p Rachaduras estão por toda parte, e muitas vezes significam problemas. Na fundação de sua casa, no seu para-brisa, nas placas tectônicas abaixo de seus pés. Mas, surpreendentemente, na verdade, os cientistas não os entendem tão bem quanto gostariam. p A professora de física de Purdue, Laura Pyrak-Nolte, e sua equipe de laboratório trabalham com o Grupo de Pesquisa de Física das Rochas de Purdue para entender melhor como e onde as fraturas se formam. Ser capaz de prever e compreender fraturas é de vital importância para uma ampla gama de campos, incluindo a melhoria da segurança e eficácia da produção de gás natural, sequestro de carbono, e eliminação de resíduos nucleares. Também é importante para melhorar a integridade estrutural de grandes componentes impressos em 3D, incluindo pontes e habitats humanos em outros planetas.

p Na natureza, as rochas contêm uma grande variedade de recursos e uma grande variedade de qualidades únicas. Entre eles estão a forma como as camadas de minerais se formam, bem como a orientação do "tecido mineral" - a forma como os componentes minerais que constituem as camadas e formações rochosas são organizados.

p Pyrak-Nolte e o estudante de graduação em física Liyang Jiang estudam os padrões de formação de fraturas usando impressoras 3-D, com outros membros da equipe que incluem Antonio Bobet, Edgar B. e Hedwig M. Olson Professor de Engenharia Civil de Purdue, e Hongkyu Yoon, um especialista técnico no Sandia National Laboratories.

p "Dado que a geometria da fratura é tão importante, uma questão chave é o que afeta essa geometria enquanto uma fratura se forma na rocha? ", pergunta Pyrak-Nolte." Nosso trabalho se concentra na questão de saber se podemos detectar fraturas remotamente e se podemos prever como elas se formam, e podemos aprender sobre sua geometria de fratura a partir de sua composição mineral? Nossos colegas tinham uma maneira de imprimir rochas sintéticas de gesso, para que pudéssemos imprimir rochas em 3D com recursos repetíveis. "

p Muitas pessoas estão familiarizadas com a ideia de usar uma impressora 3-D para criar itens de plástico, mas poucos percebem que você pode usar uma impressora 3-D para criar amostras de rocha sintética. Essas amostras de rochas impressas em 3D ajudam os físicos e engenheiros a estudar as rochas, pois ajudam a manter as variáveis ​​do experimento controladas.

p Todas as substâncias impressas em 3D são compostas por camadas. Nesse caso, a impressora coloca uma camada de pó de bassanita - um mineral de sulfato de cálcio - e, assim como uma impressora jato de tinta, passa pulverizando um aglutinante, em seguida, coloque outra camada de bassanita em cima dela. Este processo de impressão induz a reação química de pós de bassanita com solução aglutinante à base de água. O resultado é uma amostra de gesso que possui camadas unidas por cristais de gesso. O poder do processo é que os pesquisadores podem usar um programa de computador para controlar a qualidade de cada aspecto da rocha sintética.

p Antes da tecnologia de impressão 3-D, os cientistas tiveram que estudar amostras de rochas da natureza ou moldes formados pela mistura de pó mineral e água. Nenhum conjunto de amostras pode ser considerado uniforme, nem para entregar quantificáveis, resultados repetíveis necessários para tirar conclusões firmes sobre a mecânica das rochas.

p "Nossa equipe estava testando algumas rochas de formações rochosas naturais, "Disse Jiang." Mas mesmo se você conseguir duas amostras muito próximas uma da outra no local, eles serão um pouco diferentes. Eles têm todos os tipos de minerais com diferenças naturais. Você pode ter fraturas pré-existentes que você não conhece. Por causa da nova tecnologia de impressão 3-D, somos capazes de testar rochas e reunir resultados reproduzíveis. Podemos projetar a forma em todas as dimensões. E é um processo muito mais preciso do que trabalhar com rocha natural ou moldes de rocha. "

p A equipe estava imprimindo amostras com várias orientações de tecido mineral, determinar se a orientação teve algum efeito sobre como e onde as fraturas se formaram quando a amostra foi submetida à tensão. Então Jiang percebeu um padrão intrigante.

p "Só de olhar para a forma como a amostra quebrou - o tipo de fratura, sua forma e suavidade - eu poderia dizer qual amostra de rocha impressa em 3D eu estava olhando, "Jiang disse.

p Quando uma rocha se quebra, ele tenta resistir a essa força de ruptura. Jiang descobriu que quando as camadas e minerais da rocha são orientados na mesma direção e um certo tipo de estresse é aplicado, fraturas onduladas tendem a se formar. Ondulação é o que parece - uma espécie de forma de onda senoidal, como as camadas internas de uma folha de papelão ondulado. Essas ondulações se formam na natureza, especialmente em rochas sedimentares.

p Depois de observar o fenômeno, a equipe testou amostras de rochas geradas aleatoriamente feitas com um método de fundição tradicional. Eles descobriram que em amostras de rocha sem camadas e sem grãos orientados, fraturas formadas suavemente, sem ondulações. Contudo, diferentes rugosidades surgiram em cada amostra devido às diferentes qualidades mecânicas da rocha.

p "A ideia principal é que, se entendermos como as ondulações são produzidas, apenas olhando para uma amostra de rocha, podemos prever remotamente a geometria da fratura e os caminhos de fluxo preferenciais para fluidos, "Pyrak-Nolte disse.

p Funciona de outra maneira, também. Ao observar a forma como uma rocha se quebra, os pesquisadores podem inferir algo sobre sua orientação mineral.

p A equipe publicou esses resultados em Relatórios Científicos .