A infraestrutura envelhecida do país requer investimentos maciços. A Sociedade Americana de Engenheiros Civis estima que os EUA precisam gastar cerca de US $ 4,5 trilhões até 2025 para consertar as estradas do país, pontes, barragens e outras infraestruturas.

Imagine se os engenheiros pudessem construir estruturas com materiais que não se degradam com o tempo. Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Irvine propôs uma nova técnica de simulação que pode ajudar os engenheiros a fazer exatamente isso.

Mohammad Javad Abdolhosseini Qomi, professor assistente de engenharia civil e ambiental, e o estudante de graduação em engenharia Ali Morshedifard desenvolveram um método numérico para simular o processo de envelhecimento molecular em materiais amorfos, como concreto e vidro. Esta técnica pode ajudar os pesquisadores não apenas a entender melhor como os materiais enfraquecem com o tempo, mas também desenvolver materiais que mantenham sua resistência indefinidamente. O trabalho deles aparece esta semana em Nature Communications .

De acordo com os pesquisadores, o envelhecimento se origina nos níveis atômico e molecular. Por causa desta escala minúscula, é quase impossível rastrear mudanças microscópicas por longos períodos. "Em simulação computacional de materiais, você teria que simular um quatrilhão de etapas de tempo para capturar apenas um segundo de comportamento. Isso não nos deixaria nem perto das escalas de tempo relevantes para fenômenos de envelhecimento, que estão na ordem de anos e décadas, "explicou Qomi.

Em sua técnica incremental de marcha sob estresse, Qomi e seu aluno de pós-graduação submetem a estrutura molecular do material a flutuações de estresse cíclico, e então siga a resposta do material a tais perturbações. "O cimento hidratado é composto de glóbulos em forma de disco em nanoescala. Descobrimos por acaso que esses glóbulos se deformam gradualmente sob carga sustentada, mas a deformação para depois de um certo período. Também descobrimos que o comportamento coletivo dos glóbulos dá origem a uma deformação não assintótica, que acreditamos estar na origem da fluência em materiais cimentícios. Foi fascinante ver as origens atômicas da deformação viscoelástica e logarítmica sob estresse constante, "disse Morshedifard, o autor principal do artigo.

Qomi e sua equipe de pesquisa planejam aplicar esta nova técnica para explorar a relação entre a composição e textura de materiais estruturais e seu comportamento dependente do tempo.

"A Federal Highway Administration gasta mais de US $ 80 bilhões por ano para consertar pontes que se degradam como resultado de fenômenos de envelhecimento, "Qomi continuou." Entender como os materiais estruturais envelhecem é o primeiro passo para projetar materiais com envelhecimento reduzido que podem potencialmente economizar o dinheiro dos contribuintes. "