Deformación Elástica y Plástica en Materiales Geológicos: Mecanismos y Factores

Deformación Elástica y Plástica en Materiales Geológicos

1) Deformación Elástica: Aumento o disminución de la distancia entre átomos. Cuando desaparece la carga aplicada, los átomos vuelven a su posición de equilibrio. Al variar la distancia interatómica, se generan fuerzas de tracción o compresión que explican la vuelta a la posición de equilibrio al desaparecer la carga. En materiales plásticos, existen otros mecanismos.

Deformación Plástica: Conserva la estructura cristalina tras la deformación. Se puede producir por dos mecanismos:

• Traslación (dislocaciones)
• Maclado o congeminación

Deformación por Traslación (Dislocaciones)

Se produce un desplazamiento a lo largo de un plano cristalino. La forma no se recupera al retirar la carga. Los planos de deslizamiento corresponden a los de mayor densidad atómica.

Deformación por Maclado

Giro del cristal, quedando los átomos en una posición simétrica. Se mantiene la estructura cristalina, produciendo un cambio de orientación en los planos.

Deformación Plástica por Traslación

Cuando la carga en la dirección de fácil desplazamiento supera un valor crítico, llamado tensión crítica, se produce la deformación. El mecanismo que facilita el deslizamiento de los átomos son las dislocaciones.

Movimiento de las Dislocaciones

Las dislocaciones se mueven por el interior de los granos hasta que llegan al límite de éstos:

• Monocristal: Las dislocaciones llegan al extremo del cristal desapareciendo.
• Policristal: Las dislocaciones se acumulan en las juntas de grano.

En un momento dado, no se tendrían dislocaciones móviles, aumentando la tensión crítica. Las dislocaciones son obstáculos para el movimiento de éstas, generando el fenómeno de endurecimiento por deformación.

Endurecimiento por Deformación

La intensidad del endurecimiento depende de la temperatura y de la velocidad de deformación: Si la temperatura baja y/o la velocidad de deformación aumenta, el endurecimiento aumenta. Si se eliminan dislocaciones, se reduce el esfuerzo necesario para deformar plásticamente el material: Restauración. Aumentos de temperatura favorecen la restauración.

Influencia de Diferentes Parámetros en la Movilidad de las Dislocaciones

Diferentes factores influyen en la movilidad de las dislocaciones:

Efecto de la Estructura Cristalina

El deslizamiento ocurre sobre los sistemas compactos. Las estructuras cristalinas de alta simetría poseen un mayor número de sistemas compactos y, por tanto, permiten varias direcciones de deslizamiento equivalentes. La deformación puede tener lugar de forma sucesiva y alternativa entre estos sistemas, aumentando la plasticidad.

Efecto de la Desorientación de los Cristales

En un material policristalino, debido a la diferente orientación de los granos, cada uno de éstos tiene distinto límite elástico.

Efecto de la Presencia de Juntas de Grano

Las juntas de grano son zonas de mayor resistencia a la deformación, donde se produce un cambio de orientación. Las dislocaciones deben cambiar de plano para seguir con su deslizamiento y tienden a apilarse en la junta de grano.

Decohesión de un Monocristal

Los átomos de dos planos contiguos se separan cuando la tensión perpendicular a ellos alcanza un valor crítico, produciendo la rotura. Bajas temperaturas y altas velocidades favorecen la rotura por decohesión, disminuyendo la maleabilidad y aumentando la fragilidad.

Decohesión de un Policristal

El efecto de la junta de grano aumenta la cohesión del material. En los policristales, habitualmente se produce deformación plástica antes que decohesión. Debido al endurecimiento por deformación, se produce un aumento de la tensión de cizalladura necesaria para producir el deslizamiento de las dislocaciones. Este aumento favorece la decohesión.

Influencia de la Estructura Cristalina (Reiteración)

El deslizamiento ocurre sobre los sistemas compactos. Las estructuras cristalinas de alta simetría (cúbicas p. ej.) existen varias direcciones de deslizamiento equivalentes. Por ello, las estructuras con más sistemas de deslizamiento serán las más deformables.

En los sistemas CC, por debajo de una temperatura crítica Tc, se dará deformación por maclado, y por encima, deformación por deslizamiento. En los sistemas CCC, la tensión crítica para maclado es mayor que la de deslizamiento; siempre se activan antes los sistemas de deslizamiento que las maclas (no es totalmente cierto). En los sistemas HC, la tasa de maclado es muy pequeña, y es más fácil que se dé maclado que deslizamiento.

Para conseguir que se deslicen las dislocaciones hay que superar las direcciones (la de deslizamiento) y una vez conseguido que el grano deslice su dislocación, este aumenta su tamaño liberando energía que se le ha dado, y comprimiendo los del alado. Las juntas de grano son obstáculos para el deslizamiento. (a veces las dislocaciones se apilan en las juntas).