Mudança na construção civil: Novo design de concreto inspirado na natureza aumenta resistência a rachaduras em 63%

Design inovador de concreto que imita a natureza melhora a resistência a rachaduras em 63%, prometendo maior durabilidade e eficiência nas obras

Pesquisadores da Princeton Engineering, nos Estados Unidos, estão revolucionando a construção civil ao aumentar a resistência do concreto a rachaduras em até 63%, utilizando um design inspirado pela natureza. A equipe, liderada por Reza Moini, professor assistente de engenharia civil e ambiental, combinou a inovação no design de materiais com técnicas avançadas de manufatura aditiva.

Usando robôs industriais, conseguiram controlar a deposição dos materiais de forma precisa, criando um concreto significativamente mais resistente.

Natureza como fonte de inspiração

O estudo, publicado em 29 de agosto na revista Nature Communications, mostrou que os pesquisadores se inspiraram nas escamas de uma espécie de peixe chamada celacanto. As escamas desse peixe apresentam uma estrutura de dupla hélice, o que chamou a atenção dos engenheiros, pois essa configuração oferece alta resistência a fraturas.

Segundo Moini, a natureza frequentemente utiliza arquiteturas inteligentes para combinar força e resistência em seus materiais, e replicar essas estruturas na construção civil foi o ponto de partida para a inovação do projeto.

Design e fabricação do concreto

Para alcançar essa resistência superior, a equipe desenvolveu um novo design, organizando o concreto em fios individuais, empilhados em três dimensões. Esses fios foram conectados de forma estratégica, criando um arranjo de dupla hélice que melhora significativamente a resistência à propagação de rachaduras. Essa técnica de design, chamada de “mecanismo de endurecimento”, permite que o material suporte melhor as rachaduras, impedindo que se espalhem rapidamente ou de forma previsível. Assim, as vigas e outros componentes estruturais tornam-se muito mais resistentes.

Essa abordagem inovadora também é uma evolução para a construção civil, pois depende de técnicas de manufatura aditiva, nas quais robôs depositam material fio por fio. Isso possibilita a criação de estruturas complexas que não seriam viáveis com métodos convencionais de moldagem de concreto. Com a robótica, os pesquisadores podem garantir uma precisão geométrica sem precedentes, essencial para garantir a integridade estrutural de componentes como vigas e colunas.

Papel da Robótica no Avanço da Construção Civil

Shashank Gupta, coautor do estudo e estudante de pós-graduação em Princeton, destacou a importância da robótica no processo de fabricação desses componentes. Ele explicou que, para criar materiais de concreto com alta fidelidade geométrica em larga escala, como em vigas e colunas, a automação robótica é fundamental. Sem essa precisão, seria muito difícil atingir os resultados desejados. A robótica também permite o controle exato sobre a deposição do concreto, garantindo que as formas arquitetônicas mantêm sua integridade ao longo do processo de fabricação.

A manufatura aditiva aplicada na construção civil é particularmente poderosa por permitir que os projetistas explorem geometrias e estruturas complexas que antes eram impossíveis de serem implementadas com técnicas tradicionais. Além disso, no laboratório de Moini, os robôs industriais são integrados com sistemas de processamento avançado em tempo real, o que possibilita a criação de componentes arquitetônicos em grande escala que não apenas são funcionais, mas também esteticamente atraentes.

Soluções para os desafios do Concreto

Um dos maiores desafios enfrentados pelos pesquisadores foi o fato de que o concreto fresco tende a se deformar sob o peso das camadas superiores, o que poderia comprometer a precisão das estruturas criadas. Para resolver esse problema, a equipe desenvolveu um sistema de controle avançado, no qual o robô utiliza dois componentes: o concreto e um acelerador químico. Esses dois materiais são misturados no bico do robô pouco antes da extrusão, permitindo que o acelerador atue no concreto, aumentando a velocidade de cura.

Essa inovação foi crucial para garantir que as camadas inferiores do concreto não se deformassem sob o peso das superiores, mantendo a precisão geométrica necessária para componentes arquitetônicos na construção civil. O sistema de extrusão, liderado por Gupta, também possibilitou maior controle sobre o formato final das estruturas, minimizando a deformação e garantindo que a estética e a funcionalidade fossem preservadas.

Impactos na construção civil

Essa inovação tem potencial para transformar a maneira como o concreto é usado na construção civil. Ao aumentar significativamente a resistência a rachaduras e permitir a criação de formas mais complexas e duráveis, as técnicas desenvolvidas pelos pesquisadores de Princeton abrem novas possibilidades para projetos arquitetônicos mais ambiciosos e seguros. Além disso, a combinação de design inovador e tecnologia robótica oferece uma solução sustentável e eficiente para os desafios enfrentados pela indústria.

A utilização de robôs e a inspiração na natureza para melhorar a performance dos materiais demonstram o quanto a construção civil pode evoluir com a adoção de novas tecnologias e processos de fabricação. Esses avanços não só aumentam a durabilidade e a segurança das construções, como também proporcionam maior liberdade criativa para engenheiros e arquitetos em todo o mundo.