Добавить новость
smi24.net
News in English
Июль
2023

The ground is deforming, and buildings aren’t ready

0

There is a “silent hazard” lurking underneath our major global cities, and our buildings were not designed to handle it.

A new Northwestern University study has, for the first time, linked underground climate change to the shifting ground beneath urban areas. As the ground heats up, it also deforms. This phenomenon causes building foundations and the surrounding ground to move excessively (due to expansions and contractions) and even crack, which ultimately affects structures’ long-term operational performance and durability. Researchers also report that past building damage may have been caused by such rising temperatures and expect these issues to continue for years to come.

Although rising temperatures do pose a threat to our infrastructure, the researchers also view it as a potential opportunity. By capturing the waste heat emitted underground from subterranean transportation systems, parking garages and basement facilities, urban planners could mitigate the effects of underground climate change as well as reuse the heat into an untapped thermal energy resource.

The study will be published on July 11, in Communications Engineering, a Nature Portfolio journal. It marks the first study to quantify ground deformations caused by subsurface heat islands and their effect on civil infrastructure.

“Underground climate change is a silent hazard,” said Northwestern’s Alessandro Rotta Loria, who led the study. “The ground is deforming as a result of temperature variations, and no existing civil structure or infrastructure is designed to withstand these variations. Although this phenomenon is not dangerous for people’s safety necessarily, it will affect the normal day-to-day operations of foundation systems and civil infrastructure at large.

“Chicago clay can contract when heated, like many other fine-grained soils. As a result of temperature increases underground, many foundations downtown are undergoing unwanted settlement, slowly but continuously. In other words, you don’t need to live in Venice to live in a city that is sinking — even if the causes for such phenomena are completely different.”

Rotta Loria is an assistant professor of civil and environmental engineering at Northwestern’s McCormick School of Engineering.

What is underground climate change?

In many urban areas around the globe, heat continuously diffuses from buildings and underground transportation, causing the ground to warm at an alarming rate. Previous researchers have found that the shallow subsurface beneath cities warms by 0.1 to 2.5 degrees Celsius per decade.

Known as “underground climate change” or “subsurface heat islands,” this phenomenon has been known to cause ecological issues (such as contaminated ground water) and health issues (including asthma and heatstroke). But, until now, the effect of underground climate change on civil infrastructure has remained unstudied and little understood.

“If you think about basements, parking garages, tunnels and trains, all of these facilities continuously emit heat,” Rotta Loria said. “In general, cities are warmer than rural areas because construction materials periodically trap heat derived from human activity and solar radiation and then release it into the atmosphere. That process has been studied for decades. Now, we are looking at its subsurface counterpart, which is mostly driven by anthropogenic activity.”

Chicago as a living laboratory

In recent years, Rotta Loria and his team installed a wireless network of more than 150 temperature sensors across the Chicago Loop — both above and below ground. This included placing sensors in the basements of buildings, subway tunnels, underground parking garages and subsurface streets like Lower Wacker Drive. For comparison, the team also buried sensors in Grant Park, a greenspace located along Lake Michigan — away from buildings and underground transportation systems.

Data from the wireless sensing network indicated that underground temperatures beneath the Loop are often 10 degrees warmer than temperatures beneath Grant Park. Air temperatures in underground structures can be up to 25 degrees higher compared to the undisturbed ground temperature. When the heat diffuses toward the ground, it puts significant stress on materials that expand and contract with changing temperatures.

“We used Chicago as a living laboratory, but underground climate change is common to nearly all dense urban areas worldwide,” Rotta Loria said. “And all urban areas suffering from underground climate change are prone to have problems with infrastructure.”

Slowly sinking

After collecting temperature data for three years, Rotta Loria built a 3D computer model to simulate how ground temperatures evolved from 1951 (the year Chicago completed its subway tunnels) to today. He found values consistent to those measured in the field and used the simulation to predict how temperatures will evolve until the year 2051.

Rotta Loria also modeled how ground deforms in response to increasing temperatures. Whereas some materials (soft and stiff clay) contract when heated, other materials (hard clay, sand and limestone) expand.

According to the simulations, warmer temperatures can cause the ground to swell and expand upward by as much as 12 millimeters. They also can cause the ground to contract and sink downward — beneath the weight of a building — by as much as 8 millimeters. Although this seems subtle and is imperceptible to humans, the variation is more than many building components and foundation systems can handle without compromising their operational requirements.

“Based on our computer simulations, we have shown that ground deformations can be so severe that they lead to problems for the performance of civil infrastructure,” Rotta Loria said. “It’s not like a building will suddenly collapse. Things are sinking very slowly. The consequences for serviceability of structures and infrastructures can be very bad, but it takes a long time to see them. It’s very likely that underground climate change has already caused cracks and excessive foundation settlements that we didn’t associate with this phenomenon because we weren’t aware of it.”

Harvesting heat

Because urban planners and architects designed most modern buildings before underground climate change emerged, they did not design structures to tolerate the temperature variations we experience today. Still, modern buildings will fare better than structures from earlier time periods, such as the Middle Ages.

“In the United States, the buildings are all relatively new,” Rotta Loria said. “European cities with very old buildings will be more susceptible to subsurface climate change. Buildings made of stone and bricks that resort to past design and construction practices are generally in a very delicate equilibrium with the perturbations associated with the current operations of cities. The thermal perturbations linked to subsurface heat islands can have detrimental impacts for such constructions.”

Going forward, Rotta Loria said future planning strategies should integrate geothermal technologies to harvest waste heat and deliver it to buildings for space heating. Planners also can install thermal insulation on new and existing buildings to minimize the amount of heat that enters the ground.

“The most effective and rational approach is to isolate underground structures in a way that the amount of wasted heat is minimal,” Rotta Loria said. “If this cannot be done, then geothermal technologies offer the opportunity to efficiently absorb and reuse heat in buildings. What we don’t want is to use technologies to actively cool underground structures because that uses energy. Currently, there are a myriad of solutions that can be implemented.”

The study, “The silent impact of underground climate change on civil infrastructure,” was supported by the National Science Foundation (grant number 2046586). The wireless sensing network at the basis of this work, which also serves as a living laboratory for a course taught by Rotta Loria, was partially supported by the Murphy Society and the Alumnae of Northwestern University.








Праздник для всей семьи: отмечаем День флага России с Детским радио!

Shot: певец Игорь Николаев отсудил у предпринимательницы из Уфы 25 тысяч рублей

Кажетта Ахметжанова: как осиновый колышек сможет защитить от негатива и сглаза

Врач-косметолог Мадина Осман: какие процедуры стоит сделать в начале осени


Samsung’s budget Galaxy Buds 3 FE are here

Midfielder frustrated as price tag blocks career changing move to Man United

Sam Altman might be right: He’s not the only one who thinks the stock market is in ‘bubble’ territory

MTV VMAs 2025 First Performers Revealed: Sabrina Carpenter, J Balvin, Ricky Martin & More!


StarLine на Международном форуме «Такси»: цифровые решения для прибыли автопарков

«Индекс ATI.SU, FTL РФ» теперь отражает ежедневную динамику цен на грузоперевозки

В «Автодоре» рассказали о строительстве обхода Адлера на Кубани

Путепровод СБВ: пройдено 9 метров над железнодорожными путями


NEOWIZ и Mad Mimic готовят мобильную версию рогалика Dandy Ace

Block Fortress 2 выйдет на iOS в середине сентября

Состоялся релиз RPG-выживача Dead Impact в App Store и Google Play

87% of game developers are already using AI agents and over a third use AI for creative elements like level design and dialogue according to a new Google survey



Лариса Долина отметит свой юбилей грандиозным концертом «В кругу друзей» на сцене Государственного Кремлевского Дворца

Лариса Долина отметит свой юбилей грандиозным концертом «В кругу друзей» на сцене Государственного Кремлевского Дворца

Лариса Долина отметит свой юбилей грандиозным концертом «В кругу друзей» на сцене Государственного Кремлевского Дворца

Врач-косметолог Мадина Осман: какие процедуры стоит сделать в начале осени


Лариса Долина отметит свой юбилей грандиозным концертом «В кругу друзей» на сцене Государственного Кремлевского Дворца

Партнёры компании «Металлоптторг» расширяют арендуемые площади

Нацпроект "Новые материалы и химия" комплексно изменил систему подготовки кадров

Эндокринолог Филатова: меню против боли при ПМС


Земля столкнулась с геомагнитными возмущениями

Эксперимент в невесомости. Проект московского школьника отправят на орбиту

ФЕСТИВАЛИ. ПРЕМЬЕРЫ.ЮБИЛЕЙ. У директора театра кукол день рождения сегодня

Костюк: в ЕАО за последние пять лет не построили ни одной школы


Швентек вышла во второй раз на финальный турнир WTA

Вероника Кудерметова может выйти этой ночью в финал турнира в Цинциннати

Победа над Рыбыкиной вывела Швёнтек на Итоговый чемпионат WTA-2025

Вероника Кудерметова поднялась на десять позиций в рейтинге WTA


Костюк: в ЕАО за последние пять лет не построили ни одной школы

ФЕСТИВАЛИ. ПРЕМЬЕРЫ.ЮБИЛЕЙ. У директора театра кукол день рождения сегодня

Обычная школа в России за две недели до 1 сентября внезапно стала платной

Лавров: Россия ожидает визита короля Иордании на российско-арабский саммит


Музыкальные новости

Почему Анастасия Волочкова решила отказаться от дочери и матери

Психолог Гуляева: мать Тимати заменила ему жену

Анастасия Волочкова после неприятной истории со свадьбой: “Цыганский табор”

Отец певца Шарлота рассказал, за что его перевели из колонии-поселения в ИК общего режима


Лариса Долина отметит свой юбилей грандиозным концертом «В кругу друзей» на сцене Государственного Кремлевского Дворца

Лариса Долина отметит свой юбилей грандиозным концертом «В кругу друзей» на сцене Государственного Кремлевского Дворца

Лариса Долина отметит свой юбилей грандиозным концертом «В кругу друзей» на сцене Государственного Кремлевского Дворца

«Два Алтая» вошли в федеральную программу по развитию въездного туризма


Первые кадры «Тайного города»: Милош Бикович, Евгений Чебатков, Алексей Гуськов и Мария Андреева в магической Москве

Daily Mail: Попытка Трампа запугать Путина на Аляске не прошла

Юлия Меньшова об учебе в театральном: «Папа говорил: „Из жалости хвалят“»

Поздравления с юбилеем (Исполнилось 60 лет со дня рождения Самвела Карапетяна)


Осталось пятеро детей: кем был погибший в ДТП экс-участник «Битвы экстрасенсов»

Дорожное покрытие обновили на двух участках трассы А-108 в Подмосковье

НОВЫЕ ПАРТНЕРСКИЕ ОТНОШЕНИЯ LG В СФЕРЕ КОНТЕНТА ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ВПЕЧАТЛЕНИЙ ОТ ПРЕБЫВАНИЯ В АВТОМОБИЛЕ – НА ВЫСТАВКЕ IAA MOBILITY 2025

Названы регионы, где чаще всего грузовики попадают в ДТП


Временно исполняющий обязанности главы ЕАО вручила шеврон Президенту Путину

Лавров раскрыл детали телефонного диалога между Путиным и Трампом

В Еврейской автономной области стартует реализация программ целевого обучения для учителей

Швейцария предоставит Путину иммунитет от преследования МУС для переговоров


В Москве спасли отца главкома ВСУ Сырского от смертельной болезни


Блогера Никиту Ефремова задержали в Шереметьево за финансирование ФБК*

«Короля кроссовок» Никиту Ефремова задержали за финансирование ФБК*

Основателя сети магазинов Nikita Efremov обвинили в финансировании экстремистской деятельности. Предположительно, речь о донатах ФБК

Блогер Никита Ефремов задержан по обвинению в пожертвованиях для ФБК*


Врач-косметолог Зухра Балакеримова: какие косметологические процедуры помогут в снижении веса

В Москве ветеринары спасли собаку с опухолью весом 7 килограммов

Врач-косметолог Мадина Осман: какие процедуры стоит сделать в начале осени

Установка раковины: последовательность работ и ошибки


Кремль сообщил о поддержке повышения уровня прямых переговоров между Москвой и Киевом

Зеленский после встречи с Трампом отказался от требования о прекращении огня

Встреча президента Трампа с Зеленским и лидерами Европы прошла по плану Путина

Встреча Трампа с Зеленским и лидерами Европы прошла по плану Путина


КДК Российской футбольной союз дисквалифицировал Гогниева на пять матчей

«Васко да Гама» подтвердил трансфер Жуана Витора в ЦСКА

Платформа «Face2Face»: «Образовательный Тиндер», который поможет победить «инфоцыганство»

Арина Аверина получила травму подбородока во время катания на льду


Лукашенко отправил поздравление руководству Венгрии по случаю национального праздника

Иран и Белоруссия развивают сотрудничество для обхода западных санкций

Иран вместе с Белоруссией готов противостоять санкциям Запада

В Минске проходят переговоры Лукашенко с президентом Ирана


Сергей Собянин рассказал, как проекты московских школьников помогают науке

Сергей Собянин: Создаем комфортные условия для активного отдыха

Собянин: Новую прогулочную зону открыли в Можайском районе

Собянин рассказал, как в столице возрождают исторические стадионы


Каспийский трубопроводный консорциум передал автобусы для поддержки талантливой молодежи Калмыкии

Москвичи смогут сдать старые книги в "Экоточках Москвы"

Эксперимент в невесомости. Проект московского школьника отправят на орбиту

Чем характеризуются дома из керамических блоков?


Объявлены финалисты конкурса «Культурная столица 2027 года»

Мухаметшин примет участие в мероприятиях Дней культуры Татарстана в Москве

Костюк: в ЕАО за последние пять лет не построили ни одной школы

Обычная школа в России за две недели до 1 сентября внезапно стала платной


«Два Алтая» вошли в федеральную программу по развитию въездного туризма

Ефимов: станция «Бульвар Генерала Карбышева» Рублево-Архангельской линии метро готова более чем на 50%

Bluetooth-сканер штрих-кодов SAOTRON P04 на базе CMOS-матрицы

В День флага на Красной пристани финиширует экспедиция «Мангазейский морской ход»


Какие бургеры лучше заказывать с доставкой?

Крымэнерго: Город: СИМФЕРОПОЛЬ. улицы: Залесская, Баррикадная, Соколиная, Красных Зорь, Шевченко, Соколиная, 60 лет Октября, Голубиная, Дружбы, Бастионная, Санитарная, Тополевая, Мускатная, 1 Конной Армии, Днепровская...

Историко-патриотический экскурс «Сквозь дым и пламя Курской битвы»

Картина с тайной и другие находки: работа реставраторов РГИ в Севастополе


ФЕСТИВАЛИ. ПРЕМЬЕРЫ.ЮБИЛЕЙ. У директора театра кукол день рождения сегодня

Мухаметшин примет участие в мероприятиях Дней культуры Татарстана в Москве

Костюк: в ЕАО за последние пять лет не построили ни одной школы

Обычная школа в России за две недели до 1 сентября внезапно стала платной














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *