Conocido como «cambio climático subterráneo» o «islas geotérmicas», se sabe que este fenómeno causa problemas ambientales (como aguas subterráneas contaminadas) y problemas de salud (incluidos asma e insolación). Pero, hasta ahora, el impacto del cambio climático subterráneo en la infraestructura civil no se ha estudiado ni se ha entendido bien.
“Si piensas en sótanos, estacionamientos, túneles y trenes, todas esas instalaciones emiten calor constantemente”, dijo Ruta Luria. «En general, las ciudades son más cálidas que las áreas rurales porque los materiales de construcción atrapan periódicamente el calor derivado de la actividad humana y la radiación solar y luego lo liberan a la atmósfera. Este proceso se ha estudiado durante décadas. Ahora, estamos analizando su contraparte del subsuelo, que es impulsado principalmente por la actividad humana».
Chicago como un laboratorio viviente
En los últimos años, Rotta Loria y su equipo instalaron una red inalámbrica de más de 150 sensores de temperatura en el Chicago Loop, tanto por encima como por debajo del suelo. Esto incluyó la colocación de sensores en sótanos de edificios, túneles subterráneos, estacionamientos subterráneos y calles subterráneas como Lower Wacker Drive. A modo de comparación, el equipo también enterró sensores en Grant Park, un espacio verde ubicado a lo largo del lago Michigan, lejos de los edificios y los sistemas de transporte subterráneo.
Uno de los sensores de temperatura de Rotta Loria recopila datos en un túnel debajo del Chicago Loop.
Los datos de la Red de Sensores Inalámbricos indicaron que las temperaturas subterráneas debajo del Loop son a menudo 10 grados centígrados más cálidas que las temperaturas debajo de Grant Park. La temperatura del aire en las estructuras subterráneas puede ser hasta 25 °C más alta en comparación con la temperatura del suelo intacto. A medida que el calor se propaga hacia la Tierra, ejerce una gran presión sobre los materiales, que se expanden y contraen con los cambios de temperatura.
“Utilizamos Chicago como un laboratorio viviente, pero el cambio climático subterráneo es común en casi todas las áreas urbanas densas del mundo”, dijo Ruta Luria. «Todas las áreas metropolitanas que experimentan el cambio climático bajo tierra son vulnerables a los problemas de infraestructura».
hundiéndose lentamente
Después de recopilar tres años de datos de temperatura, Ruta Lauria construyó un modelo de computadora tridimensional para simular cómo han evolucionado las temperaturas de la Tierra desde 1951 (el año en que Chicago completó sus túneles subterráneos) hasta hoy. Encontró valores consistentes con los medidos en campo y utilizó simulaciones para predecir cómo evolucionarán las temperaturas hasta 2051.
Ruta Luria también modeló cómo la Tierra se deforma en respuesta al aumento de las temperaturas. Mientras que algunos materiales (arcillas blandas y duras) se contraen cuando se calientan, otros (arcillas duras, arena y piedra caliza) se expanden.
Según las simulaciones, las temperaturas más cálidas podrían hacer que la Tierra se hinche y se expanda hacia arriba hasta 12 milímetros. También pueden hacer que el suelo se contraiga y se hunda hacia abajo, bajo el peso del edificio, hasta 8 milímetros. Aunque esto parece sutil e imperceptible para los humanos, la diferencia es más de lo que muchos componentes de construcción y sistemas de cimentación pueden manejar sin comprometer sus requisitos operativos.
“Con base en nuestras simulaciones por computadora, hemos demostrado que las deformaciones del suelo pueden ser tan severas que generan problemas con el funcionamiento de la infraestructura civil”, dijo Ruta Luria. «No es como si un edificio colapsara repentinamente. Las cosas se hunden muy lentamente. Las consecuencias para la capacidad de servicio de las estructuras e infraestructuras pueden ser muy malas, pero lleva mucho tiempo verlas. Lo asociamos con este fenómeno porque no éramos conscientes de él». .”
recolección de calor
Debido a que los urbanistas y arquitectos diseñaron la mayoría de los edificios modernos antes de la llegada del cambio climático bajo tierra, no diseñaron estructuras para resistir los cambios de temperatura que experimentamos hoy. Sin embargo, los edificios modernos estarán mejor que las estructuras de períodos anteriores, como la Edad Media.
“En Estados Unidos, todos los edificios son relativamente nuevos”, dijo Ruta Lauria. Las ciudades europeas con edificios más antiguos serán más vulnerables al cambio climático debajo de la superficie. Los edificios hechos de piedra y ladrillo que recurren a prácticas de diseño y construcción anteriores suelen estar en un equilibrio muy delicado con las interrupciones asociadas con las operaciones actuales de las ciudades. Las perturbaciones térmicas asociadas con las islas de calor geotérmicas podrían tener efectos perjudiciales para tales construcciones”.
En el futuro, Ruta Luria dijo que las estrategias de planificación futuras deberían incorporar tecnologías geotérmicas para recolectar el calor residual y entregarlo a los edificios para la calefacción de espacios. Los planificadores también pueden instalar aislamiento térmico en edificios nuevos y existentes para reducir la cantidad de calor que ingresa al suelo.
“La forma más efectiva y racional es aislar las estructuras subterráneas de tal manera que la cantidad de calor residual sea mínima”, dijo Ruta Luria. «Si esto no se puede hacer, las tecnologías geotérmicas ofrecen la oportunidad de absorber el calor de manera eficiente y reutilizarlo en los edificios. Lo que no queremos es usar tecnologías para enfriar activamente las estructuras subterráneas porque eso usa energía. Actualmente, hay innumerables soluciones que pueden Impleméntalo.»
El estudio, «El impacto silencioso del cambio climático subterráneo en la infraestructura civil», fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias (número de subvención 2046586). La red de sensores inalámbricos en la que se basa este trabajo, que también sirve como laboratorio viviente para un curso impartido por Rota Luria, fue financiada en parte por la Sociedad Murphy y un ex alumno de la Universidad Northwestern.
«Gurú del alcohol. Analista. Defensor de la comida. Aficionado extremo al tocino. Experto total en Internet. Adicto a la cultura pop. Pionero de viajes sutilmente encantador».