Изменения климата — тихая опасность для инфраструктуры городов

Согласно недавнему исследованию, проведенному Северо-Западным университетом, почва под нашими городами испытывает дополнительную нагрузку, связанную с изменением климата, что вызывает опасения по поводу структурной целостности зданий. По мере прогревания грунта он подвергается деформации, приводящей к чрезмерному перемещению и растрескиванию фундаментов зданий и окружающего грунта, что в конечном счете сказывается на долговременных эксплуатационных характеристиках и долговечности конструкций.

Исследование, опубликованное в журнале Communications Engineering 11 июля, представляет собой первую попытку количественной оценки деформаций грунта, вызванных подповерхностными островками тепла, и их воздействия на гражданскую инфраструктуру.

Ученые предполагают, что, используя в качестве ресурса отработанное тепло, выделяемое подземными транспортными системами, гаражами-стоянками и подвалами, градостроители потенциально могут смягчить последствия изменения климата под землей.

Алессандро Ротта Лория из Северо-Западного университета, возглавлявший исследование, описал изменение климата под землей как «скрытую опасность». Он объяснил, что, хотя это явление может и не представлять непосредственной угрозы для безопасности людей, оно существенно влияет на повседневную работу и производительность систем фундамента и гражданской инфраструктуры в целом.

Чикаго послужил живой лабораторией для исследователей. Они установили беспроводную сеть из более чем 150 датчиков температуры как над землей, так и под землей. Эти датчики были установлены в подвалах, туннелях метро, подземных гаражах-стоянках и на подземных улицах. Команда также разместила датчики в Грант-парке, зеленом пространстве вдали от зданий и систем подземного транспорта.

Данные, полученные за несколько лет от сети датчиков, показали, что температура под Чикаго часто была на 10 градусов теплее, чем под Грант-парком. Более того, температура воздуха в подземных сооружениях могла быть на 25 градусов выше, чем в ненарушенном грунте. Поскольку тепло проникает в грунт, это создает значительную нагрузку на материалы, которые расширяются и сжимаются при изменении температуры.

Ротта Лориа подчеркнул, что изменение климата под землей является обычным явлением в густонаселенных городских районах по всему миру и создает проблемы для инфраструктуры. Он отметил, что городские районы, страдающие от этого явления, подвержены проблемам с инфраструктурой.

Собирая данные о температуре в течение трех лет, Ротта Лория создал компьютерную 3D-модель для моделирования эволюции температуры грунта с 1951 года по настоящее время. Моделирование показало, что температура грунта может вызвать вздутие и расширение вверх до 12 миллиметров или опускание вниз до 8 миллиметров. Несмотря на то, что эти отклонения незаметны для человека, они превышают допустимые значения многих строительных компонентов и систем фундаментов, ставя под угрозу их эксплуатационные характеристики.

Последствия для функционирования гражданской инфраструктуры могут быть серьезными, даже несмотря на то, что здания не разрушаются внезапно. Ротта Лориа предположил, что изменение климата под землей, возможно, уже вызвало трещины и чрезмерные осадки фундамента, которые ранее не были связаны между собой.

Заглядывая в будущее, Ротта Лория предложил включить геотермальные технологии в будущие стратегии планирования, чтобы улавливать отходящее тепло и использовать его для обогрева помещений в зданиях. Кроме того, на новые и существующие конструкции может быть установлена теплоизоляция для уменьшения теплопередачи в грунт. Цель состоит в том, чтобы свести к минимуму потери тепла в подземных сооружениях или эффективно поглощать и повторно использовать его с помощью геотермальных технологий. Активное охлаждение подземных сооружений нежелательно из-за потребления энергии, но для реализации доступно множество решений, заключил он.