Concreto inspirado nos ossos fica mais resistente sem aditivos

Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 18/09/2024

Cimento bioinspirado

Inspirando-se na arquitetura da camada externa resistente dos ossos humanos, engenheiros desenvolveram um material base de cimento que 5,6 vezes mais resistente a danos do que os materiais usados hoje na construo civil.

O projeto biomimtico permite que o cimento resista a rachaduras e evite falhas repentinas.

Nos materiais usados na construo civil e em infraestruturas em geral, a resistncia garante a capacidade de sustentar cargas, enquanto a tenacidade oferece suporte resistncia a rachaduras e propagao de danos na estrutura. A tcnica biomimtica otimiza as duas propriedades, que normalmente competem entre si.

A pasta de cimento tem uma consistncia que permite sua aplicao definitiva por meio de um tubo, viabilizando um tipo de impresso 3D usado pela engenharia civil. Mas uma de suas grandes vantagens a grande capacidade de deformao do material depois de curado, o que aumenta significativamente a resistncia propagao de fissuras e diminui o risco de falha catastrfica.

“Ns usamos princpios tericos da mecnica da fratura e da mecnica estatstica para melhorar as propriedades fundamentais dos materiais ‘por projeto’,” disse Reza Moini, da Universidade de Princeton, nos EUA.

A mesma equipe havia apresentado recentemente um cimento inspirado na madreprola que 19 vezes mais resistente que o cimento convencional.

A geometria dos ossos ajudou a otimizar a resistncia das peas de cimento.
[Imagem: Shashank Gupta et al. – 10.1002/adma.202313904]

Geometria que aumenta resistncia

Diferentemente dos mtodos tradicionais, que fortalecem materiais base de cimento adicionando fibras ou plsticos, a abordagem aqui se fundamenta no projeto geomtrico. Ao manipular a estrutura do prprio material, foram obtidas melhorias significativas na tenacidade sem a necessidade de material adicional.

A inspirao veio do osso cortical, a densa casca externa dos fmures humanos que fornece fora e resiste fratura. O osso cortical consiste em componentes tubulares elpticos, conhecidos como osteons, fracamente incorporados em uma matriz orgnica. Essa arquitetura nica desvia rachaduras ao redor dos osteons. Isso previne falhas abruptas e aumenta a resistncia geral propagao de rachaduras.

O projeto incorporou ainda tubos cilndricos e elpticos dentro da pasta de cimento, que interagem com qualquer rachadura que comece a se propagar pelo material.

“A expectativa que o material se torne menos resistente a rachaduras quando tubos ocos so incorporados,” comentou Moini. “Aprendemos que, tirando proveito da geometria do tubo, do seu tamanho, do seu formato e da sua orientao, podemos promover a interao rachadura-tubo para melhorar uma propriedade sem sacrificar outra.”

Essa interao entre a trinca e o tubo inicia um mecanismo de reao gradual, onde a trinca primeiramente “capturada” pelo tubo, o que retarda sua propagao, levando dissipao de energia adicional em cada interao. “O que torna esse mecanismo gradual nico que cada extenso de trinca controlada, prevenindo a falha catastrfica repentina,” disse o professor Shashank Gupta. “Em vez de quebrar tudo de uma vez, o material resiste a danos progressivamente, o que o torna muito mais resistente.”

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