Dos nuevos estudios de investigadores de la Universidad de Utah muestran lo que se puede aprender de un breve chequeo sísmico de arcos de rocas naturales y cómo la erosión esculpe algunos arcos, como el icónico Delicate Arch, en formas que brindan mayor fuerza.
Un estudio publicado en Geophysical Research Letters comienza con mediciones exhaustivas de las vibraciones en un arco en Utah, y aplica esas mediciones para obtener información de otros 17 arcos con un mínimo equipo científico requerido.
El segundo estudio, publicado en Geomorfología, compara la fuerza de las formas de arco, específicamente las formas de viga versus las formas de catenaria invertidas como Delicate Arch o Rainbow Bridge.
Un estetoscopio sismológico
El Grupo de Investigación de Geohazards de la Universidad de Utah mide pequeñas vibraciones en las estructuras rocosas, que provienen de terremotos, viento y otras fuentes, tanto naturales como humanas, para construir modelos tridimensionales de cómo resuenan las estructuras.
Parte de la razón de estas mediciones es evaluar la salud estructural de la característica de la roca. Al estudiar 17 arcos naturales, los candidatos a doctorado Paul Geimer, Riley Finnegan y sus colegas colocaron sismómetros en los arcos durante unas horas a unos días.Los datos de esas mediciones, junto con los modelos 3-D, proporcionaron información importante sobre los modos, o las principales direcciones de movimiento, de los arcos, así como las frecuencias para esos modos de vibración.
"Todo esto es posible utilizando métodos no invasivos", dice Geimer, "que constituyen el primer paso para mejorar nuestra capacidad de detectar e identificar daños dentro de arcos y características similares". La naturaleza no invasiva de las pruebas, con los sismómetros instalados enla superficie del arco sin dañar la roca es importante, ya que muchos de los arcos de roca de Utah son culturalmente significativos.
Los estudios de los 17 arcos utilizaron solo uno o dos sismómetros cada uno, por lo que con el permiso del Servicio de Parques Nacionales, los investigadores fueron al Arco de Musselman en el Parque Nacional Canyonlands para verificar sus mediciones anteriores. El arco es plano en la parte superior y fácilmenteaccesible, por lo que lo salpicaron con 30 sismómetros y escucharon.
"Esta gran cantidad de información adicional nos ayudó a confirmar nuestras suposiciones de que los modos resonantes en arco siguen de cerca los modelos predictivos simples, y el lecho rocoso circundante actúa como un soporte rígido", dice Geimer. "Hasta donde sé, fue la primera medida de este tipo paraun lapso natural, después de décadas de esfuerzos similares en puentes hechos por el hombre ".
Todos los arcos estudiados exhibieron la propiedad de baja amortiguación, dice Geimer, lo que significa que continuaron vibrando mucho después de una ráfaga de viento, por ejemplo, o una onda sísmica de un terremoto lejano. Los resultados también ayudan a los investigadoresinferir las propiedades mecánicas de las rocas sin tener que perforar la roca para tomar una muestra. Por ejemplo, la rigidez de la piedra arenisca de Navajo, extendida en el sur de Utah, parece estar relacionada con la cantidad de hierro en la roca.
Esculpido para la estabilidad
Los arcos naturales vienen en una variedad de formas, incluyendo tramos en forma de viga que se extienden entre dos masas de rocas y arcos de catenaria invertidos independientes o parcialmente independientes. Una catenaria es el arco formado por una cadena o cuerda que cuelga, así que déle la vueltaabajo y tienes una catenaria invertida.
"En su forma ideal, la catenaria invertida elimina todos los esfuerzos de tensión", dice Geimer, creando un tramo curvo estable soportado únicamente por compresión, que la piedra arenisca anfitriona puede resistir con mayor fuerza. La idea de que los arcos de la catenaria invertida se esculpen por la erosión enlas formas fuertes no son nuevas. Pero el enfoque del equipo U para analizarlas es. Volviendo a sus modelos tridimensionales de arcos y análisis de sus modos de vibración, los investigadores simularon los esfuerzos gravitacionales en detalle en cada arco y calcularon un número, llamadoLa relación de tensión del principio medio, o MSR, que clasifica si el arco es más como una viga o más como una catenaria invertida.
La estructura de la roca en la que está tallado el arco también puede influir en su forma. Es más probable que se formen arcos catenarios invertidos en formaciones rocosas gruesas y masivas. "Esto permite que las tensiones gravitacionales sean el agente de escultura dominante", dice Geimer, "dejando un suave arco de roca sostenido en compresión. "Los arcos en forma de viga típicamente se forman en formaciones rocosas con múltiples capas con diferentes resistencias".demasiado delgada para formar una curva catenaria "
Si bien la forma de catenaria invertida puede dar estabilidad al arco en su forma actual, Geimer y el profesor asociado Jeff Moore se apresuran a señalar que el arco sigue siendo vulnerable a otros medios de colapso eventual. "En Delicate Arch", dice Moore,"el arco descansa sobre una capa arcillosa muy delgada y fácilmente erosionada, que proporciona una conexión débil al suelo, mientras que Rainbow Bridge no puede caerse al estar ligeramente conectado a una roca adyacente".
Aún así, la métrica MSR puede ayudar a los investigadores y administradores de tierras públicas a evaluar la estabilidad de un arco debido a su forma. El Grupo de Investigación Geohazards continúa estudiando otros factores que pueden influir en la estabilidad de las características de la roca, incluyendo cómo crecen las grietas en la roca y cómo los arcosse han derrumbado en el pasado
Encuentra los modelos tridimensionales del grupo aquí .
Mire y escuche, suba los altavoces cómo se mueve Moonshine Arch cerca de Vernal, Utah aquí .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Utah . Original escrito por Paul Gabrielsen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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