czwartek, 7 września 2017

Mity o trąbach powietrznych: Rozsadza zamknięty dom od środka

Jednym z najczęstszych mitów o tornadach jest przekonanie, że główną przyczyną uszkodzeń budynków jest różnica ciśnień między wnętrzem domu a lejem trąby i można temu zapobiegać zostawiając otwarte okno.

Wydaje się, że pierwotnie była to hipoteza wysunięta przez samych meteorologów i jako taka upowszechniana. Potem meteorolodzy doszli do innych wniosków, ale stara wersja nadal krążyła w prasie popularnej i powszechnym przekonaniu, głównie ze względu na obrazowość.

Ciśnienie wewnątrz leja trąby spada dość mocno. Przyczyną jest równowaga między ssaniem związanym z efektem kominowym działającym na ciepły prąd wstępujący a siłą odśrodkową wirujących wokół strug powietrza. W 2003 roku Tim Saramas zmierzył dzięki czujnikom rozstawionym na trasie tornada o szerokości 400 metrów spadek ciśnienia o 100 milibarów.[1] W 2007 roku łowca burz który wjechał opancerzonym wozem do tornado w Tulia zmierzył spadek ciśnienia o 190 mlilibarów.[2] Są to na prawdę spore spadki. Jeśli w środku domu ciśnienie wynosiłoby 1000 hPa to powstały nacisk mógłby wywołać uszkodzenia konstrukcji... pod warunkiem, że dom byłby szczelny.

Możliwość rozsadzenia domu przez samą tylko różnicę ciśnień jest problematyczna, ze względu na nieszczelności. Każdy dom ma jakąś klimatyzację i wywietrzniki, w wielu wolno stojących domach są też garaże których wrota nie są specjalnie uszczelnione. Zauważmy też, że w większości przypadków najmniej odporne na działanie ciśnienia są w domach właśnie okna. Przy słabszych wybuchach w domach jeśli nie zostanie uszkodzona ściana ani dach, to na pewno zostaną wybite okna. Jeśli dom znajdzie się wewnątrz tornada o takiej sile jak te mierzone przez łowców, to okna najpewniej same pójdą w drobny mak, otworzenie jednego nie zmieni sytuacji.
Z kolei gdy trąba powietrzna jest na tyle słaba, że sama różnica ciśnień czy napór wiatru, nie wybije okien, trudno mówić o niebezpieczeństwie rozsadzenia domu. W takiej sytuacji zostawianie specjalnie otwartego okna skończy się zdemolowaniem pokoju przez wpadający wiatr i zalaniem podłogi wdmuchiwanym deszczem.

Mit z pewnością nie utrzymywałby się w świadomość tak dobrze, gdyby nie to, że w pewnym stopniu coś jest na rzeczy. Otóż w wielu przypadkach ciśnienie przyczynia się do uszkodzeń konstrukcji, ale nie jest to po prostu różnica ciśnień, tylko efekty parcia i ssania wywołane wiatrem opływającym dom. Tam gdzie strumień powietrza opływa konstrukcję, następuje pojawienie się podwyższonego ciśnienia i nacisku. Tam gdzie strumień porusza się równolegle do ściany oraz tam gdzie odrywa się i powstają zawirowania, powstaje strefa obniżonego ciśnienia.
Efekty te pojawiają się przy każdym wietrze, także podczas zwykłej wichury. W klasycznym przypadku wiatru owiewającego dom ze spadzistym dachem, parcie pojawia się na ścianie odwietrznej i na odwietrznym spadzie dachu zaś po przeciwnej stronie pojawia się ssanie (to jeszcze zależy od kształtu dachu, ten mało spadzisty lub płaski może być zasysany jako całość). Przyczynia się to do uszkodzeń konstrukcji, częstym przypadkiem jest na przykład zerwanie dachu który był budowany z myślą przenoszenia obciążeń ale nie został odpowiednio zakotwiczony w murze.

Okna i drzwi mogą wpływać na te efekty, zależnie od tego czy są otwarte i po której stronie się znajdują. Jeśli w budynku duży otwór znajduje się po stronie z której wieje wiatr, i będzie otwarty, to wtłaczanie powietrza do budynku zwiększy w nim ciśnienie. Powoduje to wtedy efekt rozpierania na zewnątrz, który powiększa wpływ ssania po zawietrznej.
Częstym obrazkiem po wichurach jest zerwanie części dachu przy ścianie szczytowej w której było okno na strych lub która częściowo wpadła do środka i przez to wiatr mógł poderwać konstrukcję.

W odwrotnym przypadku, to jest gdy okno znajduje się po przeciwnej niż wiatr stronie domu, ciśnienie wewnątrz spada. Zmniejsza to rozpieranie ścian i podrywanie dachu, zwiększa natomiast działanie wiatru na ścianę odwietrzną. Może doprowadzić na przykład do wepchnięcia do środka okien, a co jak co, ale przeciąg przez cały dom w czasie wichury to nie jest dobra sytuacja.
Jeśli mamy dobrze zbudowany dom, lepiej aby okna pozostały zamknięte.

Ostatecznie w przypadku trąb powietrznych za uszkodzenia domów oprócz lokalnych efektów związanych z opływającym wiatrem odpowiadają także uniesione przez wiatr przedmioty.

Zbliżony mit dotyczący huraganów testowali Pogromcy Mitów w programie na kanale Discovery i też nie stwierdzili, aby dawało to jakieś korzyści, zarówno przy uwzględnieniu różnicy ciśnień jak i zmniejszeniu parcia wiatru na otwartą na przestrzał konstrukcję. Bardzo silny wiatr wybijał okna gdy były zamknięte. Słabszy wywoływał szkody w środku gdy okna były otwarte.

Wniosek: Otwarcie okien nie zapobiega uszkodzeniom domu podczas tornada czy huraganu. Podczas słabszych zjawisk więcej szkód wywoła wiatr wpadający przed okno niż jakieśtam ciśnienie, a podczas mocniejszych wichura sama sobie otworzy okna i nie trzeba jej wyręczać.


--------
[1] http://news.nationalgeographic.com/news/2003/06/0627_030627_tvtornadochaser.html
[2]  http://www.ejssm.org/ojs/index.php/ejssm/article/view/39/40

1 komentarz:

  1. Nawet zakladając hermetyczność budynku, i przyjmując ze spadek cisnienia wynosił nawet 200 milibarów, daje nam to po przeliczeniu (na szybkiego w głowie) nacisk na sciany i strop (bo przecież nie podłogę, no chyba ze to dom na palach) rzędu 0.2 N/cm kwadratowy. Czyli na każdy metr kwadratowy ściany zadziała siła rzędu 200N (czyli tak jak by na scianie o powierzchni 15m2 ulozyć idealnie równomiernie około trzech ton np piasku... Moim zdaniem sciany z cegieł czy bali drewnianych spokojnie wytrzymają.

    Tekst jak zawsze świetny.

    OdpowiedzUsuń