2. Esfuerzo y deformación

Esfuerzo: es la acción de una fuerza aplicada sobre un área determinada. La magnitud del esfuerzo no es simplemente una función de la cantidad de fuerza aplicada, sino que también está relacionada con el área sobre la que la fuerza actúa. Los esfuerzos causan deformación.

Deformación: es cualquier cambio de volumen, de forma o ambas que pueda afectar a las rocas.

Tipos de esfuerzos

Si el esfuerzo que actúa sobre un cuerpo se aplica en direcciones diferentes, se denomina esfuerzo diferencial. El esfuerzo diferencial puede a su vez ser clasificado en tres tipos de esfuerzos (figura 2 y 3).

  • Tensión: se dice que un cuerpo está bajo tensión cuando está sujeto a fuerzas externas que tienden a dividirlo. Los esfuerzos tensionales están asociados a bordes de placa divergentes, y tienden a alargar los cuerpos rocosos situados en la corteza superior mediante el desplazamiento a lo largo de las fallas.
  • Compresión: se dice que un cuerpo está bajo compresión cuando está sujeto a fuerzas externas que tienden a comprimirlo. Los esfuerzos compresivos están asociados a bordes de placa convergentes, y tienden a acortar y engrosar la corteza terrestre plegándose, fluyendo o fracturándose.
  • Cizalla: se produce cuando dos fuerzas actúan en direcciones opuestas sobre el mismo plano, pero no a lo largo de la misma recta; está asociado a bordes de falla transformante. Los esfuerzos de cizallamiento producen desplazamientos a gran escala a lo largo de las principales zonas de falla.
Figura 2. Tipos de esfuerzos. Fuente: modificado de Billings, 1963

Otro tipo de esfuerzo es la presión litostática o de confinamiento.  La presión de confinamiento es un tipo de esfuerzo uniforme en todas las direcciones. Es la presión a la que están sometidas las rocas de la corteza, a una cierta profundidad, y es debida al peso de las rocas suprayacentes.

Figura 3. Tipos de esfuerzos diferenciales y deformaciones producidas. Fuente: modificado de Tarbuck, 2005.

Tipos de deformación

Si se somete a un cuerpo a esfuerzos dirigidos, pasa generalmente a través de tres etapas de deformación. Al principio la deformación es elástica; es decir, si se retira el esfuerzo el cuerpo retorna a su tamaño y forma original. Hay un esfuerzo extremo, llamado límite de elasticidad; si éste es excedido, el cuerpo no retorna a su forma original. Debajo del límite de elasticidad, la deformación obedece a la Ley de Hooke, que dice que la deformación es proporcional al esfuerzo.

Si el esfuerzo excede al límite elástico, la deformación es plástica; es decir, el cuerpo retorna sólo parcialmente a su forma original, aún si cesa el esfuerzo.

Cuando hay un aumento continuo en el esfuerzo, se desarrollan una o más fracturas y el cuerpo cede eventualmente por ruptura.

Son sustancias frágiles aquellas que sufren ruptura antes de que tenga lugar alguna deformación plástica. Son sustancias dúctiles aquellas que tienen un largo intervalo entre el límite de elasticidad y la ruptura. Después que el límite de elasticidad ha sido excedido, las sustancias dúctiles sufren un largo intervalo de deformación plástica, y en algunos casos pueden no romperse nunca.