Tipi di deformazione

La deformazione può essere reversibile, il materiale (anche la roccia) può ritornare alla sua forma originale dopo che lo sforzo, detto spesso stress anche in italiano, è stato rimosso. Questo tipo di deformazione è caratteristica dei materiali che si deformano all’interno nel loro campo elastico, quello in cui è valida la Legge di Hooke (σ = Eε), in cui esiste una relazione lineare tra sforzo e deformazione conseguente (E = modulo di Young).

In un grafico sforzo-deformazione il campo elastico, quello in cui vale la legge di Hooke, ossia la relazione diretta, appare come una linea retta (in blu nell’immagine in basso). Ad un certo stato della deformazione elastica, detto limite elastico, il materiale perde la sua coesione interna su alcune superfici e subisce una deformazione plastica (flusso duttile), ossia permanente (in verde). Al limite del campo plastico si ha che la coesione è persa su superfici ben più ampie, provocando rottura, quindi deformazioni estremamente grandi senza bisogno di applicare grossi sforzi (deformazione fragile).

geodin-hookeUn materiale si definisce fragile quando ha un campo elastico ed un campo plastico ridotti;

un materiale plastico avrà un campo elastico ristretto ma una regione plastica ampia: si deformerà parecchio, prima della rottura.

Per comparazione, un materiale si descrive come “competente” se è più rigido, fluisce meno facilmente e si rompe prima di un materiale “incompetente“.

Fattori che influenzano la reologia delle rocce.

Il carico litostatico, ossia la pressione esercitata dalle rocce sovrastanti, che cresce di 1 kbar ogni 4 km di profondità, aumenta il limite elastico ed allarga il campo plastico. E’ il motivo per cui le strutture geologiche note come pieghe si formano in profondità, a pressioni maggiori. La fratturazione è più probabile in superficie.

Anche la temperatura (che aumenta in media di 33°C al km di profondità), combinata alla pressione e alla presenza di fluidi, ha più o meno lo stesso effetto. In generale, l’entità di fratturazione comparata al piegamento dà un’idea della profondità a cui è avvenuta la deformazione.

Il tempo consente di avere stesse deformazioni con quantità di stress minori. Il procedere della deformazione nel tempo è detto tasso di deformazione (strain rate) Δε/Δt. Un materiale può subire flusso duttile se un piccolo stress viene applicato per un lungo periodo di tempo (basso tasso di deformazione); uno stesso maeriale puù comportarsi in modo elastico o anche rompersi a tassi di deformazione opportuni. Il momento in cui questa conversione ha luogo è detto Tempo di Maxwell.

Il tempo che impiega un materiale a reagire ad uno stress applicato deformandosi esprime la sua viscosità. Un materiale molto viscoso, a parità di stress applicato, ci mette più tempo a deformarsi di uno meno viscoso. Ad esempio, la viscosità dell’acqua è bassissima perché la sua deformazione è praticamente istantanea all’applicazione di uno sforzo. Il miele ci mette più tempo, la roccia ancora di più…

Viscosità geodin-viscosita

Ad esempio, la viscosità dell’astenosfera è stimata attorno ai 1019 poise; quella del mantello inferiore circa 1023 poise. L’acqua è a circa 0.01 poise, il miele a circa 20.

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