Materiales
El material se ha inventado basándose en la arquitectura de la capa externa de los huesos humanos.
Un nuevo material podría revolucionar el sector de la construcción. Se trata de un hormigón 5,6 veces más resistente que han desarrollado unos investigadores de la Universidad de Princeton. Lo más curiosos es que lo han hecho inspirándose en el recubrimiento externo de los huesos humanos.
Concretamente, este nuevo hormigón imita la estructura exterior del fémur: incorpora tubos cilíndricos y elípticos dentro de la pasta de cemento y cuando se produce un colapso, la grieta queda atrapada por los tubos y retrasa su propagación. Así, se evita los colapsos abruptos y se aumenta la resistencia.
El equipo de investigación, dirigido por Reza Moini, se fijó precisamente en la densa capa exterior del fémur humano por ser un hueso especialmente fuerte y resistente a las fracturas. En un artículo publicado en Advanced Materials, el equipo detalla cómo han conseguido una arquitectura tubular para aumentar la resistencia ante la propagación de grietas y mejorar la capacidad a la hora de deformarse sin fallos repentinos. Este es un descubrimiento prometedor, porque podría evitar futuros derrumbes de edificios.
"Uno de los problemas de la ingeniería de materiales de construcción frágiles es que fallan de forma abrupta y catastrófica", explica Shashank Gupta, estudiante de doctorado en Princeton y coautor del artículo. La resistencia mide el estrés que un material puede soportar antes de que ocurra una deformación y la tenacidad determina la capacidad de un material de absorber energía antes de fracturarse, tras ser sometido a fuerzas externas. Ambas propiedades mecánicas compiten entre sí en materiales como el cemento, que presenta una gran resistencia, pero está limitado por su baja tenacidad a la fractura, sobre todo en comparación con otro tipo de materiales como el acero. En concreto, materiales como el hormigón, el mortero o la pasta de cemento son frágiles frente a las fracturas, ya que tienen una capacidad limitada de disipar la energía durante el inicio y la propagación de una grieta. Por eso, avances como este son fundamentales para el futuro de la construcción.
"Nosotros utilizamos principios teóricos de la mecánica de la fractura y la mecánica estadística para mejorar las propiedades fundamentales de los materiales 'por diseño'", explica Moini. El equipo descubrió que esta interacción reforzada entre la grieta y el tubo inicia un mecanismo de endurecimiento escalonado, en el que la grieta queda primero atrapada por el tubo y luego se retrasa su propagación, lo que provoca una disipación de energía adicional en cada interacción y paso. "Lo que hace único a este mecanismo escalonado es que cada extensión de la grieta está controlada, lo que evita un fallo repentino y catastrófico", sostiene Gupta. "En lugar de romperse de golpe, el material soporta daños progresivos, lo que lo hace mucho más resistente", zanja.
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