Vântul puternic versus construcții și arhitectură

Tot mai multe excepții

În anumite zone ale planetei, există fenomene extreme cu o anumită recurență, care implică vânturi puternice: tornadele din America de Nord, uraganele din Oceanul Atlantic sau taifunurile din Pacificul de Vest. În mod cumva paradoxal, în zonele afectate de aceste fenomene, se construiește destul de mult pe structuri ușoare – case de lemn, structuri metalice care au o anumită elasticitate. Casele de lemn din preriile americane ridicate în aer de tornade sau cele japoneze împrăștiate de taifunuri sunt evenimente pe care le vedem relativ frecvent la emisiunile de știri, dar aceasta nu îi determină pe cei de acolo să renunțe la acest mod de a construi devenit tradițional și destul de apreciat din rațiuni economice. La noi și în Europa, unde asemenea fenomene sunt mult mai rare (deși în ultimii ani sunt tot mai multe excepții), se construiește pe structuri ceva mai rigide.

Și, totuși, chiar dacă avem furtuni de intensitate mai mică, efectele lor se văd în timp, sub formă de ”oboseală” a structurilor și desprindere a anumitor elemente de construcție: decorațiuni, finisaje, tencuieli insuficient aderente, accesorii, pazii, componenente de acoperiș. Aceasta pentru construcțiile cu regim de înălțime redus; pentru clădiri precum zgârie-nori sau poduri, lucrurile sunt mai complicate – se fac simulări și încercări în tunelul aerodinamic, calcule cu metode numerice ș.a.m.d. Pentru blocurile de locuințe multietajate, de înălțime medie, trebuie luate măsuri care țin de stabilitatea unor elemente precum sistemele termoizolante, ferestrele, aparatele de aer condiționat sau instalațiile aparente.

Calculele pentru a evalua siguranța unei clădiri din perspectiva vântului sunt destul de complexe, și sunt rezervate specialiștilor. Printre parametrii importanți enumerăm valoarea de referință a vitezei, viteza medie și de vârf a vântului, înălțimea de referință sau categoria de teren, turbulențele. Un parametru relativ important este rugozitatea terenului, care ne arată dacă vântul întâlnește obstacole în calea sa. Există terenuri cu rugozitate mică, precum cele de la malul mării, lacurilor, ori pe un câmp plat, fără vegetație și alte obstacole. O rugozitate mai mare o au terenurile cu copaci și case care sunt de cel puțin 20 de ori mai mici decât distanțele dintre ele, iar cea mai mare rugozitate o au zonele urbane, unde cel puțin 15% din suprafață este ocupată de construcții de peste 15 m înălțime. Pare că într-o zonă urbană este mai sigur, dar lucrurile nu sunt chiar atât de simple, deoarece curenții de aer pot deveni imprevizibili în aceste spații, apărând turbulențele.

Acoperișul este cel mai vulnerabil

Efectele vântului asupra clădirilor depind de forma acestora, înălțime, locație, proprietățile fizice ale structurilor respective. Suprafețele exterioare ale casei se comportă ca velele unei corăbii, cu diferite orientări, mai mult sau mai puțin avantajoase. Mai mult, interacțiunea dintre clădire și vânt creează diferențe de presiune care împing și trag structurile sau părți ale lor, provocând diverse reacții: înclinări (dacă este o structură flexibilă), alunecări (când se produce o acțiune de forfecare în paralel cu fundația), răsturnări sau rotiri atunci când casa nu poate aluneca peste fundație. Bineînțeles, aceasta se poate întâmpla la casele la care fundația și suprastructura sunt relativ independente, precum casele de lemn. În termeni plastici, rezistența la vânt a unei structuri este dată de veriga cea mai slabă. Dacă suprastructura este slab ancorată în fundație, riscurile sunt destul de mari. De asemenea, dacă anvelopa casei este slab legată de structură, aceasta se poate desprinde, vulnerabilizând întreaga construcție. Din fericire, la noi se construiește mai degrabă monolitic, cu zidărie confinată sau, atunci când este vorba de structură în cadre, cu o ancorare bună. Sunt vulnerabile însă ușile și ferestrele, mai ales că, odată deschise, aerodinamica unei case în furtună se schimbă radical. O gaură provocată de un obiect ”zburător” în anvelopa clădirii poate provoca pagube nebănuite, creând în interiorul casei o nouă serie de forțe care o solicită.

Se poate spune că acoperișul este cel mai afectat de vânt, deoarece la acest nivel curenții de aer au un traseu particular în funcție și de forma acoperișului; cele mai predispuse la pagube sunt cele cu înclinație mică și cu învelitoarea în două ape, spre deosebire de cele piramidale, care au o aerodinamică mai bună. În general, curenții de aer intră sub streașină și împing acoperișul în sus; suplimentar, din cauza formei, la trecerea vântului pe deasupra acoperișului se formează pe anumite porțiuni o presiune scăzută care îl trage și mai mult spre exterior, în mod similar efectului asupra aripii de avion. Cele mai grave incidente provocate de vânt implică desprinderea acoperișului, mai ales în contextul în care aceste acoperișuri sunt slab ancorate la structura casei (sunt numeroase cazuri de șarpante cu doar câteva puncte de prindere, și de multe ori cu tije metalice subțiri sau chiar cu sârme!).

Scara Fujita-Pearson

Pentru a evalua care pot fi efectele vânturilor care însoțesc furtunile, de multe ori se face referire la Scara Fujita-Pearson. Conform acesteia, avem următoarele posibile consecințe, unele deloc de dorit:

• F0 (60 – 117 km/h): se produc daune nu foarte grave – crengi rupte, desprinderea unor obiecte care nu au fost bine fixate;
• F1 (117 – 181 km/h): intensitate moderată, se pot desprinde țigle, se pot deplasa mașini, răsturna obiecte grele.
• F2 (181 – 250 km/h): pericol considerabil, acoperișurile se ridică, casele instabile se dărâmă, vagoanele de tren pot deraia;
• F3 (250 – 320 km/h): pericol major, cu copaci dezrădăcinați, pot fi dărâmate inclusiv zidurile caselor solide;
• F4 (320 – 420 km/h): devastator – un obiect de câteva zeci de tone poate fi ridicat în aer fără probleme.

În țara noastră, cele mai mari valori ale vitezei vântului, de peste 40 m/s (aproape 150 km/h), se pot înregistra relativ frecvent în zonele montane înalte, în Podişul Modovenesc, nord-estul Bărăganului şi în Munţii Dobrogei, în partea central-sudică a Câmpiei Române, între Valea Jiului și Vedea, în Podişul Mehedinţi. La polul opus, ar fi anumite zone din Depresiunea Petroşani şi defileul Jiului, ori alte zone situate la adăpostul masivelor muntoase.