Materiales Compuestos: Tipos, Propiedades y Aplicaciones en Construcción

¿Qué son los materiales compuestos?

Un material compuesto o composite es aquel formado por dos o más materiales, de forma que actúan como uno solo, aprovechando las capacidades de cada uno y obteniendo un material con mejores características que sus componentes individuales. Los materiales compuestos están formados por combinaciones de metales, cerámicos y polímeros. Las propiedades que se obtienen de estas combinaciones son superiores a las de los materiales que los forman por separado.

Disposición de las fibras en materiales compuestos

• Unidireccional con fibras largas.
• Forma aleatoria con fibras cortas.
• Forma de malla con fibras ortogonales.
• Mallas ortogonales alternadas.

Función de la matriz en materiales compuestos

La matriz rodea, protege y soporta las fibras para:

• Transferir tensiones entre las diferentes fibras.
• Proteger a las fibras de las condiciones medioambientales.
• Proteger las superficies de las fibras contra el desgaste.
• Prevenir el pandeo de las fibras.
• Influye muy poco en las propiedades mecánicas de tracción.
• Influye bastante en las propiedades mecánicas de corte (cizalle).
• Influye mucho en las propiedades mecánicas de compresión.
• Influye mucho en las condiciones de fabricación: viscosidad, punto de fusión, temperatura de curado, etc.

Polímeros reforzados con fibras (FRP)

Los polímeros reforzados con fibras (FRP) son un material compuesto, formado por fibras sintéticas de alta resistencia embebidas en una matriz de resina polimérica, como:

• Grafito
• Fibras de vidrio (GFRP)
• Fibras de carbono (CFRP)
• Fibras de arámida (ACFRP, Kevlar)
• Fibras de basalto (BFRP)

Pegado del refuerzo en materiales compuestos

Según las indicaciones del fabricante de la tela de CFRP y del adhesivo:

• Aplicación del adhesivo sobre la superficie tratada.
• Colocación de la tela fijándola con una suave presión.
• Aplicación de presión desde el centro a los extremos de la tela para que el adhesivo aflore por entre las hebras de la tela.
• Aplicación de una segunda capa de adhesivo.

Aplicaciones en Construcción: Albañilería

Unidad de albañilería

• Puede ser transportada y manejada por una sola persona.
• Tipos: Ladrillos huecos (cerámicos hechos a máquina), ladrillos macizos hechos a máquina (prensados), ladrillos macizos hechos a mano (ladrillo artesanal o chonchón), bloques de hormigón, piedra.
• Unión mediante mortero: mezcla de arena + ligante (cemento y/o cal).

Ladrillo: pasta de arcilla + agua, moldeo, secado, cocción.

La calidad del mortero es determinante para la resistencia al corte de los muros.

Albañilería armada

Tiene refuerzos de barras de acero en las perforaciones verticales, lleva hormigón líquido (grout) para afirmar las barras.

Propiedades mecánicas de la albañilería

Se miden ensayando prismas en compresión axial y muretes en compresión diagonal (corte).

Modos de falla en albañilería

• Vaciamiento: por flexión fuera del muro, falla frágil en muros armados.
• Acuñamiento: falla por flexión, dúctil en muros bien detallados.
• En la cabeza de compresión: falla frágil, en muros con mucha carga axial.
• Por corte: falla frágil.

Diseño de albañilería confinada

La albañilería confinada tiene 4 bordes de pilares y cadenas de hormigón armado. En el diseño se deben evitar los modos de falla frágil.

FF.real = 0.95 * FF.nominal