La naturaleza ha demostrado ser una fuente inagotable de inspiración para la ingeniería moderna; en esta ocasión, las conchas marinas han servido como modelo para la creación de un nuevo tipo de cemento, desarrollado por ingenieros de la Universidad de Princeton.
Este innovador material, inspirado en la composición del nácar presente en las conchas de ostras y orejas de mar, ha demostrado ser 17 veces más resistente a las grietas y 19 veces más flexible que el cemento convencional, lo que podría marcar un antes y un después en la construcción de hormigón.
Desde las conchas marinas hasta el cemento
El equipo de investigación, liderado por el laboratorio Reza Moini, se propuso mejorar la resistencia y la ductilidad de materiales cerámicos frágiles, como el cemento y el hormigón.
Inspirados en la estructura del nácar, que es conocido por su increíble resistencia y capacidad para disipar energía, los investigadores han logrado replicar sus propiedades mecánicas en un nuevo compuesto de cemento.
Shashank Gupta, estudiante de posgrado y miembro del equipo, explicó que el nácar se compone de tabletas hexagonales de aragonito, un mineral duro, adheridas por un biopolímero blando.
Esta combinación de elementos duros y blandos es lo que le otorga al nácar su notable resistencia a las grietas y su capacidad para soportar tensiones mecánicas sin romperse.
Siguiendo este modelo natural, los investigadores de Princeton desarrollaron un compuesto de cemento que alterna capas de pasta de cemento con un polímero estirable, el polivinilsiloxano.
Este diseño, que emula la disposición de las tabletas de aragonito en el nácar, ha mostrado una resistencia y flexibilidad sin precedentes en pruebas de laboratorio.
Las vigas fabricadas con este nuevo cemento no solo fueron capaces de resistir mayores tensiones antes de romperse, sino que también demostraron una mayor capacidad de deformación sin perder su integridad estructural.
Avances en la Resistencia del Hormigón
Los resultados obtenidos en las pruebas de laboratorio han sido impresionantes; las vigas compuestas por capas alternas de cemento y polímero, especialmente aquellas con tabletas hexagonales, mostraron una ductilidad 19 veces mayor y una tenacidad a la fractura 17 veces superior en comparación con las vigas de cemento sólido convencionales.
Este aumento en la resistencia y la flexibilidad sugiere que este nuevo material podría revolucionar la construcción de hormigón, haciéndolo más seguro y duradero.
El laboratorio Reza Moini señaló que este enfoque bioinspirado no se limita a imitar las microestructuras naturales, sino que se basa en comprender los principios fundamentales que hacen que materiales como el nácar sean tan efectivos.
Uno de los mecanismos clave identificados es el deslizamiento de las tabletas a nivel nanométrico, lo que permite que el material disipe la energía de manera eficiente y resista las grietas. Esta comprensión ha permitido a los investigadores diseñar intencionalmente “defectos” en los materiales frágiles para mejorar su resistencia de manera controlada.
A pesar de estos prometedores avances, los investigadores subrayan que los experimentos se han realizado en condiciones controladas de laboratorio; por tanto, será necesario llevar a cabo investigaciones adicionales para adaptar estas técnicas a aplicaciones prácticas en el campo de la construcción.
El equipo está trabajando para determinar si la tenacidad a la fractura y la ductilidad observadas en este nuevo cemento se pueden aplicar también a otros materiales cerámicos, como el hormigón.
Shashank Gupta y Reza Moini han abierto la puerta a innumerables posibilidades de diseño que podrían transformar la forma en que se construyen las infraestructuras del futuro.
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