Underjordiske klimaendringer får bygninger i Chicago til å synke (2023)

To nivåer under bakken ved Grant Park North Garage føles sommervarmen trykkende. Mens sentrumspendlere parkerer og går ut av bilene, perler svette raskt på de rynkede brynene og pannen.

Alessandro Rotta Loria klypet to fingre for å zoome inn på et kart på telefonen sin og prøvde å finne en temperatursensor. Til slutt fant han det hvite instrumentet i lommestørrelse, upåfallende med glidelås knyttet til et rør ved siden av en rød søyle.

Ved å bruke et trådløst nettverk med mer enn 150 av disse sensorene over og under bakken på tvers av Loop, oppdaget Rotta Loria, en assisterende professor i sivil- og miljøteknikk ved Northwestern University, bakkedeformasjoner i Chicago som får bygninger til å synke og sprekke.

"Ting synker veldig sakte," sa Rotta Loria. "Den gode nyheten er at folk ikke dør."

Bygninger er usannsynlig å smuldre på grunn av underjordiske klimaendringer, sa han, men skade fra det han kaller en "stille fare" kan føre til "enormt" kostbart vedlikehold og ettermonteringsregninger. Og på slutten av dagen, bemerket han, har fornuftige mennesker en tendens til å være ukomfortable med sprekker i vegger.

Disse deformasjonene oppstår på grunn av et fenomen som kalles underjordiske klimaendringer. Bygninger, deres garasjer og kjellere, samt transportsystemer som tog og tunneler, sprer konstant varme ned i bakken. Jo flere av disse pakket inn i et gitt område, jo høyere vil temperaturene være under overflaten, noe som får bakken til å trekke seg sammen og utvide seg, forklarte Rotta Loria.

«Denne utforskende studien er, så vidt jeg vet, den første i sitt slag. Så mye må gjøres for å vite mer," sa Rotta Loria, hvis studie varpublisert 11. juli i tidsskriftet Communications Engineering."Dette fenomenet er til stede i de fleste, om ikke alle, urbane områder over hele verden. Det er viktig å forstå hvilke typer sivile strukturer og infrastrukturer som er spesielt følsomme for underjordiske klimaendringer og kan være utsatt for operasjonelle problemer."

Lokale byggeutviklere og forsikringseksperter sier at de ikke planlegger noen endringer i bygningene deres før mer forskning har blitt utført på underjordiske klimaendringer. Men studien utforsker lovende ideer som kan være til nytte for bærekraftsinnsatsen, spesielt når energikostnadene øker, sier de.

Påvirker kalkstein og leire

Underjordiske temperaturer i Chicagos sentrum er sannsynligvis ikke så høye som de kan være i tettere urbaniserte områder med større underjordiske transportsystemer som London og New York City.

Men Millennium Parking Garage-fasilitetene, som inkluderer Grant Park North Garage og er utpekt som det største underjordiske parkeringssystemet i sentrum i Nord-Amerika, ga en unik mulighet for forskning i Chicagos travleste og tetteste infrastrukturområde.

En del av Rotta Lorias forskning innebar å bygge en 3D-datamodell for å simulere utviklingen av bakketemperaturer siden 1951 – da Chicago fullførte sine T-banetunneler – og forutsi det til 2051. Disse simuleringene viste at høyere temperaturer kan forårsake forskjellige typer jord som kalkstein og leire å enten svelle og utvide seg oppover med opptil 0,47 tommer eller å trekke seg sammen og synke ned under en bygning med opptil 0,31 tommer.

Ved å sammenligne data samlet over tre år fra sensorene nær underjordiske infrastrukturer med data fra sensorer begravet i grønne områder som Grant Park, fant forskerne også at underjordiske temperaturer under løkken ofte er 18 grader Fahrenheit høyere enn temperaturer under Grant Park.

Dette betyr at ikke bare gjørevarme øyereksisterer på overflatenivå i urbane områder, der materialer som stål, asfalt og betong absorberer mer varme fra solen enn landlige eller grønne områder gjør. De skjer også under jorden, der de er kjent som varmeøyer under overflaten, sa Rotta Loria.

Mens både atmosfæriske og underjordiske klimaendringer er forårsaket av mennesker, kan årsaken til førstnevnte hovedsakelig spores tilbake til varmefangende klimagassutslipp på grunn av forbrenning av fossilt brensel. Sistnevnte er forårsaket av varme fra underjordiske transittsystemer og bygninger, men global oppvarming og overflatevarmeøyer bidrar også.

Som en del av jobben i et forsikringsselskap holder Chris Semlies seg oppdatert på klimarelaterte risikoer som påvirker eiendoms- og byggeprosjekter, noe han bemerker er "intensivere." Semlies sa at han ikke ser en økt risiko for underjordiske strukturer som parkeringshus.

Men Semlies, assisterende visepresident for Construction Project & Business Resilience Services for Zürich Nord-Amerika, sa at regelmessige inspeksjoner for å se etter forringelse og sprekker er avgjørende.

Riverside Investment and Development ferdig med å bygge tre kontortårn i sentrum i løpet av de siste seks årene.

Tony Scacco, administrerende direktør for det Chicago-baserte eiendomsfirmaet, sa at tredjepartseksperter ikke har anbefalt å gjøre noen designendringer basert på funnene fra Nordvestlandet, i stor grad fordi underjordiske klimaendringer ikke truer en bygnings strukturelle integritet .

"Vi har ikke opplevd noen uforutsette forhold i kjellere eller heisgroper eller noen underjordiske nivåer som en funksjon av overdreven utvidelse eller sammentrekning," sa han.

Men Scacco sa at motstandskraft og bærekraft er avgjørende i utformingen av nye bygninger, spesielt med tanke på nyerekraftige tordenvær og flomi Chicago. Han sa at firmaet hans prøver å ta "så lite undergrunnsrisiko" som mulig, som inkluderer å begrense mengden utgraving og ikke legge "kritiske anlegg" under jorden.

[Det kostbare flomprosjektet i Deep Tunnel kan ikke håndtere Chicago-områdets alvorlige stormer drevet av klimaendringer]

Hovedmålet deres når det gjelder bærekraft, sa Scacco, er å redusere en bygnings energiforbruk. Noen ganger betyr det å bruke materialer med høy ytelse, slik at kostnadene for oppvarming og kjøling synker. Andre ganger, sa han, velger firmaet hans å bygge grønne tak for å redusere varmeøyeffekten.

Høsting av spillvarme

Rotta Lorias forskning kan også tilby en ny tilnærming til bærekraft. I den foreslår han at byplanleggere kan høste spillvarme med geotermiske teknologier og pumpe den inn i bygninger som varmekilde.

"Geotermisk energi er en veldig kraftig energikilde, fordi den er tilgjengelig kontinuerlig, overalt på jorden, uavhengig av været," sa Rotta Loria. "Hvis du vurderer energibudsjettet til bygninger, for eksempel boligbygg, avhengig av land, er fra 40 til 70 % av det vi forbruker i bygninger assosiert med termisk energi."

Naturlig forekommende geotermisk energi, produsert av jordens kjerne og lagret i skorpen, sammen med avfallstermisk energi fra dårlig isolerte bygninger, kan teoretisk dekke denne etterspørselen, sa han. "Dette er grunnen til at det såkalte geotermiske potensialet til byer faktisk forbedres," la han til.

Amy Masters, direktør for regjering og eksterne anliggender ved Building Owners and Managers Association of Chicago, ser termisk energi som en sjanse til å øke driftseffektiviteten og spare energikostnader. BOMA er en bransjeforening som representerer Chicagos kontorbyggindustri.

"Definitivt mer forskning er nødvendig, og til slutt vil vi trenge mer teknologi for å utvikle seg for å faktisk kunne implementere det," sa hun.

Semlies sa at en annen av Rotta Lorias anbefalinger - at planleggere installerer termisk isolasjon i bygninger for å minimere mengden varme som kommer inn i bakken - er god. Han la til at byggeforskrifter vanligvis krever isolasjon under jorden.

"Disse kodene eksisterer for energisparingsformål, men de vil også redusere tap av varme fra bygningen ut i de omkringliggende jordene," sa Semlies.

Rotta Loria sa at han planlegger å holde sensornettverket i gang i overskuelig fremtid og fortsette å samle inn data. Men han sa at studiens treårige tidsramme har vært nyttig for å begynne å forstå den eksisterende korrelasjonen mellom temperaturer under jorden og på overflaten.

"Hvis du vet hva temperaturen på overflaten er, kan du forutsi hva temperaturen (under jorden) er," sa han. "Jeg forventer ikke at disse korrelasjonene vil endre seg på en lengre periode."

adperez@chicagotribune.com

rjohnson@chicagotribune.com