Furacões: como funcionam os laboratórios simuladores?

A Universidade Internacional da Flórida simula algumas das tempestades mais catastróficas do mundo para se preparar para condições climáticas extremas.

Duas casas modelo dentro das instalações do laboratório Parede de Vento da Universidade Internacional da Flórida, uma com telhado fortificado e outra sem, enfrentarão ventos com força de furacão. Depois que o furacão Andrew atingiu a Flórida em 1992, as leis de construção locais foram atualizadas para fortalecer as casas contra furacões.

Foto de NSF-NHERI Wall of Wind FIU
Por Sarah Gibbens
Publicado 30 de jun. de 2022 14:36 BRT

Quando a Universidade Internacional da Flórida (FIU, na sigla em inglês) liga a 'parede de vento' dentro de seu hangar de aviões transformado em laboratório de engenharia, os 12 enormes ventiladores recriam a força de um grande furacão. Em segundos, as paredes e o teto de seu alvo, um modelo de casa do tamanho de um galpão, podem ser arrancados e jogados em um campo coberto de rede.

Esse teste, e outros, dizem aos engenheiros do Instituto de Eventos Extremos da universidade como projetar e construir estruturas que resistirão aos ventos de 250 km/h que vêm com uma tempestade de categoria 5. Mas agora, à medida que as mudanças climáticas ameaçam piorar as tempestades, os cientistas planejam construir um novo laboratório de furacões para testar o que alguns não oficialmente chamam de Cat 6.

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“Quero ver pesquisas e testes na faixa de 270, 300 km/h. Grande parte da pesquisa está em velocidades de vento mais baixas, mas preciso mudar para velocidades de vento extremas porque é para onde a natureza está indo”, diz Richard Olson, diretor do instituto. “Quem quer explicar, daqui a 20 anos, que 'Sim, eu sabia que isso ia acontecer, mas não fizemos nada sobre isso'?”

Duas tempestades recentes embasam o ponto de vista do pesquisador: o furacão Patrícia chegou ao México, em 2015, depois de atingir ventos de 346 km/h, e o furacão Dorian atingiu as Bahamas em 2019 com ventos de 297 km/h.

Com uma doação de US$ 12,8 milhões da Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF, na sigla em inglês), a universidade planeja projetar um laboratório onde ventos fortes de 320 km/h podem ser testados e adicionar equipamentos que podem inundar casas modelo em tamanho real com grandes tempestades. 

“Teremos uma instalação que pode simular esse alcance. Vai dar aos EUA e ao mundo uma nova capacidade”, diz Arindam Gan Chowdhury, engenheiro civil da FIU e principal pesquisador do projeto.

Um único ventilador nas instalações de teste pesa seis toneladas. São necessários 12 para gerar velocidades de vento de furacão de categoria 5.

Foto de NSF-NHERI Wall of Wind FIU

Testes melhores podem salvar mais casas

Este ano, os meteorologistas estão prevendo uma temporada de furacões acima da média pelo terceiro ano consecutivo. Apenas um dia após o início oficial da temporada, em 1º de junho, o sul da Flórida foi inundado por mais de uma chuvarada que acabaria se fortalecendo na tempestade tropical Alex. A temporada de furacões do ano passado foi a terceira mais ativa já registrada, depois de 2020, a mais ativa

A ciência por trás de como as mudanças climáticas afetarão os furacões está cada vez mais clara. Um relatório divulgado em agosto pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC, na sigla em inglês) descobriu que o aquecimento das temperaturas tornará os furacões mais lentos, mais chuvosos e mais propensos a se intensificar rapidamente, quando uma tempestade aumenta a velocidade do vento em 56 km/h em apenas 24 horas. 

Na escala Saffir-Simpson, a categoria 5, a mais alta, não tem limite superior. Os cientistas discordam sobre a criação de uma categoria 6; alguns pensam que outra classificação poderia focar excessivamente a atenção no vento, quando 90% das mortes por furacões nos Estados Unidos resultam de tempestades e inundações, que ameaçam cerca de 24 milhões de pessoas.

O laboratório parede de vento da FIU, construído em 2012, foi uma resposta ao catastrófico furacão Andrew, de categoria 5, que atingiu o sul da Flórida em 1992 e causou danos de US$ 25 bilhões. A recuperação foi longa e dolorosa. As regras de construção de furacões da Flórida, atualizados após Andrew, continuam sendo as mais rigorosos do país hoje, de acordo com o Instituto de Seguros para Negócios e Segurança Doméstica dos EUA. 

Desde então, os engenheiros da FIU continuaram a avançar na ciência da proteção de estruturas. Eles aprenderam como pequenos ajustes podem ajudar a proteger as casas contra ventos ferozes. Parafusos, por exemplo, seguram mais forte do que pregos; telhados de quatro lados são mais reforçados; e tiras metálicas para furacões ajudam a manter os telhados presos às paredes. 

O novo laboratório é o maior de seu tipo nos EUA, que pode testar os melhores ventos da categoria 5. Para gerar tais velocidades, são necessários ventiladores de 1,8 metro de largura e seis toneladas cada, o peso de dois caminhões. 

Mesmo soprando a apenas 96 km/h, o barulho dos ventiladores é tão alto que as conversas precisam ser gritadas. Durante um teste de maio, financiado pela Divisão de Gerenciamento de Emergências da Flórida, os engenheiros montaram um modelo de plástico de 60 centímetros de uma casa móvel na frente dos ventiladores para investigar onde o vento exerce mais pressão sobre as casas pré-fabricadas. O vento soprava em um piso coberto de abas e blocos de metal que simulam prédios e árvores, e criam turbulência. À medida que o modelo girava em um disco no meio da sala, um emaranhado de fios pretos no interior media quanta pressão era exercida nas paredes, teto e cantos.

(Você pode se interessar por: ‘Agora ou nunca’: quatro conclusões alarmantes do relatório da ONU sobre o clima)

De um trailer do lado de fora da entrada da instalação, o gerente do laboratório Walter Conklin executou o experimento em uma transmissão ao vivo. “Quando estamos a 252 km/h, tudo treme [no trailer]. Você sente isso”, disse. Para produzir 320 km/h nas novas instalações, ele diz que será preciso do dobro de eletricidade. 

Por enquanto, a nova instalação da FIU está sendo chamada de Niche, abreviação, em inglês, de Infraestrutura Nacional em Escala Natural de Testes para Fortalecimento de Comunidades contra Eventos Extremos de Vento, Ressaca e Ondas. Terá 12 metros de altura, diz Chowdhury, duas vezes a altura da casa da parede de vento, para testar prédios de dois andares.  

“Sabemos o que sobrevive e o que não sobrevive”, destaca Chowdhury. “Pense em estar no ano de 2050, e os testes desta instalação nos disseram que 'a 320km/h, esses tipos de estruturas podem resistir a esses ventos, mas aquele outro tipo não', e uma previsão de tempestade desse nível de vento está próxima. Então saberemos o que funciona.”

Oito outras universidades e uma empresa privada estão colaborando com a FIU no protótipo. O Niche combinará observações pessoais em locais de desastres, simulações de computador e experimentos como os da FIU para melhorar a compreensão de como projetar edifícios.

“Ter uma instalação como a da FIU, que pode testar uma estrutura em escala real e como ela resiste à água e ao vento – isso pode salvar vidas”, diz David Merrick, diretor do Programa de Gerenciamento de Emergências e Segurança Interna da Universidade Estadual da Flórida em Tallahassee.

O testes que serão realizados no laboratório provavelmente também redefinirá os padrões de como construir casas à prova de furacões. 

Casas mais resistentes para tempestades mais fortes  

“Em algum momento, haverá uma necessidade mais forte de inovação e mudança radical na maneira como construímos”, diz o engenheiro civil da FIU Ioannis Zisis, por e-mail. 

“Radical”, ele reconhece, soa extremo, mas não significa que todos no sul da Flórida precisarão construir um bunker. O engenheiro sugere paredes reforçadas com concreto, telhados de concreto e coberturas que protegem as janelas de detritos voadores. 

Mas transformar essa ciência em melhorias domésticas, na prática, será outro desafio, diz Tracy Kijewski-Correa, engenheira estrutural da Universidade de Notre Dame e pesquisadora co-líder do Niche. 

Mesmo com a ameaça de tempestades como os furacões Patricia e Dorian, centenas de milhares de pessoas se mudaram para zonas de furacões ao longo das costas leste e do Golfo na última década. A Flórida, em particular, viu um boom recente no crescimento populacional, de acordo com dados do Censo dos EUA

Em um estudo publicado em 2019, Kijewski-Correa descobriu que mesmo os residentes costeiros que consideram a mudança climática uma ameaça crescente, provavelmente, não pensarão que sua casa será destruída por uma tempestade. 

Kijewski-Correa quer ver comunidades propensas a furacões se movendo mais rápido para preparar suas casas, adotando medidas baseadas no mercado, como incentivos fiscais para os moradores fazerem melhorias em suas casas. 

Na melhor das hipóteses, ela acredita, os códigos de construção ajudam as pessoas a sobreviver a tempestades, mas as casas ainda enfrentam danos estruturais caros. A implementação de melhorias pode ajudar a salvar vidas e meios de subsistência.

“Se não queremos essas perdas enquanto passamos por mudanças climáticas, temos que parar de nos contentar apenas com sobreviver”, diz Kijewski-Correa.

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