Una nuova ricerca della Florida State University punta a ripensare la forma degli edifici per renderli più resistenti agli uragani. Lo studio ha analizzato pareti e tetti caratterizzati da superfici ondulate, mostrando che questa soluzione può ridurre i carichi del vento fino al 60% rispetto alle strutture tradizionali.
Pubblicato sulla rivista Engineering Structures, il lavoro suggerisce quindi un approccio alternativo alla progettazione antisismica, basato non soltanto sulla robustezza dei materiali ma anche sull’aerodinamica dell’edificio.
Edifici ondulati contro il vento degli uragani
Il gruppo di ricerca della FAMU-FSU College of Engineering ha realizzato modelli di edifici bassi tramite stampa 3D, dotandoli di sistemi esterni ondulati su pareti e coperture al posto delle tradizionali superfici piatte.
I modelli sono sottoposti a test in una galleria del vento, considerando diverse ampiezze delle ondulazioni, comprese tra il 5% e il 10% dell’altezza dell’edificio. I ricercatori hanno quindi misurato le variazioni della pressione esercitata dal vento sulle diverse superfici e da più direzioni.
Il risultato più significativo è arrivato dal modello con la maggiore profondità delle onde: nelle zone vicine agli angoli del tetto e delle pareti, le pressioni massime del vento sono diminuite tra il 40% e il 60% rispetto alle configurazioni tradizionali.
«Cambiare la forma di un edificio può ridurre significativamente l’intensità delle forze del vento che deve sopportare», ha spiegato Pedro Fernández-Cabán, coautore dello studio e assistant professor di ingegneria civile.
Così le onde interrompono i vortici
Il principio alla base della soluzione riguarda il modo in cui l’aria scorre intorno agli edifici. Quando il vento colpisce una struttura, può generare zone di bassa pressione, mentre le forze più intense tendono a concentrarsi soprattutto su angoli e bordi del tetto.
Sulle superfici piatte possono formarsi vortici particolarmente intensi, responsabili di elevate forze di aspirazione. Le forme ondulate studiate dai ricercatori cercano invece di interrompere questo fenomeno.
Il vento non scorre più uniformemente lungo una parete o un tetto, ma incontra una successione di rilievi e avvallamenti arrotondati. Il flusso viene così separato e reindirizzato in più punti, creando diverse zone di separazione e ricircolo invece di un unico vortice più ampio.
L’effetto può essere paragonato a una pietra che rimbalza sulla superficie dell’acqua: il flusso d’aria “salta” tra le diverse ondulazioni, contribuendo a distribuire e ridurre le pressioni concentrate sulla struttura.
Una soluzione alternativa alla robustezza dei materiali
La riduzione dei carichi del vento rappresenta una sfida costante per l’ingegneria strutturale. Esistono già diverse strategie, come angoli arrotondati, pareti inclinate e arretramenti, oppure l’impiego di pareti più spesse e resistenti.
Queste soluzioni, tuttavia, possono comportare costi aggiuntivi e non sempre sono compatibili con i vincoli progettuali o con le caratteristiche del sito. Intervenire su edifici già esistenti può inoltre risultare particolarmente complesso.
La ricerca della Florida University apre quindi alla possibilità di utilizzare facciate e coperture dalle forme non convenzionali come ulteriore strumento per limitare i danni provocati dai venti estremi.
Dall’edilizia all’aeronautica
Gli autori sottolineano che i risultati non riguardano esclusivamente la progettazione degli edifici. Lo studio dei fluidi e del comportamento dei vortici può avere applicazioni più ampie in discipline come aeronautica, scienze ambientali e fisica.
«L’ottimizzazione aerodinamica richiede un approccio multidisciplinare che bilanci sicurezza strutturale, resilienza, efficienza dei materiali e prestazioni», ha osservato Fernández-Cabán.
La ricerca non si ferma ai test già realizzati. Il team sta conducendo nuovi esperimenti per analizzare meglio i flussi d’aria attorno alle superfici ondulate e prevede di utilizzare modelli di fluidodinamica computazionale per ottimizzare ulteriormente i disegni ed esplorare geometrie non ancora testate nella galleria del vento.
