Il gruppo di ricerca ha ideato un apparato sperimentale unico che ha permesso loro di creare campioni multistrato ben definiti di acqua liquida congelata, costituiti da strati di ghiaccio alternati spessi (circa 3 mm) e sottili (circa 0,5 mm). Utilizzando videografia ad alta velocità a 40.000 fotogrammi al secondo, hanno catturato l'evoluzione dinamica delle crepe mentre interagivano con queste strutture di ghiaccio multistrato.
I risultati hanno rivelato un comportamento affascinante nella propagazione delle fratture negli strati di ghiaccio spessi e sottili. Le crepe mostravano caratteristiche distinte a seconda dello strato che incontravano. Negli strati spessi le cricche si propagavano lungo un unico piano, denominato “crepa principale”, che rimaneva stabile. Tuttavia, quando incontravano gli strati sottili, le crepe mostravano un comportamento di ramificazione intricato, deviando dal piano originale e seguendo percorsi complessi. Questo schema di ramificazione è stato osservato principalmente nel primo strato sottile incontrato dalla fessura in avanzamento.
Il team attribuisce queste osservazioni alla differenza nella resistenza alla frattura tra gli strati spessi e sottili. La tenacità alla frattura è la resistenza di un materiale alla propagazione delle cricche e gli strati di ghiaccio spessi avevano una tenacità alla frattura significativamente più elevata rispetto agli strati sottili. Questa differenza ha causato la deviazione delle fessure dai loro percorsi rettilinei negli strati sottili, portando al comportamento di ramificazione osservato.
Inoltre, i ricercatori hanno identificato una relazione tra il rapporto tra lo spessore dello strato di ghiaccio spesso e quello sottile e l'inizio della ramificazione. All'aumentare del rapporto, aumentava anche il rapporto dello spessore critico, oltre il quale si verificava la ramificazione. Ciò indica che quando gli strati di ghiaccio spessi diventano più dominanti rispetto agli strati sottili, diventa più difficile per le crepe deviare da un percorso rettilineo.
In conclusione, questo studio svela gli aspetti fondamentali della propagazione delle fratture nelle strutture di ghiaccio multistrato, catturando caratteristiche uniche che derivano dall’interazione tra le proprietà degli strati e la dinamica delle fratture. I risultati non solo contribuiscono alla comprensione teorica del comportamento delle cricche, ma forniscono anche informazioni preziose per le pratiche ingegneristiche in ambienti in cui prevalgono condizioni di ghiaccio, come regioni polari, ghiacciai, veicoli spaziali e sistemi di stoccaggio criogenici.
