Arquitectura de crestas resistente al viento

Arquitectura de crestas resistente al viento

Proteger el ecosistema de montaña teniendo en cuenta los vientos anormales.

La construcción de cortavientos en las crestas de las montañas va más allá de plantar una sola hilera de árboles. En las cumbres, el viento interactúa con el terreno, la vegetación, la nieve, la lluvia, los caminos, los afloramientos rocosos y la humedad del suelo. Un cortavientos mal construido puede no reducir el viento, sino aumentar la turbulencia, la acumulación de nieve y el riesgo de derribos.

El sistema debe diseñarse simultáneamente para:

vientos predominantes normales;

tormentas estacionales;

ráfagas de huracán poco comunes;

ráfagas de tormenta eléctrica;

flujos descendentes;

Cambio de dirección del viento;

lluvia oblicua;

tormentas de polvo y arena;

tormentas de nieve;

vientos después del incendio;

combinación de viento y suelo saturado.

El principio fundamental:

El viento no se puede detener por completo. Debe ser captado gradualmente, dispersado, debilitado en la superficie y canalizado de forma segura a través de la zona.

1. El papel de la arquitectura resistente al viento

El sistema debe resolver varios problemas simultáneamente:

reducir la velocidad del viento cerca de la superficie;

evitar que la tierra se la lleve el viento;

reducir la evaporación;

proteger las plantas jóvenes;

Retienen la nieve sin formar ventisqueros peligrosos;

recoger niebla y precipitación horizontal;

reducir los daños mecánicos a las plantas;

reducir la transferencia de arena y polvo;

No bloquee el drenaje de inundaciones;

No cree una línea de fuego continua;

preservar los corredores ecológicos.

La protección contra el viento se considera exitosa no cuando no hay viento a favor, sino cuando el flujo se vuelve menos destructivo y más uniforme.

2. Por qué una pared sólida es peligrosa

Una densa pared de árboles, arbustos o paneles artificiales crea una fuerte caída de presión.

Viento:

choca contra un obstáculo;

se eleva parcialmente hacia arriba;

acelera al pasar por el borde superior;

forma vórtices;

cae bruscamente tras un obstáculo;

Daña el suelo y las plantas en la zona de sotavento.

Como resultado, puede surgir una zona de fuerte turbulencia justo detrás de la franja densa.

Riesgos adicionales:

ganancia inesperada masiva;

formación de grandes acumulaciones de nieve;

acumulación de materia orgánica seca;

rápida propagación del fuego;

la caída de toda la franja en una dirección;

Bloqueando carreteras y cauces de ríos.

Por lo tanto, se deben usar tiras protectoras.semipermeable, de varios niveles y dividido en secciones funcionales.

3. Principales tipos de vientos en las crestas

3.1. Viento de fondo predominante

Esta es la dirección del viento más común.

Se utiliza para determinar:

Orientación principal de las tiras protectoras;

disposición de niveles bajos y altos;

zonas de aterrizaje a sotavento;

retención de nieve;

direcciones de transferencia de suelo.

Pero es imposible diseñar un sistema que solo tenga en cuenta el viento predominante.

3.2. Vientos de tormenta estacionales

Pueden tener una dirección diferente y una velocidad mucho mayor.

Por ejemplo, un viento normal podría venir del oeste, mientras que la tormenta invernal más destructiva podría venir del noroeste.

Por lo tanto, el mapa debe contener:

dirección frecuente;

la dirección más fuerte;

dirección de los vientos fríos;

dirección de los vientos secos;

Dirección del viento con lluvia;

Dirección del viento con riesgo de incendio.

3.3. Tormentas eléctricas

Antes de una tormenta eléctrica, la dirección del viento puede cambiar rápidamente.

Shkval es capaz de:

romper ramas;

arrancar árboles;

transportar objetos pesados;

lluvia directa oblicua en un ángulo inusual;

forman flujos locales a corto plazo.

Las largas franjas rectas de árboles idénticos son especialmente peligrosas para las ráfagas de viento.

3.4 Flujos descendentes

Durante una tormenta eléctrica, el aire frío puede descender bruscamente y extenderse por la superficie.

Este flujo no se comporta como un viento horizontal normal.

Él puede:

ataque desde arriba;

extenderse en abanico;

cambiar de dirección en segundos;

dañar las plantas desde varios lados;

ejercen una fuerte presión sobre las coronas.

La protección debe ser espacial, no solo unidireccional.

3.5. Flujos acelerados de montaña

El viento está arreciando:

en sillas de montar;

pasajes estrechos;

entre paredes de roca;

sobre crestas afiladas;

a lo largo de los desfiladeros;

cerca de excavaciones artificiales;

entre edificios y franjas forestales.

Estos lugares se convierten en "boquillas de viento" naturales.

No pueden cubrirse con vegetación alta y densa sin modelado.

3.6 Rotores de sotavento

Detrás de la cresta pueden formarse corrientes de aire giratorias.

Ellos causan:

fuertes ráfagas de viento procedentes de direcciones opuestas;

distribución inestable de la nieve;

mayor carga sobre los árboles;

secado local;

Daños en techos y estructuras.

La vertiente de sotavento no siempre es una zona tranquila y segura.

3.7. Vientos Foehn y vientos cálidos y secos

Los vientos cálidos y secos reducen rápidamente el contenido de humedad de las plantas y del suelo.

Ellos:

mejorar la evaporación;

secar las plantas jóvenes;

aumentar el riesgo de incendio;

acelerar la pérdida de nieve;

hojas dañadas;

aumentar la necesidad de agua.

En este caso, la protección debe combinar la reducción de la velocidad del viento, la sombra que proyecta el suelo y la retención de la humedad.

3.8. Tormentas de polvo y arena

El polvo y la arena actúan como abrasivo.

Ellos:

hojas y corteza dañadas;

Las plantas jóvenes se duermen;

contaminar cuerpos de agua;

Cubra los sensores;

dificultar la visibilidad;

portan semillas de plantas invasoras.

No solo es necesario detener las partículas, sino también proporcionar lugares para su depósito seguro y su posterior eliminación.

4. Mapa de relieve eólico

Antes de diseñar, se crea un mapa que muestra:

velocidad media del viento;

ráfagas máximas registradas;

direcciones dominantes;

destinos de temporada;

zonas de aceleración;

zonas de turbulencia;

bolsillos a sotavento;

zonas de ventisqueros;

zonas de soplado de nieve;

sitios erosionados por el viento;

rutas de transporte de arena;

ganancias inesperadas existentes;

dirección de la caída del árbol;

zonas de lluvia oblicua.

Usado:

estaciones meteorológicas;

anemómetros;

veletas;

mástiles de medición temporales;

drones;

modelo digital de elevación;

observaciones de nieve;

estado de la corona;

dirección de inclinación de los arbustos;

información histórica;

Simulación por ordenador del flujo de aire.

Una estación meteorológica por valle no es suficiente. En la cresta, el viento puede ser significativamente más fuerte y soplar en una dirección diferente.

5. Escenarios de viento calculados

Se generan varios escenarios para cada territorio.

El sistema debe mantener su función básica incluso cuando parte de la vegetación o las estructuras resulten dañadas.

6. Sistema de protección contra el viento de varias etapas

La configuración más estable no es una sola franja, sino una cascada de varias zonas.

Zona 1. Superficie frontal rugosa

En el lado de entrada del viento se conservan o se crean los siguientes elementos:

colocadores de piedras;

hierbas bajas;

musgos;

líquenes;

arbustos rastreros;

Ligera irregularidad del terreno.

Esta zona comienza a debilitar el viento justo en la superficie.

También es la primera en sufrir el embate de la arena, el hielo y la lluvia oblicua.

Zona 2. Zona semipermeable baja

Consta de:

hierbas densas;

arbustos bajos;

tallos flexibles;

escasas hileras de plantas de roca.

Su propósito es reducir la velocidad de la parte inferior del flujo sin crear una barrera pronunciada.

Zona 3. Capa media de arbustos.

No necesariamente se ubica en una línea recta, sino en grupos e islas.

Usado:

arbustos de tallos múltiples;

tipos flexibles;

plantas de diferentes alturas;

especies con diferentes densidades de copa.

Esta zona eleva parte del flujo de aire y lo dispersa.

Zona 4. Nivel alto

Se colocan arbustos y árboles altos:

debajo de la propia línea de la cresta;

en áreas protegidas;

en grupos;

con un aumento gradual de la altura;

con intervalos;

teniendo en cuenta los cortafuegos.

El nivel superior no debería comenzar de forma abrupta.

Zona 5. Paso de Sotavento

Detrás de la avenida principal se encuentran:

hierbas altas;

arbustos individuales;

árboles jóvenes;

áreas de restauración natural;

campos de retención de nieve;

microzonas húmedas.

La transición debe ser gradual para que el aire no colapse sobre la superficie inmediatamente después del obstáculo.

7. Forma espacial de las tiras protectoras

rayas rectas

Aceptable en terrenos relativamente llanos con una dirección del viento estable.

En las crestas su uso es limitado, ya que el viento cambia de dirección con frecuencia.

rayas curvas

Se adaptan al contorno del terreno y distribuyen mejor la carga.

No deben convertirse en un cuenco que acumule viento o nieve en un solo punto.

Disposición del tablero de ajedrez

Los grupos de arbustos y árboles están ubicados con un desplazamiento.

Ventajas:

El flujo se dispersa muchas veces;

No existe una única línea de destrucción;

Se conservan los conductos para el agua y los animales;

Se reduce el riesgo de incendio;

Si un grupo se retira, el sistema sigue funcionando.

sistema de islas

Más adecuadas para crestas montañosas abiertas.

Se crean islas estables separadas:

hierbas;

arbustos;

árboles;

estructuras de piedra y plantas.

Entre ellos se mantienen corredores controlados de aire y agua.

Estructura de panal

El territorio está dividido en pequeñas zonas protegidas.

Se forman los límites celulares:

arbustos bajos;

hierbas;

líneas de piedra;

formas terrestres locales.

El sistema de panal protege bien el suelo, pero no debe impedir el paso del agua en caso de emergencia.

8. Orientación con respecto al viento

Las franjas protectoras suelen estar ubicadas aproximadamente en dirección transversal a la dirección peligrosa del viento.

Sin embargo, en las montañas es necesario tener en cuenta:

curva de la cresta;

ráfagas laterales;

corrientes ascendentes;

flujos descendentes;

Instrucciones de invierno y verano;

vientos con lluvia;

vientos de fuego.

Por lo tanto, a menudo no se utiliza una sola orientación, sino una combinación:

franja principal;

alas laterales;

secciones diagonales;

islotes;

microbandas transversales.

Es imposible crear una bolsa de vegetación cerrada en la que se acumule nieve, materia seca o agua sin una salida.

9. Permeabilidad de la tira protectora

La tira debe permitir el paso de algo de aire.

Una franja demasiado abierta tiene poco efecto sobre el viento.

Demasiado denso crea:

fuerte aumento del caudal;

aceleración por encima del límite superior;

vórtices;

una caída brusca de la presión atmosférica detrás de la pista;

Daños en la zona de sotavento.

La estructura óptima se logra combinando:

huecos entre los troncos;

hojas de diferentes tamaños;

de altura desigual;

ramas flexibles;

varios niveles;

brechas entre grupos.

La permeabilidad debe mantenerse incluso en invierno, cuando las especies de hoja caduca pierden sus hojas.

10. Altura y zona de protección

Cuanto más alta sea la banda protectora, mayor será su alcance.

Pero aumentar la altura también aumenta:

superficie vélica;

carga sobre las raíces;

probabilidad de ganancia inesperada;

cantidad de madera al caer;

carga de fuego;

costo del servicio.

En las crestas abiertas, varias bandas bajas y medias suelen ser más efectivas que una sola banda alta.

11. Selección de plantas

Las plantas se seleccionan no solo por su resistencia a las heladas o su tolerancia a la sequía.

Es necesario evaluar:

flexibilidad del tronco;

la capacidad de recuperarse de una crisis;

forma de la corona;

superficie vélica;

profundidad y anchura de las raíces;

resistencia a suelos saturados;

resistencia a la formación de hielo;

capacidad de retención de nieve;

riesgo de incendio;

capacidad de producir brotes radiculares;

compatibilidad con el ecosistema local.

Privilegiado:

especies locales;

formas de tallos múltiples;

arbustos bajos y medianos;

árboles con una copa moderadamente dispersa;

plantas que forman grupos;

especies con diferentes tipos de raíces.

12. Resistencia de las raíces

En caso de vientos anormales, no solo es importante la resistencia del tronco, sino también el estado del suelo.

Es especialmente probable obtener ganancias inesperadas cuando:

El suelo está completamente saturado;

El sistema radicular es superficial;

El árbol se encuentra al borde del terraplén;

Hay una capa deslizante debajo de las raíces;

Algunas de las raíces están cortadas por la carretera;

El suelo se afloja;

Hay una zanja de drenaje cerca;

El árbol está inclinado por los vientos anteriores.

No se deben plantar árboles altos:

en el borde inestable de la cresta;

por encima de la carretera;

a través del canal de emergencia;

cerca de sensores importantes;

cerca de las líneas de comunicación;

sobre el cuerpo del deslizamiento de tierra sin inspección.

13. Protección contra la lluvia oblicua

El viento fuerte cambia la trayectoria de las gotas.

La lluvia oblicua puede:

destruir las laderas expuestas al viento;

meterse debajo de la hojarasca;

erosionar los terraplenes de la carretera desde los lados;

saturar el suelo de forma desigual;

Evitar los toldos protectores convencionales;

transportar agua a través de una cuenca hidrográfica.

La estructura que bloquea el viento debería reducir la velocidad de las gotas, pero sin concentrar el agua en la base de la franja.

Para ello se utilizan los siguientes elementos:

niveles delanteros bajos;

mantillo de piedra;

césped denso;

arbustos distribuidos;

rutas de desbordamiento seguras.

14. Viento y nieve

La vegetación protectora modifica la distribución de la nieve.

Ella puede:

contener la nieve;

reducir el soplado;

crear bolsas de nieve estables;

aumentar la humedad primaveral.

Pero puede formarse una franja incorrecta:

derrape profundo en la carretera;

cornisa peligrosa;

acumulación propensa a avalanchas;

riego excesivo y prolongado de las raíces;

costra de hielo;

daños en las ramas.

Por lo tanto, antes del aterrizaje, se simula lo siguiente:

dirección del viento invernal;

zona donde se esperan nevadas;

profundidad máxima de deriva;

velocidad de fusión;

dirección del agua de deshielo;

estabilidad de la pendiente inferior.

15. Viento, niebla y precipitación horizontal

En las crestas de nubes, las franjas protectoras pueden actuar como captadores naturales de niebla.

Las gotas se depositan en las hojas, las agujas de los pinos y las ramas, y luego fluyen hacia el suelo.

Para ello, resultan útiles los siguientes elementos:

follaje pequeño;

pino;

superficies pubescentes;

coronas de varios niveles;

corteza áspera;

Ramificación pequeña y densa.

Sin embargo, un sistema excesivamente denso puede:

retienen la humedad constantemente;

promueven enfermedades fúngicas;

aumentar el peso del glaseado;

sobrecargar las ramas.

Es necesario combinar la captación de niebla con una buena ventilación.

16. Viento y fuego

En las crestas, los incendios suelen propagarse con especial rapidez.

Viento:

lleva chispas;

acelera el frente de fuego;

dirige el fuego a lo largo de las franjas;

seca la vegetación;

crea torbellinos de fuego;

propaga el fuego por las carreteras.

La franja de protección no debe convertirse en un corredor de combustible continuo.

Requerido:

estructura de mosaico;

descansos;

tipos de baja inflamabilidad;

eliminación del exceso de materia seca;

dividiendo densos grupos de arbustos;

acceso para los servicios de bomberos;

puntos de agua;

monitoreo remoto.

Una hilera continua de coníferas a lo largo de una cresta puede servir tanto de cortavientos como de vía extremadamente peligrosa para la propagación del fuego.

17. Cortavientos artificiales

Hasta que se restablezca la vegetación o en zonas especialmente difíciles, se puede utilizar lo siguiente:

mallas semipermeables;

rejillas de madera;

muros de piedra con aberturas;

barreras de mimbre;

formas bajas de tierra;

pantallas para retener la nieve;

paneles de protección temporales.

Deben:

dejar pasar algo de aire;

tener una base sólida;

soportar cargas racheadas;

No te conviertas en un trozo de escombros peligroso;

No bloquee el agua;

No hagas daño a las aves;

ser reparable;

ser reemplazado gradualmente por un sistema vivo.

Las láminas de metal macizo y las vallas densas en la parte superior suelen generar demasiada tensión y turbulencia.

18. Protección contra el viento en las carreteras

En los caminos de cresta el viento puede:

vehículos volcados;

cubrir la lona con nieve;

dificultar la visibilidad;

transportar piedras y ramas;

causar glaseado;

destruir taludes de carreteras.

Los elementos de protección no se colocan demasiado cerca de la carretera si provocan deslizamientos directos sobre la superficie de la misma.

Es necesario tener en cuenta:

lugar de nevadas;

área de caída de árboles;

desvío de emergencia;

revisar;

seguridad contra incendios;

drenaje de agua;

Posibilidad de limpieza.

Cerca de las zonas críticas, es preferible utilizar arbustos bajos y pantallas artificiales semipermeables en lugar de árboles altos.

19. Protección de asentamientos e infraestructuras

Se crean varios circuitos cerca de edificios, estaciones de monitoreo, embalses e instalaciones energéticas.

Contorno externo

Difunde el flujo principal.

Contorno medio

Reduce la velocidad del viento y atrapa las partículas.

Contorno interior

Protege un objeto específico sin generar turbulencias peligrosas cerca de paredes y techos.

Dentro debes guardar:

distancias de fuego;

acceso para reparaciones;

rutas de evacuación;

caída segura de árboles;

drenaje de agua.

20. Escenario de viento y suelo saturado

Este es uno de los escenarios más peligrosos.

La secuencia puede ser la siguiente:

Varias lluvias saturan el suelo;

La resistencia de las raíces disminuye;

Comienza la tormenta;

Los árboles se están cayendo;

Las raíces arrancan capas de tierra;

Se forman depresiones y áreas abiertas;

Los troncos de los árboles bloquean los cauces de los ríos y las carreteras;

Un nuevo aguacero provoca un flujo repentino.

Para reducir el riesgo se utilizan los siguientes métodos:

limitar la altura de las plantaciones;

mezcla de edades;

arbustos de tallos múltiples;

eliminación de árboles peligrosos;

protección de los lechos de los ríos contra la acumulación de árboles;

monitorización de la inclinación;

rutas de agua de reserva;

rutas de acceso de emergencia.

21. Escenario "Viento después de un incendio"

Tras un incendio, el suelo queda expuesto y las raíces de las plantas dañadas van perdiendo fuerza gradualmente.

Un viento fuerte puede:

soplar ceniza y tierra fina;

descomponer los árboles quemados;

crear obstrucciones peligrosas;

transportar polvo contaminado;

destruir recubrimientos antierosión temporales.

Después de un incendio, debes rápidamente:

evaluar la estabilidad de los árboles;

Retire únicamente los troncos que sean realmente peligrosos;

para consolidar el suelo;

instalar pantallas temporales bajas;

restaurar el césped;

proteger las vías fluviales;

controlar el movimiento de personas y equipos.

La eliminación total de todos los árboles quemados puede aumentar la erosión causada por el viento y el agua.

22. Fallo en cascada

El diseño debe tener en cuenta que durante una tormenta extrema pueden ocurrir simultáneamente los siguientes eventos:

Los árboles caen;

La red colapsará;

bloquear las carreteras;

Los sensores podrían estar dañados;

La conexión desaparece;

Se iniciará un incendio;

se producirá un deslizamiento de tierra;

La dirección del flujo cambiará.

Por lo tanto, el sistema no debe depender de una sola línea de defensa.

Requerido:

varios niveles independientes;

descansos;

sensores de respaldo;

fuente de alimentación autónoma;

rutas alternativas;

zonas de caída segura;

métodos de inspección manual;

elementos de reparación sencillos.

23. Monitoreo de vientos anormales

La red de observación incluye:

anemómetros a varias alturas;

sensores de dirección;

medidores de ráfagas;

cámaras;

sensores de inclinación de árboles;

sensores de vibración;

sensores de humedad del suelo;

estaciones pluviométricas;

medidores de nieve;

sensores de destrucción acústica;

drones;

imágenes satelitales.

No solo se observa la velocidad del viento, sino también las consecuencias:

el aspecto del suelo expuesto;

inclinación de las plantas;

rotura de ramas;

cambio en los ventisqueros;

formación de zonas de vórtice;

acumulación de arena;

Daños en las tiras protectoras.

24. Niveles de peligro por viento

Nivel verde

Viento normal. El sistema funciona sin restricciones.

Nivel amarillo

Se esperan fuertes ráfagas de viento. Se restringe el trabajo en altura y el movimiento de equipos ligeros.

Nivel naranja

Es posible que caigan ramas y se formen ventisqueros. Algunas rutas estarán cerradas.

Nivel rojo

Existe un alto riesgo de caída de árboles, destrucción de estructuras y bloqueo de carreteras.

Nivel negro

Daños generalizados reales, falta de comunicación o una combinación de tormenta con incendio, inundación o deslizamiento de tierra.

25. Mantenimiento del sistema

La arquitectura resistente al viento requiere inspecciones periódicas.

Se llevan a cabo los siguientes procedimientos:

eliminación de ramas secas y peligrosas;

control de inclinación del árbol;

restauración de rupturas;

Aclarar las zonas excesivamente densas;

sustitución de redes dañadas;

eliminación de sedimentos;

control de especies invasoras;

mantenimiento de los conductos de evacuación de incendios;

estudio posterior a la tormenta;

Ajuste del modelo digital.

El aclareo debe realizarse gradualmente. Eliminar bruscamente la capa frontal puede dejar al descubierto plantas que antes no estaban expuestas a la fuerza total del viento.

26. Indicadores de desempeño

El sistema se evalúa según los siguientes parámetros:

disminución de la velocidad del viento en la superficie;

reducción de la superficie afectada por la erosión eólica;

preservación de la cubierta vegetal;

reducción del número de averías;

reducción de la pérdida de nieve;

ausencia de derivas peligrosas;

reducción de la evaporación;

aumentar la humedad de las zonas protegidas;

resiliencia posterior a la tormenta;

ausencia de ganancias inesperadas masivas;

preservación de las vías fluviales;

falta de un corredor cortafuegos continuo.

El número de árboles plantados por sí solo no es un indicador de eficacia.

27. Lo que no se debe hacer

En las crestas está prohibido:

crear un muro alto y continuo;

plantar un monocultivo de una sola edad;

Protección de diseño únicamente para viento medio;

Ignorar las ráfagas de viento y los cambios de dirección;

plantar árboles altos por encima de la carretera;

bloquear los pasos del viento sin modelado;

crear franjas densas en la dirección del fuego;

bloquear los cursos de agua naturales;

Instalar paneles sólidos sin huecos;

crear ventisqueros sobre la infraestructura;

plantar árboles en suelos saturados e inestables;

Considere que el lado de sotavento es completamente seguro.

28. Secuencia de diseño

Etapa 1. Mapeo del viento

Se determinan las direcciones principales y extremas, así como las zonas de aceleración y turbulencia.

Etapa 2. Evaluación del suelo

Se estudia la estabilidad de las raíces en suelos secos y saturados.

Paso 3. Definición de funciones

Se decide qué es exactamente lo que hay que proteger: el suelo, las plantas, una carretera, un asentamiento, la nieve o una masa de agua.

Paso 4: Creación de un nivel bajo

Se han recuperado las hierbas, los musgos, los líquenes y los arbustos rastreros.

Etapa 5. Formación del nivel medio

Se crean grupos de arbustos e islas.

Etapa 6. Introducción cuidadosa de los árboles.

Los árboles se colocan únicamente en lugares estables y protegidos.

Paso 7: Pruebas de escenarios extremos

Se simulan vendavales, nieve, lluvia, fuego y suelo saturado.

Etapa 8. Seguimiento y adaptación

Tras las tormentas, el sistema se ajusta.

El principio final

La arquitectura antiviento de la cresta debe ser:

de varios niveles;

semipermeable;

mosaico;

resistente al cambio de dirección;

seguro en caso de destrucción parcial;

compatible con el drenaje de agua;

resistente al fuego;

Adaptado a la nieve y a la lluvia oblicua;

basado principalmente en la vegetación local.

El objetivo principal no es crear una pared estática, sino formar un sistema vivo que reciba, eleve, disperse y atenúe gradualmente el flujo de aire.

Los vientos fuertes no pueden ser vencidos por una sola barrera. Solo se puede reducir su poder destructivo mediante una gestión adecuada del terreno, la vegetación, el espacio y una secuencia de capas protectoras.