che bella scoperta

Grazie al segreto delle fibre di carbonio si potranno fare scudi anti-terremoto

Negli anni ’90 il fisico John Pendry era stato contattato da un’azienda privata che produceva materiali a base di fibre di carbonio per tecnologie “stealth”, i quali assorbivano le onde radio dei radar. Pendry scoprì che le proprietà di questi materiali erano legate alla loro microstruttura – le sottili e lunghe fibre di carbonio – piuttosto che alle loro proprietà fisico-chimiche. Sfruttando questa scoperta, Pendry propose in seguito applicazioni quali i dispositivi di occultamento (“cloaking”, tipo mantello dell’invisibilità), contribuendo a far nascere e a sviluppare il campo dei cosiddetti metamateriali - materiali strutturati artificiali che permettono di manipolare le onde elettromagnetiche attraverso effetti di interferenza.

In seguito è stato osservato che effetti simili emergono anche ad altre frequenze e per altri tipi di onde come quelle elastiche, variando le dimensioni, la topologia della struttura dei metamateriali e la loro rigidezza. Recentemente, è stato quindi proposto di applicare questa tecnologia anche alle onde sismiche, che sono onde elastiche con lunghezze d’onda di centinaia di metri o chilometri.

In uno nostro studio pubblicato recentemente sulla rivista New Journal of Physics , insieme ai colleghi Marco Miniaci di Le Havre e Anastasiia Krushynska di Torino (con cui abbiamo anche analizzato metamateriali per altri scopi e di tipo differente, ad esempio ispirati alla ragnatela ), abbiamo quindi inventato - più che scoperto - e analizzato la fattibilità di “scudi sismici” basati sull’utilizzo di metastrutture o metamateriali “macrostrutturati”, per la protezione di singoli edifici o anche aree estese, tramite una schermatura delle onde sismiche. Questa strategia sarebbe sinergica con le tecniche attualmente utilizzate, che puntano sull’isolamento delle strutture dalle vibrazioni tramite smorzatori, tipicamente installati nelle fondamenta, e applicabili solo a edifici di nuova costruzione.

Lo studio effettuato si basa su simulazioni numeriche di propagazione di onde di superficie e di volume nella struttura a strati del suolo (inclusi effetti viscoelastici), e quantifica come i metamateriali possano assorbire o riflettere l’energia delle vibrazioni più pericolose delle scosse sismiche, alle basse frequenze, attenuandone sensibilmente l’ampiezza. Il lavoro rappresenta - crediamo - il primo studio realistico e generale sull’argomento.

Un esempio di realizzazione di scudo sismico sarebbe costituito dallo scavo nel suolo di tre o quattro file di cavità a forma di croce spaziate opportunamente. Nel caso di suoli sabbiosi ed eccitazioni sismiche a bassa frequenza, la larghezza, la spaziatura e la profondità delle cavità (rivestite di uno strato di calcestruzzo per impedire il collasso del terreno circostante) si aggirerebbe intorno ai dieci metri, a cui potrebbero essere aggiunte delle cavità cilindriche risonanti più piccole di circa due metri di diametro, per rendere la schermatura più efficace.

Si potrebbero cosi deflettere le onde sismiche riducendo sensibilmente la magnitudo percepita (teoricamente all’incirca di un grado per ogni fila di cavità nello scudo) fin sotto la soglia critica corrispondente all’incolumità degli edifici e quindi della popolazione, proteggendosi meglio dai terremoti, oggi ancora troppo imprevedibili e catastrofici per l’Italia e il mondo intero.


[Numero: 44]