El calor extremo amenaza la estructura de los edificios en España

El calor en las ciudades puede ser un fenómeno insoportable para los transeúntes en pleno verano, pero a pocos se les habrá ocurrido pensar en lo que sucede en el subsuelo mientras sudan la gota gorda en la superficie. Un estudio publicado recientemente en la revista Communications Engineering, del grupo Nature, alerta sobre un problema que hasta ahora ha pasado desapercibido incluso para los expertos. La Universidad de Northwestern (Chicago) ha investigado cómo los cambios de temperatura generan deformaciones en el terreno, que se expande o se contrae, y explica que las construcciones podrían agrietarse por este motivo.

Túneles, lugares de estacionamiento, medios de transporte y diversos tipos de infraestructuras generan "islas de calor", como las que afectan a las personas en la superficie, pero en este caso, en el subsuelo. El autor de este trabajo, Alessandro F. Rotta Loria, llama a este efecto "cambio climático subterráneo". Aunque los problemas que provocan las altas temperaturas de las ciudades se estudian a menudo desde el punto de vista de la salud y del medio ambiente, apenas se había puesto el foco en edificios y estructuras. El Laboratorio de Mecánica y Energía del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la universidad estadounidense instaló una red inalámbrica con más de 150 sensores de temperatura en Chicago y las conclusiones invitan, como mínimo, a tener en cuenta las repercusiones y seguirlas estudiando. ¿Qué es exactamente lo que han encontrado? ¿Ocurre lo mismo en nuestras ciudades?

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La primera conclusión es que el suelo de las grandes urbes se calienta a un ritmo alarmante, de hasta 2,5 °C por década. La red instalada en Chicago mostró una diferencia de 10 °C entre las estructuras que se encuentran bajo The Loop, un área del distrito financiero, y el Grant Park, espacio verde ubicado a lo largo del lago Michigan, alejado de edificios y sistemas de transporte subterráneos. No obstante, la temperatura del aire en estructuras subterráneas puede ser de hasta 25 °C más que la del suelo no edificado. En cualquier caso, la clave de esta investigación está en que el calor se difunde hacia el suelo y, según el autor, ejerce una presión significativa sobre los materiales, que se expanden y se contraen. Las edificaciones no están pensadas para soportar estos cambios, advierte.

Rotta Loria construyó un modelo en 3D para simular cómo evolucionaron las temperaturas del suelo desde 1951 (año en que Chicago completó su red de túneles subterráneos), hasta la actualidad. Sus cálculos indican que las temperaturas más cálidas pueden hacer que el suelo se hinche y se expanda hacia arriba hasta 12 milímetros. También pueden provocar que el suelo se contraiga y se hunda hacia abajo, bajo el peso de un edificio, hasta 8 milímetros. Estas cifras son imperceptibles para las personas. Sin embargo, según el autor, muchos materiales de construcción y cimentaciones pueden verse comprometidos. Esto no quiere decir que un edificio vaya a colapsar de forma repentina. Sin embargo, "es muy probable que el cambio climático subterráneo ya haya causado grietas y problemas en los cimientos que no asociamos con este fenómeno, porque no éramos conscientes de él", asegura.

Un problema "totalmente nuevo"

Si esto sucede en Chicago, probablemente ocurrirá lo mismo en cualquier ciudad del mundo que tenga túneles, una red de metro o una estructura subterránea más o menos compleja. De hecho, la investigación ha llamado la atención de los expertos españoles porque en la literatura científica es un tema inédito. "Es algo totalmente nuevo", afirma Roberto Tomás, ingeniero de caminos, ingeniero geólogo y catedrático del Área de Ingeniería del Terreno del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Alicante. El problema del calentamiento del subsuelo por las construcciones y la actividad humana es un asunto conocido, pero "que eso pueda afectar a las cimentaciones y a los edificios es una cuestión de la que nadie ha escrito nada", asegura, y que habría que estudiar más en profundidad.

En particular, considera que es necesario aclarar cuál es la conexión entre el calentamiento de las estructuras y los deterioros observados en Chicago. "El artículo dice que podría afectar a las cimentaciones o que podría exacerbar los daños, pero no demuestra una relación directa", destaca. En cualquier caso, este trabajo científico "abre las puertas a estudiar este fenómeno", porque está claro que los cambios de temperatura tienen una influencia muy importante en el suelo. En ese sentido, hay que tener en cuenta que está formado por partículas sólidas, huecos donde hay aire y huecos donde hay agua. "Cuando se calienta, los granos de suelo se dilatan y el agua se puede evaporar", comenta, lo que tiene repercusiones en el conjunto del terreno.

De hecho, está documentado que la pérdida de humedad causada por la temperatura de manera estacional, especialmente en verano, causa deformaciones importantes. De forma indirecta, la presencia de vegetación tiene efectos similares. "Hay árboles con un ciclo estacional, generalmente los de hoja caduca, que tienen épocas en las que necesitan mucha agua y otras en las que no. A veces desecan el suelo y esto produce subidas y bajadas del terreno, incluso conozco el caso de un edificio que sufrió daños debido a los árboles de la acera", comenta.

Por supuesto, no todos los suelos son iguales. En el estudio de Chicago, la arcilla puede contraerse cuando se calienta. El autor explica que los terrenos de grano fino pueden sufrir este efecto, mientras que en arena o piedra caliza ocurre lo contrario. "A los suelos arcillosos les afecta más los cambios de humedad", comenta el ingeniero geólogo. Por otra parte, en el caso de esta gran ciudad estadounidense, ya se ha documentado anteriormente que el terreno se viene hundiendo progresivamente por otras causas, de tipo geológico (la desaparición de los glaciares, hace miles de años, sigue teniendo este efecto), así que es difícil saber qué efectos se pueden atribuir exclusivamente al calentamiento del suelo observado en este trabajo científico.

Roberto Tomás conoce bien el problema del hundimiento del terreno por extracción directa de agua, ya que publicó un trabajo sobre este fenómeno en la revista Science en 2021. En ese caso, "hay una clarísima relación entre los daños en cimentaciones y la deformación del terreno", con casos significativos en diversos lugares del mundo. Al extraer el agua, "el suelo se cierra como una esponja". Sin embargo, en este caso el proceso es mucho más lento y la cuestión es si la deformación del suelo causada por los cambios de temperatura (o por sus consecuencias, como la evaporación) es realmente preocupante para las construcciones que soporta.

El estudio vincula el calor con grietas de poco más de un centímetro. "En los órdenes de magnitud que estamos planteando, no me parecen especialmente importantes", comenta Manuel Francisco Herrador Barrios, ingeniero y profesor de la Universidad de A Coruña. Además, "hay que tener en cuenta que son fenómenos muy lentos, y que los materiales de construcción reaccionan de diferente manera ante estas cargas lentas que ante incrementos bruscos", explica. Por ejemplo, "el acero se relaja", lo que quiere decir que, "frente a una deformación impuesta durante largo tiempo, la tensión se va reduciendo paulatinamente". Del mismo modo, determinados suelos también se consolidan con el tiempo

¿Puede ser más grave en Europa?

Sin embargo, los expertos distinguen entre construcciones antiguas y modernas. En cierto modo, es esperable que las viejas ciudades europeas, con edificios que han visto pasar los siglos, soporten peor los cambios del suelo. "Los materiales más clásicos, como la roca o el ladrillo, acomodan peor las deformaciones", señala el experto de la universidad gallega. De hecho, por este motivo soportan peor los terremotos. Para Roberto Tomás, más que en la edad de los edificios, la clave está en su "tipología estructural para ver cómo se va a comportar", además del tipo de suelo en el que se asienta y la calidad de los materiales.

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Según Herrador, "hay un aspecto que pasan por alto en el artículo, el efecto de la temperatura sobre la durabilidad de los materiales". Las reacciones químicas que degradan el hormigón y el acero se aceleran, como todas, con la temperatura, siguiendo la ley de Arrhenius. "Un incremento de la temperatura media hace que todo se degrade más rápido", destaca. "No será un efecto notable a corto plazo, pero sí afectaría a los planes de inversión y los gastos de mantenimiento, porque se puede reducir la vida útil de las estructuras". Dicho de otra manera, "una reducción de vida útil de 50 a 40 años implica un incremento de costes".

No obstante, el estudio de la Universidad de Northwestern no solo llama la atención sobre el problema, sino que propone soluciones. Según Rotta Loria, la planificación urbana debería integrar tecnologías geotérmicas para recolectar el calor residual y hacerlo llegar a los edificios como calefacción. En su opinión, los avances actuales ya ofrecen "la oportunidad de absorber y reutilizar eficientemente el calor en los edificios". No obstante, el aislamiento térmico de los edificios y de las estructuras subterráneas es clave para que la cantidad de calor desperdiciado sea mínima y para evitar los potenciales daños que señala en su investigación.