Os pesquisadores se inspiraram nas escamas helicoidais duplas do celacanto, uma antiga linhagem de peixes.
O concreto é um material de construção onipresente, mas, com o tempo, pode se tornar propenso a rachaduras. Para garantir a durabilidade e a segurança de longo prazo das estruturas de concreto, é essencial prevenir ou minimizar as rachaduras.
Pesquisadores desenvolveram uma nova abordagem para melhorar a longevidade do concreto aumentando seus mecanismos de resistência à fratura.
A equipe de engenharia de Princeton usou processos de manufatura aditiva de ponta e automação robótica de precisão para criar componentes de concreto torcido. O concreto resultante é mais forte e durável do que o concreto fundido padrão.
Curiosamente, esse novo concreto tem uma resistência a fissuras 63% maior do que o concreto moldado comum.
Inspirado em escamas naturais
Aprendendo com a experiência arquitetônica da natureza, os pesquisadores buscaram encontrar princípios semelhantes para melhorar a resistência do concreto a fissuras .
Eles se inspiraram nas escamas duplas helicoidais do celacanto, uma antiga linhagem de peixes. Essas formações naturais exibem grande força e resistência à fratura.
Os pesquisadores então criaram um novo design de concreto baseado na estrutura das escamas de celacanto. Uma impressora robótica produziu uma estrutura tridimensional a partir de fios individuais de concreto.
Um dos principais elementos do design foi o arranjo de dupla hélice. Isso sugere que os fios foram arranjados em duas camadas que foram torcidas uma em volta da outra, semelhante a uma molécula de DNA.
Nova maneira de evitar deformações
Criar essas estruturas intrincadas requer a precisão e o controle da fabricação robótica. Pesquisadores conseguiram construir formas sofisticadas que antes eram difíceis de serem alcançadas usando processos de fundição padrão — graças aos avanços na manufatura aditiva.
Esse padrão melhorou a resiliência do material a fraturas. Quando uma fratura começa a se formar, a estrutura torcida pode ajudar a defletir ou impedir que ela se espalhe ainda mais.
“O artigo se refere à resistência subjacente na propagação de trincas como um ‘mecanismo de endurecimento’. A técnica depende de uma combinação de mecanismos que podem proteger as trincas da propagação, interligar as superfícies fraturadas ou desviar as trincas de um caminho reto uma vez que elas são formadas”, explicaram os autores no press release.
A instalação de Princeton inclui robôs industriais de larga escala equipados com equipamentos de processamento de materiais em tempo real de última geração. Isso permite que os pesquisadores criem componentes estruturais em tamanho real que sejam funcionais e visualmente atraentes.
Além desse desenvolvimento, a equipe também criou um novo método para evitar que o concreto fresco se deforme durante o processo de produção 3D.
Eles usaram um “sistema de extrusão de dois componentes” que misturava concreto com um acelerador químico pouco antes da impressão. Isso ajudou a acelerar o processo de endurecimento e a evitar que o concreto cedeu sob seu próprio peso.
“Ao calibrar precisamente a quantidade de acelerador, os pesquisadores obtiveram melhor controle sobre a estrutura e minimizam a deformação nos níveis mais baixos”, observou o comunicado à imprensa .
Este desenvolvimento tem o potencial de promover o setor da construção e criar estruturas mais seguras e duráveis no futuro.
Enquanto isso, a pesquisa e o desenvolvimento estão acontecendo ativamente para fazer concreto ecologicamente correto. Após o fim do seu ciclo de uso, o concreto frequentemente acaba em aterros sanitários, o que representa desafios ambientais significativos.
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Fonte: Interesting Engineering