Si alguna vez doblaste por una calle de la ciudad solo para ser golpeado con aire, has entrado en lo que se conoce como un cañón urbano.

Al igual que sus contrapartes geológicas, Los cañones urbanos son espacios entre dos superficies altas, en este caso, Edificios. Las ráfagas que canalizan sin embargo, tienen implicaciones reales. Pueden magnificar los vientos de un huracán o aumentar la temperatura del aire de una ciudad según su disposición, una disposición conocida como textura de ciudad. El problema es, según investigadores del MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub), que las prácticas actuales de mitigación de peligros no consideran la textura de la ciudad. Como consecuencia, con frecuencia subestiman los daños, en algunos casos hasta en un factor de tres.

Reconsiderando las prácticas actuales

Para comprender el impacto potencial de la textura de la ciudad, Los investigadores de CSHub investigaron primero las prácticas de construcción actuales. Una de las prácticas que examinaron fueron los códigos de construcción.

Según la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias, "Los códigos de construcción son conjuntos de normas que rigen el diseño, construcción, modificación, y mantenimiento de estructuras ". Uno de sus propósitos es proteger a los habitantes de un edificio de desastres naturales especificando la resistencia de ese edificio.

Para mantener los edificios a salvo de los peligros del viento, los códigos estipulan cómo un edificio debe interactuar con el viento, un valor conocido como coeficiente de arrastre. El coeficiente de arrastre de un edificio determina la cantidad de resistencia del aire que experimentará cuando se exponga al viento. A medida que aumenta el coeficiente de arrastre de un edificio, también lo hace su probabilidad de daño.

"Los códigos de diseño asumen que los edificios tienen coeficientes de arrastre fijos. Y, en cierto modo, eso tiene sentido:la forma de un edificio no cambia mucho, "dice Jake Roxon, investigador de CSHub. "Sin embargo, Hemos descubierto que no es solo la forma del edificio lo que afecta su coeficiente de arrastre, sino también la configuración local de los edificios adyacentes, a lo que nos referimos como textura urbana ".

La textura urbana mide la probabilidad de encontrar un edificio vecino a cierta distancia de un edificio determinado. Roxon lo calcula dibujando anillos de cierto diámetro alrededor de cada edificio en una ciudad. Luego cuenta el número de edificios en cada anillo.

Cuantos más edificios haya en cada anillo, mayor es la probabilidad de encontrar un edificio a esa distancia. Y cuanto mayor sea la probabilidad, cuanto más ordenada y regular sea la textura local, mientras que cuanto menor sea la probabilidad, el más desordenado e impredecible. Para capturar la textura de toda una ciudad, Roxon promedia en conjunto la textura de cada uno de sus edificios.

"De media, Hemos encontrado que las áreas con texturas desordenadas tienen más resiliencia, "dice Roxon." Si no puede predecir de qué ángulo vendrá el viento, ofrecerá el mayor nivel de protección. Por otra parte, para una ciudad ordenada con la misma densidad de edificios, esperaría ver más daños durante un evento de peligro extremo ".

La razón detrás de la resistencia de las calles desordenadas es cómo distribuyen el viento. Al distribuir el viento de forma más aleatoria, ciudades desordenadas como Boston o París experimentan menos del aumento que se produce cuando el viento viaja por los pasillos de las ciudades ordenadas, como Nueva York. En algunos casos, las ciudades con texturas más ordenadas pueden magnificar los vientos huracanados de una categoría 3 a una categoría 4, Roxon ha encontrado.

El impacto de la textura de la ciudad en los coeficientes de arrastre y las cargas de viento apareció de manera prominente durante el huracán Irma en 2017, que pasó por el oeste de Florida.

"Un ejemplo del efecto de textura son los condados de Sarasota y Lee en Florida durante Irma, "explica Ipek Bensu Manav, un investigador de CSHub que colabora con Roxon. "Esos condados están ubicados geográficamente cerca unos de otros, por lo que experimentan un riesgo de huracán similar. Y cuando miras las existencias de edificios, también son similares, en su mayoría casas unifamiliares de una y dos plantas ".

Sin embargo, los dos condados diferían en términos de textura.

"El condado de Sarasota tiene una textura menos ordenada, cayendo menos en una cuadrícula típica, y el condado de Lee tiene una textura más ordenada, ", dice Manav." Al mirar el condado de Lee, vimos más daños estructurales:algunos edificios se derrumbaron por completo. También hubo más inundaciones y derrumbes de vegetación. Entonces, Irma causó mucho más daño en el condado que tuvo un mayor efecto de textura ".

Resulta, también, que las texturas ordenadas tienen un efecto similar sobre el calor.

"Hemos descubierto que este también es el caso de la temperatura, específicamente, el efecto isla de calor urbano, ", dice Roxon." Las ciudades ordenadas experimentan la mayor diferencia de temperatura entre ellas y su entorno rural por la noche ".

Descifrado de código

Entonces, luego, si los trazados de las calles influyen en gran medida en los daños por peligro, ¿Por qué los códigos de construcción no los tienen en cuenta?

Simplemente pon, actualmente es demasiado difícil incorporarlos.

Ahora, la herramienta estándar para investigar los coeficientes de arrastre de un edificio es la dinámica de fluidos computacional (CFD). Las simulaciones CFD miden el coeficiente de arrastre de un edificio y su riesgo de peligro al modelar el flujo de calor y viento. Aunque muy preciso, Las simulaciones de CFD exigen un tiempo y unos requisitos informáticos a escala prohibitivamente intensos.

"Utilizando los recursos actuales, Las simulaciones de CFD simplemente no funcionan a escala de ciudades, "dice Roxon." Ciudad de Nueva York, por ejemplo, tiene más de 1 millón de edificios. Ejecutar una simulación llevaría mucho tiempo. Y si hace un pequeño ajuste en la disposición de los edificios o en la dirección del viento, tienes que volver a ejecutar la simulación ".

A pesar de sus imperfecciones, Las simulaciones CFD siguen siendo una herramienta importante para comprender el flujo del viento. Pero Roxon cree que su modelo de textura de ciudad puede compensar las limitaciones de CFD y, en el proceso, hacer que las ciudades sean más resilientes.

"Hemos descubierto que existen determinadas variables derivadas de la textura de la ciudad que nos permiten, con relativa precisión, estimar los coeficientes de arrastre para edificios e identificar áreas vulnerables a riesgos de daños. Luego, podemos ejecutar simulaciones CFD para determinar con precisión dónde ocurrirá ese daño ".

Esencialmente, la textura de la ciudad sirve como una herramienta de primera línea para las partes interesadas, permitiéndoles evaluar el riesgo y luego utilizar sus recursos, incluyendo CFD, de manera más eficiente para identificar los edificios vulnerables para su reacondicionamiento y, Sucesivamente, salva vidas.

La imagen completa

Además de la pérdida de vidas, los desastres naturales causan un inmenso costo financiero. Según la Administración Nacional Oceanográfica y Atmosférica, 258 desastres naturales han causado más de 1,75 billones de dólares en daños en los Estados Unidos desde 1980.

Si bien numerosas prácticas pueden predecir y mitigar estos costos, Manav ha descubierto que todavía dejan mucho sobre la mesa, a saber, textura de la ciudad.

Al colaborar con Roxon, ha descubierto que al descontar características de la comunidad como la textura de la ciudad, los modelos actuales subestiman las pérdidas, a menudo dramáticamente.

Para aplicar textura a las pérdidas causadas por huracanes, Manav miró una vez más a los condados de Sarasota y Lee de Florida. Realizó una estimación de pérdida convencional y una estimación de pérdida ajustada por la textura de la ciudad para cada condado en función del percentil 95 de los eventos de peligro esperados anuales, equivalente a algunos de los huracanes más fuertes, como Irma. Descubrió que las pérdidas esperadas aumentaron cuando incorporó la textura de la ciudad en sus estimaciones. El aumento fue particularmente agudo en el condado de Lee, cuya textura ordenada probablemente magnificaría las cargas de viento.

"En el condado de Sarasota, vimos un aumento en la pérdida esperada del 1 por ciento al 6 por ciento del valor promedio de la vivienda al incorporar la textura de la ciudad, ", dice Manav." Pero al hacer lo mismo con el condado de Lee, vimos una cantidad apreciablemente mayor de daño, equivalente a aproximadamente el 9 por ciento del valor promedio de una vivienda ".

Sin incorporar textura de ciudad, luego, estas estimaciones convencionales subestiman drásticamente los daños. Esto hace que los residentes no sean conscientes de su riesgo de peligro, y, en consecuencia, los deja vulnerables.

Los incentivos para la resiliencia

Por muy aleccionadoras que sean estas estimaciones de pérdidas, Manav espera que aún puedan ayudar a las comunidades a ser más resistentes a las amenazas.

En la actualidad, ella nota, la resiliencia a las amenazas no se ha implementado ampliamente porque la mayoría desconoce sus costos y beneficios.

"Una de las razones por las que no se están implementando las prácticas de mitigación de peligros es que sus beneficios no se comunican de manera exhaustiva, "ella dice." Obviamente, existe el costo de construir con mejores estándares. Pero para equilibrar estos costos, existen los beneficios de reducir los costos de reparación después de eventos de peligro ".

Estos costos de daños reducidos son significativos.

Acciones tan simples como elegir tejas más resistentes, mejorar las conexiones de techo a pared, y agregar contraventanas y ventanas con clasificación de impacto puede mitigar los daños por peligros lo suficiente como para pagarlos en tan solo dos años en áreas propensas a peligros como la costa de Florida.

Al usar la textura de la ciudad para calcular los costos de los peligros, Manav y Roxon esperan que los propietarios de viviendas, desarrolladores y los formuladores de políticas optarán por implementar estas prácticas relativamente simples. La única clave es dar a conocer ampliamente sus incentivos.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.