El equipo de investigación ideó una configuración experimental única que les permitió crear muestras multicapa bien definidas de agua líquida congelada, que consisten en capas de hielo alternadas gruesas (aproximadamente 3 mm) y delgadas (aproximadamente 0,5 mm). Empleando videografía de alta velocidad a 40.000 fotogramas por segundo, capturaron la evolución dinámica de las grietas a medida que interactuaban con estas estructuras de hielo multicapa.
Los resultados revelaron un comportamiento fascinante de propagación de grietas en capas de hielo gruesas y finas. Las grietas mostraron características distintas según la capa que encontraron. En las capas gruesas, las grietas se propagaban a lo largo de un solo plano, denominado "grieta principal", que permanecía estable. Sin embargo, al encontrar las capas delgadas, las grietas exhibieron un comportamiento de ramificación intrincado, desviándose del plano original y siguiendo caminos complejos. Este patrón de ramificación se observó principalmente en la primera capa delgada encontrada por la grieta que avanzaba.
El equipo atribuye estas observaciones a la diferencia en la tenacidad a la fractura entre las capas gruesas y delgadas. La tenacidad a la fractura es la resistencia de un material a la propagación de grietas, y las capas gruesas de hielo tenían una tenacidad a la fractura significativamente mayor en comparación con las capas delgadas. Esta diferencia provocó que las grietas se desviaran de sus trayectorias rectas en las capas delgadas, lo que llevó al comportamiento de ramificación observado.
Además, los investigadores identificaron una relación entre la proporción de espesores de capas de hielo gruesas y finas y el inicio de la ramificación. A medida que aumentaba la relación, también aumentaba la relación de espesor crítico, más allá del cual se producía la ramificación. Esto indica que a medida que las capas de hielo gruesas se vuelven más dominantes en relación con las capas delgadas, resulta más difícil que las grietas se desvíen de un camino recto.
En conclusión, este estudio revela aspectos fundamentales de la propagación de grietas en estructuras de hielo multicapa, capturando características únicas que surgen de la interacción entre las propiedades de las capas y la dinámica de las grietas. Los hallazgos no sólo contribuyen a la comprensión teórica del comportamiento de las grietas, sino que también proporcionan información valiosa para las prácticas de ingeniería en entornos donde prevalecen condiciones heladas, como regiones polares, glaciares, naves espaciales y sistemas de almacenamiento criogénico.
