Bosques para amortiguar los terremotos

Es difícil olvidar el daño causado en el accidente de Fukushima. En el año 2011, el terremoto más fuerte de la historia de Japón y el tsunami que provocó desencadenaron el accidente nuclear más grave desde el de Chernobyl, 25 años antes. Otros terremotos han causado destrozos importantes en el patrimonio de la humanidad. ¿Y si fuera posible proteger los edificios de los terremotos?

Son varias las investigaciones que tratan de inventar mecanismos para lograr que los terremotos pasen de largo sin afectar a los edificios. Los terremotos son ondas que se propagan por la corteza terrestre, y ya se conocen algunos tipos de materiales capaces de interferir con otros tipos de ondas (de luz o de sonido) e impedir que pasen por determinados lugares. Son los llamados “metamateriales”, y constituyen lo más parecido que tenemos a las capas de invisibilidad de las novelas de Harry Potter.

Curvando las ondas

La clave de su funcionamiento está en su estructura interna, diseñada para curvar la trayectoria de ciertas ondas y lograr, por ejemplo, que rodeen a un objeto, volviéndolo invisible. Los metamateriales que interfieren con las ondas de luz requieren de nanotecnología y solo funcionan para ocultar objetos muy pequeños. Pero, a una escala mucho mayor, ¿podemos crear metamateriales para desviar las ondas sísmicas alrededor de los edificios?

Una opción consiste en perforar las inmediaciones del edificio a proteger, convirtiendo el terreno en una suerte de metamaterial gigante. Eligiendo bien la disposición de las perforaciones cilíndricas, es posible dispersar las ondas sísmicas, provocar que interfieran unas con otras y se anulen sin dañar el edificio. Esto es lo que dice la teoría, y las simulaciones por ordenador lo avalan: modelizando el terreno a partir de cubos tridimensionales e incorporando perforaciones cilíndricas de diferentes tamaños, se puede comprobar el efecto del terremoto con y sin las perforaciones. Al simular varias ondas sísmicas desde diversas direcciones, un estudio verificó que las perforaciones desviaban con éxito gran parte de la energía del terremoto.

Es más, la eficacia de las perforaciones también se ha comprobado en el laboratorio. En el mismo estudio, el equipo investigador creó una maqueta de plástico en la que integró pequeños acelerómetros para medir el movimiento de cada fragmento del terreno. Realizó muchas perforaciones con la orientación bien elegida y sometió la maqueta a ondas sísmicas a escala de la maqueta. Puesto que el plástico se había diseñado para tener las mismas propiedades físicas de la corteza terrestre, el terremoto resultó un modelo fiel de la realidad. Y, tal y como había predicho la simulación por ordenador, las perforaciones tuvieron el efecto deseado: consiguieron desviar las ondas sísmicas.

Reduciendo el impacto

Basándose en los resultados del experimento, el equipo investigador estimó que este sistema de perforaciones podría reducir el impacto de un terremoto de magnitud 7 a magnitud 5 o incluso algo menos. Pero no todo son virtudes en esta técnica: aunque protege con éxito el terreno al que rodean las perforaciones, las zonas que quedan fuera sufren una destrucción aún mayor. Además, puesto que los terremotos tienen una longitud de onda muy larga, las perforaciones deben ocupar una zona muy amplia para que funcionen.

Aunque puede haber edificios o estructuras que justifiquen el uso de las perforaciones, hay soluciones mejores e incluso más estéticas: los árboles. Sus altísimos troncos pueden actuar como resonadores que oscilen a la misma frecuencia que las ondas sísmicas, y esta resonancia se puede aprovechar para redirigir la energía de la onda hacia la tierra y así reducir su impacto. Es decir, los árboles también pueden actuar como una capa de invisibilidad que rodee al edificio a proteger.

Un experimento utilizó una grúa para generar vibraciones cerca de un bosque, y midió su efecto sobre el terreno con sismómetros. Las cifras reflejaron el efecto protector de los árboles frente a las ondas de ciertas frecuencias. Además, puesto que la altura de los árboles y el espacio entre ellos es variable, protegen frente a ondas de varias frecuencias, más que si el bosque fuera perfectamente uniforme. Incluso, si los árboles estuvieran ordenados de mayor a menor altura, el efecto protector funcionaría con una franja de frecuencias aún mayor.

Más allá de los terremotos

Sin embargo, los terremotos conllevan más de un tipo de onda. Las ondas de Love, que hacen que el terreno se mueva en horizontal, se salvan fácilmente con árboles de entre diez y 15 metros de altura. Sin embargo, las ondas de Rayleigh, que también provocan movimiento vertical, resuenan a una frecuencia mucho menor, por eso se necesitarían árboles de 50 o incluso 75 metros de altura para salvarlas: existen árboles así de altos, pero no es viable colocarlos donde sea conveniente para esquivar terremotos.

Por eso, las voces expertas plantean el uso de árboles contra el movimiento horizontal, dejando las técnicas convencionales para protegerse del movimiento vertical. Aun así, podrían constituir un ahorro de recursos considerable. El potencial de los árboles, además, no acaba con los terremotos. Las vías de los trenes también producen vibraciones considerables que, aunque no causan la destrucción que puede ocasionar un terremoto, pueden ser molestas para la población que vive en las inmediaciones. Sin embargo, si se crea una barrera de árboles entre las vías de tren y los edificios, se podrían amortiguar estas vibraciones y mejorar la calidad de vida del vecindario.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Existe aún otra manera de proteger a los edificios de los terremotos que consiste en cubrirlos con una “capa elastodinámica”. No se basa en metamateriales pero el efecto sería similar al de las perforaciones o los árboles. Sin embargo, un estudio demostró que es imposible crear una capa elastodinámica perfecta, es decir, un edificio no se puede aislar completamente de las ondas sísmicas mediante una de estas capas. Con todo, es una opción más para, al menos, amainar el impacto de un terremoto.

REFERENCIAS (MLA):

• Miniaci, Marco et al. “Large Scale Mechanical Metamaterials As Seismic Shields”. New Journal Of Physics, vol 18, no. 8, 2016, p. 083041. IOP Publishing, https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/8/083041.
• Colombi, Andrea et al. “A Seismic Metamaterial: The Resonant Metawedge”. Scientific Reports, vol 6, no. 1, 2016. Springer Science And Business Media LLC, https://doi.org/10.1038/srep27717.
• Maurel, Agnès et al. “Conversion Of Love Waves In A Forest Of Trees”. Physical Review B, vol 98, no. 13, 2018. American Physical Society (APS), https://doi.org/10.1103/physrevb.98.134311.
• Yavari, Arash, and Ashkan Golgoon. “Nonlinear And Linear Elastodynamic Transformation Cloaking”. Archive For Rational Mechanics And Analysis, vol 234, no. 1, 2019, pp. 211-316. Springer Science And Business Media LLC, https://doi.org/10.1007/s00205-019-01389-2.