VOLADURAS JUNTO A UNA CUEVA: LOS MACARRONES CORTOS ERAN LOS MÁS EXPUESTOS

En el macizo del Vercors, en el sureste de Francia, la cueva de Choranche recibe unos 100.000 visitantes al año. Su tesoro es un bosque de macarrones: estalactitas huecas y translúcidas que crecen, anillo a anillo de calcita, alrededor de la gota de agua que cuelga de su punta. Alcanzan hasta 3 metros de longitud para un diámetro de unos 5 milímetros, con una pared de medio milímetro de grosor. Como crecen entre 0,09 y 0,92 milímetros al año, los más largos podrían haber empezado a formarse hace entre 3.200 y 33.000 años.

Entonces llegaron unas obras. El estrecho sendero colgado al pie del acantilado, que lleva a los visitantes hasta la cueva, tenía que acercarse a la pared rocosa a lo largo de unos 100 metros. La maquinaria pesada no podía llegar al lugar, así que la roca debía cortarse con explosivos, a unas decenas de metros de los macarrones. Los daños en estas formaciones no tienen vuelta atrás.

Medir la nota de una estalactita

P. Bottelin y sus colegas de ADRGT, de la Universidad Grenoble Alpes y de una empresa geotécnica local, junto con la empresa que gestiona la cueva y que financió el estudio, empezaron por tratar cada macarrón como lo que es desde el punto de vista mecánico: un tubo fino empotrado por un extremo. Un tubo así vibra a una serie de frecuencias naturales —sus propias «notas»— que dependen de su longitud: cuanto más corto es el tubo, más aguda es la nota.

El equipo recogió 15 macarrones rotos, la mayoría del fondo del lago de la cueva, y midió con un vibrómetro láser las vibraciones de cuatro de ellos en el laboratorio, y después las de un macarrón que seguía colgado en la cueva, donde la gota de agua de su punta reflejaba el haz láser. Las mediciones concuerdan con la fórmula de manual de una viga que vibra, con una rigidez (módulo de Young) de 60 gigapascales. El macarrón de la cueva, que nadie podía alcanzar para medirlo, sonaba a 1,2 hercios y en 13 notas más agudas de hasta 650 hercios: esas notas dieron su longitud, 1,78 metros. Los macarrones apenas amortiguan sus propias vibraciones: una vez que empiezan a sonar, siguen sonando.

Unos ensayos de flexión en 25 muestras dieron la tensión a la que se parte un macarrón: entre 2,5 y 16,2 megapascales. El equipo adoptó un límite prudente de 1,25 megapascales, la mitad del valor más débil.

Voladuras de prueba

Después vinieron pequeñas explosiones de prueba, de hasta 0,2 kilogramos, registradas por sensores fijados a la pared de la cueva. A unos 55 metros del sensor de la cueva, un disparo de 0,2 kilogramos hizo vibrar la roca a aproximadamente 1 milímetro por segundo durante una décima de segundo. Su vibración se extendía de 10 a 500 hercios, con un pico en torno a 175 hercios.

Un modelo informático de macarrones de 2,5 centímetros a 3 metros de largo reprodujo entonces la vibración registrada. El resultado va contra la intuición. La tensión más fuerte afectó a los macarrones de unos 15 centímetros, cuya nota fundamental se sitúa justo en 175 hercios: entran en resonancia con la voladura. Los macarrones de entre 10 centímetros y 1 metro eran los más expuestos; los más largos, aunque más pesados, sufrían menos. La resonancia puede multiplicar la carga hasta por cinco.

Las voladuras de obra disparan varias cargas separadas por unas decenas de milisegundos, para evitar que las ondas se sumen. En el modelo, diez cargas espaciadas entre 20 y 30 milisegundos apenas aumentaron la vibración máxima, de aproximadamente 1 a 1,3 milímetros por segundo, pero multiplicaron la tensión por 3,5: el tren de ondas es más rico en altas frecuencias, justo las que captan los macarrones cortos.

Un límite de velocidad para la roca

Al escalar la vibración hasta que la tensión alcanzó el límite prudente, se obtuvo un umbral: 2,4 milímetros por segundo en la pared de la cueva para las voladuras con retardo, 8,6 para un disparo único. Una ley ajustada a cómo se atenúan las vibraciones con la distancia convirtió después ese umbral en la carga máxima permitida a cada distancia. Las voladuras de excavación se realizaron dentro de ese límite, y ningún macarrón sufrió daños.

El caso del terremoto

El equipo simuló también un terremoto regional: utilizó el terremoto de Barcelonnette de 2014, de magnitud 5,2, registrado a unos 10 kilómetros de su epicentro, como sustituto del terremoto local de referencia de 1962, que nunca se registró. En las profundidades, se espera que la vibración caiga a aproximadamente una décima parte de su valor en superficie. Un terremoto vibra despacio, por debajo de unos 10 hercios, así que esta vez son los macarrones de 1 a 2 metros los que entran en resonancia. La tensión se mantuvo por debajo del límite: un suceso así probablemente no los rompería.

La lección va más allá de Choranche. Los métodos que juzgan el riesgo de una estalactita solo a partir de la aceleración máxima, sin tener en cuenta la resonancia, pueden subestimar gravemente el peligro, un sesgo para los estudios que reconstruyen terremotos pasados a partir de formaciones de cueva rotas o intactas. El estudio, publicado en 2020 en el Journal of Seismology y ahora disponible en arXiv, solo abarca macarrones perfectamente tubulares; las estalactitas más gruesas, las columnas y las cortinas necesitarían cada una su propio modelo.