Huracanes extremos: ¿cómo funcionan los laboratorios-simuladores?

Cuando la Universidad Internacional de Florida (FIU, por sus siglas en inglés) enciende el "Muro del Viento" en su hangar de aviones convertido en laboratorio de ingeniería, los 12 enormes ventiladores recrean la fuerza de un gran huracán. En cuestión de segundos, las paredes y el techo de su objetivo, una maqueta del tamaño de una casa, pueden ser arrancados y arrojados a un campo cubierto por una red.

Mira este video acerca de la formación de los huracanes:

Esta, y otras pruebas, indican a los ingenieros del Instituto de Eventos Extremos de la universidad cómo diseñar y construir estructuras que resistan los vientos de más de 250 kilómetros por hora que acompañan a una tormenta de categoría 5. Pero ahora, cuando el cambio climático amenaza con empeorar las tormentas, los científicos planean construir un nuevo laboratorio de huracanes para probar lo que algunos llaman extraoficialmente tormentas "categoría 6".

"Quiero investigar y hacer pruebas en el rango de 273 o 305 kilómetros por hora. Mucha de las pruebas se realizan a velocidades de viento más bajas, pero necesito probar con velocidades de viento extremas porque ahí es a donde va la naturaleza", advierte Richard Olson, director del instituto. "¿Quién quiere estar dando explicaciones dentro de 20 años porque sabíamos que esto iba a pasar pero nunca hicimos nada al respecto?".

Dos tormentas recientes demuestran su argumento: el huracán Patricia que golpeó a México en 2015 tras alcanzar vientos de 346 km/h, y el huracán Dorian que azotó las Bahamas en 2019 con vientos de 297 km/h.

Con una subvención de casi 13 millones de dólares de la Fundación Nacional de la Ciencia (NSF, por sus siglas en inglés), la universidad planea diseñar un laboratorio en el que se puedan probar potentes vientos de 321 km/h, y añadir equipos que inunden casas modelo de tamaño real con marejadas de seis metros.

"Tendremos una instalación que podrá simular ese rango. Va a dar a Estados Unidos y al mundo una nueva capacidad", proyecta Arindam Gan Chowdhury, ingeniero civil de la FIU y principal investigador del proyecto.

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Huracanes extremos: cómo proteger las casas

Este año, los meteorólogos prevén una temporada de huracanes superior a la media por tercer año consecutivo. Apenas un día después del inicio oficial de la temporada, el 1 de junio, el sur de Florida se vio inundado por más de 30 centímetros de lluvia, lo que acabó convirtiéndose en la tormenta tropical Alex. Después de la del 2020, la temporada de huracanes del año pasado fue considerada la tercera más activa.

La ciencia detrás de cómo el cambio climático afectará a los huracanes es cada vez más clara. Un informe publicado en agosto por el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) concluyó que el calentamiento de las temperaturas hará que los huracanes sean más lentos, más lluviosos y más propensos a intensificarse rápidamente, es decir, que una tormenta aumente la velocidad del viento a 56 kilómetros por hora en tan sólo 24 horas. 

En la escala Saffir-Simpson, la categoría 5 (la más alta) no tiene un límite superior. Los científicos no concuerdan sobre la creación de una categoría 6; algunos piensan que otra clasificación podría centrar excesivamente la atención en el viento, cuando el 90% de las muertes por huracán en Estados Unidos son consecuencia de las mareas de tempestad y las inundaciones, lo que amenaza a 24 millones de personas.

El laboratorio Wall of Wind de la FIU, construido en 2012, fue una respuesta al huracán Andrew, el catastrófico fenómeno de categoría 5 que azotó el sur de Florida en 1992 y causó daños por valor de 25.000 millones de dólares. La recuperación fue larga y dolorosa; los códigos técnicos de construcción contra huracanes de Florida (actualizados después de Andrew) siguen siendo los más estrictos del país, según el Instituto de Seguros para la Seguridad de Empresas y Viviendas.

Desde entonces, los ingenieros de la FIU han avanzado en la ciencia de la protección de las estructuras. Han aprendido cómo las pequeñas adaptaciones pueden ayudar a endurecer las casas contra los vientos feroces. Por ejemplo, los clavos de punta anular dentada se sujetan mejor que los lisos; los tejados de cuatro lados tienen más probabilidades de mantenerse; y las correas metálicas para huracanes ayudan a mantener los tejados unidos a las paredes. 

El simulador-laboratorio es la mayor instalación de este tipo en Estados Unidos y puede probar vientos máximos de categoría 5. Para generar tales velocidades, se necesitan ventiladores de dos metros de ancho y 6800 kilogramos cada uno, el peso de dos camiones. 

Observa en estas imágenes los daños ocasionados por huracanes:

Incluso cuando soplan a 100 km/h, el rugido de los ventiladores es tan fuerte que es necesario gritar en las conversaciones para poder entenderse. Durante una prueba realizada en mayo, financiada por la División de Gestión de Emergencias de Florida, los ingenieros colocaron un modelo de plástico de una casa móvil delante de los ventiladores para investigar dónde ejerce el viento la mayor presión sobre las casas prefabricadas. El viento sopló a través de un suelo cubierto de aletas y bloques metálicos que simulan edificios y árboles y crean turbulencias. Mientras la maqueta giraba sobre un disco en el centro de la sala, una maraña de cables negros en el interior medía la presión ejercida sobre las paredes, el techo y las esquinas.

Desde un remolque situado a la entrada de las instalaciones, el director del laboratorio, Walter Conklin, dirigió el experimento a través de una transmisión en directo. "Cuando ascendemos a 252 km/h, todo tiembla (en el remolque). Se siente", precisó. Para producir 321 km/h en la nueva instalación, dice que necesitarán el doble de electricidad.

Por el momento, la nueva instalación de la FIU se llamará Infraestructura Nacional a Escala Real para la Prueba de Endurecimiento Comunitario en Eventos de Vientos, Marejadas y Olas Extremas (NICHE, por sus siglas en inglés. Tendrá 12 metros de altura, cuenta Chowdhury, el doble de la altura de la casa del Muro del Viento.

"Sabremos qué sobrevive y qué no sobrevive", explica Chowdhury. "Imagina que estamos en el año 2050 y las pruebas de esta instalación nos dicen que a 321 km/h este tipo de estructuras pueden resistir esos vientos y qué otras no. Con una previsión de tormenta que se acerque a ese nivel de viento, podremos saber qué funciona".

Otras ocho universidades y una empresa privada colaboran con la FIU en el prototipo. El NICHE combinará observaciones en los lugares de la catástrofe, simulaciones por ordenador y experimentos como los de la FIU para mejorar la comprensión de cómo diseñar los edificios.

"Disponer de una instalación como la de la FIU para probar una estructura a escala real y su resistencia al agua y al viento puede salvar vidas", afirma David Merrick, director del Programa de Gestión de Emergencias y Seguridad Nacional de la Universidad Estatal de Florida en Tallahassee (Estados Unidos).

"También es probable que redefina las normas de construcción de viviendas a prueba de huracanes". 

Por qué  es importante adaptar las casas a huracanes extremos

"En algún momento, habrá una mayor necesidad de innovación y de un cambio radical en la forma de construir", estima el ingeniero civil de la FIU Ioannis Zisis, por correo electrónico. 

"Radical", reconoce, suena a extremo, pero no significa que todo el mundo en el sur de Florida tenga que construir un búnker. Describe paredes reforzadas con hormigón, techos de hormigón y revestimientos que protegen las ventanas de los escombros que vuelan. 

Pero convertir esa ciencia en mejoras domésticas sobre el terreno será otro reto, afirma Tracy Kijewski-Correa, ingeniera de estructuras de la Universidad de Notre Dame y co-investigadora principal de NICHE. 

Incluso con la amenaza de tormentas como los huracanes Patricia y Dorian, cientos de miles de personas se han trasladado a las zonas de huracanes de las costas del Este y del Golfo en la última década. Florida, en particular, ha visto un reciente auge en el crecimiento de la población, según los datos del censo de Estados Unidos. 

En un estudio publicado en 2019, Kijewski-Correa descubrió que los residentes de la costa que consideran que el cambio climático es una amenaza creciente son poco propensos a pensar que su casa sería destruida por una tormenta. 

Kijewski-Correa quiere ver como las comunidades expuestas a los huracanes se mueven más rápido para modernizar sus casas, adoptando medidas basadas en el mercado como los incentivos fiscales para alentar a los residentes a hacer mejoras que salven sus hogares.

En el mejor de los casos, dice, los códigos de construcción ayudan a las personas a sobrevivir a las tormentas, pero las casas siguen sufriendo costosos daños estructurales. La aplicación de mejoras edilicias puede ayudar a salvar vidas y medios de subsistencia.

"Si no queremos sufrir estas pérdidas en un clima cambiante, tenemos que dejar de conformarnos con la supervivencia", afirma.