Sandbox

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REPLICA FORMACION DE CORTEZA DEL TIEMPO GEOLOGICO
Departamento de ingeniería, universidad de américa- Bogotá
Diego Fernando Carreño Gaitán, Alejandra Higuera Munevar, Laura Melissa Jiménez Hilarión,
Mariana Carolina Valderrama Triana
RESUMEN
Según la teoría de la tectónica de las placas, la corteza de la tierra está formada por al menos una
docena de placas rígidas que se mueven y generan fuerzas en distintas direcciones unas con las
otras. Uno de los principales problemas en la comprensión de la deformación de la corteza radica
en la simulación de estas fuerzas las cuales causan la evolución geológica. El sandbox es un
modelo que nos permite simular los procesos geológicos en los cuales la fricción es la pieza clave
para el entendimiento del deslizamiento de las estructuras y su posterior formación. En este
experimento se pretende replicar las condiciones geológicas reales con el fin de investigar el
desarrollo estructural, es decir las fuerzas que causan el consumo continuo y creación de placas
tectónicas por medio de la comparación de los estados iniciales de la muestra (arena), con los
estados consecutivos, en los cuales ya se haya efectuado una deformación. Este estudio resulta
clave para comprender la formación estructural a partir de la formación de las rocas y nos permite
hacer predicciones de los resultados a obtener y establecer comparaciones entre los patrones
obtenidos experimentalmente y los conocidos de las grandes cadenas montañosas.
ABSTRACT
Acording to the plate tectonic theory, the crust of the Earth is formed at leas a doten of rigid plates
in constant motion and produce forces in different directions with respect to one another. One of the
principal problema to understand the crut´s deformation is the simulation of this forces wich are the
main cause or a geology evolution.
The sandbox is a model that allow to simulate the geology process at wich the frictin are the key to
understand the structurak shift and theur post formation.
At this experiment we pretend to reply the geology real conditions to investigate the structural
development it means the forces that caused the continue cnsuption and creation of plate tectonis
by a comparation betweeen the inicial sand´s state and the consecutive states in wich had been
effected a deformation.
This study is key to understand the structural formation as of the rok´s deformation, and permit us to
make prediction about the result and establish some comparation between the patrón get from the
experimental formation and the patrón of mountain chains around the world.

INTRODUCCION
A lo largo de los tiempos científicos
desarrollaban sus teorías bajo la perspectiva
de una tierra inmóvil y estática. En la
antigüedad Ptolomeo postula que “la Tierra
se encuentra fija en el centro del universo
con las esferas cristalinas dentro de las
esferas que giran a su alrededor” (Ptolomeo,
siglo 2 dC.) , desarrollando la teoría
geocéntrica, en la que la tierra, esférica y
estacionaria, se encuentra situada en el

centro del universo y el sol, la luna y los
planetas giran en torno a ella. Tiempo
después Nicolás Copérnico revoluciona con
la teoría heliocéntrica la cual guía la ciencia
actual publicada en 1543 del libro de
Revolutionibus Orbium Coelestium , sostiene
que la tierra y los demás planetas giran
alrededor del sol.

Ante la aceptación de la teoría heliocéntrica
la ciencia acepta a la tierra como un planeta
dinámico y abre campo a la teoría de
tectónica de placas, La tectónica estudia las
deformaciones producidas por las fuerzas
internas (debido a celdas convectivas que se
crean por diferencia de temperaturas en las
capas) que actúan en la tierra (bioygeo). Las
fuerzas tectónicas deforman las rocas de la
corteza. Entre las evidencias que demuestran
la actuación de fuerzas enormes dentro de la
tierra se cuentan los miles de kilómetros de
estratos que están doblados, plegados,
volcados y a veces muy fracturados (Edward
J. Tarbuck, 2005). La comprensión de las
estructuras tectónica no es sólo importante
para descifrar la historia de la Tierra. Sino
que es también básica para nuestro bienestar
económico. Por ejemplo, la mayor parte de
los yacimientos donde aparecen petróleo y
gas natural está asociada con estructuras
geológicas que atrapan esos fluidos tan
valiosos.
Para el estudio de estas fallas geológicas
desarrollaremos un modelo denominado
“sandbox”, que consiste en una caja de arena
que tiene un pared trasera y dos laterales
fijas y una frontal móvil, esta pared móvil
podra contraerse o extenderse, con el fin de
que las capas de arenas muestren diferentes
comportamientos,
semejantes
a
las
deformaciones de la corteza terrestre.
Del experimento se espera comprender a
profundidad los complejos procesos de la
corteza, ampliar la visión frente a las tareas
de muchos científicos que estudian estos
principios y además abrir camino al enfoque
geológico de ingeniería de petróleos.
ASPECTOS TEORICOS
Para poder comprender mejor los procesos
geológicos que afectan a la corteza
continental, los cuales ocurren a lo largo de
millones de años y que construyen el origen y
evolución del paisaje, se recurre a la
modelización
analógica.
Un
modelo
analógico o análogo se usa para reproducir
una situación u objeto real a escala de
laboratorio. Un proceso de formación y origen
de las montañas, por ejemplo, puede llevar
millones de años y afectar a continentes
enteros, sin embargo puede ser reproducido
en un laboratorio usando una caja de menos

de un metro de largo que se puede poner en
una mesa. Para realizar experimentos con
modelos análogos, se suele recurrir a
materiales que presenten unas propiedades
similares a una situación real. Esto deja
mucho espacio para ser creativo y
experimentar con todo tipo de cosas hasta
encontrar algo que reúna las condiciones
deseadas (Dalton., 2012)
Para llevar a cabo el proyecto expuesto en el
presente artículo se utilizará un modelo
análogo
de
experimentación
física
denominado sandbox (caja de arena) con el
cual se facilita no solo el estudio de procesos
estructurales de la tierra, sino también la
reproducción a escala de laboratorio la
evolución, formación y geometría de
estructuras geológicas (Dalton., 2012),
(Donald H. Sherlock., 2001)

Figura 1.Modelo sandbox.
(Mario Del Castello, 2008)
Como se puede observar en la Figura 1 el
sandbox básicamente consiste en cuatro
paredes, tres de ellas fijas, y una que puede
moverse hacia delante o hacia atrás gracias
a un sistema de rosca, permitiendo dos tipos
de movimiento de acortamiento y extensión
las paredes paralelas de mayor longitud
poseen un material transparente y flexible el
cual permite observar la deformación de
sucesivas capas del material que lo compone
(Dalton., 2012)
Generalmente se acostumbra a utilizar arena
puesto que tiene la capacidad de
comportarse como un material frágil que al
humedecerse puede gran cohesión a nivel
particular (Dalton., 2012)

Como ya se ha expuesto en el presente
documento a través del sandbox se pueden
abordar conceptos teóricos que afectan la
corteza continental y ocurren en tiempos
geológicos. Entre los cuales abarcan la teoría
de las placas tectónicas, las fallas, corteza
terrestre, erosión, la litosfera etc (Mary
Ellsworth., 2003)
La corteza terrestre
Desde sus orígenes, nuestro planeta está
compuesto de diversas capas que se
formaron mientras los materiales pesados
caían hacia el centro y los más ligeros salían
a la superficie. Entre algunas de las capas se
producen cambios químicos o estructurales
que
provocan
discontinuidades.
Los
elementos menos pesados, como silicio,
aluminio, calcio, potasio, sodio y oxígeno,
componen la corteza exterior. Las placas que
forman la corteza terrestre se encuentran
flotando
sobre
materiales
pastosos
sometidos a fuertes presiones. Se desplazan
lentamente las unas con respecto a las otras.
En el pasado estuvieron unidas, después se
separaron formando los actuales continentes.
Debido a estos movimientos y a la presión
sobre los materiales internos, se producen
diversos fenómenos: plegamientos del
terreno, fallas, grietas, volcanes y terremotos.
Vivimos sobre una superficie que, lejos de
permanecer estable, va cambiando a lo largo
del tiempo (La Corteza Terrestre. (s.f.). )

superior e inferior, diferenciadas por
la superficie de discontinuidad de
Conrad (La Corteza Terrestre. (s.f.). )
Teoría de las placas tectónicas
En 1885 y basándose en la distribución de
floras fósiles y de sedimentos de origen
glacial, el geólogo suizo Suess propuso la
existencia de un supercontinente que incluía
India, África y Madagascar, posteriormente
añadiendo a Australia y a Sudamérica. A este
supercontinente le denominó Gondwana. En
estos tiempos, considerando las dificultades
que tendrían las plantas para poblar
continentes separados por miles de
kilómetros de mar abierto, los geólogos
creían que los continentes habrían estado
unidos
por
puentes
terrestres
hoy
sumergidos. El astrónomo y meteorólogo
alemán Alfred
Wegener (1880-1930) fue
quien propuso que los continentes en el
pasado geológico estuvieron unidos en un
supercontinente de nombre Pangea, que
posteriormente se habría disgregado por
deriva continental. Su libro “Entstehung der
Kontinente und Ozeane” (La Formación de
los Continentes y Océanos; 1915) tuvo poco
reconocimiento y fue criticado por falta de
evidencia a favor de la deriva, por la
ausencia de un mecanismo que la causara, y
porque se pensaba que tal deriva era
físicamente imposible. (Teoría de las placas
tectónicas.)

Con el nombre de corteza se designa la zona
de la Tierra sólida situada en posición más
superficial, en contacto directo con la
atmósfera, la hidrosfera y la biosfera. La
corteza terrestre presenta dos variedades:
corteza oceánica y corteza continental (La
Corteza Terrestre. (s.f.). )
-

Corteza continental: Con un espesor
medio de 35 km, la corteza
continental incrementa notablemente
este valor por debajo de grandes
formaciones montañosas, pudiendo
alcanzar hasta 60-70 km. Aparece
dividida en dos zonas principales:

Figura 2. Distribución de las
tectónicas en la superficie terrestre.

placas

(geologia.unam.mx)

Fallas
Son grietas en la corteza terrestre que
generalmente se asocian o forman los límites
entre las placas tectónicas de la tierra.
Cuando una falla se encuentra activa las
piezas de la corteza de la Tierra se mueven a
lo largo de la falla con el transcurrir del
tiempo, los cual puede causar terremotos.
Una falla inactiva es aquella que en algún
determinado momento tuvo movimiento a lo
largo estas pero ya no se desplazan. El
movimiento en la falla depende de la misma.
(ventanas al universo)
-

Fallas normales: Las fallas normales
se producen en áreas en donde las
rocas se separan de manera que la
corteza rocosa en un área específica
puede ocupar más espacio. Las
rocas de un lado se hunden con
respecto a las del otro lado de la
falla. (ventanas al universo)

Figura 4: Ilustración de una falla inversa
(windows2universe.org)

-

Fallas de transformación: En estas
fallas el movimiento a lo largo de la
grieta de la falla es horizontal, el
bloque de roca a un lado de la falla
se mueve en una dirección mientras
que el bloque de la roca en el lado
opuesto se mueve en dirección
contraria (ventanas al universo)

Figura 5: Ilustración
transformación

de

una

falla

de

(windows2universe.org)
Figura 3: Ilustración de una falla normal
(windows2universe.org)

ASPECTOS EXPERIMENTALES
Para el montaje del sandbox se utilizarán
placas de madera Mdf con grosor de 2 cm

-

Fallas inversas: Ocurren en áreas
donde las rocas se comprimen unas
con otras de manera que la corteza
rocosa ocupe menos espacio. En un
lado la roca asciende con respecto a
la roca del otro lado (ventanas al
universo)

que seran cortadas segun se ilustra en las
figuras 6 , 7 , 8 y 9.

Figura 6: dimensiones pieza 1 y 2

Figura 9: dimensiones piezas 6 y 7

Figura 7: dimensiones pieza 3

, Las láminas de vidrio tendrán 0.5 cm de
grosor y se ubicaran en las partes laterales
de la caja, hoja de aluminio, arena de
distintos

colores,

manivela

y

demás

materiales de ensamblaje.
Todas estas piezas se ensamblaran según el
modelo de la imagen 10 con el fin de lograr
Figura 8: dimensiones pieza 5

Figura 10: plano de montaje completo

las deformaciones esperadas.

terrestre, el cual solo se puede apreciar en
tiempo geológico, y asimismo poder dar una
Posteriormente ubicaremos la arena sobre la

hipótesis a partir de la observación.

hoja de aluminio, siguiendo un patrón de
colores para facilitar la observación de los

En la

siguiente

imagen

mostramos un

resultados al realizar el experimento

experimento de comprensión ya realizado
para tipificar los resultados que esperamos

ANALISIS Y REULTADOS

obtener

A partir del montaje descrito anteriormente y

Foto de un experimento ya hecho

la información teórica recopilada, se espera
obtener

un

modelo

cuestionamientos

que

iniciales

satisfaga
acerca

de

los
la

formación y deformación de la corteza

Como en la imagen anterior esperamos que
sea posible la observación de las fallas,

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