El subsuelo urbano se recalienta: Peligros y soluciones

Debajo de las principales ciudades del mundo existe un “peligro silencioso” y los edificios que hay en ellas no fueron diseñados ni están preparados para afrontarlo, según la Universidad del Noroeste (Northwestern University o NWU, en inglés), en Illinois (EE.UU).

Una investigación de la NWU (www.northwestern.edu), efectuada en Chicago, una de las ciudades más grandes de Estados Unidos, ha vinculado un fenómeno de “cambio climático subterráneo” (CCS) con los cambios del suelo situado debajo de las áreas urbanas, por el cual “a medida que el suelo se calienta, también se deforma”.

Este 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, según explica Alessandro Rotta Loria, quien dirigió el estudio.

EL CAMBIO CLIMÁTICO SUBTERRÁNEO (CCS)

En muchas áreas urbanas del mundo, el calor se difunde desde los edificios y el transporte subterráneo, haciendo que el suelo poco profundo debajo de las ciudades se calienta a un ritmo de entre 0,1 y 2,5 grados centígrados (ºC) por década, según la NWU.

Este fenómeno conocido como "cambio climático subterráneo", se sabe que fomenta problemas ecológicos (contaminación del agua subterránea) y de salud (asma y ‘golpe de calor’), pero se desconocían sus efectos en la infraestructura civil de las ciudades.

“En general, las ciudades son más cálidas que las áreas rurales porque los materiales de construcción atrapan el calor derivado de la actividad humana y la radiación solar y luego lo liberan a la atmósfera. Ahora, estamos viendo su contraparte del subsuelo, impulsada principalmente por la actividad humana”, explica Rotta Loria, profesor de ingeniería civil y ambiental.

Rotta Loria y su equipo han instalado una red inalámbrica de sensores de temperatura, por encima y debajo del nivel de la calle, en el área densamente edificada de ‘The Loop’ y en Grant Park, un espacio verde alejado de edificios y transportes subterráneos.

Los datos de la red de sensores indicaron que las temperaturas subterráneas debajo de The Loop son a menudo 10 ºC más cálidas que las temperaturas debajo de Grant Park.

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, según este investigador.

“Utilizamos Chicago como un laboratorio viviente, pero este fenómeno es habitual en casi todas las áreas urbanas densas del mundo”, señala Rotta Loria.

EL SUELO URBANO SE HUNDE LENTAMENTE

Los investigadores de la NWU han descubierto que “el suelo se está deformando como resultado de las variaciones de temperatura” y explican que “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 del día a día de los sistemas de cimentación y la infraestructura civil en general, según Rotta Loria.

“La arcilla de Chicago, como muchos otros suelos de grano fino, puede contraerse cuando se calienta. 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”, puntualiza.

Los investigadores descubrieron que el aumento de las temperaturas hace que algunos materiales (arcilla blanda y dura) se contraigan, y otros (arcilla dura, arena y piedra caliza) se expanden, haciendo que el suelo se hinche y expanda hacia arriba o que se contraiga y se hunda bajo el peso de un edificio.

Estas expansiones y contracciones se miden en milímetros, pero superan los niveles de variación que muchos componentes de construcción y sistemas de cimentación de la infraestructura civil pueden manejar sin comprometer sus requisitos operativos, advierten.

“No es que un edificio colapse repentinamente. Las cosas se están hundiendo muy lentamente. Las consecuencias pueden ser muy malas, pero lleva mucho tiempo verlas. Es probable que el CCS ya haya causado grietas y asentamientos excesivos en los cimientos que no asociamos con este fenómeno”, señala Rotta Loria

‘COSECHANDO’ EL CALOR DEL SUBSUELO

Aunque el aumento de las temperaturas subterráneas es una amenaza para las infraestructuras, los investigadores de la NU también consideran que ese calor podría aprovecharse.

“Al capturar el calor residual emitido continuamente bajo tierra por los sistemas de transporte subterráneo, túneles, trenes, estacionamientos e instalaciones de sótanos, se podrían mitigar los efectos del CCS y reutilizar el calor como un recurso de energía térmica que de momento permanece sin explotar", aseguran.

Es decir que el calentamiento del subsuelo podría convertirse en una fuente de energía, si es debidamente ‘cosechado’, canalizado y reutilizado mediante algún tipo de tecnología geotérmica.

Estas tecnologías abarcan una variedad de sistemas destinados a generar energía renovable producida a partir del calor del subsuelo, para abastecer diferentes servicios para los cuales hoy en día se utiliza la electricidad.

Las tecnologías geotérmicas aprovechan el calor natural del interior de la corteza terrestre presente en cuerpos de rocas, aguas y vapores calientes, así el como magma (roca fundida), para generar energía calorífica (para agua caliente sanitaria o climatizar una infraestructura) o eléctrica (utilizable como la electricidad que circula por las redes de suministro).

Este ámbito tecnológico abarca desde instalaciones llamadas ‘bombas de calor’, que transfieren energía calórica de un ambiente a otro mediante tuberías, la cual se utiliza en casas, edificaciones, granjas o industrias, hasta centrales que producen electricidad, utilizando vapor a alta temperatura y presión para impulsar una turbina acoplada a un generador eléctrico.

Para generar electricidad se emplea energía geotérmica de alta temperatura (por encima de los 120-180 ºC), mientras que las ‘bombas de calor’ geotérmicas trabajan con temperaturas cálidas pero muchos más bajas.

En el caso de las ciudades, el exceso de calor del subsuelo generado por el CCS sería de baja temperatura, con lo cual podría aprovecharse para climatización, teniendo en cuenta que las ‘bombas de calor’ geotérmicas, pueden utilizarse tanto para producir calefacción como enfriamiento.

Para Rotta Loria, los urbanistas y arquitectos deberían integrar en sus futuras estrategias de diseño y planificación urbana, las tecnologías geotérmicas para recolectar el calor residual y entregarlo a los edificios para calefaccionar espacios, por ejemplo en Chicago, ciudad con bajas temperaturas invernales.

Los planificadores urbanos pueden instalar aislamiento térmico en edificios nuevos y existentes, para reducir al mínimo la cantidad de calor que ingresa al suelo, según este experto.

“El enfoque más efectivo sería aislar las estructuras subterráneas para que la cantidad de calor desperdiciado sea mínima”, señala.

“Si esto no se puede hacer, las tecnologías geotérmicas ofrecen la oportunidad de absorber y reutilizar eficientemente el calor en los edificios. Actualmente, hay una gran variedad de soluciones que se pueden implementar”, concluye el investigador de la NWU.

“El reciclaje de calor subterráneo poco profundo es una fuente de calor sostenible y renovable y es probable que el enfriamiento del subsuelo de las ‘islas de calor urbanas’ juegue al menos un papel marginal en la mitigación del calentamiento urbano, según otro estudio de la Universidad de Dalhousie (Canadá), publicado en 2022.