Seismisch metamateriaal maakt stuwdam onzichtbaar voor aardbeving
Metamaterialen die seismische golven absorberen in plaats van ze af te leiden, zijn een betere keus om sommige gebouwen te beschermen tegen aardbevingen, aldus civiel ingenieurs
Vermomming voor aardbevingen
Onzichtbaarheidstechnieken voor zowel elektromagnetische straling als geluid hebben een enorme invloed op de moderne wetenschap en techniek. De mogelijkheid dingen te verbergen, opent enorme mogelijkheden, zowel in de praktijk als voor conceptontwikkeling.
Een van de interessantere opties is gebouwen beschermen tegen seismische golven. Ook dit zijn golven in de natuurkundige zin, ze worden met ruwweg dezelfde vergelijkingen beschreven als overige golven. Om precies te zijn: er zijn transversale golven, die lijken op de golven op het wateroppervlak en longitudinale p-drukgolven, die lijken op geluidsgolven. Je zou hier dus vergelijkbare technieken op los kunnen laten als op andere golven, zodat de seismische golven worden afgebogen. Dit is ook gedaan door verschillende groepen. Aardbevings-oppervlaktegolven hebben een frequentie van enkele tientallen Hz (trillingen per seconde).Aardbevingen laten uitdoven
In een nieuwe publicatie hebben Sang-Hoon Kim van de Mokpo National Maritime University in Zuid-Korea en Mukunda Das van de Australian National University in Canberra een ander idee geopperd. Seismische onzichtbaarheidsmantels absorberen namelijk de aardbevingsgolven niet, maar leiden ze om, zodat andere gebouwen alsnog de volle laag krijgen.
Hun idee is minder egoïstisch: de energie in seismische golven laten verdwijnen door ze in evanescerende golven om te zetten. Dit zijn golven die exponentieel uitdoven met de afstand (evanescerend betekent: verdwijnend). Volgens hun berekeningen wordt dit effect bereikt met betonnen cilinders van 18 meter in diameter, waarin vier gaten onder een rechte hoek ten opzichte van elkaar zijn aangebracht, zie tekeningen. Deze cilinders moeten wellicht in afmeting variëren om zo verschillende typen seismische golven uit te schakelen. Zeker is dat ze de fundamenten van een gebouw in cylindrische ringen moeten omgeven met een dikte van ongeveer zestig meter.
Weliswaar is dit niet erg moeilijk te verwezenlijken, maar dit vormt toch een enorme structuur die alleen rond geïsoleerde gebouwen kan worden aangebracht. Het uitdovende effect heeft dan weinig zin. Deze constructie is volgens de auteurs nuttig voor gebouwen waarvan je absoluut zeker wilt zijn dat ze niet worden beschadigd door een aardbeving. Denk aan kernreactors, elektriciteitscentrales, dammen, olieraffinaderijen en dergelijke.
Er is nog één zwak punt aan het idee. Waar blijft de enorme hoeveelheid seismische energie die door het metamateriaal wordt geabsorbeerd? Mogelijk laat deze het metamateriaal verkruimelen. Kortom: dit idee is zeer veelbelovend, maar moet nog verder uitgewerkt worden.
Bronnen
Sang-Hoon Kim en Mukunda Das, Seismic Waveguide of Metamateriala, ArXiv (2012)