Deformación de las rocas

Las rocas se ven sometidas a esfuerzos tectónicos que pueden tener efectos sobre ellas. Se producen a todas las escalas.

Se utiliza el término deformación para denominar a los cambios de forma y/o volumen que se pueden producir en las rocas. La roca, como resultado del esfuerzo aplicado, puede fracturarse o deformarse formando un pliegue. La deformación se produce cuando la intensidad del esfuerzo es mayor que la resistencia interna de la roca.

Esfuerzos

Los materiales de la litosfera están sometidos a la fuerza de la gravedad y a otras fuerzas horizontales, procedentes del movimiento de las placas tectónicas. 

Las rocas están sometidas a dos tipos de presiones:

• Presiones no dirigidas. Producidas por el confinamiento, poseen la misma magnitud en cualquier dirección.
• Presiones dirigidas o esfuerzos. Producidas por fuerzas de origen tectónico, y su magnitud varía según la dirección considerada. A esta presión se le llama esfuerzo, que es la cantidad de fuerza que actúa sobre una superficie de roca y que puede causar deformación. Cada punto material está sometido a un campo de esfuerzos (fuerzas dirigida), en donde se reconoce:
  • Una dirección de esfuerzo máximo.
  • Una dirección de esfuerzo mínimo, perpendicular a la dirección del esfuerzo máximo.
  • Una dirección de esfuerzo medio, perpendicular a las anteriores.

En la dirección del esfuerzo máximo se produce un acortamiento de la estructura, mientas que en la dirección del esfuerzo mínimo se produce un alargamiento, ya que el volumen de la estructura se mantiene constante.

Los esfuerzos pueden provocar tres tipos de efectos en las rocas:

• Cambio de posición.
• Cambio de orientación.
• Cambio de forma. La deformación de las rocas está condicionada por dos magnitudes:
  • Fuerza: cuanto mayor sea la fuerza, mayor será la deformación.
  • Superficie sobre la que se aplica la fuerza: cuanto menor sea la superficie, mayor será la deformación.

Así, la presión (P=F/S) que soporta una roca es la que va a determinar su deformación.

Tipos de deformaciones de las rocas

Un esfuerzo es la fuerza que se ejerce por unidad de superficie. La deformación de las rocas es cualquier cambio de forma, volumen o posición de un objeto como resultado de la aplicación de un esfuerzo. El resultado de la deformación de las rocas por esfuerzos tectónicos son las estructuras tectónicas, entre las que destacan los pliegues y las fallas.

La aplicación de un esfuerzo puede dar lugar a distintos tipos de deformaciones:

• Deformación elástica: es reversible. Cuando cesa el esfuerzo, la roca recupera la forma y/o posición original. No genera estructuras tectónicas. Generalmente, las rocas no son muy elásticas en la parte superficial de la corteza terrestre, pero si están a gran profundidad, con una gran presión litostática, su comportamiento puede ser elástico.
• Deformación plástica o dúctil: irreversible o permanente, sin rotura. Cuando cesa el esfuerzo, la roca no recupera la forma original, pero no se produce rotura. Se produce cuando una roca que está sometida a una deformación elástica supera su límite elástico y se produce una deformación plástica, sin poder recuperar ya su forma original. Se trata de un comportamiento dúctil, con deformación permanente. Por ejemplo, en los pliegues.
• Deformación frágil o discontinua: irreversible, con rotura. Se produce cuando un material al que se le está aplicando un esfuerzo supera su límite de rotura (o plasticidad) y se rompe. Esta es una deformación de tipo permanente, ya que no se recupera la forma original. Hay dos tipos de fracturas:
  • Las fallas. Cuando se produce un movimiento relativo entre ambos bloques.
  • Las diaclasas. Cuando no se ha producido un movimiento entre los dos bloques.

Para unas determinadas condiciones de presión y temperatura, ante la aplicación de un esfuerzo, un material responderá con un comportamiento elástico (reversible), recuperando su forma original cuando cese el esfuerzo. Si el esfuerzo aumenta, su comportamiento será plástico (irreversible). Por último, si el esfuerzo aumenta todavía más, su comportamiento será frágil y la deformación será rígida, produciéndose la rotura cuando llega a un determinado límite de fragilidad.

File:Esfuerzo-deformacion.png - Wikimedia Commons "File:Esfuerzo-Deformacion.Png - Wikimedia Commons". Commons.Wikimedia.Org, 2020, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Esfuerzo-deformacion.png#file. Accessed 18 Oct 2020.

Factores que condicionan la deformación de las rocas

Los factores que controlan la deformación de las rocas son:

• La presión confinante o litostática, que aumenta con la profundidad. Es la presión que ejerce el peso de los materiales que se encuentran sobre las rocas. Las rocas aumentan su resistencia a la deformación cuando su presión litostática es mayor. A mayores presiones, los materiales se comportan de forma dúctil.
• La temperatura, que aumenta el comportamiento dúctil. El comportamiento de las rocas pasa de frágil a dúctil si aumenta la temperatura.
• La presencia de fluidos, que potencia la deformación de los materiales. El agua y otros líquidos aumentan la plasticidad de las rocas. La presencia de fluidos favorece el comportamiento dúctil en profundidad, pero frágil a poca profundidad.
• El tiempo de actuación de los esfuerzos, ya que la aplicación prolongada de un esfuerzo, aunque sea de poca magnitud provoca grandes deformaciones. Un mismo tipo de roca puede comportarse de forma frágil ante un esfuerzo instantáneo, pero también lo puede hacer de forma dúctil, si el esfuerzo se realiza durante millones de años. Es decir, esfuerzos intensos aplicados durante breves periodos de tiempo dan lugar a comportamiento frágil, mientras que otros esfuerzos, aunque sean de baja intensidad, si son aplicados durante largos periodos de tiempo, pueden dar lugar a deformación dúctiles de los materiales.
• Los tipos de esfuerzos. Según sea el esfuerzo compresivo, distensivo o de cizalla, se producirán distintos tipos de deformación.
• La existencia de planos de discontinuidad, como los de estratificación o esquistosidad, puede hacer variar el comportamiento de las rocas ante un esfuerzo.

Cuando las deformaciones afectan a los materiales terrestres se originan estructuras geológicas características:

• Pliegues. Son deformaciones plásticas de las rocas al estar sometidas a esfuerzos compresivos.
• Fallas y diaclasas. Son deformaciones frágiles producidas cuando los esfuerzos superan la capacidad de deformación de las rocas. Si hay desplazamiento de los fragmentos se trata de fallas, si no hay desplazamiento, de diaclasas.
• La deformación elástica, como los materiales afectados recuperan la forma original, no se puede apreciar en estructuras geológicas. Por ejemplo, es frecuente en los terremotos.