C’è un “silenzioso pericolo” in agguato sotto le nostre principali città globali, i nostri edifici non sono stati progettati per gestirlo. Il nuovo studio della Northwestern University ha, per la prima volta, collegato il cambiamento climatico sotterraneo al terreno in movimento sotto le aree urbane, man mano che il terreno si riscalda, si deforma, questo fenomeno fa sì che le fondamenta dell’edificio e il terreno circostante si muovano eccessivamente (a causa di espansioni e contrazioni) e addirittura si crepino, il che in ultima analisi, influisce sulle prestazioni operative e sulla durabilità a lungo termine delle strutture. I ricercatori riferiscono anche che i danni agli edifici del passato potrebbero essere stati causati da tali temperature in aumento e si aspettano che questi problemi continuino per gli anni a venire.
I ricercatori sebbene l’aumento delle temperature rappresenti una minaccia per la nostra infrastruttura, lo considerano anche una potenziale opportunità: catturando il calore disperso emesso nel sottosuolo dai sistemi di trasporto sotterranei, parcheggi e seminterrati, gli urbanisti potrebbero mitigare gli effetti del cambiamento climatico sotterraneo e riutilizzare il calore in una risorsa di energia termica non sfruttata.
La ricerca pubblicata nella rivista Communications Engineering, segna il primo studio per quantificare le deformazioni del suolo causate dalle isole di calore del sottosuolo e il loro effetto sulle infrastrutture civili.
Alessandro Rotta Loria Professore Associato di Ingegneria Civile e Ambientale della Northwestern Engineering ha guidato lo studio, ha affermato:
«Il cambiamento climatico sotterraneo è un silenzioso pericolo, il terreno si sta deformando a causa delle variazioni di temperatura e nessuna struttura o infrastruttura civile esistente è progettata per resistere a queste variazioni. Sebbene questo fenomeno non sia necessariamente pericoloso per la sicurezza delle persone, in generale influenzerà le normali operazioni quotidiane dei sistemi di fondazione e delle infrastrutture civili. L’argilla di Chicago può contrarsi se riscaldata, come molti altri terreni a grana fine, a causa dell’aumento della temperatura nel sottosuolo, molte fondamenta del centro stanno subendo assestamenti indesiderati, lenti ma continui, in altre parole, non è necessario risiedere a Venezia per vivere in una città che sta affondando, anche se le cause di tali fenomeni sono completamente diverse».
Che cos’è il cambiamento climatico sotterraneo?
In molte aree urbane in tutto il mondo, il calore si diffonde continuamente dagli edifici e dai trasporti sotterranei, provocando un riscaldamento del suolo a una velocità allarmante. Precedenti ricercatori hanno scoperto che il sottosuolo poco profondo sotto le città si riscalda da 0,1 a 2,5° C per decennio.
Il fenomeno conosciuto come “cambiamento climatico sotterraneo” o “isole di calore sotterranee”, è noto per causare problemi ecologici (come l’acqua sotterranea contaminata) e problemi di salute (tra cui l’asma e il colpo di calore). Ma, fino ad ora, l’effetto del cambiamento climatico sotterraneo sulle infrastrutture civili è rimasto non studiato e poco compreso.
Alessandro Rotta Loria ha affermato:
«Se pensi a scantinati, parcheggi, tunnel e treni, tutte queste strutture emettono continuamente calore. Le città in generale sono più calde delle zone rurali perché i materiali da costruzione intrappolano periodicamente il calore derivato dall’attività umana e dalla radiazione solare e poi lo rilasciano nell’atmosfera, questo processo è stato studiato per decenni. Ora stiamo esaminando la sua controparte sotterranea, che è principalmente guidata dall’attività antropogenica».
Chicago come laboratorio vivente
Alessandro Rotta Loria e il suo team negli ultimi anni hanno installato una rete wireless di oltre 150 sensori di temperatura lungo il quartiere Chicago Loop, sia sopra sia sotto terra. Ciò includeva il posizionamento di sensori negli scantinati di edifici, tunnel della metropolitana, parcheggi sotterranei e strade sotterranee come Lower Wacker Drive. Il team di ricercatori per fare un confronto, ha anche inserito i sensori nel Grant Park, uno spazio verde situato lungo il lago Michigan, lontano da edifici e sistemi di trasporto sotterranei.
I dati della rete di rilevamento wireless hanno indicato che le temperature sotterranee sotto il Chicago Loop sono spesso 10° C più calda delle temperature sotto il Grant Park. Le temperature dell’aria nelle strutture sotterranee possono essere fino a 25° C superiori rispetto alla temperatura del suolo indisturbata. Il calore quando si diffonde verso il suolo, pone uno stress significativo sui materiali che si espandono e si contraggono al variare delle temperature.
Alessandro Rotta Loria ha affermato:
«Abbiamo usato Chicago come un laboratorio vivente, ma il cambiamento climatico sotterraneo è comune a quasi tutte le aree urbane dense del mondo, tutte le aree urbane che soffrono di cambiamenti climatici sotterranei tendono ad avere problemi con le infrastrutture».
Affondando lentamente
Alessandro Rotta Loria dopo aver raccolto dati sulla temperatura per tre anni, ha costruito un modello di computer 3D per simulare l’evoluzione della temperatura del suolo dal 1951 (l’anno in cui Chicago ha completato i tunnel della metropolitana) ad oggi. Ha trovato valori coerenti con quelli misurati sul campo, ha utilizzato la simulazione per prevedere come si evolveranno le temperature fino al 2051.
Alessandro Rotta Loria ha anche modellato il modo in cui il terreno si deforma in risposta all’aumento delle temperature, mentre alcuni materiali (argilla morbida e rigida) si contraggono quando riscaldati, altri materiali (argilla dura, sabbia e calcare) si espandono.
Le simulazioni hanno evidenziato che temperature più calde possono far gonfiare il terreno ed espandersi verso l’alto fino a 12 millimetri. Possono anche far sì che il terreno si contragga e sprofondi verso il basso, sotto il peso di un edificio, fino a 8 millimetri, questa variazione anche se piccola ed è impercettibile per l’uomo, la variazione è più di quanto molti componenti dell’edificio e sistemi di fondazione possano gestire senza compromettere i loro requisiti operativi.
Alessandro Rotta Loria ha affermato:
«Sulla base delle nostre simulazioni al computer, abbiamo dimostrato che le deformazioni del suolo possono essere così gravi da portare a problemi per le prestazioni delle infrastrutture civili. Non è che un edificio crolli all’improvviso, gli edifici affondando molto lentamente. Le conseguenze per la funzionalità di strutture e infrastrutture possono essere molto negative, ma ci vuole molto tempo per vederle. È molto probabile che il cambiamento climatico sotterraneo abbia già causato crepe e cedimenti eccessivi delle fondamenta che non abbiamo associato a questo fenomeno perché non ne eravamo a conoscenza».
Raccolta del calore
Poiché gli urbanisti e gli architetti hanno progettato la maggior parte degli edifici moderni prima che emergessero i cambiamenti climatici sotterranei, non hanno progettato strutture per tollerare le variazioni di temperatura che sperimentiamo oggi. Tuttavia, gli edifici moderni se la caveranno meglio delle strutture di epoche precedenti.
Alessandro Rotta Loria ha affermato:
«Negli Stati Uniti, gli edifici sono tutti relativamente nuovi. Le città europee con edifici molto vecchi saranno più suscettibili ai cambiamenti climatici del sottosuolo. Gli edifici in pietra e mattoni che fanno ricorso a pratiche progettuali e costruttive del passato, sono generalmente in un equilibrio molto delicato con le perturbazioni associate al funzionamento attuale delle città. Le perturbazioni termiche legate alle isole di calore sotterranee possono avere impatti dannosi per tali costruzioni. Le future strategie di pianificazione dovrebbero integrare le tecnologie geotermiche per raccogliere il calore di scarto e consegnarlo agli edifici per il riscaldamento degli ambienti. I progettisti possono anche installare l’isolamento termico su edifici nuovi ed esistenti per ridurre al minimo la quantità di calore che entra nel terreno. L’approccio più efficace e razionale è isolare le strutture sotterranee in modo che la quantità di calore disperso sia minima, se ciò non è possibile, le tecnologie geotermiche offrono l’opportunità di assorbire e riutilizzare in modo efficiente il calore negli edifici. Ciò che non vogliamo è utilizzare le tecnologie per raffreddare attivamente le strutture sotterranee perché questo consuma energia. Attualmente, ci sono una miriade di soluzioni che possono essere implementate».
