C’è un “pericolo silenzioso” in agguato sotto le nostre principali città, che i nostri edifici non sono stati progettati per gestirlo. Il cambiamento climatico sotterraneo.
Un 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.
Sebbene l’aumento delle temperature rappresenti una minaccia per le nostre infrastrutture, i ricercatori lo considerano anche una potenziale opportunità. Catturando il calore disperso emesso nel sottosuolo da scantinati, parcheggi, tunnel ferroviari, fognature, cavi elettrici, gli urbanisti potrebbero mitigare gli effetti del cambiamento climatico sotterraneo e riutilizzare il calore in una risorsa di energia termica non sfruttata.
Lo studio è stato pubblicato l’11 luglio su Nature, Communications Engineering, e segna il primo studio per quantificare le deformazioni del suolo causate dalle isole di calore del sottosuolo e il loro effetto sulle infrastrutture civili.
“Il cambiamento climatico sotterraneo è un pericolo silenzioso”, ha affermato Alessandro Rotta Loria della Northwestern, (sempre un italiano dietro a grandi studi e ricerche!) che ha guidato lo studio. “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, influenzerà le normali operazioni quotidiane dei sistemi di fondazione e delle infrastrutture civili in generale. 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 vivere a Venezia per vivere in una città che sta affondando, anche se le cause di tali fenomeni sono completamente diverse”.
Negli ultimi anni, il Professor Rotta Loria e il suo team hanno installato una rete wireless di oltre 150 sensori di temperatura lungo il Chicago Loop (zona centrale della città) sia sopra che sotto terra, negli scantinati di edifici, nei tunnel della metropolitana, nei parcheggi sotterranei e strade sotterranee come Lower Wacker Drive. Per fare un confronto, il team ha anche installato 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 centro sono spesso 10 gradi Celsius più calde delle temperature sotto Grant Park. Le temperature dell’aria nelle strutture sotterranee possono essere fino a 25 gradi Celsius superiori rispetto alla temperatura del suolo indisturbata. Quando il calore si diffonde verso il suolo, pone uno stress significativo sui materiali che si espandono e si contraggono al variare delle temperature. “Abbiamo usato Chicago come un laboratorio vivente, ma il cambiamento climatico sotterraneo è comune a quasi tutte le aree urbane dense del mondo”, ha affermato Rotta Loria. “E tutte le aree urbane che soffrono di cambiamenti climatici sotterranei tendono ad avere problemi con le infrastrutture”.
Dopo aver raccolto dati sulla temperatura per tre anni, Rotta Loria 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 e ha utilizzato la simulazione per prevedere come si evolveranno le temperature fino al 2051. 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. Secondo le simulazioni, 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. Anche se questo sembra 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.
“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”, ha affermato Rotta Loria. “Non è che un edificio crolli all’improvviso. Le cose stanno 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 consapevoli. 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 instabile.
Per il Professor Rotta Loria “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. 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. Quello che non vogliamo è usare le tecnologie per raffreddare attivamente le strutture sotterranee perché questo consuma energia. Attualmente, ci sono una miriade di soluzioni che possono essere implementate”.
