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Nuevo cemento inspirado en conchas es 17 veces más resistente. Descubrimiento puede transformar la ingeniería civil y aumentar la durabilidad de obras
El cemento es parte esencial del mundo moderno. Edificios, puentes y carreteras dependen de él. Pero este material también acarrea un enorme peso ambiental. La industria del cemento es responsable de hasta el 5% de las emisiones humanas de dióxido de carbono en el planeta. Ahora, una investigación busca una alternativa. Científicos encontraron inspiración en un lugar inusual: conchas del mar.
La fuerza escondida en las conchas
En el centro de esta idea está el nácar. También conocido como madreperla, este material es conocido por su brillo y por su resistencia. Reveste el interior de muchas conchas y sirve como una defensa natural contra las grietas.
El secreto del nácar radica en su estructura. Está formado por pequeños tabletas de aragonita — un mineral frágil — combinados con un adhesivo orgánico flexible. Cuando la cáscara es presionada, las tabletas se deslizan unas sobre otras, dispersando la fuerza. Esto impide que la grieta avance.
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Esta estructura llamó la atención del investigador Shashank Gupta, alumno de posgrado, y del profesor Reza Moini, del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental. Intentaron copiar esta idea en el cemento.
Cómo se transformó el cemento
Para ello, los científicos crearon láminas finas de pasta de cemento. Luego, utilizaron láser para hacer surcos hexagonales en las láminas. Estas marcas imitaban las tabletas de aragonita presentes en el nácar. En algunos casos, los surcos separaban totalmente la lámina en pequeños bloques.
Estos bloques de cemento fueron entonces unidos con un tipo de polímero — similar a la goma — que funcionaba como el adhesivo del nácar. Permitía que los bloques se movieran levemente. Este movimiento era suficiente para dispersar el estrés cuando el cemento era forzado.
Un nuevo tipo de resistencia
«Si podemos diseñar concreto para resistir la propagación de grietas, podremos hacerlo más resistente, seguro y duradero«, dijo el investigador Shashank Gupta, alumno de posgrado en el laboratorio de Reza Moini en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental.
Las pruebas mostraron resultados alentadores. El nuevo material resistió mucho mejor que el cemento común. Vigas hechas con cemento tradicional se rompieron de forma brusca, con grietas grandes.
Ya las vigas inspiradas en el nácar desarrollaron pequeñas grietas que se propagaron lentamente. Se doblaron más antes de romperse.
Los científicos probaron tres versiones del material. La más eficiente fue la que tenía tabletas totalmente separadas. Esta versión soportó 19 veces más tensión antes de romperse y tuvo una resistencia a la fractura 17 veces mayor que el cemento tradicional.
Qué hace esto especial
Normalmente, los intentos de reforzar el cemento implican cambiar la composición química o añadir fibras. Esto suele traer solo pequeñas mejoras. En este caso, el ingrediente principal — el cemento Portland — casi no fue alterado. La innovación radica en la forma en que se estructuró el material.
«Nuestro enfoque bioinspirado no es simplemente imitar la microestructura de la naturaleza, sino aprender de los principios subyacentes”, dijo Moini. “Diseñamos intencionalmente defectos en materiales frágiles como una forma de hacerlos más fuertes por diseño.«
El cemento y el concreto suelen romperse fácilmente bajo presión. Esto es un problema en situaciones como impactos, terremotos o desgaste con el tiempo. El equipo de Moini encontró una manera de enfrentar esta debilidad reorganizando los elementos internos del cemento.
La investigación aún está en la etapa inicial
A pesar de los buenos resultados, la investigación aún se encuentra en las etapas iniciales. Las pruebas se realizaron con pequeñas muestras. Esto plantea cuestiones sobre el uso a gran escala.
Una duda es si el polímero resistirá el tiempo, la humedad y el frío. También está el factor del costo. Si el nuevo material es muy caro, puede que no valga la pena en comparación con el cemento común.
Aun así, la idea tiene potencial. El material puede ser utilizado en lugares de alto riesgo, como construcciones sujetas a terremotos o estructuras que necesitan aguantar impactos fuertes.
El equipo cree que el estudio es solo el comienzo. “Estamos apenas arañando la superficie; habrá innumerables posibilidades de diseño para explorar y proyectar las propiedades constitutivas de los materiales duros y blandos, las interfaces y los aspectos geométricos que influyen en los efectos fundamentales de tamaño en los materiales de construcción”, concluye Moini.
El trabajo muestra que la naturaleza puede ofrecer soluciones valiosas para problemas modernos. Y que, con creatividad y ciencia, incluso una simple concha puede ayudar a construir un mundo más fuerte y sostenible.
Con información de ZME Science.
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