Cómo los bosques podrían limitar el daño del terremoto

Los edificios en el futuro podrían aislarse de los terremotos al colocarse detrás de hileras de árboles. Eso es según los físicos en Francia, que han demostrado que ciertas ondas sísmicas, conocidas como ondas de amor, podrían desviarse de la superficie de la Tierra a medida que atraviesan un bosque que contiene árboles de cierta altura. El bosque actúa como un metamaterial: una estructura artificial generalmente utilizada para dirigir la radiación electromagnética alrededor de los objetos. Mejor conocidos por su uso como capas de invisibilidad, los metamateriales están hechos de grandes conjuntos de diminutos resonadores que manipulan la luz y otras ondas electromagnéticas de formas no naturales. En los últimos años, sin embargo, las matemáticas subyacentes a los metamateriales también se han aplicado a otros tipos de radiación, incluidas las ondas sísmicas. La idea aquí es utilizar matrices de objetos de tamaño adecuado, ya sea debajo o sobre el suelo - agujeros o postes de algún tipo - para desviar ondas sísmicas alrededor de edificios vulnerables. Mientras que el aislamiento pasivo típicamente apunta a la frecuencia de resonancia de un edificio, las capas sísmicas podrían, en principio, ser de banda ancha, según Sébastien Guenneau del Instituto Fresnel en Marsella. Esto, dice, permitiría agregar extensiones a los edificios y podría usarse para proteger monumentos históricos que no pueden alterarse. Guenneau formó parte de un equipo que demostró el principio básico de tales "capas sísmicas" en 2012 perforando una red 2D de pozos de 5 m de profundidad en el suelo superior y midiendo el efecto de la red sobre las ondas acústicas generadas en las cercanías. Los investigadores encontraron que solo un par de filas de perforaciones podrían reflejar alrededor de la mitad de la energía de las olas hacia la fuente. Unos años más tarde, sin embargo, otro grupo, que incluía a Guenneau y Phillippe Roux de la Universidad de Grenoble, demostró que la naturaleza podría hacer un trabajo similar. Mostraron que un pequeño bosque de pinos en Grenoble podría reflejar la mayor parte de la energía dentro de ciertas bandas de frecuencia de "ondas Rayleigh", que viajan bajo la superficie y son generadas por el viento y las vibraciones de las obras viales cercanas. Me encanta la sensación Ahora Guenneau, junto con Agnès Maurel del Instituto Langevin en París y Jean-Jacques Marigo de la Ecole Polytechnique en Saclay, ha demostrado teóricamente que los bosques también deberían poder protegerse contra las olas de amor. Al igual que las ondas de Rayleigh, estas ondas viajan justo debajo del suelo y se generan cuando las ondas sísmicas que viajan lejos del epicentro de un terremoto alcanzan la superficie de la Tierra. Pero, mientras que las ondas de Rayleigh tienen un movimiento tanto horizontal como vertical, las ondas de amor, que pueden dañar gravemente los cimientos de un edificio, causan sacudidas puramente horizontales de lado a lado. Guenneau y sus colaboradores han descubierto que, al igual que las ondas de Rayleigh, las ondas de amor deberían crear vibraciones en los troncos de los árboles. Han identificado un nuevo tipo de onda que denominan una "parodia de onda de amor" que se genera cuando una onda sísmica se propaga a lo largo del suelo boscoso, cuya parte superior del suelo produce velocidades de cizalla más bajas que la mayor parte. Esta onda es matemáticamente análoga a una onda electromagnética conocida como "spoof plasmon", que se puede propagar a lo largo de una superficie de metal tachonada de pilares metálicos: el suelo juega el papel del aire sobre la superficie mientras los árboles representan los pilares. Los investigadores consideraron qué sucedería cuando las ondas de amor se aproximaran a un bosque que contiene hileras de árboles progresivamente más cortos. Se dieron cuenta de que la parodia resultante de las ondas de amor se propagaría a través del bosque hasta que llegaran a la hilera que contenía árboles de la altura justa. Las olas harían vibrar a los árboles y los convertirían en fuentes secundarias que disiparían la mayor parte de la energía vibratoria hacia abajo a través de la Tierra. Por el contrario, descubrieron que cuando las ondas de amor se aproximan a un bosque con árboles progresivamente más altos, la energía sísmica debería reflejar en gran medida de dónde viene. El grupo también encontró que el follaje de los árboles debería afectar el paso de las ondas sísmicas, cambiando la altura de un árbol resonante para una frecuencia de onda dada. "El sorprendente efecto del follaje también podría conducir a modelos revisados de ondas de Rayleigh en los bosques", dice Maurel. Salvavidas En cuanto al potencial práctico de "blindaje arbóreo", Guenneau señala que un edificio de cinco a 10 pisos resuena a no más de unos 10 Hz. En esa frecuencia, dice, los árboles solo tendrían que tener entre 10 y 15 m de altura para resonar con las ondas Love, mientras que necesitarían 50-75 m para protegerse contra las ondas Rayleigh. Por lo tanto, prevé árboles que impiden la agitación horizontal, mientras que las técnicas convencionales continúan protegiendo contra el movimiento vertical. "Los bosques podrían reducir a la mitad el trabajo de los ingenieros civiles", dice. Para demostrar que su idea funciona en la práctica, Guenneau y sus colegas esperan persuadir a Roux a investigar las ondas de amor cuando comienza nuevos experimentos en Grenoble, posiblemente en otoño. Para apoyar su caso, el trío primero planea tomar parte en una pequeña prueba de laboratorio que involucra ondas ultrasónicas y "árboles" piezoeléctricos de tamaño micrón. Ping Sheng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong, que estudia los metamateriales acústicos, advierte que la propuesta necesitaría árboles con alturas específicas que normalmente no se encuentran en la naturaleza. Como tal, argumenta, la idea tendría un mayor atractivo si se pudiera aplicar a un bosque más realista. "Eso sería realmente interesante", dice. La investigación aparece en el servidor arXiv . Sobre el Autor Edwin Cartlidge es un escritor de ciencia con sede en Roma