Una nueva geometría inspirada en la aerodinámica altera los vórtices del aire y podría ayudar a construir edificios más resistentes ante fenómenos extremos.
- 🌪️ Un cambio en la geometría exterior puede reducir entre un 40 % y un 60 % las presiones máximas del viento en las zonas más vulnerables.
- 🏠 La propuesta sustituye paredes y cubiertas completamente planas por superficies con grandes ondulaciones que alteran el flujo del aire.
- 🔬 Los investigadores realizaron 56 ensayos en túnel de viento con modelos a escala 1:75 y diferentes profundidades de ondulación.
- 🌀 La clave está en dificultar la formación de los vórtices que generan fuertes succiones en esquinas y bordes de los edificios.
- 🏗️ El concepto podría abrir una nueva vía para construir edificios más resistentes sin depender exclusivamente de añadir más material a la estructura.
Cuando se intenta que un edificio resista mejor un huracán, una de las soluciones más evidentes consiste en reforzarlo: estructuras más robustas, mejores anclajes, cerramientos más resistentes y materiales capaces de soportar mayores cargas.
Un equipo de investigadores de la FAMU-FSU College of Engineering, en Florida (Estados Unidos), propone atacar el problema desde otra dirección: modificar la forma del propio edificio para que el viento ejerza menos presión sobre él.
La investigación demuestra que unas paredes y cubiertas con grandes ondulaciones pueden alterar de manera significativa el comportamiento del aire alrededor de construcciones de poca altura. En determinadas zonas críticas, las configuraciones estudiadas consiguieron reducir las presiones máximas entre un 40 % y un 60 % respecto a superficies convencionales planas.
El trabajo, realizado por Arezoo Bakhshizadeh, Peter Tsouroukdissian, Qian Zhang y Pedro L. Fernández-Cabán, ha sido publicado en la revista científica Engineering Structures.
El problema no es solamente la fuerza con la que sopla el viento
Para entender la propuesta hay que observar qué ocurre cuando un viento muy intenso alcanza un edificio.
El aire no ejerce una presión uniforme sobre toda la construcción. Cuando el flujo encuentra bordes, esquinas y cambios bruscos de geometría, puede separarse de la superficie y formar estructuras turbulentas y vórtices.
En algunas zonas aparece una intensa presión negativa o succión.
Esto resulta especialmente problemático alrededor de los bordes y las esquinas de las cubiertas. Allí pueden concentrarse cargas suficientemente elevadas como para dañar elementos del cerramiento o contribuir al levantamiento de partes del tejado.
Por eso, la ingeniería frente al viento no consiste únicamente en conseguir estructuras capaces de soportar cargas mayores. También puede intentar que esas cargas no lleguen a alcanzar valores tan elevados.
Convertir la fachada en una gran superficie ondulada
La solución estudiada por los investigadores consiste en aplicar macroondulaciones a paredes y cubiertas.
No se trata de pequeños relieves decorativos. Son ondas de dimensiones considerables en relación con el propio edificio.
El equipo estudió tres amplitudes de ondulación correspondientes aproximadamente al 5 %, 7,5 % y 10 % de la altura de la cubierta.
De esta forma, el aire deja de encontrarse con una pared o tejado completamente plano y pasa sucesivamente sobre zonas convexas y cóncavas.
La geometría modifica el proceso de separación del flujo.
En una superficie convencional, determinadas condiciones pueden favorecer la aparición de vórtices coherentes asociados a fuertes succiones. Las ondulaciones, en cambio, interrumpen y desorganizan esas estructuras de flujo, redistribuyendo las presiones sobre la envolvente.
El efecto es especialmente interesante precisamente donde el edificio suele ser más vulnerable: esquinas y bordes de paredes y tejados.
56 pruebas dentro de un túnel de viento
Para comprobar el concepto, los investigadores no se limitaron a realizar simulaciones informáticas.
Fabricaron mediante impresión 3D diferentes modelos de edificios de poca altura a escala 1:75.
Se estudiaron configuraciones con paredes onduladas, cubiertas onduladas y un modelo convencional de referencia con superficies planas.
En total se realizaron 56 ensayos aerodinámicos independientes bajo condiciones destinadas a reproducir una capa límite atmosférica turbulenta.
Los sensores permitieron analizar cómo cambiaban las presiones sobre diferentes puntos de la envolvente según la dirección del viento y la profundidad de las ondulaciones.
Los resultados mostraron una tendencia especialmente relevante: las ondulaciones más profundas fueron las que proporcionaron las mayores reducciones de las cargas máximas.
En múltiples direcciones del viento, los investigadores observaron reducciones de aproximadamente un 40 % a un 60 % en las presiones máximas promediadas sobre determinadas áreas próximas a las esquinas de paredes y cubiertas, en comparación con el edificio convencional.
¿Por qué unas ondas pueden proteger un edificio?
El principio resulta relativamente sencillo aunque la aerodinámica que hay detrás sea compleja.
Puede resumirse así:
Superficie plana → separación del flujo → formación de vórtices coherentes → fuertes zonas de succión.
Con la nueva geometría:
Superficie ondulada → alteración repetida del flujo → vórtices menos coherentes → menores picos locales de presión.
La ventaja potencial es importante.
Una estrategia convencional para soportar mayores cargas de viento consiste en aumentar la resistencia estructural mediante más material, elementos de mayor sección o sistemas de fijación más robustos.
La optimización aerodinámica busca algo diferente: reducir primero la carga que tendrá que soportar la construcción.
Ambas estrategias no son excluyentes. Una envolvente aerodinámicamente optimizada podría combinarse con sistemas estructurales convencionales para conseguir edificios más resistentes.
La fabricación avanzada hace posibles formas antes demasiado complicadas
Existe además una razón por la que este tipo de arquitectura resulta especialmente interesante en la actualidad.
Fabricar paredes y cerramientos con geometrías complejas ha sido históricamente más difícil y caro que construir superficies rectas.
La fabricación automatizada, los sistemas modulares y especialmente la impresión 3D de construcción a gran escala están reduciendo algunas de esas limitaciones.
Esto permite plantear edificios cuya geometría no responda únicamente a criterios estéticos o de distribución interior, sino también a su interacción con el viento.
Las macroondulaciones podrían aportar incluso beneficios estructurales adicionales. Una geometría corrugada puede incrementar el momento de inercia de determinados elementos y mejorar su comportamiento frente a flexión sin que ello implique necesariamente aumentar proporcionalmente la cantidad de material.
La propuesta conecta así arquitectura, aerodinámica, ingeniería estructural y fabricación avanzada.
No significa que exista ya una casa «a prueba de huracanes»
Los resultados son prometedores, pero conviene interpretar correctamente el estudio.
Los investigadores han medido presiones aerodinámicas sobre modelos a escala en un túnel de viento. No han demostrado que una vivienda real con estas formas pueda sobrevivir intacta a cualquier huracán.
La resistencia de un edificio durante un fenómeno extremo depende también de la estructura, las uniones entre elementos, los materiales, puertas y ventanas, cimentación, entrada de agua, impacto de objetos transportados por el viento y muchos otros factores.
Además, introducir grandes ondulaciones en una fachada puede afectar al espacio interior disponible, la construcción, el mantenimiento, la evacuación del agua, los costes y otros condicionantes arquitectónicos.
El estudio debe entenderse, por tanto, como la demostración experimental de una estrategia aerodinámica de reducción de cargas, no como un sistema constructivo terminado listo para implantarse de forma generalizada.
El siguiente paso: observar exactamente cómo se mueve el aire
El equipo continúa investigando estas geometrías.
Los primeros experimentos se han centrado fundamentalmente en medir las presiones que el viento produce sobre las superficies. Ahora los investigadores quieren estudiar con mayor detalle el flujo de aire alrededor de las ondulaciones.
También prevén utilizar dinámica de fluidos computacional (CFD) para optimizar la forma, profundidad y disposición de las ondas y estudiar geometrías diferentes a las probadas inicialmente.
El objetivo sería determinar qué configuración proporciona la mayor reducción de cargas sin introducir inconvenientes estructurales o arquitectónicos excesivos.
¿Por qué importa?
El interés de esta investigación no está únicamente en construir fachadas llamativas.
Los fenómenos meteorológicos extremos obligan a buscar edificios más resilientes, pero aumentar continuamente la cantidad y resistencia de los materiales no siempre es la solución más eficiente.
Diseñar la geometría de una construcción para que trabaje con el flujo del aire, en lugar de limitarse a resistirlo, podría permitir reducir las cargas antes de que lleguen a la estructura.
Si futuros ensayos a mayor escala confirman los resultados y permiten convertir estas formas en sistemas constructivos viables, la arquitectura podría incorporar la aerodinámica como una herramienta adicional para proteger viviendas y edificios situados en regiones expuestas a huracanes y vientos extremos.
Fuente: Florida State University / FAMU-FSU College of Engineering.
Más información: Wind pressures on macro-corrugated low-rise building envelopes: Effect of corrugation depth, publicada en Engineering Structures, DOI 10.1016/j.engstruct.2026.123541.
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