Con el despegue de la impresión 3D para la construcción, no es de extrañar que las empresas comiencen a inventar soluciones de materiales mejoradas para problemas de construcción. La Universidad de Purdue está dando una nueva puñalada al cemento viejo. Los investigadores de Purdue han inventado una pasta de cemento impresa en 3D que se vuelve más fuerte a medida que se agrieta. Su diseño bio-inspirado podría potencialmente fortalecer la construcción durante incendios forestales y terremotos.
El diseño se inspira en las conchas de artrópodos como langostas y escarabajos. La estructura general se entrelaza de tal manera que distribuye el daño entre las capas impresas de un material. Esta distribución actúa como la diferencia al intentar romper un montón de espaguetis crudos en lugar de uno solo.
“La naturaleza tiene que lidiar con las debilidades para sobrevivir, por lo que estamos usando las debilidades ‘integradas’ de los materiales a base de cemento para aumentar su dureza ”, dijo Jan Olek, profesor de la Escuela de Ingeniería Civil Lyles de Purdue. Los diseños de inspiración biológica incluyen formas de «panal», «compatible» y «Bouligand». Todos distribuyen la fuerza de manera diferente.
Diseño bioinspirado
Según Purdue:
El equipo también está utilizando escaneos micro-CT para comprender mejor el comportamiento de los materiales endurecidos a base de cemento impresos en 3D y aprovechar sus características débiles, como las regiones de poros que se encuentran en las «interfaces» entre las capas impresas, que promueven el agrietamiento .
Anteriormente cubrimos su trabajo con tomografías computarizadas y diseños bioinspirados. Usaron la estructura del camarón mantis y su apéndice del club dáctilo para hacer formas más fuertes. Las grietas de torsión disipan la energía y evitan que el palo se deshaga y, de hecho, lo hacen más fuerte al girar.
Los diseños que han introducido los investigadores de Purdue permiten diferentes comportamientos una vez que el cemento se endurece. La forma de panal de miel es una de las formas más fuertes de la naturaleza, por lo que las abejas la utilizan. La forma distribuye la fuerza de manera muy uniforme en todas sus esquinas.
La arquitectura Bouligand, por ejemplo, aprovecha las interfaces débiles para hacer que un material sea más resistente a las grietas, mientras que la arquitectura compatible hace que los elementos a base de cemento actúen como un resorte, aunque estén hechos de material quebradizo. La arquitectura Bouligand, por ejemplo, aprovecha las interfaces débiles para hacer que un material sea más resistente a las grietas, mientras que la arquitectura compatible hace que los elementos a base de cemento actúen como un resorte, aunque estén hechos de material quebradizo.
Claramente, las nuevas aplicaciones de estos pueden ser de gran utilidad en varios lugares. Esto es especialmente cierto en regiones propensas a terremotos como Japón, donde ya modifican la arquitectura. La elasticidad de resorte de la arquitectura Bouligand sería muy útil allí. El concreto también sería un conocimiento útil para áreas donde los incendios forestales son muy comunes. Podría permitir todo tipo de nuevas formas y formas estructurales más seguras.
Imagen y video destacados cortesía de Purdue University.
