Distribución y características de la deformación en modelos análogos a partir de métodos ópticos de correlación de imágenes. Desarrollo y aplicaciones.

YAGUPSKY, D. L.; CRISTALLINI, E. O.

Río Cuarto, Córdoba

Simposio; XIV Reunión de Tectónica; 2009

Resumen En este trabajo se comunica el desarrollo de un programa en MatLab 7.0 que utiliza métodos numéricos para determinar los estados de deformación que atraviesa la superficie de un modelo al ser sometido a compresión. A partir de los campos de vectores desplazamiento incremental registrados a medida que el material utilizado se deforma, y aplicando sobre estos campos una serie de algoritmos, es posible cuantificar el cambio de forma resultante sobre la superficie, es decir conocer su estado de deformación superficial. Los procedimientos de cálculo consisten en obtener las derivadas direccionales del campo de desplazamiento incremental, y a partir de ellas calcular las componentes de cizalla simple, dilatación y rotación. Operando sobre la matriz deformación se calculan también los ejes de las elipses de deformación asociadas a cada sector de la superficie del modelo. Este proceso requiere adoptar una escala de observación que permita aproximar la deformación como continua y homogénea en sectores discretos de la superficie analizada. El mapeo de estos valores señala zonas de concentración de cizalla simple, dilatación y rotación, distinguiendo así el origen de la elipticidad en cada región. El programa facilita la observación y enriquece el análisis de los modelos análogos convencionalmente limitado a la descripción de los arreglos estructurales observables resultantes. El conocimiento de la distribución de la deformación a medida que un modelo evoluciona provee nuevas herramientas de comparación con la naturaleza, donde las evidencias de deformación mecánica predominan frente a las cinemáticas. Los materiales utilizados en los modelos son arena seca y microesferas de vidrio. Una primera aproximación permite inferir que estos materiales se comportan de acuerdo con lo previsto por la envolvente de ruptura lineal de Mohr. El ángulo de fricción interna obtenido para la arena utilizada presenta valores similares a los determinados experimentalmente para rocas competentes de la corteza superior, mientras que las microesferas simulan efectivamente rocas de menor competencia. Cuando el material sometido a compresión alcanza la condición de ruptura se forman zonas de cizalla dilatacionales (fallas), con ángulos agudos respecto a la dirección principal de esfuerzos, como predice la teoría de Coulomb. En función de estas propiedades, los materiales utilizados resultan una buena analogía para simular deformación frágil en la corteza superior, asumiéndose un comportamiento reológico independiente del factor tiempo. Se platearon diversas configuraciones experimentales, modelándose un hemigraben cuya orientación presenta distintos ángulos respecto a la dirección del acortamiento aplicado. El pistón fue desplazado a una velocidad constante (~ 1 cm / hora), fotografiándose la evolución del modelo en planta cada un minuto. Para monitorear el campo de vectores desplazamiento sobre el modelo se aplicó una técnica de correlación óptica de imágenes (particle imaging velocimetry, PIV) normalmente utilizada en el campo de la dinámica de fluidos y gases. A partir de la correlación de imágenes tomadas en dos momentos sucesivos el campo de vectores es reconocido de manera automática. Utilizando esta técnica combinada con nuestro programa es posible registrar progresivamente la evolución y acumulación de la deformación sobre los modelos sin necesidad de usar markers, reconociéndose zonas de concentración de deformación antes que la inspección visual las revele. El programa está siendo calibrado en el Laboratorio de Modelado Geológico para ser aplicado tanto en fotografías en planta como en perfil de los experimentos. Asimismo, recientes trabajos sugieren la aplicabilidad de esta técnica sobre fotos aéreas, permitiendo registrar procesos de deformación elástica intersísmica, contrastando los resultados con datos GPS y mediciones geodésicas.