Los científicos desarrollan hormigón resistente a las grietas

Investigadores de la Universidad de Princeton han desarrollado una nueva forma de hacer que el hormigón sea más resistente al agrietamiento inspirándose en la naturaleza.

Al combinar técnicas de diseño avanzadas con fabricación robótica, han mejorado la resistencia al agrietamiento hasta en un 63% en comparación con el hormigón tradicional.

Sus hallazgos, dirigidos por Reza Moini, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en Princeton, se publicaron recientemente en Nature Communications.

Los investigadores se inspiraron en las estructuras de doble hélice del celacanto, una antigua especie de pez.

Estas escamas de pescado tienen patrones estructurales únicos que las hacen fuertes y resistentes al agrietamiento.

El equipo de Moini utilizó este diseño natural para guiar su trabajo, mostrando cómo la arquitectura puede mejorar las propiedades de los materiales, como la resistencia y la resistencia a las fracturas.

Para crear su concreto mejorado, los investigadores utilizaron tecnología robótica para construir concreto en capas, creando líneas dispuestas en un diseño 3D. Estos hilos estaban débilmente conectados, lo que les permitía trabajar juntos para resistir la división.

Mejoraron aún más el diseño torciendo las ramas en una disposición de doble hélice, similar a las escamas del celacanto, lo que fortaleció el hormigón y lo hizo resistir mejor la propagación de grietas.

El nuevo diseño incluye lo que los investigadores llaman un «mecanismo de ampliación». Esto implica varias estrategias para evitar que las grietas se propaguen a través del material. Por ejemplo, las grietas están desviadas o las superficies de fractura están entrelazadas, lo que dificulta que las grietas sigan una trayectoria recta.

Uno de los desafíos al crear diseños tan complejos es que requieren precisión, lo cual es difícil de lograr con métodos tradicionales. Ahí es donde entran los robots. La fabricación aditiva robótica (también conocida como impresión 3D) permite la colocación precisa de estructuras de construcción de hormigón, capa por capa. Shashank Gupta, estudiante de posgrado y coautor del estudio, explicó que los robots son esenciales para crear estos intrincados diseños a gran escala, especialmente para estructuras como vigas y columnas.

En el laboratorio de Moini, los investigadores han utilizado grandes robots industriales para integrar el procesamiento en tiempo real y crear componentes de hormigón de tamaño real. Estas estructuras no sólo eran más fuertes sino también estéticamente agradables.

Un problema clave que el equipo tuvo que superar fue la tendencia del hormigón a deformarse por su propio peso mientras se construye. Cuando se deposita el hormigón fresco, el peso de las capas superiores puede provocar que las capas inferiores se deformen. Para solucionar este problema, los investigadores desarrollaron un sistema que controla la rapidez con la que se endurece el hormigón.

Utilizaron un sistema de dos partes en la boquilla del robot, donde una entrada suministraba el hormigón y la otra un acelerador químico. Esto permitió que el hormigón se endureciera rápidamente y mantuviera su forma, incluso bajo el peso de la estructura.

Utilizando estas técnicas innovadoras, los investigadores han podido construir estructuras de hormigón complejas y resistentes que tienen menos probabilidades de romperse, abriendo la puerta a diseños de construcción más duraderos y creativos.

Fuente: Universidad de Princeton.