El cambio dimensional reversible o parcialmente reversible de un elemento estructural producido por una variación de temperatura; en el caso lineal se expresa ΔL = α·L·ΔT, donde α es el coeficiente de dilatación térmica del material, L la longitud inicial y ΔT la variación de temperatura; campos térmicos no uniformes, cambios de fase, fluencia y respuestas no lineales modifican esta relación.

Principio

Un cambio de temperatura genera deformación proporcional al coeficiente de expansión térmica y a la variación térmica; si el movimiento queda restringido, dichas deformaciones térmicas se convierten en tensiones internas y esfuerzos que afectan resistencia, estabilidad y servicio.

Demostración

Escenario ilustrativo → Situación: Una viga de acero continua de 12 m empotrada en apoyos rígidos sufre un aumento de temperatura uniforme de 30 °C. Reconocimiento: Calcular la dilatación libre ΔL = α·L·ΔT (α para acero ≈ 12·10−6/°C como valor ilustrativo). Acción: El proyectista dispone apoyos deslizantes o juntas de dilatación. Consecuencia: Con libertad de movimiento las fuerzas se limitan a la fricción de apoyo; sin libertad aparece un empuje axial térmico que puede generar esfuerzos que excedan la capacidad de las uniones o provocar pandeo.

Aplicación incorrecta

Considerar la expansión térmica despreciable para todos los elementos o confundir α con conductividad térmica. El error semántico es ignorar las condiciones de retención: asumir que la dilatación libre se producirá aunque el montaje lo impida, subestimando así las tensiones inducidas.

Consecuencia

La aplicación correcta conduce a prever dispositivos de movimiento (juntas, apoyos deslizantes) y a calcular las tensiones térmicas; la aplicación incorrecta puede causar fuerzas axiales, fisuras, pandeo, fallo de conexiones o pérdida de servicio y una fatiga acelerada en concentraciones de tensión.

Inversión

Cuando las temperaturas son tan elevadas que se producen plastificación, fluencia o cambios de fase, la relación lineal ΔL = α·L·ΔT deja de ser válida; los gradientes térmicos transitorios producen deformaciones de alabeo y perfiles de tensión a través del espesor que dominan la respuesta en lugar de la dilatación uniforme.

Límite

Claramente dentro: elementos homogéneos y elásticos lineales bajo una variación de temperatura aproximadamente uniforme donde α es aplicable. Caso límite: secciones compuestas con coeficientes α distintos (la expansión diferencial genera tensiones internas y posible separación). Claramente fuera: cambios dimensionales por hinchamiento por humedad, retracción o degradación química no relacionados con deformación térmica instantánea.

Tensión semántica

Acomodar el movimiento (holguras, juntas) frente a mantener continuidad estructural (rigidez, alineación): tolerancias ajustadas mejoran la alineación pero incrementan las tensiones de retención; permitir movimiento reduce tensiones pero puede comprometer continuidad y servicio.

Síntesis

La expansión térmica es una respuesta cinemática predecible a la temperatura que sólo se convierte en riesgo cuando las condiciones geométricas o de conexión transforman ese movimiento en fuerzas internas; el buen diseño separa y trata por separado la demanda de desplazamiento (ΔL) y la generación de tensiones por retención.