Nieuw testlab kan orkanen van ruim 300 kilometer per uur nabootsen voor onderzoek naar stormbestendige huizen

De Florida International University werkt aan simulaties van de heftigste stormen ooit als voorbereiding op extreme weersomstandigheden.

Door Sarah Gibbens
Gepubliceerd 23 jun. 2022 08:49 CEST
Twee modelwoningen in de ‘Wall of Wind’-faciliteit van de Florida International University (de een met een ...

Twee modelwoningen in de ‘Wall of Wind’-faciliteit van de Florida International University (de een met een aangepast dak, de ander zonder die aanpassing) krijgen een luchtstroom van orkaankracht te verduren. Nadat orkaan Andrew Florida teisterde in 1992, werden de lokale bouwvoorschriften aangepast om woningen te versterken tegen orkanen.

Foto door NSF-NHERI Wall of Wind, FIU

Als de ‘Wall of Wind’ van de Florida International University (FIU) wordt aangezet in de tot testlaboratorium omgebouwde vliegtuighangar, produceren twaalf enorme ventilatoren een orkaankracht. Binnen enkele seconden kunnen de muren en het dak van hun doelwit, een modelwoning ter grootte van een schuur, worden weggeblazen over een terrein waarover een net is gespannen.

Aan de hand van onder meer deze test kunnen de technici van het Extreme Events Institute van de universiteit bepalen hoe ze gebouwen kunnen ontwerpen en aanleggen die bestand zijn tegen de windsnelheden van 250 kilometer per uur die horen bij orkanen van categorie 5, de hoogste categorie. Maar nu het ernaar uitziet dat stormen nog heftiger worden door de klimaatverandering, willen de wetenschappers een nieuw orkaanlaboratorium bouwen, waarin tests kunnen worden uitgevoerd met wat officieus ook wel een categorie 6-orkaan wordt genoemd.

‘Ik zou willen dat er onderzoeken en tests kunnen worden gedaan met windsnelheden in een bandbreedte van 275-300 kilometer per uur. Veel van het onderzoek kijkt naar lagere windsnelheden, maar we moeten opschalen naar extreme windsnelheden, omdat het in de natuur ook die kant opgaat,’ zegt directeur Richard Olson van het instituut. ‘Je wilt niet over twintig jaar moeten uitleggen dat je het wel aan zag komen, maar dat je er niets aan gedaan hebt.’

Twee recente stormen bewijzen zijn gelijk: in 2015 werd Mexico getroffen door orkaan Patricia die windsnelheden van ruim 340 kilometer per uur bereikte, en orkaan Dorian overdonderde de Bahama’s in 2019 met snelheden van bijna 300 kilometer per uur.

De universiteit gaat, met behulp van een beurs ter waarde van 12,8 miljoen dollar (ruim 12 miljoen euro) van de Amerikaanse National Science Foundation (NSF), een laboratorium bouwen waar tests kunnen worden gedaan met windsnelheden van maar liefst 320 kilometer per uur, waarbij zes meter hoge golven tegen woningen op ware grootte kunnen beuken.

‘We hebben dan de mogelijkheid om dergelijke omstandigheden te simuleren. Daarmee heeft niet alleen de Verenigde Staten, maar ook de rest van de wereld een nieuwe testmogelijkheid,’ vertelt civiel ingenieur Arindam Gan Chowdhury, die ook hoofdonderzoeker is van het project.

Elke ventilator in de testfaciliteit weegt 7.500 kilo. Er zijn er twaalf nodig om windsnelheden te produceren die horen bij een orkaan van categorie 5.

Foto door NSF-NHERI Wall of Wind, FIU

Met betere testmogelijkheden zouden meer huizen gered kunnen worden

Volgens experts zit er voor het derde jaar op rij een zwaarder dan gemiddeld orkaanseizoen aan te komen. Slechts één dag na de officiële start op 1 juni kreeg het zuiden van Florida te maken met overvloedige regenval van ruim dertig centimeter door wat uiteindelijk zou uitgroeien tot tropische storm Alex. Het orkaanseizoen van vorig jaar was het op twee na actiefste seizoen sinds het begin der metingen, terwijl 2020 het heftigste seizoen ooit was.

De wetenschappelijke principes achter het effect van de klimaatverandering op orkanen worden steeds duidelijker. Volgens een in augustus uitgebracht rapport van het IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) worden orkanen door de opwarmende temperaturen trager, bevatten ze meer regen en is de kans groter dat ze snel in heftigheid toenemen. Dat houdt bijvoorbeeld in dat de windkracht in een storm met ruim vijftig kilometer per uur toeneemt binnen 24 uur.

Op de schaal van Saffir-Simpson heeft de hoogste categorie 5 geen maximum. Wetenschappers verschillen van mening over de noodzaak een categorie 6 in te stellen. Volgens sommigen zou dit kunnen leiden tot een te grote nadruk op windsnelheden, terwijl 90 procent van de sterfgevallen door orkanen in de Verenigde Staten worden veroorzaakt door stormvloeden en overstromingen. Deze vormen een bedreiging voor zo’n 24 miljoen mensen.

Het Wall of Wind-laboratorium van de FIU werd in 2012 opgericht naar aanleiding van orkaan Andrew. Deze categorie 5-orkaan kwam in 1992 aan land in het zuiden van Florida en veroorzaakte circa 25 miljard dollar aan schade. Het duurde lang voordat alle schade was hersteld; de bouwvoorschriften in Florida, die na Andrew werden aangescherpt, zijn tegenwoordig nog steeds de strengste in Amerika volgens het onafhankelijke Amerikaanse onderzoeksbureau Insurance Institute for Business and Home Safety.

Sinds die tijd hebben de technici van de FIU meer kennis vergaard over het beschermen van gebouwen. Ze ontdekten hoe kleine aanpassingen huizen beter bestand kunnen maken tegen heftige stormen. Zo bieden schroeven meer stevigheid dan gladde spijkers, blijven daken met vier zijden het best zitten en zorgen metalen orkaanbanden dat daken aan muren bevestigd blijven.

De faciliteit is in de Verenigde Staten de grootste in zijn soort waar tests kunnen worden gedaan met windsnelheden van de hoogste categorie. Voor het produceren van dergelijke windsnelheden zijn ventilatoren nodig met een doorsnede van twee meter en een gewicht van ruim 7500 kilo (evenveel als twee vrachtwagens).

Zelfs wanneer ze blazen met een windsnelheid van slechts zo’n 100 kilometer per uur, is het gebulder zo hard dat je moet schreeuwen om er bovenuit te komen. Tijdens een door de Florida Division of Emergency Management gefinancierde test in mei stelden de technici een zestig centimeter hoog plastic model van een mobile home op voor de ventilatoren, om te bepalen waar de wind de meeste kracht uitoefent op de geprefabriceerde huizen. De wind blies over een vloer waarop metalen plaatjes en blokken stonden, die gebouwen en bomen simuleerden en voor turbulentie zorgden. Terwijl het model op een schijf ronddraaide in het midden van de ruimte, mat een wirwar van draden van binnen hoeveel druk er kwam te staan op de muren, het dak en de hoeken van het huis.

Laboratoriummanager Walter Conklin voerde het experiment via een live-verbinding uit vanuit een trailer vlak bij de ingang. ‘Als we 250 kilometer halen, staat alles in de trailer te schudden. Je voelt het gewoon,’ zegt hij. Hij vertelt dat er twee keer zoveel stroom nodig is om in de nieuwe faciliteit snelheden van ruim 300 kilometer per uur te produceren.

De naam van de nieuwe FIU-faciliteit is NICHE, wat een handige afkorting is van de volledige naam: National Full-Scale Testing Infrastructure for Community Hardening in Extreme Wind, Surge, and Wave Events. De ruimte wordt zo'n twaalf meter hoog, aldus Chowdhurry. Dit is twee keer zo hoog is als het gebouw waarin de Wall of Wind is gehuisvest, zodat ook tests kunnen worden gedaan met twee verdiepingen tellende gebouwen.

‘We weten zo wat wel of niet blijft staan,’ aldus Chowdhurry. ‘Stel je voor dat het 2050 is, en dat we dankzij de tests in deze ruimte weten welke gebouwen wel bestand zijn tegen windsnelheden van 320 kilometer per uur en welke niet, en dat er zo’n soort storm voorspelt wordt. Dan weten we wat werkt.’

Er werken acht andere universiteiten en één onderneming samen met de FIU aan het prototype. Voor NICHE wordt gebruikgemaakt van een combinatie van observaties op ramplocaties, computersimulaties en experimenten zoals die bij FIU om meer kennis te vergaren over het ontwerp van gebouwen.

‘Dat we de beschikking hebben over een faciliteit zoals die van de FIU, waar tests kunnen worden gedaan met een gebouw op ware grootte om te zien hoe het bestand is tegen water en wind — dat kan levens redden,’ zegt David Merrick, directeur van het Emergency Management and Homeland Security Program van de Florida State University in Tallahassee.

Waarschijnlijk levert dit ook nieuwe voorschriften op voor het bouwen van orkaanbestendige woningen.

Stevigere woningen voor heftigere stormen

‘Er komt een moment dat we meer behoefte hebben aan innovatie en een radicale verandering in de manier waarop we bouwen,’ stelt civiel ingenieur Ioannis Zisis van de FIU in een e-mail.

Hij erkent dat ‘radicaal’ heftig klinkt, maar voegt daaraan toe dat dit niet betekent dat alle inwoners van het zuiden van Florida een bunker moeten gaan bouwen. Hij denkt eerder aan met beton versterkte muren, betonnen daken, en luiken die ramen kunnen beschermen tegen rondvliegend puin.

Maar het wordt nog een hele uitdaging om die wetenschappelijke inzichten om te zetten in praktische aanpassingen van woningen, aldus bouwkundige Tracy Kijewski-Correa van de Notre Dame University, die ook een van de hoofdonderzoekers is van NICHE.

Ondanks de dreiging door orkanen als Patricia en Dorian zijn in het afgelopen decennium honderdduizenden mensen naar orkaangevoelige gebieden langs de oostkust en Golfkust verhuisd. Met name het aantal inwoners van Florida is in de afgelopen tijd hard gestegen volgens gegevens van de U.S. Census.

Uit een in 2019 gepubliceerd onderzoek van Kijewski-Correa bleek dat zelfs kustbewoners die denken dat klimaatverandering in toenemende mate een bedreiging vormt, er vaak niet vanuit gaan dat er een kans bestaat dat hun woning door een storm zal worden verwoest.

Kijewski-Correa vindt dat woningen in plaatsen die gevoelig zijn voor orkanen sneller moeten worden aangepast, door middel van bijvoorbeeld belastingprikkels die bewoners stimuleren om levensreddende aanpassingen aan hun woningen te doen.

Bouwvoorschriften kunnen mensen hooguit helpen om een storm te overleven, maar er zal nog steeds grote, structurele schade aan de woningen optreden. Het nemen van de juiste maatregelen kan levens en banen sparen.

‘Als we niet willen dat we dit soort schade oplopen door het veranderende klimaat, moeten we hoger mikken dan alleen overleven,’ stelt ze.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op nationalgeographic.com

Lees meer

Dit vindt u misschien ook interessant

Wetenschap
De gevolgen van klimaatverandering: orkanen blijven langer krachtig, ook aan land
Milieu
Overstromingen uitgelegd
Milieu
Weerrampen in 2021 maken duidelijk dat klimaatverandering menens is
Milieu
Minder doden bij weerrampen maar opwarming zou die trend kunnen stoppen
Milieu
Klimaatverandering duwt regenwouden mogelijk richting breekpunt

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2021 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.