Un nuevo estudio de la Universidad Northwestern ha relacionado por primera vez el cambio climático subterráneo con el desplazamiento del suelo bajo las zonas urbanas. A medida que el suelo se calienta, también se deforma.
Este fenómeno hace que los cimientos de los edificios y el terreno circundante se muevan excesivamente (debido a dilataciones y contracciones) e incluso se agrieten, lo que en última instancia afecta al rendimiento operativo y la durabilidad de las estructuras a largo plazo.
Los autores del estudio también informan de que los daños sufridos por edificios en el pasado pueden haber sido causados por este aumento de las temperaturas y prevén que estos problemas continúen en los próximos años.
"El cambio climático subterráneo es un peligro silencioso", afirma Alessandro Rotta Loria, profesor adjunto de Ingeniería Civil y Medioambiental de la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern que dirigió el estudio. "El suelo se deforma como consecuencia de las variaciones de temperatura, y ninguna estructura civil o infraestructura existente está diseñada para soportar estas variaciones.
Aunque este fenómeno no es necesariamente peligroso para la seguridad de las personas, afectará al funcionamiento normal cotidiano de los sistemas de cimentación y la infraestructura civil en general.
Instalando una red inalámbrica de más de 150 sensores de temperatura en los sótanos de edificios, túneles de metro, aparcamientos subterráneos y subsuelos de calles, los investigadores pudieron crear un mapa tridimensional del subsuelo de Chicago.
"Utilizamos Chicago como laboratorio viviente, pero el cambio climático subterráneo es común a casi todas las zonas urbanas densas del mundo", explica Loria. "Y todas las zonas urbanas que sufren un cambio climático subterráneo son propensas a tener problemas con las infraestructuras".
La ciudad de Chicago es la tercera más poblada de Estados Unidos y ocupa más de 600 kilómetros cuadrados. Situada a orillas del lago Michigan, la ciudad se levanta sobre una meseta caliza enterrada bajo sedimentos de grano medio a fino (arena y arcilla) depositados tras la última glaciación. Los sedimentos arcillosos pueden plantear riesgos para los edificios, ya que son propensos a las deformaciones.
"La arcilla de Chicago puede contraerse cuando se calienta, como muchos otros suelos de grano fino. Como consecuencia del aumento de la temperatura en el subsuelo, muchos cimientos del centro están sufriendo asentamientos indeseados, lentos pero continuos."
Un área metropolitana es mucho más cálida que las zonas rurales que la rodean. El paisaje relativamente árido de una ciudad, la falta de sombra y las grandes superficies de hormigón tienden a absorber la radiación solar, calentando el ambiente. Una fuente secundaria es el calor residual generado por el funcionamiento de las máquinas, los automóviles y las infraestructuras de la ciudad.
"Si pensamos en sótanos, aparcamientos, túneles y trenes, todas estas instalaciones emiten calor continuamente", añadió Loria.
La mayoría de los sensores de temperatura se instalaron en el distrito densamente urbanizado del centro de Chicago, conocido simplemente como el Loop. A modo de comparación, el equipo también enterró sensores en Grant Park, un espacio verde situado junto al lago Michigan, lejos de edificios y sistemas de transporte subterráneos.
Los datos muestran que las temperaturas del suelo subterráneo bajo el Loop son a menudo 10 grados Celsius más cálidas que las temperaturas bajo Grant Park. La temperatura del aire en las estructuras subterráneas puede ser hasta 25 grados superior a la del suelo inalterado.
Tras recoger datos de temperatura durante tres años, Loria construyó un modelo informático para simular cómo evolucionaban las temperaturas del suelo desde 1951 (año en que Chicago terminó sus túneles de metro) hasta hoy. Encontró valores coherentes con los medidos sobre el terreno y utilizó la simulación para predecir cómo evolucionarán las temperaturas hasta el año 2051.
Al igual que aumentan las temperaturas en la superficie de la Tierra, también lo hacen bajo ella, ya que se conduce más energía bajo tierra.
El investigador modelizó cómo se deforma el suelo en respuesta al aumento de las temperaturas. Mientras que algunos materiales (como la arcilla blanda y dura) se contraen al calentarse, otros (como la arcilla dura, la arena y la caliza) se expanden.
Según las simulaciones, las temperaturas más altas pueden hacer que los primeros 23 metros de suelo y rocas bajo tierra se hinchen y se expandan hacia arriba hasta 12 milímetros. También pueden hacer que el suelo se contraiga y se hunda hacia abajo -bajo el peso de un edificio- hasta 8 milímetros.
Aunque esto parece sutil y es imperceptible para los humanos, la variación es mayor de lo que muchos componentes de edificios y sistemas de cimentación pueden soportar sin comprometer sus requisitos operativos. Los edificios antiguos de materiales rígidos como la piedra y el ladrillo son especialmente vulnerables a las deformaciones subterráneas.
“Basándonos en nuestras simulaciones por ordenador, hemos demostrado que las deformaciones del terreno pueden ser tan graves que provoquen problemas para el funcionamiento de la infraestructura civil. No es que un edificio se derrumbe de repente. Las cosas se hunden muy lentamente. Las consecuencias para el funcionamiento de estructuras e infraestructuras pueden ser muy graves, pero se tarda mucho tiempo en verlas", explicó Loria.
Es muy probable que el cambio climático subterráneo ya haya provocado grietas y asentamientos excesivos de los cimientos que no asociábamos a este fenómeno porque no éramos conscientes de ello”, sostuvo el especialista.
Para evitar daños mayores, los urbanistas tendrán que minimizar la cantidad de calor que penetra en el subsuelo planificando con antelación.
“El planteamiento más eficaz y racional es aislar las estructuras subterráneas de forma que la cantidad de calor desperdiciado sea mínima. Si esto no puede hacerse, las tecnologías geotérmicas ofrecen la oportunidad de absorber y reutilizar eficazmente el calor en los edificios”, analizó el experto.
"Lo que no queremos es utilizar tecnologías para enfriar activamente las estructuras subterráneas porque eso consume energía. Actualmente hay infinidad de soluciones que pueden aplicarse", concluyó Loria.
El estudio "The silent impact of underground climate change on civil infrastructure" se publicó en la revista Communications Engineering (2023). Material adicional y entrevistas facilitados por la Universidad Northwestern.
Nota publicada en Forbes US.