Reología: qué es y cómo se aplica

Dado que la reología es una ciencia que estudia todos los tipos de deformación posibles tanto para líquidos como para sólidos, pero es necesario distinguir algunas cuestiones dentro de ella para facilitar su comprensión. De esta manera, hablamos de deformación no continua cuando los puntos que forman los materiales, después de sufrir el esfuerzo, no se mantienen unidos, como es el caso de las fracturas. En otros casos, se habla de la deformación continua pues se preserva la prolongación de los componentes, siendo típica de materiales dúctiles y viscosos como los pliegues o los magmas.

La reología de un material concreto se determina según el efecto que provocan los diversos esfuerzos, definidos estos por la fuerza aplicada por unidad de área. No hay que olvidar, que el mismo material puede comportarse de forma diferente según las condiciones físico químicas del ambiente. A pesar de ello, el comportamiento reológico de las rocas depende de una serie de factores que conviene recordar.

Factores intrínsecos de las rocas

Estos factores incluyen todas las propiedades específicas que tiene una roca y que conforman su estructura interna. De esta forma, las rocas se comportarán, en términos mecánicos, como entes isótropos o anisótropos, siendo las primeras, en términos generales, más competentes. Los factores intrínsecos más importantes son:

• Tamaño de grano: cuando existe escasa variación, se dice que la roca está bien seleccionada. En estos casos, el material es más resistente a la deformación, por lo que se necesita una tensión mayor para romperlo. Por otra parte, cuando estamos ante un material terrígeno bien seleccionado, el menor tamaño de grano lo hace más susceptible a la deformación mecánica.
• Porosidad: la porosidad son los huecos que se pueden hallar en la roca. Desde un punto de vista mecánico, estos espacios permiten la redistribución de las cargas y esfuerzos, permitiendo que una parte importante de la tensión acumulada se disipe. Además, los espacios permiten la interacción entre los elementos de la roca, por lo que la fricción compensa parte de la energía. Por tanto, la porosidad en inversamente proporcional al efecto de la deformación.
• Permeabilidad: esta propiedad se refiere al grado de unión entre los poros de la roca. Aunque pueda parecer contraintuitivo, las rocas más permeables son más resistentes a la deformación. Sin embargo, esta parte es engañosa, ya que la permeabilidad no es la propiedad intrínseca que más distorsiona el efecto de la deformación. Por tanto, conviene usarla con cuidado para no autoinducirse a error.
• Composición: dado que las rocas están compuestas por diferentes minerales, este aspecto es uno de los más relevantes para determinar su comportamiento reológico. Por tanto, ante una elevada proporción de minerales quebradizos, la roca desarrollará más fracturas con cada vez menor espacio entre ellas.
• Distribución espacial de esfuerzos: el mismo material puede concentrar las imperfecciones en sectores específicos debido a la concentración de esfuerzos y estructuras de deformación. Es decir, las fracturas tienden a reunirse en los planos de falla, donde el material posee una resistencia menor.
• Diagénesis: cuando un material comienza a compactarse cambia su estado mecánico y su nueva rigidez lo vuelve más propenso a la deformación de tipo frágil.
• Espesor: a igualdad de condiciones en el resto de aspectos, las rocas dispuestas en estratos más delgados son más propensas a desarrollar microfracturación.

Factores extrínsecos que afectan a las rocas

Se trata de las variables externas que afectan a las rocas y que dependiendo de su intensidad pueden provocar diferentes comportamientos reológicos incluso para el mismo material.

• Temperatura: el aumento de la temperatura incrementa la plasticidad de la roca y con ella, capacidad de desarrollar pliegues y estructuras de deformación continua.
• Presión: cuando resulta confinante la resistencia de la roca aumenta, favoreciendo la ductilidad. Mientras, la presión de fluidos también fortalece su competencia. Sin embargo, si existe una anisotropía en las presiones, como ocurre en capas superficiales de la tierra, la roca es más propensa a fracturarse.
• Contenido de agua: materiales como las arcillas tienden a comportarse de manera frágil ante la deformación cuando están secas. Al contrario, las arcillas ricas en H²O exhiben un comportamiento dúctil.
• Dirección de los esfuerzos: esta propiedad está íntimamente relacionada con la anisotropía/isotropía del material que determina el plano de deformación preferente.
• Tiempo de actuación de las fuerzas: cuando la velocidad de la deformación es alta el material tiende a presentar estructuras frágiles. Mientras, en periodos de tiempo más prolongados, la roca adquiere mayor plasticidad.

En términos más generales, el comportamiento reológico de los materiales desde el punto de vista de la deformación, depende de una serie de características principales:

• Viscosidad: refleja la resistencia de un cuerpo a moverse o fluir. Por lo que determina la velocidad a la que se deformará el material ante la aplicación de una fuerza. Ante variables externas como la temperatura, presión, tiempo del esfuerzo, etc. la viscosidad de un cuerpo puede cambiar como sucede con fluidos no newtonianos, agrupados en dilatantes (ej: arenas movedizas), pseudoplásticos (ej: resina) o plásticos de Bingham (ej: lodos para sondeos).
• Plasticidad: se aplica a los materiales que, después de moldearse, conservan la morfología debido a la fuerza aplicada. Esta propiedad es muy útil para ciertos tipos de materiales
• Tensión superficial: se refiere a la fuerza de unión entre las partículas del cuerpo, siendo la atracción mayor en la parte superficial donde no existen átomos de la propia sustancia por encima que se puedan atraer. Como consecuencia, estas fuerzas cohesivas afectan con mayor intensidad a las partículas que están por debajo. En el caso del agua, el aumento de la temperatura disminuye su tensión superficial aumentando su poder de penetración en poros y fisuras.
• Elasticidad: consiste en la capacidad de un material para recuperar su forma original después de cesar el esfuerzo. El límite para la deformación elástica viene dada por la Ley de Hooke, que arroja valores bajos por encima de los cuales acontecen deformaciones frágiles y/o dúctiles.

El comportamiento reológico de los materiales determina la aplicación industrial que se les asigna. Por tanto, la aplicación de la reología a la industria destaca en numerosos sectores:

• Industrias/Estudios vinculados a las ciencias de la Tierra: a través de la reología se puede determinar el comportamiento mecánico de los materiales ante los procesos geológicos tanto a nivel terrestre como planetario. Por supuesto, se puede identificar los aspectos más atractivos de las sustancias de cara a las aplicaciones industriales y a la creación de nuevos compuestos como los polímeros. Al mismo tiempo, el conocimiento sobre el comportamiento reológico de las masas de petróleo, gas natural, entre otros, es indispensable para realizar la explotación minera y petrolera.
• Alimentación: en este gremio, la reología permite conocer la reacción mecánica de la comida a fin de mejorar su textura, viscosidad y estabilidad química.
• Salud y farmacéutica: de cara a garantizar la consistencia y eficacia de los compuestos, cremas, lociones y geles, son ampliamente estudiados en reología.

Ahora que ya sabes qué es la reología y cómo se aplica, te recomendamos leer nuestros artículos sobre la Diferencia entre cambio físico y químico y Ejemplos de cambios físicos de la materia.

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