Conforme citado acima, a centrífuga foi introduzida na década de 70, na Suécia, na Universidade de Uppsala, por Hans Ramberg. Este aparato permite que os pesquisadores controlem o parâmetro gravidade, na modelagem física analógica, uma vez que a aceleração centrípeta do aparelho substitui a aceleração da gravidade. A aceleração centrípeta pode ser aumentada até 20.000 vezes o valor natural (no caso do Experimental Tectonics Laboratory at Queen’s, Canadá) o que permite o uso de um número maior de materiais analógicos (de tensão cisalhante e viscosidades mais elevadas) (por exemplo, Ramberg 1967, 1981, Mulugeta 1988 a e b, Liu & Dixon 1990). As principais desvantagens da centrífuga em relação à caixa de areia são o seu alto custo de aquisição e as pequenas dimensões dos modelos, milímetras (por exemplo, de 76 x 127 mm, em planta, no laboratório acima citado). Assim sendo, muitos autores adotam a escala linear 1 mm : 1 km (por exemplo, Dixon 1974, Faisal &
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análise de processos superficiais em modelagens efetuadas com a centrífuga (por exemplo, Harris et
al. 2011).
Na década de 70, Dixon e equipe iniciaram estudos experimentais em uma recém instalada centrífuga do Experimental Tectonics Laboratory at Queen’s, Canadá (Fig. 3.3), com o intuito de analisar as relações entre dobramentos e falhamentos, em cunhas compressivas.
Dixon & Liu (1991) analisam a relação genética entre dobramento e falhamento e a propagação das falhas de empurrão, em sistemas duplex. Para simular as reologias competente e incompetente, os autores usaram várias camadas de plasticina e outras de silicone e plasticina, respectivamente. As camadas tinham espessura submilimétrica (espessura total do modelo = 6 mm), e as unidades competentes e incompetentes foram montadas alternadamente (Fig.3.26).
Os autores concluíram que dobramento e falhamento evoluem com o tempo. O processo se iniciaria com uma flambagem, resultante de uma instabilidade elástica, sendo o falhamento um processo secundário, ocorrendo quando o processo de dobramento teria sido bloqueado. Nos modelos, os autores observaram a formação de uma DF sobre a zona de descolamento basal seguida pela formação de uma falha, na base do flanco da dobra, que mergulha no sentido do pós-país. A falha se propaga na unidade competente resultando em uma FPF. Com a deformação progressiva e ao penetrar na unidade incompetente, a falha se dobra formando um segmento horizontal. Este processo gera uma FBF (Figs. 3.26 e 3.27).
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Figura 3.26- Esquemas da deformação progressiva do experimento TH24, de Dixon & Liu (1991). (A)
Deformação inicial mostrando dobras suaves, classificados como DF; observar a estratigrafia, na lateral. (B) Estágio no qual se inicia a formação dos FPFs. (C) e (D) geração dos FBFs. Legenda: P- plasticina, S- silicone (reproduzido de Dixon & Liu 1992, p.59).
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Figura 3.27- Esquemas da deformação progressiva do experimento TH16, de Dixon & Liu (1991). (A) Estágio
de deformação inicial. (B) Deformação mostrando o surgimento inicial de dobras suaves, classificadas como DF. (C) Estágio no qual se inicia a formação das FPFs. (D) e (E) geração das FBFs. As letras minúsculas estão dispostas na ordem de desenvolvimento das estruturas (a, mais velha, e, mais nova) (imagens reproduzidas de Dixon & Liu 1992, p. 57).
Liu & Dixon (1995) combinaram as modelagens física, em centrífuga, com a numérica para uma análise sobre o local da nucleação de falhas de empurrão, em sistemas compressivos. Nos modelos, empregaram finas camadas de plasticina e silicone, comumente usadas para simular sequencias de calcários e folhelhos. Demonstraram que, as dobras suaves que se formam no início da deformação de um sistema duplex, em unidades competentes, auxiliam na determinação do local da nucleação das falhas. Para os autores, a formação das dobras-falhas se inicia com um layer-parallel
shortening, seguido por flambagem. Neste processo, a tensão se concentra na base do flanco da dobra,
que mergulha no sentido do antepaís, e, neste ponto, a falha irá se formar. Com a deformação progressiva, a falha cresce e irá cortar a unidade competente, para se juntar a floor e roof thrusts nas unidades incompetentes, de topo e base, formando duplexes (Figs. 3.28 e 3.29).
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Figura 3.28- Modelo evolutivo do duplex segundo Liu & Dixon (1995): (A) estágio inicial; camadas brancas
representam as unidades competentes, e, as cinzas, as incompetentes. (B) Flambagem (detachment folding) e surgimento de pontos nos quais ocorre a concentração da tensão (bolinhas escuras). (C) Surgimento de rampas e de um duplex. (D) Geração de novas rampas e novos duplexes. Linhas sólidas, cortando as camadas competentes, representam as rampas das falhas de empurrão; linhas tracejadas, no interior das camadas incompetentes, as roof e floor thrusts. Imagens de Liu & Dixon (1995), p. 885.
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Figura 3.29- Comparação entre os experimentos realizados, (A) na centrífuga; os números romanos, na lateral,
indicam os estágios progressivos da deformação, e asterisco e o sinal positivo, os locais nos quais uma dobra suave passará a uma FBF; e (B) através da modelagem numérica (de Liu & Dixon 1995, p. 879 e 883).
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Um estudo de caso também foi feito por Faisal & Dixon (2014) para as estruturas do Salt
Range e do Platô Potwar, na região do antepaís do Cinturão de Dobramentos e Falhamentos
Himalaiano (no Paquistão), com o intuito do analisar o papel de falhas preexistentes, do embasamento, e o da mecânica da estratigrafia, no estilo estrutural.
Foram simuladas três situações: uma sem falhas preexistentes e duas com estas estruturas (Fig.3.31). A figura 3.30 mostra a configuração dos modelos com falhas preexistentes: um experimento somente com uma rampa frontal, e, o outro, com rampas frontal e lateral. Três sequencias sedimentares, da área de estudo, foram simuladas com camadas de plasticina intercaladas por laminas de silicone, em diferentes proporções. A quarta sequência, basal, foi representada por silicone com intercalação de uma camada de plasticina, simulando fundamentalmente evaporitos.
No experimento 1, sem falhas preexistentes, os autores reconheceram durante a deformação progressiva as mesmas feições descritas por Dixon & Liu (1991): DFs, que evoluíram para FPFs e, finalmente para FBFs. No modelo com uma falha preexistente, os autores observaram, no domínio distante da falha, novamente DFs que evoluíram para FPFs. Já no domínio junto à rampa, se desenvolveu uma FBF. O modelo com as duas falhas preexistentes não gerou diferenças significativas em relação aos dois primeiros. Neste, a metade do modelo, sem a rampa frontal, se assemelhou na região do pós-país ao segundo experimento. Já no antepaís gerou dobras e um empurrão único, na altura da rampa preexistente, da outra metade do modelo.
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Figura 3.30- Configuração dos dois modelos com as falhas preexistentes: (A) em perfil (B) em planta, com uma
rampa frontal, e (C) em planta, com rampas frontal e lateral (modificado de Faisal & Dixon 2014, p. 7).
Figura 3.31- Seções finais através dos três experimentos. (A) Modelo sem falha preexistente; (B) modelo com
uma rampa frontal, e (C) modelo com rampas frontal e lateral, metade leste, sem rampas (reproduzido de Faisal & Dixon 2014, p. 9, 10 e 12).
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