Desde la distancia, una ráfaga descendente puede parecer un torrente de lluvia intensa . Pero a nivel del suelo, su comportamiento puede ser mucho más destructivo.
Por Amal Elawady, Fahim Ahmed, Mohamed Eissa y Omar Metwally
Cuando los vientos de una ráfaga tocan el suelo, se disparan horizontalmente en todas direcciones, a veces con suficiente fuerza para romper ventanas y volcar vehículos.
Estos vientos se comportan de forma compleja , especialmente en las ciudades, como demuestra nuestra última investigación. Los vientos descendentes pueden desviarse de los edificios altos, aumentando la presión sobre las ventanas y paredes de los edificios vecinos. Como resultado, pueden reventar cristales y astillar la fachada. Incluso los edificios diseñados para resistir huracanes pueden sufrir daños importantes en una ráfaga descendente.
Como ingenieros, estudiamos las ráfagas descendentes con el objetivo de diseñar edificios, componentes como paneles solares y ventanas, e infraestructura como líneas eléctricas que puedan resistir esa poderosa fuerza. Para ello, basándonos en mediciones de campo, creamos nuestras propias ráfagas descendentes utilizando un simulador de huracanes conocido como el Muro de Viento de la Universidad Internacional de Florida.
¿Qué es un downburst?
Las ráfagas descendentes pueden ser tan destructivas como los tornados, pero sus vientos se desarrollan de una manera muy diferente.
Una ráfaga descendente se forma cuando una tormenta eléctrica arrastra aire más frío y pesado desde las alturas de la atmósfera. A medida que este aire, enfriado por la lluvia, desciende rápidamente, gana velocidad. Una vez que impacta contra el suelo, solo tiene adónde ir, generando fuertes vientos en todas las direcciones horizontales.
La velocidad del viento en una ráfaga descendente puede superar los 240 kilómetros por hora. Esa es la fuerza de un huracán de categoría 4, capaz de derribar árboles y cables eléctricos, dañar edificios y volcar vehículos.
Estos vientos también giran, pero no de la misma manera que los tornados. Los vientos descendentes suelen considerarse vientos en línea recta, pero giran sobre un eje horizontal al ascender tras tocar tierra. Los tornados, en cambio, giran sobre un eje vertical.
Los sistemas de tormentas potentes, conocidos como derechos, suelen estar formados por múltiples grupos de ráfagas descendentes, cada uno de los cuales contiene muchas ráfagas descendentes más pequeñas, a veces llamadas microrráfagas.
Recreando la crisis de Houston en un almacén
El 16 de mayo de 2024, un derecho azotó Houston con una ráfaga descendente tan fuerte que destrozó las ventanas de varios rascacielos construidos para resistir huracanes de categoría 4. Los vientos también arrancaron fragmentos de las fachadas de los edificios.
Dos meses después, el huracán Beryl golpeó Houston con vientos de velocidades similares, pero dejó daños mínimos en los edificios del centro.
Para entender cómo una ráfaga de viento como esta puede ser mucho más destructiva, y qué pueden hacer las ciudades y los diseñadores de edificios al respecto, simulamos los vientos de la ráfaga de viento de Houston y los vientos del huracán Beryl en el Muro de Viento.
Las instalaciones de prueba están equipadas con una docena de ventiladores de chorro, cada uno casi tan alto como los operarios y con la potencia suficiente para simular un huracán de categoría 5. Nuestro equipo utilizó estos ventiladores para recrear potentes ráfagas de viento descendentes que impactan horizontalmente con velocidades máximas cerca del suelo. Posteriormente, probamos varios modelos de edificios para observar cómo reaccionaban los techos, ventanas, fachadas y las estructuras de las líneas eléctricas bajo esa fuerza.
En el derecho de Houston, una ráfaga de viento azotó el centro con vientos de 160 km/h. Rompió algunas ventanas inferiores, probablemente con escombros arrastrados por el viento, pero también causó daños generalizados e inesperados en la parte media de algunos edificios.
El Auditorio del Edificio Chevron sufrió los mayores daños en un lado que no estaba directamente en la trayectoria de la tormenta, sino frente a otro edificio alto. Esto generó algunas preguntas intrigantes. Sugirió que la forma en que los edificios canalizan el viento pudo haber creado una fuerte succión que reventó las ventanas a la mitad de la torre. Otra pregunta candente es si los códigos de diseño de edificios están desactualizados en cuanto a la resistencia de sus revestimientos a estos vientos localizados.
Utilizando el Muro de Viento, pudimos probar esas presiones en modelos de los edificios de Houston y ver cómo los vientos descendentes aumentaron la presión en un modelo de edificio alto con fuerzas excesivas cerca del nivel del suelo .
La capacidad de simular estos vientos es importante para que los ingenieros comprendan mejor las diferencias en cómo las ráfagas descendentes y otros fenómenos eólicos ejercen fuerza sobre los edificios. Los resultados, en última instancia, fundamentan las normas de construcción para ayudar a crear comunidades más resilientes y mejor protegidas.
Construyendo mejores líneas eléctricas
Las grandes tormentas, al igual que las ráfagas descendentes, también pueden derribar líneas eléctricas.
Las líneas eléctricas se extienden cientos de kilómetros entre ciudades y estados, lo que las hace más susceptibles al impacto de una tormenta severa localizada, como una ráfaga descendente. Si una de las torres se derrumba, puede causar una reacción en cadena, como fichas de dominó cayendo una tras otra. Esto puede dejar sin electricidad a un gran número de personas.
Junto con nuestros colegas, hemos estado probando torres de transmisión y sistemas de líneas eléctricas de varios tramos bajo vientos huracanados y de ráfagas descendentes para comprender cómo responden estas estructuras, con el objetivo de desarrollar mejores técnicas de construcción. Este trabajo ha contribuido a actualizar el manual estadounidense para el diseño de líneas eléctricas , que los ingenieros utilizan para diseñar torres de transmisión más seguras y resistentes a las tormentas.
¿Qué sigue?
Los edificios de baja y mediana altura también son vulnerables a las ráfagas descendentes, pero sus efectos son menos conocidos. Los vientos descendentes alcanzan su máxima intensidad entre 3 y 90 metros de altura, lo que significa que los techos y las paredes de algunos edificios de baja altura pueden verse afectados por fuertes vientos horizontales.
Los códigos de construcción recientes han ofrecido directrices de diseño para garantizar que estos edificios resistan los tornados . Sin embargo, la forma en que las ráfagas descendentes giran en un corto período de tiempo alrededor de un edificio o una comunidad de edificios ejerce presión sobre las paredes y el techo de diferentes maneras. Al igual que los vientos en línea recta, se espera una alta succión en el techo. Debido a su corta duración, la dirección variable del viento y la intensa velocidad del mismo , las ráfagas descendentes también pueden causar vibraciones excesivas y una distribución variable de la presión en los componentes del techo.
Actualmente estamos realizando pruebas para detectar daños por ráfagas descendentes en edificios bajos y medianos para comprender mejor los riesgos y ayudar a destacar los cambios que pueden hacer que los edificios sean más resilientes.
A medida que la población crece, las ciudades construyen más edificios . Al mismo tiempo, las tormentas fuertes se vuelven más frecuentes e intensas. Comprender los efectos de los diferentes tipos de tormentas ayudará a los ingenieros a construir edificios altos y bajos, así como líneas eléctricas, que resistan mejor las condiciones climáticas extremas.
Este artículo se republica de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
