Notícies

Inici  >  Notícies > Investigadors de la UB reprodueixen al laboratori el comportament estadístic...

Investigadors de la UB reprodueixen al laboratori el comportament estadístic dels terratrèmols

Investigadors de la UB que han dut a terme el treball.

Investigadors de la UB que han dut a terme el treball.

20/02/2013

Recerca

El trencament mecànic dels materials és un fenomen complex associat a molts accidents i desastres naturals, que van des de la ruptura de petits dispositius fins als terratrèmols. Malgrat la gran diferència d’escala espacial, temporal i d’energia, i malgrat les diferències en la geometria, s’han proposat diversos experiments al laboratori amb materials heterogenis per tal de trobar models que descriguin el comportament dels terratrèmols.

En un estudi encapçalat per investigadors de la Universitat de Barcelona, i publicat a la revista Physical Review Letters, s’ha utilitzat un material que, sotmès a compressió, permet reproduir les quatre principals lleis estadístiques de recurrència sísmica: la llei de Gutenberg-Richter, la llei d’Omori, la distribució de pauses entre sismes i la llei de productivitat.

El treball ha estat dirigit per l’investigador Eduard Vives, de la Facultat de Física de la UB, i hi han participat els investigadors del mateix centre —ubicat al campus BKC —,  Xavier Illa, Antoni Planes i Jordi Baró (com a primer autor), així com Álvaro Corral, del Centre de Recerca Matemàtica (CERCA - Generalitat de Catalunya), i investigadors de la Universitat de Cambridge, la Universitat de Viena i l’Institut Potosí de Recerca Científica i Tecnològica (Mèxic).

El material, que s’ha estudiat mitjançant un dispositiu desenvolupat pel taller mecànic dels Centres Científics i Tecnològics de la UB, és un tipus de vidre altament porós (40 % de porositat), dissenyat per a aplicacions industrials, anomenat Vycor®. La mostra, d’una mida de 5 mm, s’introdueix entre dues plaques i es comprimeix verticalment aplicant-hi un pes que augmenta amb el temps de manera lineal. A les plaques de compressió se situen uns sensors d’emissió acústica, que serien l’equivalent als sismògrafs, que mesuren ones acústiques ultrasonores i que permeten detectar les fractures en la mostra.

 
«L’experiment que hem dut a terme simula una falla nova que comencés des de zero», explica l’investigador de la UB Eduard Vives. «D’aquesta manera —continua—, hem pogut observar l’evolució temporal que tindria, que al laboratori és d’unes quantes hores i en els terratrèmols equivaldria a milers d’anys». Per contra, en sismologia s’estudien els efectes estadístics espacials a partir de dades de zones amb molta activitat sísmica, com ara Califòrnia, i de poca activitat. Segons l’investigador, «aquesta simetria en l’espai i el temps ens fa pensar que és possible que els terratrèmols es comportin seguint algun tipus de criticitat autoorganitzada —tal com apunten algunes teories—, i si es pogués demostrar, seria un gran avenç per la possibilitat d’aplicar teories ja existents per a aquest tipus de sistemes».
 
Anteriorment, diversos treballs han intentat establir comparacions entre terratrèmols i fractures de materials al laboratori, utilitzant principalment roques naturals, però els resultats han estat incomplets o bé només han reproduït alguna de les propietats dels terratrèmols. «Aquest material, doncs, permet fer experiments controlant diversos paràmetres, com ara la força o la velocitat», conclou Vives.
 
 
Quatre lleis estadístiques de la sismologia
 
La resposta del material ha mostrat que segueix les quatre lleis estadístiques principals de la sismologia. D’una banda, l’energia detectada mitjançant les emissions acústiques varia d’acord amb la llei de Gutenberg-Richter, que relaciona el nombre de terratrèmols en funció de l’energia radiada i que decau segons una llei de potències.
 
Per tenir una idea de la diferència d’escala, l’energia emesa per un terratrèmol gran (de magnitud 8) és equivalent a 1.000 bombes d’Hiroshima, mentre que l’energia màxima mesurada per la fractura del material al laboratori equival a l’energia de fissió d’un sol àtom d’urani. La diferència de magnitud equival, aproximadament, a un factor de 1027.
 
En un altre experiment fet amb el mateix material s’ha estudiat el nombre de rèpliques després que es produeixi una fractura gran i s’ha vist que decau en el temps d’acord amb l’anomenada llei d’Omori per a terratrèmols. «La diferència és que el temps màxim de rèpliques en el nostre cas és d’unes quantes hores, mentre que en els sismes dura més de cent anys», apunta l’investigador de la UB.
 
Una tercera llei estadística és la de la distribució de pauses entre  sismes (waiting times), que relaciona el temps entre dos terratrèmols consecutius. En aquest cas, s’han comparat els resultats obtinguts al laboratori amb els de la sèrie de terratrèmols de Califòrnia, una de les més completes, i «tenint en compte la diferència d’escales, la concordança és molt alta», afirma Vives. Finalment, també s’ha pogut comprovar la similitud amb la llei de productivitat, que mostra com el nombre de rèpliques després d’una fractura més gran creix en funció de l’energia d’aquesta fractura principal.
 
Article: 
Jordi Baró, Álvaro Corral, Xavier Illa, Antoni Planes, Ekhard K. H. Salje, Wilfried Schranz, Daniel E. Soto-Parra i Eduard Vives. «Statistical similarity between the compression of a porous material and earthquakes». Physical Review Letters, 22 de febrer de 2013. DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.088702
 
Comentari a l'article publicat a la mateixa revista: Viewpoint: Little Earthquakes in the Lab

 

Comparteix-la a:
| Més |
  • Segueix-nos:
  • botó per accedir al facebook de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al twitter de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al google+ de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al youtube de la universitat de barcelona
  • botó per accedir als rss de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al butlleti de la universitat de barcelona
Membre de: Dos Campus d'Excel·lència Internacional logo del leru - League of European Research Universities logo del bkc - campus excel·lència logo del health universitat de barcelona campus

© Universitat de Barcelona