E se as fraquezas inerentes de um material realmente tornassem as casas e edifícios mais fortes durante incêndios florestais e terremotos?

Pesquisadores da Purdue University têm pasta de cimento impressa em 3D, um ingrediente chave do concreto e argamassa usados ​​para construir vários elementos de infraestrutura, que fica mais difícil sob pressão, como as conchas de artrópodes como lagostas e besouros. A técnica pode eventualmente contribuir para estruturas mais resilientes durante desastres naturais.

"A natureza tem que lidar com as fraquezas para sobreviver, portanto, estamos usando os pontos fracos 'embutidos' dos materiais à base de cimento para aumentar sua tenacidade, "disse Jan Olek, professor na Escola de Engenharia Civil de Purdue's Lyles.

A ideia seria usar designs inspirados em conchas de artrópodes para controlar como o dano se espalha entre as camadas impressas de um material, como tentar quebrar um monte de macarrão espaguete cru em vez de um único macarrão.

"Os exoesqueletos de artrópodes têm mecanismos de propagação de fissuras e endurecimento que podemos reproduzir em pasta de cimento impressa em 3-D, "disse Pablo Zavattieri, Professor de engenharia civil de Purdue.

Materiais à base de cimento impressos em 3-D - como pasta de cimento, argamassa e concreto - dariam aos engenheiros mais controle sobre o projeto e desempenho, mas os aspectos técnicos impediram sua ampliação.

Os engenheiros da Purdue são os primeiros a usar a impressão 3D para criar estruturas bioinspiradas usando pasta de cimento, conforme mostrado em um artigo publicado e o frontispício de uma próxima edição impressa da revista Materiais avançados .

"A impressão 3-D eliminou a necessidade de criar um molde para cada tipo de design, para que possamos alcançar essas propriedades únicas de materiais à base de cimento que não eram possíveis antes, "disse Jeffrey Youngblood, Professor de engenharia de materiais de Purdue.

A equipe também está usando varreduras micro-CT para entender melhor o comportamento de materiais à base de cimento impresso em 3-D endurecido e tirar proveito de suas características fracas, como regiões de poros encontradas nas "interfaces" entre as camadas impressas, que promovem rachaduras. Esta descoberta foi recentemente apresentada na 1ª Conferência Internacional RILEM sobre Concreto e Fabricação Digital.

"A impressão 3-D de materiais à base de cimento fornece controle sobre sua estrutura, o que pode levar à criação de mais elementos estruturais tolerantes a danos e falhas, como vigas ou colunas, "disse Mohamadreza" Reza "Moini, um Purdue Ph.D. candidato a engenheiro civil.

A equipe se inspirou inicialmente no camarão mantis, que conquista sua presa com um apêndice de "clava de dáctilo" que fica mais resistente ao impacto por meio de rachaduras que dissipam a energia e evitam que a clava se desintegre.

Alguns dos elementos de pasta de cimento com bioinspiração projetados e fabricados pela equipe usando técnicas de impressão 3-D incluem o "favo de mel, designs "" compatíveis "e" Bouligand ", chamadas de "arquiteturas".

Cada uma dessas arquiteturas permitia novos comportamentos em um elemento impresso em 3-D depois de endurecido. A arquitetura Bouligand, por exemplo, aproveita as interfaces fracas para tornar um material mais resistente a rachaduras, enquanto a arquitetura compatível faz com que os elementos à base de cimento ajam como uma mola, embora sejam feitos de um material quebradiço.

A equipe planeja explorar outras maneiras de os elementos à base de cimento serem projetados para a construção de estruturas mais resilientes.