Gli scienziati che monitorano le vibrazioni degli archi di roccia naturale hanno scoperto che le frequenze di risonanza degli archi subiscono cambiamenti dinamici di giorno in giorno, secondo una ricerca presentata al meeting annuale SSA 2018.

Il dottorando dell'Università dello Utah Paul Geimer e colleghi stanno analizzando questi cambiamenti di frequenza per determinare se possono essere usati per prevedere quando un ponte naturale potrebbe essere pronto a crollare.

Archi di roccia naturale, come il Ponte dell'Arcobaleno, uno dei più grandi al mondo, o le migliaia che punteggiano il deserto dello Utah meridionale, vibra come il vento, terremoti e disordini umani li scuotono in modo minuscolo.

"Uno dei principali motori della ricerca è stato il crollo di Wall Arch nel 2008 nell'Arches National Park [nello Utah], proprio lungo il sentiero, " ha detto Geimer. "È successo nel bel mezzo di una tranquilla notte d'estate senza alcuna indicazione che stesse per succedere qualcosa."

Il consulente di Geimer, il geoscienziato dell'Università dello Utah, Jeff Moore, aveva anche ricevuto una richiesta dal National Park Service e da tribù di nativi americani preoccupati per il futuro di Rainbow Bridge, dove gli elicotteri turistici sorvolano il vicino lago Powell. "Volevano vedere se potevamo dire loro di più sui potenziali pericoli degli elicotteri, e sui livelli di vibrazione che il ponte potrebbe subire da queste fonti artificiali, " ha detto Geimer.

"Il monitoraggio delle vibrazioni delle strutture artificiali per rilevare e misurare i danni è una tecnica consolidata nell'ingegneria civile, e ora siamo in grado di applicare molti degli stessi metodi alle strutture naturali in cui non abbiamo lo stesso livello di conoscenza precedente sulla stabilità della struttura o sulle proprietà dei materiali, " ha osservato.

Un punto focale del lavoro di Geimer è stato l'Aqueduct Arch nello Utah, dove i ricercatori hanno raccolto un anno di dati continui sulle frequenze di vibrazione del ponte, rilevate da stazioni sismiche a banda larga poste in prossimità dell'arco. Il record insolitamente lungo consente agli scienziati di correlare i cambiamenti di frequenza con i cambiamenti nell'ambiente e creare modelli predittivi di come le condizioni ambientali alterano le sollecitazioni all'interno della roccia.

"Sono rimasto sorpreso dalla natura dinamica dell'arco e da quanto si spostano le frequenze, " Ha detto Geimer. "I cambiamenti elastici giornalieri e annuali sono stati davvero drammatici".

Le frequenze di risonanza raggiungono il picco sia quando le temperature scendono sotto lo zero sia quando le temperature ambientali sono più calde in estate. Geimer ha detto che queste condizioni alterano il guscio del ponte e provocano l'irrigidimento della massa rocciosa, cambiando il modo in cui vibra l'arco.

Sebbene questi cambiamenti agiscano probabilmente per indebolire l'arco nel tempo, i ricercatori non sono ancora stati in grado di identificare un cambiamento di frequenza che indichi un imminente collasso di un arco. "Non crediamo di aver misurato un sito con cambiamenti sufficientemente significativi da indicare un guasto:tutte le variazioni misurate fino a questo punto sono state causate da modifiche recuperabili alla roccia, " ha detto Geimer.

Non tutti gli archi sono dinamici come Acquedotto, ha notato. "Abbiamo misurato più di una dozzina di archi, e una domanda in sospeso a cui stiamo ancora lavorando per rispondere è perché i cambiamenti di frequenza elastica non sono comuni a tutti gli archi e cosa significa una mancanza di cambiamento per la stabilità a lungo termine".

L'Assemblea annuale 2018, tenutasi dal 14 al 17 maggio a Miami, Florida, è una conferenza congiunta tra la Seismological Society of America e la Latin American and Caribbean Seismological Commission (LACSC).