Materiales compuestos

MATERIALES COMPUESTOS

ANTECEDENTES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS
Un material compuesto es aquel formado por dos, o más, materiales distintos que presenta algunas propiedades físicas determinadas superiores a las de los materiales que lo constituyen. Ejemplos de estos tipos de materiales los encontramos en la antigüedad cuando el hombre fabricaba, por ejemplo, adobesreforzados con paja, o en la propia naturaleza como es el caso de un nido de golondrina o un árbol. Fijémonos en este último ejemplo: en un árbol, las fibras de madera resisten los esfuerzos mecánicos a los que el árbol pudiera estar sometido en el caso de que soplara el viento, mientras que las resinas naturales configuran las formas de esas fibras,manteniéndolas unidas y sirviendo como medio transmisor de cargas de unas fibras a otras. Otro ejemplo con el que estamos familiarizados es el hormigón armado; el hormigón, por si solo, resiste bien las tensiones de compresión, no así las de tracción; pero, sin embargo, el hormigón armado, gracias a las propiedades resistentes del acero en condiciones de tracción, hace que se puedanrealizar elementos estructurales que se encuentren sometidos a flexión, y por tanto, traccionados en alguna zona.
Veamos un ejemplo que ilustra lo anterior. Consideremos una columna paralelepipédica de una sección cuadrada de 30 cm de lado, tal como se indica en la Figura 1. Si el material del que está fabricado la columna fuera hormigón (cuya resistencia a compresión está comprendida entre20 y 30 MPa), la máxima fuerza de compresión que resistiría la columna sería igual al producto del área de la sección transversal de la misma por la resistencia del hormigón, lo que conduce a unos valores máximos de dicha carga comprendidos entre 1800 y 2700kN, según el valor de la resistencia del hormigón que se tome. Si considerásemos el mismo problema anterior, pero ahora encondiciones de tracción, nos encontraríamos con la desagradable sorpresa de que la fuerza de tracción que sería capaz de resistir la columna sería muy inferior a la que se ha calculado anteriormente para el caso de compresión ya que, el hormigón, es un material que, en condiciones de tracción, presenta una resistencia un orden de magnitud inferior a la que posee en compresión;esto es, su resistencia a tracción se encuentra comprendida entre 2 y 3MPa. Por tanto, la carga máxima de tracción que sería capaz de soportar la columna de hormigón estaría comprendida entre 180 y 270kN, valores que son la décima parte de los obtenidos en condiciones de compresión. Si, en este último caso, hubiéramos embebido en el hormigón seis barras de acero de2 cm de diámetro cada una de ellas, tal como se ve en la Figura 1, obtendríamos un "material compuesto", que denominamos hormigón armado, y la carga de tracción que podría soportar se incrementaría hasta 750 o 950 kN, dependiendo del valor que se tomara del límite elástico del acero.

Figura 1. Hormigón vs hormigón armado para ensayos de compresión y de tracción.

Atendiendo a ladefinición que se dio anteriormente de material compuesto, prácticamente la totalidad de los materiales de uso ingenieril pueden ser considerados como materiales compuestos. Así, por ejemplo, una aleación metálica es una combinación, a escala microscópica, de materiales diferentes aunque, desde el punto de vista macroscópico, pudiera ser considerado como unmaterial "homogéneo": sus propiedades físicas son las mismas independientemente de la parte del material que utilicemos para medirlas.
Volviendo al origen de la discusión sobre los materiales compuestos, la referencia bibliográfica más antigua -y, por tanto, la primera- relativa al uso de los materiales compuestos se encuentra en el capítulo quinto del libro del Éxodo de la Biblia en el que se...