Los ensayos de deformación de rocas se realizan con un aparato llamado prensa triaxial. Consiste en una cámara hermética llena de un líquido que puede someterse a presión y en la cual se introduce la muestra, un pistón, que suele moverse de abajo arriba empujado por un líquido a presión, y un yunque o tope superior. La muestra suele tener una forma cilíndrica y dimensiones del orden de unos pocos centímetros. Se la protege con una especie de chaqueta metálica, en general de cobre, para aislarla del líquido que llena la cámara y para evitar que se disgregue cuando se rompe. El líquido que llena la cámara confiere a la muestra una presión que se suele llamar de confinamiento, la presión confinante y el esfuerzo vertical, llamado carga, se leen en sendos manómetros. Los experimentos suelen agruparse en dos grandes categorías, de corta y de larga duración. Los primeros duran desde segundos hasta algunas horas como mucho y, aunque pretenden simular los parámetros naturales en que se produce la deformación,, no incluyen uno fundamental en los procesos geológicos: deformación geológicos: el tiempo. Los del segundo tipo duran varios días o meses y, excepcionalmente, excepcionalmente, unos pocos años.
Al principio, el esfuerzo aumenta mucho y la deformación muy poco, dando una recta casi vertical. La relación esfuerzo-deformación esfuerzo-deformación es linear y, además, si en esta parte del experimento retirásemos el esfuerzo, la deformación desaparecería, es decir, la muestra volvería a alargarse hasta adquirir su longitud inicial. El comportamiento comportamien to hasta el esfuerzo
σY
de la figura es de tipo elástico. Ese esfuerzo se
denomina esfuerzo límite de elasticidad, y se suele denotar como
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. A partir de ese
esfuerzo, la gráfica cambia de pendiente, y con pequeños incrementos de esfuerzo se consiguen grandes deformaciones, en general, hay que aumentar el esfuerzo para que la deformación continúe, debido al fenómeno del endurecimiento por deformación. Después de alcanzar el esfuerzo
σY
de la gráfica, se retira el esfuerzo, éste decae
internamente en el intervalo correspondiente al tiempo de relajación, y la deformación permanente, e 2, es menor que la que se había llegado a alcanzar. La curva esfuerzo de formación seguida es casi una recta paralela a la del
comportamiento elástico inicial, de forma que la deformación recuperada es casi igual a la elongación elástica inicial. A partir del esfuerzo límite de elasticidad la roca cede ante los esfuerzos y se produce deformación permanente. Por eso, ese esfuerzo se conoce también como esfuerzo de cesión o resistencia a la cesión (“ yield strength”). La deformación a partir de ese punto es de tipo plástico. Después de mostrar endurecimiento por deformación en el campo plástico, se produce el fenómeno contrario, es decir, la roca sigue deformándose pero precisa (y soporta) cada vez menores esfuerzos. Este fenómeno, que se da a veces cuando las rocas ya han sido bastante deformadas, se conoce como debilitamiento por deformación (“strain softening”). El máximo esfuerzo que pueden soportar las rocas con
comportamientos de este tipo es mayor que la resistencia a la rotura y se denomina resistencia extrema (“ultimate strength”) o resistencia a la compresión.
Cuando se hacen ensayos de este tipo se observa que esfuerzos pequeños, inferiores al esfuerzo de cesión, aplicados durante largo tiempo pueden dar lugar a deformaciones permanentes considerables. Este fenómeno es apreciable a veces en losas de mármol y paredes de edificios, que se comban por efecto de su propio peso a lo largo de los años, y se conoce como “creep” (se denomina umbral de esfuerzo o resistencia al creep, y es el esfuerzo por
debajo del cual la roca no se deforma permanentemente por mucho tiempo que el esfuerzo sea aplicado) o reptación. Los experimentos de larga duración o de creep se hacen aplicando a la muestra un esfuerzo constante. Los creep se dividen en tres tramos o estadios que se conocen como creep primario, secundario y terciario respectivamente. -El primario, también llamado creep transitorio o elástico diferido, se caracteriza por un aumento rápido de la deformación. -El secundario, llamado también creep estacionario o pseudoviscoso, se caracteriza por una velocidad de deformación lenta pero constante. -El tercer estadio se conoce como creep acelerado, en el cual se produce una aceleración de la deformación y la roca se puede llegar a romper.
Obsérvese que todos estos fenómenos se producen a lo largo del tiempo sin que el esfuerzo aumente en absoluto. El esfuerzo suele ser muy inferior al esfuerzo de cesión del ensayo de corta duración para la misma roca y se mantiene constante en el experimento. Sin embargo, se pueden hacer experimentos con la misma roca y distintos esfuerzos.
