Uma equipe combinada de cientistas e engenheiros de materiais do Instituto Federal Suíço de Tecnologia e da Universidade de Yale mostrou, por meio de experimentos de laboratório, como canais cheios de água que cruzam o gelo multicristalino podem levar a fraturas em materiais como cimento e asfalto. Em seu artigo publicado na revista Physical Review Letters , o grupo descreve os experimentos realizados com objetos transparentes, água e silicone, para mostrar como canais líquidos no gelo podem causar fraturas em materiais porosos.



A água, ao contrário de outros líquidos, expande-se quando congela. Isso se deve ao formato único das moléculas de água e aos ângulos que se formam entre elas quando a água congela. Essa expansão é frequentemente responsabilizada por danos causados ​​a materiais como estradas e calçadas, mas, como apontam os pesquisadores, tais danos se devem ao crescimento de cristais de gelo, e não à expansão da água. Então a equipe investigou o crescimento do cristal para determinar como ele causa danos.

Observando que no mundo real a maior parte desses danos ocorre em materiais opacos, como concreto e asfalto, o que torna muito difícil estudar o processo à medida que acontece, os pesquisadores adotaram outra abordagem. Eles criaram um ambiente onde todos os materiais se comportariam da mesma maneira, mas também seriam transparentes.

A equipe começou com duas lâminas de vidro separadas por espaçadores. Eles então fizeram um único e minúsculo poro usando uma cola fotocurável – com apenas alguns milímetros de comprimento e largura. Em seguida, eles cobriram o interior da parte inferior do poro com uma fina camada de silicone, que salpicaram com partículas fluorescentes antes de permitirem que endurecesse. Então eles encheram o poro com água.

Com o aparelho construído, eles resfriaram apenas uma extremidade do poro que haviam feito enquanto aqueciam a outra extremidade. E então eles assistiram à ação usando um microscópio. Eles descobriram que à medida que a água na extremidade resfriada congelava, o silicone começou a se deformar e, ao fazê-lo, o cristal de gelo que se formou no poro cresceu e, ao fazê-lo, exerceu pressão sobre a camada de silicone.

Um olhar mais atento à camada de silicone mostrou que uma película de água persistia entre o gelo e o silicone, servindo como fonte de nova água para expansão contínua, o que levou ao tipo de danos observados em materiais como cimento e asfalto.

Mais informações: Dominic Gerber et al, Policristalina aumenta o acúmulo de estresse em torno do gelo, Cartas de revisão física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.208201
Informações do diário: Cartas de revisão física

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