Investigadores crean cemento 17 veces más resistente a las grietas: se inspiraron en conchas del mar
Utilizaron técnicas inspiradas en las conchas de los moluscos para lograr un cemento más flexible y resistente que los convencionales.
La ingeniería de materiales, en constante búsqueda de soluciones innovadoras, ha dado un salto con la creación de un tipo de cemento que supera ampliamente al convencional. Investigadores de la Universidad de Princeton han conseguido desarrollar un compuesto de cemento que presenta una resistencia y flexibilidad excepcionales. Este avance podría tener implicaciones significativas en la construcción, lo que permitiría edificaciones más duraderas y sostenibles.
El equipo, liderado por Shashank Gupta y Reza Moini, se inspiró en el nácar. Este es un material que se encuentra en el interior de algunas conchas de moluscos y es muy conocido por ser bonito, pero también muy resistente y flexible. El desarrollo del diseño del nuevo cemento fue descrito en un artículo publicado en la revista Advanced Funtional Materials.
La concha de los moluscos representa una estructura de vital importancia adaptativa, fundamental para la defensa del animal. Foto: Universidad de Granada
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¿Por qué el nácar es tan resistente y flexible?
La razón por la que el nácar es tan fuerte y al mismo tiempo tan flexible, es porque está formado por una especie de placas pequeñas, llamadas aragonita. Tienen forma de hexágonos y están pegadas unas con otras por un pegamento natural muy elástico. Esta mezcla de placas duras y pegamento flexible hace que el nácar pueda aguantar bastante presión y golpes sin romperse.
El nácar se compone de capas de aragonito unidas por un biopolímero extremadamente elástico. Foto: Gupta y cols.
Inspirados por esta estructura, los investigadores trabajaron en hacer un tipo de cemento que imite estas características, lo que podría hacer que los edificios construidos con este nuevo material sean más seguros y duraderos.
¿Cómo ha sido creado el nuevo cemento?
Desarrollaron tabletas hexagonales utilizando una pasta de cemento, alternadas con capas de polivinilsiloxano (PVS), un polímero que emula las propiedades elásticas del biopolímero natural. Esta disposición particular permite que el cemento imite la mecánica de deslizamiento de las tabletas de aragonita del nácar, esencial para su capacidad de absorber impactos sin fracturarse.
Las pruebas de laboratorio, específicamente pruebas de flexión de tres puntos, revelaron que el nuevo compuesto exhibe una ductilidad 19 veces superior y una tenacidad a la fractura 17 veces mayor que el cemento tradicional. Los resultados, además de demostrar la viabilidad del diseño inspirado en la naturaleza, abren la puerta a futuras aplicaciones en materiales considerados frágiles, como la porcelana o el hormigón convencional.
Diagrama del cemento creado por los investigadores. Foto: Gupta y cols.
Los beneficios del cemento inspirado en la naturaleza
La integración del nuevo compuesto de cemento en la industria de la construcción augura una revolución en cómo se conceptualizan y ejecutan las edificaciones modernas. Este material, significativamente más flexible y resistente que el cemento convencional, tiene la capacidad de cambiar paradigmas en la construcción.
Uno de los principales beneficios de este cemento innovador es su increíble resistencia a las grietas. Tradicionalmente, uno de los mayores desafíos en la construcción con cemento y hormigón ha sido su tendencia a fracturarse bajo presión, lo que conlleva costosas reparaciones y mantenimiento. Sin embargo, el nuevo compuesto promete edificaciones que pueden soportar mayores tensiones sin sufrir daños. Además de aumentar la vida útil de las estructuras, esto también reduce significativamente los costos de mantenimiento a largo plazo.
Las tabletas de aragonito contribuyen significativamente a la resistencia del nácar, mientras que el biopolímero añade flexibilidad y resistencia al agrietamiento. Foto: Sameer A. Khan/Fotobuddy
Asimismo, el material también representa una alternativa con beneficios para estructuras en zonas propensas a sismos. El cemento bioinspirado, al ser 19 veces más flexible, puede deformarse durante un terremoto, lo que contribuye a mantener la integridad estructural y a proteger las vidas humanas.
Cabe mencionar también que esta propiedad permite la construcción de diseños arquitectónicos más audaces y dinámicos, que antes eran imposibles de realizar con materiales más rígidos.
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Construcciones que cuidan el medio ambiente
Por otro lado, es de destacar las ventajas de este cemento desde un punto de vista ambiental. La posibilidad de utilizar menos material sin sacrificar la integridad estructural es un paso adelante hacia la construcción sostenible. Menor cantidad de cemento significa una reducción en la emisión de gases contaminantes asociados a su producción. Este logro se alinea con los esfuerzos globales para reducir la huella de carbono en la industria de la construcción.
Así también, el nuevo compuesto también tiene el potencial de revolucionar el uso de materiales tradicionalmente frágiles como la porcelana y otros cerámicos. Con las mismas técnicas de su diseño, podrían desarrollarse variantes de estos materiales mucho más resistentes a impactos y tensión, ampliando su uso en aplicaciones tanto decorativas como funcionales.
