Laboratorio de Mecánica Multiescalar de Geosistemas, LAMMG

Responsable del Laboratorio: Dr. Mariano Cerca

Introducción

La relación intrínseca entre los atributos (físicos, mecánicos y geológicos) del complejo medio geológico analizado desde un punto de vista multiescalar y multitemporal es uno de los objetivos de nuestro grupo de investigación. Estas investigaciones se llevan a cabo dentro de tres líneas de interés principal: a) Modelado Analógico de la Deformación, b) Geomecánica y c) Procesos Terrestres No Lineales. La infraestructura compartida en el LAMMG favorece la interrelación entre estas líneas de trabajo, de manera que integramos un sistema de análisis que va más allá del espacio físico del laboratorio.

Imagen 1Esquema del espacio físico del LAMMG

Infraestructura y equipo de laboratorio Radar de Penetración Terrestre (RPT), modelo ZOND 12c y ZOND 12e con

antenas de prospección en el intervalo de frecuencias de 38 a 2000 MHz. Sismógrafo GEOMETRICS de 24 canales y 12 geófonos. Equipo TDR (Time Domain Reflectometry) para la determinación del contenido

de agua en suelos. Tanque experimental para la propagación de ondas electromagnéticas y

mecánicas en medios someros. Dos aparatos automatizados para modelado analógico de la deformación en

cizalla pura y cizalla pura y simple. Dos Cámaras de tipo CCD modelo Lumenera 120c y lentes. Tarjetas NI y software LabView (8.2) para el control de los aparatos

automatizados y cámaras CCD. Viscometro conicilíndrico rotacional de operación manual para la determinación

de curvas de flujo de fluidos viscosos. Dos aparato para ensayes triaxiales con cámaras para muestra de 3.5 y 7 cm de

diámetro con medición automatizada de carga, deformación y presión de poro. Consolidómetro computarizado (COMPUCON) para determinación de

compresibilidad en medios granulares finos por carga incremental y gradiente controlado.

Microscopio binocular marca Olimpus para la medición de texturas de muestras. Cuarto oscuro para el monitoreo de la deformación mediante métodos ópticos. Cuarto con temperatura controlada para los ensayes de geomecánica. Equipo para monitoreo y muestreo de agua subterránea en campo: dos botellas de

muestreo de acero inoxidable, bombas, sensores (Divers de Schlumberger, Inc.) de nivel, temperatura y conductividad eléctrica, medidor multiparámetro para determinación de pH, conductividad eléctrica, sólidos disueltos, oxigeno disuelto y Oxido-Reducción (ORP).

Equipo de cómputo: 4 computadoras personales para manejo y adquisición de datos y software especializado.

Líneas de interés del laboratorio

Modelado Analógico (Dr. Mariano Cerca)

El comportamiento mecánico de los materiales que conforman la corteza terrestre puede describirse, de manera general, con una reología en la que las fases elásticas, plásticas y viscosas pueden estar presentes y competir entre ellas dependiendo de la escala geométrica y temporal de análisis. A la escala macroscópica (desde centímetros a kilómetros), la idealización mas comúnmente utilizada es la estratificación mecánica, es decir, las propiedades mecánicas de las capas son consideradas relativamente continuas, subhorizontales y homogéneas. En el laboratorio estudiamos de manera experimental la influencia de las diferentes reologías de los materiales durante los procesos de deformación de la corteza. Para este fin, se utilizan materiales y combinaciones de materiales que sean capaces de simular en escala de laboratorio y mediante el uso de leyes de escala, la mecánica de los procesos que ocurren en la naturaleza en grandes escalas temporales (Millones de años) y espaciales (kilómetros).

Video Evolución de un modelo analógico de acortamiento.

Geomecánica (Dra. Dora Carreón Freyre)

En el área de Geomecánica del LAMMG hemos integrado la metodología de tres disciplinas (sedimentología, mecánica de suelos y edafología) para la caracterización de

materiales geológicos principalmente sedimentarios. Este es el único laboratorio en el país que integra el análisis de las condiciones de depósito de los materiales granulares y evolución temporal con la caracterización sistemática de sus propiedades mecánicas. Las innovaciones realizadas permiten una mejor estimación del comportamiento de los materiales mecánico (compresibilidad y resistencia al corte) e hidráulico (capacidad de almacenamiento específico y permeabilidad) mediante el análisis de parámetros físico-químicos y mineralógicos (como densidad real y de sólidos, contenido de agua gravimétrico y volumétrico, granulometría, límites de consistencia, TDS y Conductividad Eléctrica, contenido de materia orgánica, y Capacidad de Intercambio Catiónico y Difractometría de Rayos X). En este laboratorio se analizan muestras de sedimentos y de rocas suaves provenientes de diferentes valles del altiplano de México para estudios de subsidencia y deformación diferencial. Dentro de las tareas continuas del laboratorio se lleva a cabo la documentación de las pruebas realizadas estandarizadas e integración de nuevas técnicas y/o modificación de pruebas para una mejor caracterización de los materiales estudiados, la documentación de los procedimientos del laboratorio y de la calibración de los equipos.

Foto 1Ensaye triaxial de un medio granular.

Procesos terrestres no lineales (Dra. Klaudia Oleschko)Los conceptos de la no linealidad, complejidad, criticalidad y fractales son fundamentales para las Geociencias del siglo XXI. El comportamiento asintótico de los sistemas complejos señala la existencia de relaciones entre sus atributos básicos derivado de los

principios unificadores de universalidad e invariancia al escalado. La búsqueda de relaciones básicas entre los atributos de fracturas y matriz sólida de los medios geológicos, así como entre los poros y sólidos de los depósitos porosos es un ejemplo de los objetivos principales de nuestro grupo de investigación. La modelación no lineal, las mediciones de persistencia (los componentes de memoria a corto y largo plazo), escalado, convergencia y divergencia de patrones de flujos superficiales y subsuperficiales, de las series de tiempo hidrológicas y climáticas, de las propiedades espacio/tiempo de las actividades sísmicas y de la geomorfología, así como de la extracción de los patrones estructurales a partir de las imágenes (desde satélite hasta la microscopia electrónica), series de tiempo y banco de datos, son algunas de las tareas de nuestro laboratorio. La conjetura principal de nuestro grupo se derivo de los últimos experimentos realizados a nivel internacional que han confirmado la naturaleza fraccionaria y compleja de los exponentes de leyes de potencia (power-laws) que describen la permitividad de los medios porosos, lo cual permite cuantificar el fenómeno cinético de la dispersión de las ondas electromagnéticas a partir de las interfaces sólido/poro tanto para la parte real como para la parte imaginaria de la permitividad dentro de un amplio intervalo de frecuencias. Este hecho ha cambiado el panorama del futuro de la exploración electromagnética no invasiva de los geosistemas donde el monitoreo de los rasgos anómalos del transporte que definen la distribución del agua, hidrocarburos, contaminantes, etc., consiste en el uso combinado de los equipos desde sismógrafos, radares de apertura sintética y de penetración terrestre, hasta la microscopia electrónica.

Imagen 2 Análisis fractal de figuras geométricas y suelos (Oleschko et al., 2008).