Propiedades Termomecánicas y Resistencia de Materiales: Acero, Hormigón, Cerámicas y Plásticos

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Temperatura y Calor: Conceptos Fundamentales

La temperatura es una propiedad intrínseca de un cuerpo, mientras que el calor es un flujo de energía que se transfiere entre dos cuerpos con diferentes temperaturas. Cuando dos cuerpos poseen temperaturas distintas, el calor fluye naturalmente del cuerpo más caliente al más frío hasta que sus temperaturas se igualan, alcanzando así el equilibrio térmico.

Comportamiento de Materiales ante la Temperatura

1. Acero Estructural

Aunque el acero estructural es inherentemente incombustible, su tensión de fluencia efectiva y su módulo de elasticidad se reducen significativamente con el aumento de la temperatura. La tensión de fluencia de los aceros estructurales se mantiene al menos en un 85% de su valor normal hasta temperaturas de aproximadamente 427 °C.

La tensión de fluencia continúa disminuyendo a medida que la temperatura se eleva; alrededor de los 704 °C, puede ser tan solo un 20% de su valor máximo. De manera similar, el módulo de elasticidad también decrece con las altas temperaturas. En resumen, tanto la resistencia como la rigidez del acero disminuyen con el incremento de la temperatura.

2. Hormigón

El hormigón comienza a deteriorarse a temperaturas superiores a los 380 °C tras exposiciones prolongadas. A los 400 °C, se produce una pérdida de resistencia que oscila entre el 15% y el 25%, dependiendo del tipo de áridos utilizados (calizos o silíceos). Por encima de los 800 °C, el hormigón deja de poseer una resistencia a la compresión viable y sufre un debilitamiento aún mayor al enfriarse después de la extinción de un incendio.

3. Materiales Cerámicos

Los materiales cerámicos destacan por su excepcional resistencia a la temperatura. Esta propiedad se fundamenta en tres características clave:

  • Su elevado punto de fusión, que supera el de la mayoría de los metales.
  • Su bajo coeficiente de dilatación, lo que los hace particularmente resistentes a los choques térmicos.
  • Su baja conductividad térmica, permitiendo su amplio empleo como aislantes.

4. Plásticos

Los plásticos se caracterizan por una alta relación resistencia-densidad, excelentes propiedades para el aislamiento térmico y eléctrico, y una buena resistencia a ácidos, álcalis y disolventes. Sin embargo, su resistencia a la temperatura es limitada, con puntos de fusión que pueden alcanzar hasta los 110 °C, lo que restringe su uso en aplicaciones de alta temperatura.

Tipos de Esfuerzos Mecánicos

a) Esfuerzo de Compresión

El esfuerzo de compresión se produce cuando se aplican dos fuerzas que buscan acortar o reducir la longitud de un elemento. Ejemplos comunes de elementos sometidos a compresión incluyen los pilares y columnas que sostienen edificios, así como las patas de mesas o sillas.

b) Esfuerzo de Tracción

El esfuerzo de tracción es el opuesto a la compresión, caracterizado por fuerzas que buscan estirar o alargar un elemento.

c) Esfuerzo de Flexión

La flexión ocurre en elementos donde actúan fuerzas que generan compresión en una cara y tracción en la cara opuesta, provocando una curvatura en el elemento.

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