Un nuevo estudio vincula por primera vez el cambio climático subterráneo en las principales áreas urbanas, puesto que el suelo se deforma a medida que se calienta y ese “peligro silencioso” puede afectar a los edificios.

Así se explica en una investigación liderada por la Universidad del Noroeste (Estados Unidos) y publicada en la revista Communications Engineering. El trabajo cuantifica las deformaciones del suelo causadas por las islas de calor del subsuelo y su efecto en la infraestructura civil.

Ese fenómeno hace que los cimientos de los edificios y el suelo circundante se muevan excesivamente (debido a expansiones y contracciones) e incluso se agrieten, lo que en última instancia afecta el rendimiento operativo y la durabilidad a largo plazo de las estructuras.

Los investigadores también informan de que los daños a edificios en el pasado pueden haber sido causados por temperaturas tan altas y esperan que estos problemas continúen en los años venideros.

Aumento de las temperaturas: una oportunidad potencial 

Aunque el aumento de las temperaturas puede suponer una amenaza, los investigadores también lo ven como una oportunidad potencial. Al capturar el calor residual emitido bajo tierra por los sistemas de transporte subterráneo, los aparcamientos y las instalaciones del sótano, los planificadores urbanos podrían mitigar los efectos del cambio climático subterráneo y reutilizar el calor en un recurso de energía térmica sin explotar.

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“El cambio climático subterráneo es un peligro silencioso”, sentencia Alessandro Rotta Loria, de la Universidad del Noroeste, quien añade: “El suelo se está deformando como resultado de las variaciones de temperatura y ninguna estructura o infraestructura civil existente está diseñada para soportar estas variaciones. Aunque este fenómeno no es necesariamente peligroso para la seguridad de las personas, afectará las operaciones normales del día a día de los sistemas de cimentación y la infraestructura civil en general”.

“La arcilla de Chicago puede contraerse cuando se calienta, como muchos otros suelos de grano fino. Como resultado del aumento de la temperatura bajo tierra, muchos cimientos del centro de la ciudad están experimentando asentamientos no deseados, de forma lenta pero continua. En otras palabras, no es necesario vivir en Venecia para vivir en una ciudad que se hunde, incluso si las causas de tales fenómenos son completamente diferentes”, explica.

En muchas áreas urbanas del mundo, el calor se difunde continuamente desde los edificios y el transporte subterráneo, lo que hace que el suelo se caliente a un ritmo alarmante. Investigadores anteriores han encontrado que el subsuelo poco profundo debajo de las ciudades se calienta entre 0,1 y 2,5 grados por década.

Cambio climático subterráneo

Conocido como ‘cambio climático subterráneo’ o ‘islas de calor bajo la superficie’, se sabe que este fenómeno causa problemas ecológicos, como agua subterránea contaminada, y problemas de salud, incluidos el asma y el golpe de calor. Pero, hasta ahora, el efecto del cambio climático subterráneo en la infraestructura civil ha permanecido sin estudiar y se comprende poco.

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“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. Ese proceso ha sido estudiado durante décadas. Ahora, estamos viendo su contraparte del subsuelo, que es impulsada principalmente por la actividad antropogénica”, indica Rotta Loria.

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 los 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 edificios y sistemas de transporte subterráneo.

Los datos de la red de detección inalámbrica indicaron que las temperaturas subterráneas debajo del Loop son a menudo 10 grados más cálidas que las temperaturas debajo de Grant Park. Las temperaturas del aire en las estructuras subterráneas pueden ser hasta 25 grados más altas respecto de la del suelo no perturbado. Cuando el calor se difunde hacia el suelo, ejerce una presión significativa 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”, apunta Rotta Loria, quien añade: “Y todas las áreas urbanas que sufren el cambio climático subterráneo son propensas a tener problemas con la infraestructura”.

Predicción hasta el 2051

Tras recopilar datos de temperatura durante tres años, Rotta Loria construyó un modelo informático en 3D para simular cómo evolucionaron las temperaturas del suelo desde 1951, el año en que Chicago completó sus túneles subterráneos, hasta la actualidad. Encontró valores consistentes con los medidos en el campo y usó la simulación para predecir cómo evolucionarán las temperaturas hasta el año 2051.

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También modeló cómo se deforma el suelo en respuesta al aumento de las temperaturas. Mientras que algunos materiales (arcilla blanda y dura) se contraen cuando se calientan, otros (arcilla dura, arena y piedra caliza) se expanden.

Según las simulaciones, las temperaturas más cálidas pueden hacer que el suelo se hinche y se expanda hacia arriba hasta 12 milímetros, así como que se contraiga y se hunda hasta 8 milímetros. Aunque esto parece sutil e imperceptible para los humanos, la variación es más de lo que muchos componentes de construcción y sistemas de cimentación pueden manejar sin comprometer sus requisitos operativos.