Jak dostosować naszą infrastrukturę do ekstremalnych upałów?

Globalne ocieplenie wpływa teraz również na nasze drogi, koleje i mosty. Kolejne globalne rekordy ciepła z ostatnich dziesięciu lat wystawiają na próbę odporność naszej infrastruktury transportowej — a tym samym naszą mobilność, handel i bezpieczeństwo dostaw.

Według Boston Consulting Group (BCG) zagrożenia klimatyczne stanowią szczególnie poważne zagrożenie dla infrastruktury transportowej na całym świecie, od autostrad nadmorskich po wysokogórskie linie kolejowe.

Ekstremalne ciepło zmniejsza przyczepność na drogach i pasach startowych na lotniskach, wypacza i wygina tory kolejowe oraz rozszerza połączenia, które utrzymują mosty razem. Infrastruktura starzeje się szybciej, a potrzeby konserwacyjne rosną — w tym w przypadku pojazdów prywatnych.

Znanym przykładem awarii infrastruktury jest most w Nowym Jorku łączący Manhattan z Bronxem. Został otwarty, aby umożliwić przepływanie statków podczas fali upałów w połowie 2024 r. , a następnie utknął w tej pozycji, ponieważ metal konstrukcji mostu rozszerzył się pod wpływem ekstremalnego ciepła. W rezultacie ruch w godzinach szczytu w Nowym Jorku zatrzymał się na wiele godzin.

A średnia temperatura globalna nadal rośnie, a przegrzanie naszej planety się zwiększa. Jak więc uczynić naszą infrastrukturę odporną na klimat?

Poniżej przedstawiono pomysły i możliwe rozwiązania dla trzech szczególnie zagrożonych obszarów.

Jak modyfikowany asfalt zapobiega topnieniu dróg

Gdy temperatury pozostają bardzo wysokie, zwykłe drogi asfaltowe mają tendencję do tworzenia kolein. A asfalt, środek wiążący, który je spaja, może pękać i krwawić. Drogi asfaltowe nieprzystosowane do ekstremalnych temperatur mogą dosłownie się stopić, jeśli ten środek wiążący się rozpuści. Duży ruch może trwale zdeformować powierzchnię.

Ale asfalt używany na autostradach i pasach startowych można dodatkowo ulepszyć za pomocą pewnych modyfikatorów. Zmniejszają one stres cieplny i sprawiają, że drogi są trwalsze.

Dla porównania, beton jest bardziej odporny na temperaturę i dlatego pozostaje stabilny dłużej w cieplejszym świecie. Jednak jego produkcja wytwarza niezwykle wysokie poziomy gazów cieplarnianych, które ogrzewają naszą planetę.

Inną opcją jest włączenie do asfaltu warstw membrany pochłaniającej naprężenia, materiałów nawierzchniowych lub niektórych geowłóknin. Dzięki temu nawierzchnia drogi staje się bardziej elastyczna i lepiej wytrzymuje naprężenia.

Eksperci sugerują również powłoki odbijające ciepło i tak zwane chłodne nawierzchnie. Mają one na celu zmniejszenie absorpcji ciepła słonecznego, a także uczynienie nawierzchni drogi przepuszczalną dla wody, co pomaga zapobiegać szkodom spowodowanym powodzią .

Ciemnoszary asfalt, który nagrzewa się pod wpływem światła słonecznego , jest wykonany z lepiszczy na bazie ropy naftowej. Z drugiej strony chłodne nawierzchnie są wykonane z przezroczystych żywic na bazie drewna i mają bardziej odblaskową powierzchnię. Nawet mieszanka ciemnego asfaltu i jasnego betonu może pomóc zapobiec nagrzewaniu się powierzchni.

Co zapewnia płynność ruchu kolejowego w czasie upałów?

Gdy tory kolejowe wyginają się pod wpływem ekstremalnego ciepła, pociągi mogą się wykoleić. Tak stało się w przypadku pociągu towarowego w Australii w zeszłym roku. W mniej poważnych przypadkach może dojść do zamknięcia torów i opóźnień pociągów.

„Jeśli pociągi mają odnieść sukces jako niskoemisyjny i przyjazny dla klimatu środek transportu przyszłości, muszą być odporne na ekstremalne warunki pogodowe spowodowane zmianami klimatu” – mówi Juliet Mian, inżynier budownictwa lądowego, która kieruje praktyką odporności infrastruktury krytycznej w firmie doradczej Arup.

„Transport kolejowy ma kluczowe znaczenie dla przedsiębiorstw i społeczności, dlatego właściwe decyzje należy podejmować już teraz, aby zapewnić, że pociągi będą mogły nadal kursować w przyszłości”.

Aby sieć kolejowa była bardziej odporna na wysokie temperatury, brytyjski operator kolejowy Network Rail maluje na przykład niektóre szyny na biało. W ten sposób pochłaniają mniej ciepła i mniej się rozszerzają. W porównaniu do konwencjonalnych ciemnych szyn, białe szyny pozostają chłodniejsze nawet o dziesięć stopni Celsjusza.

Innym sposobem walki z wyboczeniem szyn jest wymiana przestarzałych drewnianych podkładów na płyty żelbetowe.

Zapobiega to również wykolejeniom pociągów w upalne dni: gdy latem 2024 r. temperatura szyn przekroczyła 57 stopni Celsjusza, metro w Waszyngtonie zmniejszyło maksymalną prędkość do 56 kilometrów na godzinę, według Suyun Paul Ham, adiunkta inżynierii lądowej na University of Texas. Zauważa on również, że materiały odporne na ciepło, takie jak twarda martenzytyczna stal szynowa, mogą zmniejszyć odkształcenia torów kolejowych.

Wysokie temperatury niszczą mosty – i jak je lepiej budować

Nasze mosty, które w dużej mierze wykonane są ze stali, są szczególnie podatne na rozszerzalność cieplną, co z kolei prowadzi do pogorszenia stanu konstrukcji mostu.

Według badania przeprowadzonego w 2019 r. przez Colorado State University, rosnące temperatury na całym świecie zwiększają obciążenie mostów. Do 2040 r. może się częściowo zawalić jedna czwarta z około 600 000 mostów w USA.

Złącza dylatacyjne, czyli regularnie umieszczane szczeliny wzdłuż mostu, pomagają: Umożliwiają rozszerzanie się i kurczenie konstrukcji nośnej wraz ze zmianami temperatury. Jednak złącza te łatwo się zapychają, uniemożliwiając rozszerzanie się mostu w upalne dni. To z kolei prowadzi do pogorszenia stanu tych „złączy mostowych”.

Większość mostów budowano bez uwzględnienia ekstremalnych skutków zmian klimatycznych. Aby lepiej się przygotować, naukowcy z Rutgers University w New Jersey symulują, jak stres środowiskowy i wahania temperatury od 0 do 100 stopni Celsjusza wpływają na budowę mostów.

Jeden z rezultatów: Mosty można budować na łożyskach kulkowych. Mogą one zatem wytrzymać większe ruchy niż konwencjonalne złącza dylatacyjne. Regularne kontrole na miejscu podczas i po ekstremalnych temperaturach mogą również pomóc w identyfikacji i naprawie naprężeń konstrukcyjnych.

Według zespołu badawczego wiele głównych mostów w Stanach Zjednoczonych jest obecnie przebudowywanych i przygotowywanych do przyszłych zmian klimatu. Na przykład most Goethalsa, most dwulinowy z 1928 roku łączący New Jersey i Nowy Jork, został wymieniony po prawie 80 latach. Odbudowany most jest teraz zaprojektowany tak, aby wytrzymać ekstremalne upały i oczekuje się, że przetrwa co najmniej stulecie.

Ten artykuł pierwotnie ukazał się w języku angielskim. Adaptacja Jeannette Cwienk