Experimentos en sedimentología

Escrito por: Francisco Tapia
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1. Dinámica de la red de drenaje fluvial en cuñas de cabalgamientos (Viaplana et al, 2009)

Durante el desarrollo de una cuña orogénica natural, las estructuras compresivas ensanchan el orógeno y elevan sus pendientes. La red de drenaje se reajusta a los cambios generados por la deformación, adaptándose a los cambios de pendiente y a las estructuras emergentes (Viaplana et al., 2009).

Éste, es un estudio sobre la interacción entre la tectónica y la red de drenaje en una cuña de cabalgamientos activa. 

Resumen del experimento: 

Este modelo abarca procesos tectónicos de acreción, de erosión por escorrentía, de transporte y sedimentación en cuñas de cabalgamientos experimentales. El material utilizado es una mezcla de polvo de sílice, PVC y microesferas de cristal que rellena una mesa de deformación con una base móvil que comprime hacia un borde fijo el material sometido a una lluvia fina. Un interferómetro láser obtiene modelos de elevación digital, en diferentes momentos del experimento, permitiendo estudiar cuantitativamente la superficie sometida a erosión de los prismas modelizados.

Aportes y conclusiones: 

La modelización analógica muestra que durante la construcción de un prisma se pueden incorporar tramos longitudinales perpendiculares a la pendiente topográfica regional. Los prismas experimentales de mayor fricción basal presentan estructuras muy juntas con baja tasa de levantamiento que son fácilmente atravesadas por ríos transversales, pero los prismas de menor fricción basal presentan estructuras más espaciadas y con mayor tasa de crecimiento individual que favorecen el desvío de los ríos hacia orientaciones longitudinales. 

Las cabeceras de esos tramos longitudinales pueden ser capturadas por canales transversales que crecen en el flanco externo del prisma por el aumento de la pendiente topográfica, a medida que la cuña progresa aumentando su relieve estructural y su pendiente media. 

Una captura aumenta el área de drenaje del canal que captura y disminuye la del canal capturado. Se sugiere que los procesos de captura en los casos naturales deben modificar las tasas de transferencia de sedimentos, así como la localización de los cuerpos clásticos proximales, teniendo una importancia capital para la comprensión de las relaciones "source-to-sink" en cuencas sedimentarias (Viaplana et al., 2009).

2) Simulador de corrientes de turbidez (Violet et al, 2005)

Este experimento hecho en el año 2005, tiene como finalidad la obtención de parámetros arbitrarios de variación espacial y temporal de la tasa de subsidencia ocurrida durante una corriente de turbidez. 

Y su principal aporte, es la elaboración de un simulador (Figura 1) que permita la observación del depósito final en tres dimensiones. 

Resumen del experimento: 

El funcionamiento del experimento, consiste en una cuenca de 5,82 m * 11,97 m * 1,53 m, al que se le suministran sedimentos y agua con la finalidad de crear depósitos sedimentarios. 

Al fondo de la cuenca, hay 432 celdas hexagonales dispuestas en forma de “panal de abejas”, cada una de ellas conecta con una tolva cónica cuyas paredes tienen una inclinación mayor a la necesaria para que el material que se encuentra en su interior; conformado por gravas bien redondeadas, las cuales reposan bajo una membrana; se mantenga en reposo. 

El ángulo de inclinación se controla para producir la caída de la grava hacia la tolva, lo que produce “hundimientos” en la parte superior, y esto se transmite a través de la membrana. Entonces, a medida que el material es suministrado por sobre la membrana de goma, forma depósitos distintos dependiendo de las vibraciones inducidas por las gravas ubicadas en la parte inferior, las cuales en ningún momento entran en contacto con el material que formará el depósito. 

Ahora bien, con la finalidad de realizar un estudio comparativo, se realizan tres tipos de eventos distintos: 

1) Flujo small pulse con descarga de entrada baja y duración corta. 

2) Flujo large pulse con descarga de material alta y duración media. 

3) Flujo continuo con una descarga de entrada baja y duración larga. Los cuales se dejan sedimentar por un tiempo de 100 minutos, y cuya formación es escaneada, obteniendo una “visión” tridimensional de éste.

Fig. 1 Mostrando las principales partes del simulador. Imagen extraída de Violet et al, 2005. 

·        Aportes y conclusiones: 

El depósito obtenido, se divide en cuatro zonas principales: deltaica, proximal, medial y distal (figura 2) (Violet et al., 2005). Por otra parte, las características distintivas de cada evento, se resumen en la siguiente tabla:

Evento	Depósito
Small pulse flow	Draped depósits de grano fino
Large pulse flow	Depósitos con depocentro en la región distal
Continue flow	Depósitos con depocentro en las regiones cercanas a las de pulsación. -Favorecen la preservación de la topografía.

Fig. 2 indicando las zonas principales del depósito final. (La descarga de material se realiza desde la zona más próxima al delta). Imagen extraída de Violet et al, 2005. 

3) Simulador de Grainflow (Bartali et al, 2012) 

Las avalanchas, los flujos de escombros y flujos piroclásticos se pueden entender como enormes flujos granulares. Y dado que en la naturaleza ocurren en un tiempo muy reducido, el estudio de éstos, suele estar solamente limitado a los depósitos que este deja (Bartali et al., 2012). Es por esto, que este experimento brinda un aporte considerable, dado que permite el estudio de este tipo de flujos que muchas veces traen inmensos daños materiales, llegando incluso a cobrar vidas humanas. 

A continuación, una explicación del funcionamiento del simulador. 

· Resumen del experimento: 

El simulador utilizado en este experimento, consta de una canaleta de 4,3 m de largo sobre la cual se descarga material desde la parte superior. El material está compuesto de elementos variados (clastos coloreados, canicas, balines de acero, etc.), los cuales a medida que descienden, están siendo seguidas de manera permanente mediante mecanismos lásers, sensores de movimiento, cámaras fotográficas y cámaras de video de alta velocidad que registran el movimiento de las partículas durante su trayectoria, lo cual permite estudiar el flujo granular tanto de manera global, como también la interacción individual de cada partícula. 

El material finalmente descarga en una unidad de sedimentación que permite estudiar el depósito formado, sus características y estructuras principales. 

La distribución general del dispositivo, se muestra en la figura 3.

Fig. 3 Imagen extraída de Bartali et al, 2012. 

Aportes y conclusiones:

El experimento proporcionó información importante acerca del comportamiento general del flujo granular, los vectores aceleración y desplazamiento de cada elemento que da lugar a un depósito con una típica gradación inversa producto del movimiento partícula-partícula que produce un efecto de “Clasificación”, dando lugar a esta característica estructura.

Referencias:

Bartali, R., Sarocchi, D., Nahmad-Molinari, Y., & Rodriguez-sedano, L. (2012). Estudio de flujos granulares de tipo geológico por medio del simulador multisensor GRANFLOW-SIM. Boletín de la sociedad geológica mexicana , 64 (3), 265-275.

Viaplana, M., Babault, J., Van Den Driessche, J., Dominguez, S., & Teixell, A. (2009). Modelización experimental de la dinámica de la red de drenaje fluvial en cuñas de cabalgamiento. 1-4.

Violet, J., Sheets, B., Pratson, L., Paola, C., Beaubouef, R., & Parker, G. (2005). Experiment on turbity currents and their deposits in a model 3D subsiding minibasin. Journal of sedimentology research , 75, 820-843.