76 MATERIALES COMPUESTOS Volviendo al caso de una lámina unidireccional, ante de- terminada carga que se incrementa sucesivamente y su- poniendo una buena adhesión entre fibra y matriz, ¿Qué falla primero? ¿El refuerzo (cuyo módulo elástico es su- perior por definición) o la matriz? Evidentemente esto de- pende de las propiedades de dichos constituyentes y de la fracción volumétrica de cada uno de ellos en el lamina- do. En concreto, deberá ponerse atención a su alarga- miento a rotura. Puede darse el caso de matrices con superior alargamiento a rotura que algunos refuerzos. Así, es posible encontrar resinas de tipo epoxi que pueden de- formarse hasta un 6% antes de producirse la extensión de las microfisuraciones hasta observar la rotura de dicha fase, mientras que tanto la fibra de vidrio como la de car- bono no suelen permitir más de un 2% (sobre todo estas últimas). Cuando el alargamiento a rotura de la matriz es inferior al del refuerzo, al tenerse una carga tal que se produce dicha deformación, la matriz se agrietará y la carga tendrá que ser transferida completamente al refuerzo. Si, llegado a este punto, la tensión aplicada es todavía inferior al pro- ducto de la resistencia a tracción del refuerzo por su frac- ción volumétrica, el composite seguirá soportando la carga hasta que no se cumpla la anterior condición, mo- mento en el que fallará a tracción (figura 2). Si, por el contrario, el alargamiento a rotura de la matriz es superior al del refuerzo, a medida que vayan fallando las fi- bras, la carga se transferirá a la matriz, quien presenta de forma general una resistencia a tracción inferior a la del re- fuerzo, por lo que también fallará de forma súbita. PLASTICOS Figura 2.- a) rotura de fibras y matriz a tracción, b) de matriz a tracción y c) de matriz a cizalla En la práctica, es difícil ver el caso de composites formados únicamente por láminas unidireccionales. De uso frecuente son o bien los apilamientos mul- tidireccionales o la pre- sencia de refuerzos en los que las fibras se orientan de forma aleatoria, si bien estos últimos permiten un nivel de empaquetamiento de fibras muy reducido. En este tipo de materiales compuestos. ¿Cómo predecir el fallo? Por un lado es posible atender a la teoría clásica de laminados, repartir la tensión entre todos ellos e ir eliminando láminas a medida que fallen y redistribuyendo de nuevo la tensión entre las restantes. Sin embargo, la estrategia más usada es confiar en criterios de fallo polinomiales (tipo Tsai-Wu) en los que a partir de las propiedades del material com- puesto es posible localizar las zonas de la pieza suscepti- bles de rotura ante un determinado esfuerzo. Llegados a este punto, el lector puede suponer que el la- boratorio físico – mecánico debe ponerse en marcha para caracterizar las propiedades de un buen número de distin- tos laminados que componen la pieza y así poder utilizar herramientas computacionales basadas en elementos fi- nitos donde poder analizar las zonas de la pieza en las que el criterio de fallo escogido predice la ruptura de la misma. Sin embargo, es posible la reducción del esfuerzo de ca- racterización con el empleo de nuevas herramientas que son capaces de predecir el comportamiento del laminado (independientemente de la orientación de las fibras y su fracción volumétrica) con un alto nivel de precisión a partir de un número muy limitado de caracterizaciones del ma- terial compuesto. En Aimplas disponemos tanto de las herramientas com- putacionales como de los laboratorios necesarios para el desarrollo de su proyecto concreto con materiales com- puestos, optimizando el diseño de la pieza y su composi- ción, de tal forma que sea posible sustituir materiales tradicionales por composites de reducido peso y coste. I UNIVERSALES tecnología