Fundamentos y Aplicaciones de los Materiales Compuestos: Propiedades, Tipos y Desafíos Tecnológicos

¿Qué es un Material Compuesto?

Un material compuesto es un sistema de materiales formado por dos o más fases físicas distintas, cuya combinación produce propiedades conjuntas que son diferentes a las de sus constituyentes.

Materiales Compuestos en la Naturaleza y la Ingeniería Civil

El material compuesto no es una invención humana; existe en la naturaleza, como por ejemplo:

• La Madera: Está compuesta por una especie de armadura de celulosa, envuelta en una matriz de resinas naturales.
• Asfalto: Material derivado del petróleo con características parecidas a un polímero termoestable. Este producto también puede ser obtenido de la roca de betún (roca asfáltica), de la brea y de depósitos superficiales.
• Pavimento: Obtenido al mezclar asfalto y grava.

Hormigón (Concreto)

Es un material compuesto fundamental usado en construcciones civiles como puentes, edificios, presas y muros de retención.

Ventajas del Hormigón

• Flexibilidad de diseño.
• Economía.
• Dureza y resistencia al fuego.
• Apariencia estética.
• Posibilidad de producirlo en el lugar de trabajo.

Desventajas del Hormigón

• Baja resistencia a la tracción.
• Baja ductilidad.
• Considerable contracción al secar.

Clasificación de los Materiales Compuestos

Los materiales compuestos se pueden clasificar en distintas formas:

1. Tradicionales: Son aquellos que existen en la naturaleza o han sido producidos por antiguas civilizaciones (por ejemplo: la madera).
2. Compuestos Sintéticos: Son sistemas de materiales modernos que se producen primero en forma separada y luego se combinan bajo control para lograr la estructura, las propiedades y la geometría deseada.

Tipos de Fibras Utilizadas

Las fibras son un componente clave en muchos compuestos modernos:

• Fibras de Vidrio
• Fibras de Grafito
• Fibras de Boro
• Fibras de Aramida (Kevlar)
• Fibras Poliméricas

Ventajas Generales de los Materiales Compuestos

• Poseen altas características mecánicas específicas. Esto se debe a que suman características de otro material y se vuelven más performantes.
• Ahorro en peso.
• Gran estabilidad dimensional.
• No existen problemas de corrosión.
• Buen comportamiento a la fatiga.

Desventajas y Desafíos

• Desarrollo de nuevas tecnologías de fabricación e inspección.
• Costosos programas de evaluación, calificación y certificación de estructuras.
• Costos de los materiales elevados.
• Realización de costosas inversiones en instalaciones y equipos.