Se hai mai rifiutato una strada cittadina solo per essere colpito dall'aria, sei entrato in quello che è conosciuto come un canyon urbano.

Proprio come le loro controparti geologiche, i canyon urbani sono spazi tra due superfici alte, in questo caso, edifici. Le raffiche che incanalano, però, avere implicazioni reali. Possono amplificare i venti di un uragano o aumentare la temperatura dell'aria di una città a seconda della loro disposizione, una disposizione nota come struttura della città. Il problema è, secondo i ricercatori del MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub), che le attuali pratiche di mitigazione del rischio non considerano la struttura della città. Di conseguenza, spesso sottovalutano i danni, in alcuni casi fino a un fattore tre.

Riconsiderare le pratiche attuali

Per comprendere il potenziale impatto del tessuto urbano, I ricercatori di CSHub hanno prima studiato le attuali pratiche di costruzione. Una delle pratiche esaminate erano i regolamenti edilizi.

Secondo l'Agenzia federale per la gestione delle emergenze, "I codici edilizi sono insiemi di norme che regolano la progettazione, costruzione, alterazione, e manutenzione delle strutture." Uno dei loro scopi è proteggere gli abitanti di un edificio dai disastri naturali specificando la forza di quell'edificio.

Per proteggere gli edifici dai rischi del vento, i codici stabiliscono come un edificio deve interagire con il vento, un valore noto come coefficiente di resistenza. Il coefficiente di resistenza di un edificio determina la quantità di resistenza dell'aria che sperimenterà quando sarà esposto al vento. All'aumentare del coefficiente di resistenza di un edificio, così fa la sua probabilità di danno.

"I codici di progettazione presuppongono che gli edifici abbiano coefficienti di resistenza fissi. E in un certo senso, ha senso:la forma di un edificio non cambia molto, "dice Jake Roxon, un ricercatore presso CSHub. "Però, abbiamo scoperto che non è solo la forma dell'edificio a influenzare il suo coefficiente di resistenza, ma anche la configurazione locale degli edifici adiacenti, che chiamiamo tessuto urbano".

La tessitura urbana misura la probabilità di trovare un edificio vicino a una certa distanza da un determinato edificio. Roxon lo calcola disegnando anelli di un certo diametro attorno a ogni edificio di una città. Quindi conta il numero di edifici in ogni anello.

Più edifici in ogni anello, maggiore è la probabilità di trovare un edificio a quella distanza. E maggiore è la probabilità, quanto più ordinata e regolare è la tessitura locale, mentre minore è la probabilità, il più disordinato e imprevedibile. Per catturare la trama di un'intera città, Roxon fa una media insieme della trama di ciascuno dei suoi edifici.

"In media, abbiamo scoperto che le aree con trame disordinate hanno più resilienza, " dice Roxon. "Se non sei in grado di prevedere da quale angolo proverrà il vento, offrirà il massimo livello di protezione. D'altra parte, per una città ordinata con la stessa densità di edifici, ti aspetteresti di vedere più danni durante un evento di pericolo estremo."

La ragione dietro la resilienza delle strade disordinate è come distribuiscono il vento. Distribuendo il vento in modo più casuale, città disordinate come Boston o Parigi sperimentano meno l'ingrandimento che si verifica quando il vento percorre i corridoi delle città ordinate, come New York. In alcuni casi, le città con trame più ordinate possono ingrandire i venti degli uragani da una categoria 3 a una categoria 4, Roxon ha trovato.

L'impatto della struttura della città sui coefficienti di resistenza e sui carichi del vento è apparso in modo prominente durante l'uragano Irma nel 2017, che passava attraverso la Florida occidentale.

"Un esempio dell'effetto texture sono le contee di Sarasota e Lee in Florida durante Irma, " spiega Ipek Bensu Manav, un ricercatore CSHub che collabora con Roxon. "Queste contee sono situate geograficamente vicine l'una all'altra, quindi sperimentano un rischio di uragano simile. E quando guardi le scorte edilizie, sono anche simili, per lo più case unifamiliari a uno o due piani."

Però, le due contee differivano in termini di consistenza.

"La contea di Sarasota ha una trama meno ordinata, cadendo meno su una griglia tipica, e la contea di Lee ha una trama più ordinata, " dice Manav. "Quando si guarda alla contea di Lee abbiamo visto più danni strutturali:alcuni edifici sono crollati completamente. Ci sono stati anche più allagamenti e ribaltamenti della vegetazione. Così, Irma ha causato molti più danni nella contea che hanno avuto un effetto texture più elevato".

Si scopre, pure, che le trame ordinate hanno un effetto simile sul calore.

"Abbiamo scoperto che questo vale anche per la temperatura, in particolare, l'effetto isola di calore urbana, " dice Roxon. "Le città ordinate sperimentano la maggiore differenza di temperatura tra loro e l'ambiente rurale di notte".

Cracking del codice

Così, poi, se i layout delle strade influenzano notevolmente i danni da pericolo, perché i codici di costruzione non li tengono conto?

In poche parole, attualmente è troppo difficile inserirli.

Proprio adesso, lo strumento standard per studiare i coefficienti di resistenza di un edificio è la fluidodinamica computazionale (CFD). Le simulazioni CFD misurano il coefficiente di resistenza di un edificio e il suo rischio di pericolosità modellando il flusso di calore e vento. Sebbene molto accurato, Le simulazioni CFD richiedono tempi proibitivi e requisiti di elaborazione su larga scala.

"Utilizzando le risorse attuali, Le simulazioni CFD semplicemente non funzionano sulla scala delle città, " dice Roxon. "New York City, Per esempio, ha oltre 1 milione di edifici. L'esecuzione di una simulazione richiederebbe molto tempo. E se fai solo una piccola modifica alla disposizione degli edifici o alla direzione del vento, devi rieseguire la simulazione."

Nonostante le loro imperfezioni, Le simulazioni CFD rimangono uno strumento importante per comprendere il flusso del vento. Ma Roxon crede che il suo modello di struttura della città possa compensare i limiti del CFD e, nel processo, rendere le città più resilienti.

"Abbiamo scoperto che ci sono alcune variabili derivate dalla struttura della città che ci consentono, con relativa accuratezza, stimare i coefficienti di resistenza degli edifici e identificare le aree vulnerabili ai rischi di danneggiamento. Quindi possiamo eseguire simulazioni CFD per determinare con precisione dove si verificherà quel danno".

Essenzialmente, il tessuto urbano funge da strumento di prima linea per le parti interessate, consentendo loro di valutare il rischio e quindi utilizzare le proprie risorse, inclusi CFD, in modo più efficiente per identificare gli edifici vulnerabili per il retrofit e, a sua volta, salvare vite.

Il quadro completo

Oltre alla perdita della vita, i disastri naturali infliggono un tributo finanziario immenso. Secondo la National Oceanographic and Atmospheric Administration, 258 disastri naturali hanno causato più di 1,75 trilioni di dollari di danni negli Stati Uniti dal 1980.

Sebbene numerose pratiche possano prevedere e mitigare questi costi, Manav ha scoperto che lasciano ancora molto sul tavolo, vale a dire, trama della città.

Collaborando con Roxon, ha scoperto che scartando le caratteristiche della comunità come la struttura della città, i modelli attuali sottovalutano le perdite, spesso drammaticamente.

Per applicare la trama alle perdite degli uragani, Manav ha guardato ancora una volta alle contee di Sarasota e Lee in Florida. Ha condotto una stima di perdita convenzionale e una stima di perdita aggiustata per la struttura della città per ogni contea basata sul 95esimo percentile di eventi di rischio annuali previsti, equivalente ad alcuni degli uragani più forti, come Irma. Ha scoperto che le perdite previste sono aumentate quando ha incorporato la trama della città nelle sue stime. L'aumento è stato particolarmente acuto nella contea di Lee, la cui trama ordinata probabilmente amplificherebbe i carichi del vento.

"Nella contea di Sarasota, abbiamo visto un aumento della perdita prevista dall'1% al 6% del valore medio di una casa quando si incorpora la trama della città, " dice Manav. "Ma facendo lo stesso per la contea di Lee, abbiamo visto una quantità notevolmente maggiore di danni, equivalente a circa il 9% del valore medio di una casa."

Senza incorporare la trama della città, poi, queste stime convenzionali sottovalutano drasticamente i danni. Ciò rende i residenti inconsapevoli del loro rischio di pericolo, e di conseguenza li lascia vulnerabili.

Gli incentivi alla resilienza

Per quanto sconcertanti possano essere queste stime di perdita, Manav spera che possano ancora aiutare le comunità a diventare più resistenti ai rischi.

Attualmente, lei nota, la resilienza al rischio non è stata ampiamente implementata perché la maggior parte non è consapevole dei suoi vantaggi in termini di costi.

"Una ragione per cui le pratiche di mitigazione dei rischi non vengono implementate è che i loro benefici non vengono comunicati in modo approfondito, "dice. "Ovviamente, c'è il costo di costruire secondo standard migliori. Ma per bilanciare questi costi ci sono i vantaggi della riduzione dei costi di riparazione a seguito di eventi pericolosi".

Questi costi ridotti per i danni sono significativi.

Azioni semplici come scegliere l'herpes zoster più resistente, migliorare i collegamenti tetto-parete, e l'aggiunta di persiane e finestre antiurto può mitigare i danni da rischio abbastanza da ripagare in appena due anni in aree a rischio come la Florida costiera.

Utilizzando la trama della città per calcolare i costi di rischio, Manav e Roxon sperano che i proprietari di case, sviluppatori, e i responsabili politici sceglieranno di implementare queste pratiche relativamente semplici. L'unica chiave è rendere ampiamente noti i loro incentivi.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.