. Después de todo, para la mayoría de las personas, su hogar es su activo más valioso.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.