Ondergrondse hitte-eilanden kunnen steden schaden
Onderzoek duidt erop dat hogere temperaturen in de ondergrond van steden invloed kunnen hebben op gebouwen en wegen.
Kaart van de materialen in de grond onder Chicago. Afhankelijk van het materiaal kan de warmte uit de ondergrond ervoor zorgen dat het uitzet of krimpt. Dit kan schade veroorzaken aan gebouwen en infrastructuur.
Het klinkt als iets uit een rampenfilm: gebouwen en wegen in de stad scheuren of zakken weg, doordat de aarde opbolt of zich samentrekt.
Hoewel je je geen zorgen hoeft te maken over een wolkenkrabber die opeens een paar meter de grond in zakt, moeten we alert zijn op de veranderingen in de bodem in grote steden.
Dat is de conclusie van onderzoekers van de Northwestern University in de VS.
Zij toonden aan dat materialen zoals aarde en klei door temperatuurstijgingen in de ondergrond van grote steden van vorm kunnen veranderen, wat schade aan infrastructuur en gebouwen kan veroorzaken.
Dat schrijven ze in het tijdschrift Nature Communications Engineering.
Uit eerder onderzoek bleek al dat door de warmte van gebouwen en metrovervoer in steden de temperatuur van de stedelijke ondergrond elk decennium gemiddeld 0,1 tot 2,5 °C stijgt.
Daardoor ontstaan er zogeheten ondergrondse hitte-eilanden. En er is al een verband aangetoond tussen deze temperatuurstijgingen, verontreinigd grondwater en gezondheidsproblemen, zoals astma en oververhitting, bij inwoners.
De nieuwe studie laat zien dat ook gebouwen en infrastructuur worden beïnvloed.
De hitte-eilanden ontstaan wanneer warmte in steden wordt ingekapseld in de grond door bijvoorbeeld bakstenen en asfalt, waardoor hotspots met hoge temperaturen ontstaan.
Kaart van temperaturen op verschillende locaties in Chicago. De onderzoekers plaatsten 150 draadloze warmtesensoren.
Draadloos sensornetwerk
De onderzoekers deden een experiment in Chicago. Ze zetten een draadloos netwerk op van 150 temperatuursensoren, die ze op meerdere locaties in de wijk Chicago Loop plaatsten.
De sensoren werden zowel boven als onder de grond aangebracht, in straten, kelders, metrotunnels en ondergrondse parkeergarages.
De data werden vergeleken met metingen in de grond van het groengebied in de wijk Grant Park.
Het bleek dat de temperatuur in Chicago Loop 10 °C hoger was dan die in Grant Park.
Het experiment wees zelfs uit dat de luchttemperatuur in ondergrondse structuren 25 °C hoger kan zijn dan de temperatuur in onverstoorde grond.
Dat kan zorgen voor hittestress in materialen als klei en zand in de grond, die als gevolg van de temperatuurveranderingen uitzetten of krimpen.
De onderzoekers zamelden drie jaar lang data in en maakten op basis daarvan een 3D-computermodel, dat de ontwikkeling in de grondtemperatuur in de stad sinds 1951 simuleert. Het model voorspelt ook veranderingen tot 2051.
De toekomstsimulatie liet zien dat sommige materialen uiteindelijk tot 12 millimeter kunnen uitzetten en andere tot 8 millimeter kunnen krimpen. Dit kan schade veroorzaken aan gebouwen en infrastructuur.
Het onderzoeksteam roept op om toekomstige gebouwen te ontwerpen met enige flexibiliteit in de materialen, en daarnaast geothermische technologieën te installeren die de overtollige ondergrondse warmte kunnen benutten.