O solo está se deformando e os prédios não estão prontos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/07/2023

Camadas geológicas abaixo do centro de Chicago.
[Imagem: Alessandro Rotta Loria/Northwestern University]

Mudança climática subterrânea

Um estudo de caso, com medições em condições reais, vinculou pela primeira vez as mudanças climáticas subterrâneas a alterações dinâmicas verificadas sob uma área urbana.

À medida que o solo esquenta, ele também se deforma. Esse fenômeno faz com que as fundações das construções e o solo ao redor se movam excessivamente - devido a expansões e contrações - e até trinquem, o que acaba afetando o desempenho operacional e a durabilidade das estruturas civis a longo prazo.

Tem havido alertas de ambientalistas a esse respeito, mas até agora essa era considerada apenas uma possibilidade teórica. Uma rede de sensores sob a cidade de Chicago, nos EUA, trouxe a primeira comprovação, baseada em dados, de que o fenômeno da mudança climática subterrânea é real.

"A mudança climática subterrânea é um perigo silencioso," disse Alessandro Rotta Loria, da Universidade Northwestern, nos EUA, que liderou o estudo. "O terreno está se deformando como resultado das variações de temperatura, e nenhuma estrutura civil ou infraestrutura existente foi projetada para suportar essas variações. Embora esse fenômeno não seja necessariamente perigoso para a segurança das pessoas, ele afetará as operações normais do dia-a-dia das fundações e da infraestrutura civil em geral."

Mas nem tudo são ameaças e riscos.

Embora o aumento das temperaturas represente uma ameaça à infraestrutura, os pesquisadores também veem isto como uma oportunidade em potencial. Por exemplo, capturar o calor residual emitido no subsolo em sistemas de transporte subterrâneos, garagens e instalações subterrâneas, pode ajudar a mitigar os efeitos da mudança climática subterrânea, bem como a reutilização o calor subterrâneo como fonte de energia térmica, substituindo os sistemas de ar-condicionado.

Temperaturas subterrâneas medidas pela rede de sensores.
[Imagem: Alessandro Rotta Loria/Northwestern University]

Monitoramento do subsolo

A equipe instalou uma rede sem fio com mais de 150 sensores de temperatura, acima e abaixo do solo, na região mais badalada da cidade de Chicago, uma área conhecida como Chicago Loop. Isso incluiu a colocação de sensores nos porões de edifícios, túneis de metrô, garagens subterrâneas e ruas subterrâneas.

Para servir de referência e comparação, a equipe também enterrou sensores em um espaço verde da cidade, localizado ao longo do Lago Michigan, longe de prédios e sistemas de transporte subterrâneo.

Os dados da rede de detecção indicaram que as temperaturas subterrâneas na região urbana são 10 ºC mais quentes do que as temperaturas abaixo da área verde. As temperaturas do ar em estruturas subterrâneas podem ser até 25 ºC mais altas em comparação com a temperatura do solo intocado.

Quando o calor se difunde em direção ao solo, ele exerce uma pressão significativa sobre os materiais, que se expandem e se contraem com as mudanças de temperatura. Para mensurar isto, a equipe modelou como o solo se deforma em resposta ao aumento da temperatura, o que mostrou que materiais como argilas mole e densa se contraem quando aquecidas, enquanto argila dura, areia e calcário se expandem.

"Usamos Chicago como um laboratório vivo, mas a mudança climática subterrânea é comum a quase todas as áreas urbanas densas do mundo," disse Loria. "E todas as áreas urbanas que sofrem com a mudança climática subterrânea são propensas a ter problemas com infraestrutura."

Agora será necessário monitorar cidades com geologia diferente.
[Imagem: Loria - 10.1038/s44172-023-00092-1]

Efeitos da temperatura na movimentação do solo

De acordo com as simulações, temperaturas mais altas podem fazer com que o solo inche e se expanda para cima em até 12 milímetros. O calor extra também pode fazer com que o solo se contraia e afunde - sob o peso de um edifício - em até 8 milímetros.

Embora isso pareça sutil e imperceptível para os humanos, a variação é maior do que muitos componentes de construção e sistemas de fundação podem suportar sem comprometer seus requisitos operacionais.

"Com base em nossas simulações de computador, mostramos que as deformações do solo podem ser tão graves que levam a problemas no desempenho da infraestrutura civil," disse Loria. "Não é como se um edifício desabasse repentinamente. As coisas estão afundando muito lentamente. As consequências para a manutenção de estruturas e infraestruturas podem ser muito ruins, mas leva muito tempo para vê-las. É muito provável que as mudanças climáticas subterrâneas já tenham causado rachaduras e assentamentos excessivos de fundações que não associamos a esse fenômeno porque não sabíamos disso."

Agora será importante repetir os experimentos em uma cidade com geologia diferente, já que a proximidade do lago torna o solo sob Chicago muito mais maleável do que a maioria das cidades do mundo.

Colheita de calor

Demonstrados os efeitos da mudança climática subterrânea - alguns especialistas preferem falar em "ilhas de calor subterrâneas" - os pesquisadores agora estão defendendo que os planejadores, arquitetos e engenheiros integrem tecnologias geotérmicas para coletar o calor residual e disponibilizá-lo aos edifícios para aquecimento de ambientes.

Outra sugestão consiste na instalação de isolamento térmico em edifícios novos e existentes para minimizar a quantidade de calor que entra no solo ou que vem do solo em direção à construção.

"A abordagem mais eficaz e racional é isolar as estruturas subterrâneas de forma que a quantidade de calor desperdiçado seja mínima," indicou Loria. "Se isso não puder ser feito, as tecnologias geotérmicas oferecem a oportunidade de absorver e reutilizar eficientemente o calor nos edifícios. O que não queremos é usar tecnologias para resfriar ativamente estruturas subterrâneas porque isso consome energia. Atualmente, há uma infinidade de soluções que podem ser implementadas."

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