p Dois novos estudos de pesquisadores da Universidade de Utah mostram o que pode ser aprendido com uma breve verificação sísmica de arcos de rocha natural e como a erosão esculpe alguns arcos - como o icônico Delicate Arch - em formas que aumentam a força. p Um estudo publicado na Geophysical Research Letters começa com medições completas de vibrações em um arco em Utah, e aplica essas medições para colher percepções de 17 outros arcos com o mínimo de equipamento científico necessário.

p O segundo estudo, publicado em Geomorfologia, compara a força das formas de arco, especificamente formas semelhantes a feixes versus formas catenárias invertidas (como Delicate Arch ou Rainbow Bridge).

p Um estetoscópio sismológico

p O Geohazards Research Group da University of Utah mede pequenas vibrações em estruturas rochosas, que vêm de terremotos, vento e outras fontes naturais e artificiais, para construir modelos 3-D de como as estruturas ressoam.

p Encontre os modelos 3D do grupo aqui.

p Parte da razão para essas medições é avaliar a integridade estrutural da característica rochosa. Ao estudar 17 arcos naturais, candidatos ao doutorado Paul Geimer, Riley Finnegan e seus colegas colocaram sismômetros nos arcos por algumas horas a alguns dias. Os dados dessas medições, juntamente com os modelos 3-D, deu informações importantes sobre os modos, ou direções de movimento principais, dos arcos, bem como as frequências para esses modos de vibração.

p "Tudo isso é possível usando métodos não invasivos, "Geimer diz, "que constituem o primeiro passo para melhorar nossa capacidade de detectar e identificar danos dentro de arcos e características semelhantes." A natureza não invasiva dos testes - com os sismômetros posicionados na superfície do arco sem danificar a rocha - é importante, já que muitos dos arcos rochosos de Utah são culturalmente significativos.

p Os estudos dos 17 arcos usaram apenas um ou dois sismômetros cada, então, com a permissão do National Park Service, os pesquisadores foram ao Musselman Arch no Canyonlands National Park para verificar suas medições anteriores. O arco é plano na parte superior e facilmente acessível, então eles pontuaram 30 sismômetros e ouviram.

p "Essa riqueza adicional de informações nos ajudou a confirmar nossas suposições de que os modos ressonantes de arco seguem de perto modelos preditivos simples, e a rocha circundante atua como um suporte rígido, "Geimer diz." Pelo que sei, foi a primeira medição desse tipo para um intervalo natural, após décadas de esforços semelhantes em pontes feitas pelo homem. "

p Todos os arcos estudados exibiram a propriedade de baixo amortecimento, Geimer diz, o que significa que eles continuaram a vibrar muito depois de uma rajada de vento, por exemplo, ou uma onda sísmica de um terremoto distante. Os resultados também ajudam os pesquisadores a inferir as propriedades mecânicas das rochas sem ter que perfurar a rocha para coletar uma amostra. Por exemplo, a rigidez do arenito Navajo, difundido no sul de Utah, parece estar relacionado com a quantidade de ferro na rocha.

p Esculpido para estabilidade

p Os arcos naturais vêm em uma variedade de formas, incluindo vãos em forma de viga que se estendem entre duas massas de rocha e arcos catenários invertidos autônomos ou parcialmente autônomos. Uma catenária é o arco formado por uma corrente ou corda suspensa - então, vire-o de cabeça para baixo e você terá uma catenária invertida.

p "Em sua forma ideal, a catenária invertida elimina todas as tensões de tração, "Geimer diz, criando uma extensão curva estável suportada apenas por compressão, ao qual o arenito hospedeiro pode resistir mais fortemente. A ideia de que os arcos catenários invertidos são esculpidos pela erosão em formas fortes não é nova. Mas a abordagem da equipe U para analisá-los é. Voltando aos seus modelos 3-D de arcos e à análise de seus modos de vibração, os pesquisadores simularam as tensões gravitacionais em detalhes em cada arco e calcularam um número, chamada de razão de tensão principal média, ou MSR, que classifica se o arco é mais como uma viga ou mais como uma catenária invertida.

p A estrutura da rocha na qual o arco é esculpido também pode influenciar sua forma. Os arcos catenários invertidos têm maior probabilidade de se formar em formações rochosas maciças espessas. "Isso permite que as tensões gravitacionais sejam o agente de modelagem dominante, "Geimer diz, "deixando para trás um arco suave de rocha mantida em compressão." Arcos em forma de viga normalmente se formam em formações rochosas com várias camadas com diferentes intensidades. "Camadas mais fracas são removidas pela erosão mais rapidamente, " ele adiciona, "deixando para trás uma camada de material mais forte, fina demais para formar uma curva catenária."

p Embora a forma catenária invertida possa dar estabilidade a um arco em sua forma atual, Geimer e o professor associado Jeff Moore são rápidos em apontar que o arco ainda é vulnerável a outros meios de colapso eventual. "No Delicate Arch, "Moore diz, "o arco repousa sobre uma camada argilosa muito fina e facilmente erodível, que fornece uma conexão fraca com o solo, enquanto a Rainbow Bridge é impedida de cair por ser levemente conectada a uma colina de pedra adjacente. "

p Ainda, a métrica MSR pode ajudar pesquisadores e administradores de terras públicas a avaliar a estabilidade de um arco devido à sua forma. O Geohazards Research Group continua a estudar outros fatores que podem influenciar a estabilidade das rochas, incluindo como as rachaduras crescem nas rochas e como os arcos desabaram no passado.