Согласно новым результатам, опубликованным в New Journal of Physics, метаматериалы – искусственные структуры, демонстрирующие необычные вибрационные свойства – могут прийти на помощь регионам, которым угрожают землетрясения. Исследование, проведенное учеными из Европы и включающее подробное компьютерное моделирование, показывает, что крупномасштабные метаматериалы могут ослаблять энергию и амплитуду вредных низкочастотных колебаний, связанных с сейсмическими ударами.
Сегодня большие конструкции, такие как мосты и офисные здания, защищены от землетрясений с помощью стратегий виброизоляции.
Однако эти подходы могут быть трудными для ретроспективного применения, особенно в исторических зданиях, и применяются только на местном уровне. Экранирование уязвимых конструкций с использованием крупномасштабных метаматериалов, которые препятствуют распространению входящих сейсмических волн за счет эффектов интерференции, может помочь защитить гораздо более обширную территорию без каких-либо прямых изменений существующих зданий в регионе.
Один из самых простых и эффективных сейсмических экранов, предложенных командой, включает в себя вырытие 2-3 рядов равномерно расположенных крестообразных полостей в земле. «Точные размеры будут зависеть от типа почвы и частотного диапазона щита», – пояснил Марко Миньячи из университетов Турина и Гавра. «Для песчаных условий и низкочастотных сейсмических волн ширина, расстояние и глубина полостей, которые должны быть выложены бетоном, чтобы предотвратить обрушение окружающей почвы, могут достигать 10 метров."
Чтобы увеличить эффективность защитной конструкции, группа предлагает добавить ряд меньших цилиндрических полостей диаметром 2 м. Есть и другие настройки, которые тоже можно применить.
Уменьшая размер массива, свойства экрана могут быть перенаправлены на аналогичные проблемы, возникающие в более высоких частотных диапазонах. Сценарии включают предотвращение вибрации вблизи сетей высокоскоростных поездов или тяжелых трамвайных путей. Еще одним потенциальным применением может быть защита от взрыва.
«Следующие шаги должны включать экспериментальные испытания с использованием масштабированных моделей в специализированных геотехнических сейсмических и вибрационных лабораториях», – сказал Миньячи. "Это обеспечит дальнейшую проверку предлагаемых структур и поможет развить ранее проведенную работу на местах."
Другие исследователи, участвующие в проекте, включают Анастасию Крушинскую и Федерико Босиа из Университета Турина и Никола Пуньо из Университета Тренто, FBK Trento и Лондонского университета Королевы Марии.