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  • Arq. Ricardo Dan Díaz

Aerodinámica en la Arquitectura

Una vez, un cliente me comentó impresionado que en un edificio que diseñó (treinta y tantos pisos, residencial) los habitantes se quejaban de que se metía el agua por los louvers cuando llovía “de abajo para arriba”. El cliente lo vió con sus propios ojos y se sorprendió, y gracias a tal sorpresa, pudimos trabajar con él en proyectos siguientes.


Aquí escribo sobre ciertos principios básicos de la aerodinámica en la Arquitectura.


Supongamos que ya sabemos los temas de vientos dominantes y la rosa de los vientos y todo aquello. Concentrémonos únicamente en el efecto del viento en el edificio.


Barlovento.


Es la zona en que el viento, desde su origen, impacta con el edificio, a partir de ahí, se redistribuye en diferentes direcciones, causando varios efectos que a continuación se describirán brevemente.


En la fachada en Barlovento, se obtiene presión positiva, empuje, cargas laterales, o como le queramos decir. Todos estos términos aumentan sus magnitudes en función de la velocidad de viento.

Gráfica con despiece de fachadas y dirección de viento mostrando zona de barlovento y sotavento.
Diagrama de fachada en Barlovento y Sotavento


Sotavento.


La zona de “atrás” de donde el viento impactó primero. Es importante recordar que el viento cambia de dirección y velocidad varias veces por día, y varias veces por año. Así que, no es que una fachada esté sólo en Sotavento y jamás en Barlovento.


El Sotavento nos da efectos como presión negativa, succión, que significa que se está “jalando” la fachada hacia el exterior del edificio.


Efecto Cascada.

A cierta altura, donde el viento es más veloz; al impactar con la fachada, el viento hace una especie de cascada invisible, pero muy sensible. Esta cascada es una aceleración que puede sólo despeinarnos, pero si no hay suficiente rugosidad o canopies en la fachada, puede llegar a ser tan veloz y poderoso que puede fácilmente mover muebles, y volver extremadamente incómodo estar en terrazas o accesos así de desprotegidos de este efecto.

diagrama con flechas mostrando los grandes vectores en los que se separa el viento que impacta una fachada de un edificio alto.
Componentes de la aerodinámica en la arquitectura


Cascada inversa.

A partir de cierta altura, donde la velocidad del viento en la azotea del edificio atrae por capilaridad al viento en contacto con la fachada, se forma una cascada como la anteriormente descrita, pero ascendente; esto pone a prueba muchos drenes, y empaques de sistemas; así como muchos diseños de series de aluminio, y muchos herrajes para fachada ventilada. Recordemos siempre, que todo esto ocurre en velocidades y presiones cada vez mayores en medida que nuestro edificio es más alto.


Turbulencia.


Sí, como la de los aviones. Las esquinas a 90º, así como los pretiles, “cortan” al viento. En esa zona donde lo “cortan”, como no puede haber vacío, el viento rellena esos huecos con viento muy desordenado; esto genera remolinos que acarrean basura, que despeinan gente y a mayor velocidad, producen un efecto que escuchamos como un “golpeteo” muy fuerte que es extremadamente incómodo. También produce vibraciones en los elementos de fachada, y con vientos acelerados, vibraciones sensibles en la estructura del edificio, y una alternancia muy veloz y muy exigente entre presión positiva y negativa. Igual que un avión, un edificio es más aerodinámico mientras menos esquinas a 90º tenga.


Velocidad de viento en pisos altos


No cometamos el error de pensar que en el piso 30 sopla el viento igual que en el piso 2. Es muy importante tener en cuenta la rugosidad del contexto edificado. En el momento en que nuestro edificio rebasa la altura promedio de las edificaciones alrededor, el impacto de viento será sensiblemente mayor. Lo mismo ocurre si estamos junto a un corredor urbano importante, a una barranca natural y un muy grande etcétera.


La velocidad de viento puede variar mucho en unos cuantos cientos de metros, siempre hay que volver a estudiar esto en cada proyecto, porque la velocidad de viento influye mucho en el confort de los espacios; y a grandes velocidades, puede incluso ser peligroso no saber qué estamos diseñando.


Ecualización de presión.


El tema más importante y más invisible; pero que puede destruir edificios en segundos.

La importancia de una fachada hermética, y de herrajes de cierre multipunto, no es sólo por confort térmico y por control acústico. ¿Recuerdan el submarino Oceangate? Pues le pasó más o menos lo mismo que a muchos edificios en Acapulco con el huracán Otis.


Diagramas mostrando momentos de explosión de fachadas por ecualización de presión repentina..
Diagrama de viento inflando y explotando una fachada.

Cuando tuvo mucha presión (el mar) alrededor, una mínima fisura permitió que entrara de

golpe toda el agua al rededor, por la propiedad de los fluidos de llenar volúmenes con menor densidad y presión, en ese desventurado caso, pues el interior del submarino.


En el caso de un edificio, estructuralmente puede estar resistiendo una fachada de muro cortina, o de lo que sea; el gran empuje de viento de un huracán. Pero en el momento en que por succión o por falla mecánica, se desprende o destruye un sólo vidrio, se arranca por unos herrajes insuficientes una ventana completa; todo ese fluido con mucho mayor presión (viento de ciclón) busca ecualizar inmediatamente la presión de todo el edificio, como el submarino. Y la fachada, literalmente, explota.


Uno de los atributos estructuralmente más relevantes para una fachada en condiciones ciclónicas, es la hermeticidad.


¿Cómo se toma en cuenta la Aerodinámica en la Arquitectura?


Un calculista es casi siempre feliz con el pesimismo. Si me piden un cálculo para vientos de 100 km/h; lo calculo para 200 km/h y duermo feliz. El tema es que eso costaría mucho dinero y es muy poco práctico. Hoy hay disponibilidad (en The Façade Studio tenemos) de software de simulación. Que permite analizar varias versiones de diseños estructurales hasta llegar a saber los momentos y sitios exactos de fatigas de materiales, el confort o superávit de viento en diferentes partes de los edificios.


Imágenes de simulaciones de viento en proyecto de The Façade Studio, así como simulación de esfuerzo de componentes de fachada.
Simulaciones de viento y estructurales.

En los automóviles, la aerodinámica es muy importante, porque en función de ello, va la eficiencia en combustible, la suavidad de la conducción, las vibraciones perceptibles y la comodidad de los pasajeros. Los edificios no pueden desplazarse a altas velocidades, pero el viento a su alrededor sí, volviendo la comparación bastante válida. Menor resistencia geométrica al viento, ocasiona una eficiencia estructural, reduce vibraciones. Abrir una ventana cuando circulamos en lluvia y vientos de 250km/h, sería gravísimo, todo saldría de control, se echaría a perder todo al interior casi instantáneamente, acabados, sistemas eléctricos, hidráulicos, todo, quedaría totalmente inhabitable. Pues, lo mismo ocurre en un edificio durante un huracán. La aerodinámica en la arquitectura, nos solicita diseñar edificios parecidos a un coche deportivo de lujo. Que resistan velocidades de vientos de 350 km/h y que adentro podamos tener quietud, música, aire acondicionado, sequedad, seguridad, estabilidad.

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