En la búsqueda de crear materiales de construcción más resistentes y duraderos, un equipo de ingenieros de la Universidad de Princeton encontró inspiración en un modelo sorprendente: la capa externa del fémur humano, conocida como hueso cortical.
Este tejido óseo es reconocido por su capacidad de resistir fracturas y su tenacidad, y sirvió como guía para desarrollar un nuevo material a base de cemento, que es 5,6 veces más resistente a los daños que sus equivalentes convencionales.
Esta innovación no solo aumenta la resistencia del cemento, sino que también mejora su capacidad para evitar fallos catastróficos, lo que representa un avance significativo para la infraestructura civil. Los resultados del estudio fueron publicados en la revista Advanced Materials.
El material está diseñado para resistir el agrietamiento de una manera más eficaz que el cemento tradicional, el cual tiende a romperse sin previo aviso. Este nuevo cemento, creado por el equipo liderado por Reza Moini, profesor adjunto de ingeniería civil y ambiental, y Shashank Gupta, candidato a doctorado, utiliza una arquitectura interna basada en tubos elípticos y cilíndricos que imitan las osteonas del hueso humano.
La tenacidad de este cemento se incrementa considerablemente sin sacrificar la resistencia estructural, lo que lo hace ideal para aplicaciones en construcción e infraestructura civil. “Uno de los desafíos en la ingeniería de materiales de construcción frágiles es que fallan de manera abrupta y catastrófica”, aseguró Gupta al medio especializado Tech Xplore.
Cómo es el mecanismo para su resistencia
El mecanismo de interacción grieta-tubo es clave en la mejora de la resistencia del nuevo material desarrollado por los ingenieros de Princeton. Inspirado en la estructura del hueso humano, este material incorpora tubos huecos que interactúan con las grietas a medida que estas se propagan, creando un proceso de endurecimiento gradual.
Cuando una grieta comienza a extenderse, se encuentra con los tubos dentro de la pasta de cemento, lo que provoca una disipación de energía adicional en cada etapa de su avance. Este proceso no solo atrapa la grieta, sino que también retarda su expansión.
Este efecto se logra al optimizar la geometría, el tamaño, la forma y la orientación de los tubos, aseguraron tanto Europa Press como Tech Xplore. Aunque a primera vista se podría esperar que la incorporación de tubos huecos debilitaría la estructura, el equipo descubrió que, al ajustar estas características, se pueden mejorar una propiedad sin comprometer otra.
La interacción entre las grietas y los tubos genera un material mucho más tenaz, capaz de soportar un mayor nivel de estrés sin colapsar.
“Utilizamos principios teóricos de mecánica de fracturas y mecánica estadística para mejorar las propiedades fundamentales de los materiales ‘por diseño’”, explicó Moini según la agencia de noticias Europa Press. “Lo que hace que este mecanismo gradual sea único es que se controla la extensión de cada grieta, lo que evita un fallo repentino y catastrófico”, amplió Gupta.
Aplicaciones potenciales en infraestructura
Además de las mejoras, este cemento inspirado en el hueso humano tiene un enorme potencial para revolucionar el campo de la infraestructura civil. Debido a su capacidad, este nuevo material podría tener aplicaciones cruciales en la construcción de edificios, puentes y carreteras, donde la durabilidad y la seguridad estructural son fundamentales.
A diferencia de los métodos tradicionales, que refuerzan los materiales a base de cemento mediante la incorporación de fibras o plásticos, el enfoque del equipo de Princeton se basa en la optimización de la geometría interna del propio material, lo que elimina la necesidad de agregar otros componentes.
Además, el equipo está explorando la posibilidad de aplicar estos principios a otros materiales frágiles, ampliando su uso potencial en diferentes áreas de la construcción.
Según información de Europa Press, las nuevas técnicas de fabricación aditiva y el uso de robótica también juegan un papel importante en la precisión con la que se pueden construir estas arquitecturas internas, lo que podría facilitar la producción en masa de componentes de infraestructura civil a gran escala.
Últimas Noticias
Cannabis terapéutico: en qué tres enfermedades hay evidencia y por qué alarma la automedicación
Científicos de la Universidad de Harvard y otras instituciones de los Estados Unidos advierten sobre el uso creciente de productos derivados del cannabis sin supervisión profesional. Alertaron que faltan estudios contundentes que avalen muchos de los beneficios atribuidos a estos compuestos
Por qué el cambio climático podría producir grandes sequías en los próximos 15 años
Nuevas simulaciones climáticas revelan que las condiciones de escasez de lluvias en todo el mundo pondría en riesgo el agua y la agricultura necesaria para 750 millones de personas
La proteína clave que podría ayudar a conservar la fuerza en los músculos a edades avanzadas
Investigadores de Estados Unidos demostraron en ratones que restaurar la tenascina-C reactiva la reparación muscular. Cuáles son los desafíos para transformar el avance en una terapia efectiva y segura
Nuevas evidencias científicas cuestionan el mito de una dieta paleolítica de consumo casi exclusivo de carne
El análisis de yacimientos prehistóricos revela la importancia de estrategias alimentarias variadas y el uso experto de recursos naturales
El reloj biológico remodela las conexiones del cerebro según la hora
Un equipo de la Argentina, Estados Unidos y Reino Unido reconstruyó en 3D los cambios en las terminales neuronales de la mosca de la fruta. El hallazgo podría abrir nuevas rutas para entender y tratar el Alzheimer y otros trastornos del ritmo circadiano
