EXPLOSÕES AO LADO DE UMA CAVERNA: OS CANUDOS CURTOS ERAM OS QUE MAIS CORRIAM RISCO

No maciço do Vercors, no sudeste da França, a caverna de Choranche recebe cerca de 100.000 visitantes por ano. Seu tesouro é uma floresta de canudos de refresco (soda straws): estalactites ocas e translúcidas que crescem anel por anel de calcita em torno da gota d’água pendurada na ponta. Elas chegam a até 3 metros de comprimento para um diâmetro de cerca de 5 milímetros, com uma parede de meio milímetro de espessura. Crescendo entre 0,09 e 0,92 milímetro por ano, as mais longas podem ter começado a se formar há 3.200 a 33.000 anos.

Então veio uma obra. A estreita trilha suspensa no pé do penhasco, que leva os visitantes à caverna, precisava ser deslocada para mais perto da parede rochosa ao longo de cerca de 100 metros. Máquinas pesadas não conseguiam chegar ao local, então a rocha teve de ser cortada com explosivos — a poucas dezenas de metros dos canudos. Danos a formações assim não podem ser desfeitos.

Medir a nota de uma estalactite

P. Bottelin e colegas da ADRGT, da Université Grenoble Alpes e de uma empresa local de geotecnia, junto com a empresa que administra a caverna e financiou o estudo, começaram tratando cada canudo pelo que ele é mecanicamente: um tubo fino preso por uma extremidade. Um tubo assim vibra numa série de frequências naturais — suas próprias “notas” — que dependem do seu comprimento: quanto mais curto o tubo, mais aguda a nota.

A equipe recolheu 15 canudos quebrados, a maioria do fundo do lago da caverna, e mediu com um vibrômetro a laser as vibrações de quatro deles em laboratório, depois as de um canudo ainda pendurado na caverna, onde a gota d’água na ponta refletia o feixe do laser. As medições batem com a fórmula clássica de uma viga vibrante, com uma rigidez (módulo de Young) de 60 gigapascals. O canudo da caverna, que ninguém conseguia alcançar para medir, soava a 1,2 hertz e em 13 notas mais agudas até 650 hertz: as notas deram seu comprimento, 1,78 metro. Os canudos quase não amortecem as próprias vibrações: uma vez postos a vibrar, continuam vibrando.

Ensaios de flexão em 25 amostras deram a tensão com que um canudo se rompe: entre 2,5 e 16,2 megapascals. A equipe adotou um limite prudente de 1,25 megapascal, metade do valor mais fraco.

Explosões de teste

Em seguida vieram pequenas explosões de teste, de até 0,2 quilograma, registradas por sensores fixados na parede da caverna. A cerca de 55 metros do sensor da caverna, um disparo de 0,2 quilograma fez a rocha vibrar a cerca de 1 milímetro por segundo durante um décimo de segundo. Sua vibração se espalhava de 10 a 500 hertz, com um pico em torno de 175 hertz.

Um modelo de computador de canudos de 2,5 centímetros a 3 metros de comprimento reproduziu então a vibração registrada. O resultado contraria a intuição. A pior tensão atingiu canudos de cerca de 15 centímetros, cuja nota fundamental fica exatamente em 175 hertz: eles entram em ressonância com a explosão. Os canudos entre 10 centímetros e 1 metro eram os mais expostos; os mais longos, embora mais pesados, sofreram menos. A ressonância pode multiplicar a carga por até cinco.

As detonações de obras disparam várias cargas com algumas dezenas de milissegundos de intervalo, para evitar que as ondas se somem. No modelo, dez cargas espaçadas de 20 a 30 milissegundos mal aumentaram o pico de vibração, de cerca de 1 para 1,3 milímetro por segundo, mas multiplicaram a tensão por 3,5: o trem de ondas é mais rico em altas frequências, justamente as que os canudos curtos captam.

Um limite de velocidade para a rocha

Aumentar a vibração em escala até a tensão atingir o limite prudente forneceu um limiar: 2,4 milímetros por segundo na parede da caverna para detonações com retardo, 8,6 para um disparo único. Uma lei ajustada à forma como as vibrações se atenuam com a distância converteu então esse limiar na carga máxima permitida a cada distância. As detonações da escavação foram feitas dentro desse limite, e nenhum canudo foi danificado.

O caso do terremoto

A equipe também simulou um terremoto regional, usando o terremoto de Barcelonnette de 2014, de magnitude 5,2, registrado a cerca de 10 quilômetros do epicentro, como substituto do terremoto local de referência de 1962, que nunca foi registrado. No fundo do subsolo, a vibração deve cair para cerca de um décimo do seu valor na superfície. Um terremoto vibra devagar, abaixo de cerca de 10 hertz, então desta vez são os canudos de 1 a 2 metros que entram em ressonância. A tensão ficou abaixo do limite: um evento assim provavelmente não os quebraria.

A lição vai além de Choranche. Métodos que avaliam o risco de uma estalactite apenas pela aceleração de pico, ignorando a ressonância, podem subestimar gravemente o perigo — um viés para os estudos que leem terremotos do passado em formações de cavernas quebradas ou intactas. O estudo, publicado em 2020 no Journal of Seismology e agora disponibilizado no arXiv, trata apenas de canudos perfeitamente tubulares; estalactites mais grossas, colunas e cortinas exigiriam, cada uma, seu próprio modelo.