Investigadores do MIT querem substituir cimento por materiais naturais na produção de betão
Equipa de investigadores substituiu a pasta de cimento – um elemento de ligação do betão – com a estrutura e as propriedades de materiais naturais como ossos, conchas e esponjas do fundo do mar
Pedro Cristino
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Uma equipa de investigadores do Massachussets Institute of Technology (MIT) está a tentar “redesenhar” o betão, seguindo “o diagrama da natureza”.
Num artigo publicado online no boletim “Construction and Building Materials”, a equipa substituiu a pasta de cimento – um elemento de ligação do betão – com a estrutura e as propriedades de materiais naturais como ossos, conchas e esponjas do fundo do mar. De acordo com o artigo, estes materiais biológicos são “excepcionalmente robustos e duráveis, devido, em parte, à precisa montagem das suas estruturas em múltiplas escalas de comprimento, desde o nível molecular ao macro, ou visível”.
Em comunicado de imprensa, o MIT revela que uma equipa liderada por Oral Buyukozturk, um professor do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (CEE) deste instituto norte-americano, propôs uma nova abordagem à concepção de pasta de cimento, “positiva” e de inspiração a nível biológico.
Segundo Buyukozturk, os materais são agregados de uma forma “fascinante”, com a organização de simples elementos em “complexas configurações geométricas”. “Queremos ver que tipo de micromecanismos existem no interior, que lhes conferem propriedades tão superiores e como poderemos adoptar uma abordagem semelhante para o betão”, revelou o professor.
O principal objectivo dos investigadores consiste em identificar materiais na natureza que possam ser utilizados como alternativas mais sustentáveis e duráveis do que o cimento Portland, que requer, segundo o estudo, “uma enorme quantidade de energia para produzir”. “Se pudermos substituir o cimento, parcial ou totalmente, por outros materiais que estejam ampla e prontamente disponíveis na natureza, alcançamos os nossos objectivos para a sustentabilidade”, frisa o líder da equipa.
“A sinergia entre teoria, computação, síntese evolutiva moderna e métodos de caracterização permitiu uma mudança de paradigma que provavelmente mudará, para sempre, a forma como produzimos este material omnipresente”, ressalva Markus Buehler, membro da equipa. Segundo este professor de Engenharia, este facto poderia levar a estradas, pontes e estruturas com maior durabilidade, reduzir as pegadas carbónica e energética “e até possibilitar o isolamento de dióxido de carbono resultante da produção do material”. Para Buehler, a implementação de nanotecnologia no betão é “um poderoso exemplo de como potenciar a nanociência ao ponto de resolver grandes desafios da engenharia”.
O artigo do MIT salienta que não existem técnicas para controlar, de forma precisa, a estrutura interna e propriedades gerais do betão e, perante esta situação, Buyukozturk explica que pretende “mudar a cultura e começar a controlar o material a uma mesoescala”, que, segundo o professor, representa a ligação entre estruturas de microescala e propriedades de macroescala. “Por exemplo, como é que a organização microscópica do cimento afecta a robustez e durabilidade geral de um edifício alto ou de uma ponte longa?” Para Buyuzkoturk, entender esta ligação ajudaria os engenheiros a identificar características a várias escalas de comprimento que melhorariam o comportamento geral do betão.
“Por um lado, estamos a trabalhar com moléculas, por outro, estamos a construir uma estrutura com quilómetros de comprimento”, explica, identificando, como grande desafio, a forma de ligar as informações referentes a duas escalas de dimensões tão díspares. Para começar a entender esta ligação, a equipa estudou intensivamente as propriedades mecânicas e microscópicas de materiais biológicos como ossos, esponjas do mar e madrepérola e comparou as suas estruturas e comportamento às escalas nano, micro e macro com as da pasta de cimento.
Foram procuradas ligações entre a estrutura do material e as suas propriedades mecânicas, descobrindo-se, por exemplo, que “a estrutura de uma esponja do mar, em camadas de sílica constitui um mecanismo de prevenção de fissuras”. Por sua vez, a organização dos minerais da madrepérola gera uma forte ligação entre as camadas, tornando o material “extremamente resistente”.
O líder da equipa, Buyukozturk está esperançoso de que esta pesquisa resulta numa “receita para um betão mais sustentável”.