Cimento super-resistente: engenheiros criam material que imita estrutura do osso humano

Engenheiros da Universidade de Princeton desenvolveram um novo material à base de cimento, inspirado na camada externa do osso humano. Esse design bioinspirado é 5,6 vezes mais resistente a danos do que os materiais tradicionais, oferecendo melhor resistência a rachaduras e prevenindo falhas súbitas.

Material à base de cimento resiste é 5,6x mais resistente que materiais comuns – Foto: Sameer A. Khan/ Fotobuddy

Cimento que imita a estrutura do osso humano

O estudo, liderado pelo professor assistente de engenharia civil e ambiental, Reza Moini, e pelo candidato a PhD, Shashank Gupta, foi publicado na revista Advanced Materials.

“Um dos desafios na engenharia de materiais de construção quebradiços é que eles falham de maneira abrupta e catastrófica”, explicou Gupta. A nova técnica aborda esse problema ao criar um material mais resistente e tenaz, mantendo a força estrutural.

Segundo Mioni, a chave para essa inovação está no design da arquitetura interna, que equilibra as tensões nas rachaduras com a resposta mecânica do material. “Utilizamos princípios teóricos da mecânica de fraturas e da mecânica estatística para melhorar as propriedades fundamentais dos materiais ‘por design’”, disse.

Inspirando-se no osso cortical humano, que possui uma estrutura tubular conhecida como osteons, os engenheiros conseguiram desviar rachaduras, aumentando a resistência geral. Além disso, a equipe descobriu que a interação entre as rachaduras e os tubos permite um aumento de tenacidade em etapas, onde as rachaduras são controladas e retardadas, evitando falhas.

Pesquisadores Reza Moini, à esquerda, e Shashank Gupta criam material à base de cimento mais forte e durável – Foto: Sameer A. Khan / Fotobuddy

A abordagem dos engenheiros de Princeton se diferencia dos métodos tradicionais, que costumam adicionar fibras ou plásticos ao cimento. Em vez disso, eles manipularam a estrutura do próprio material para melhorar a tenacidade sem a necessidade de materiais adicionais.

Os pesquisadores também introduziram um novo método para quantificar o grau de desordem nos materiais, permitindo uma representação mais precisa de suas estruturas. Essa inovação pode facilitar o design de estruturas mais eficientes e resistentes, especialmente quando combinada com técnicas avançadas de fabricação, como a impressão 3D.

“Ainda estamos explorando as possibilidades”, afirmou Gupta, destacando que futuras investigações poderão aplicar esses princípios a outros materiais quebradiços, ampliando as aplicações na construção civil.