Esta é uma ponte que faz uso de arcos perfeitos, projetados por mecanismos naturais de busca pela forma

A professora Wanda Lewis, da Universidade de Warwick, no Reino Unido, levou ao próximo nível um processo de design inspirado no mundo natural.

Um nível que promete nada menos que uma nova geração de pontes, viadutos e outras estruturas virtualmente indestrutíveis.

O processo de design é conhecido como busca pela forma, ou geração de forma (form-finding). Ele permite a concepção de estruturas rígidas que seguem uma forma natural, ou seja, estruturas que são sustentadas por uma força pura de compressão ou tensão, sem tensões de flexão, que são os principais pontos de fraqueza nas estruturas feitas pelo homem.

Essa técnica poderá, pela primeira vez, viabilizar o projeto de pontes e edifícios que arquem com qualquer combinação de carga permanente sem gerar tensões complexas, o que lhes daria maior segurança e maior durabilidade.

A estrutura de uma árvore ou mesmo de uma folha, a curvatura de uma concha, a forma como um filme de sabão se sustenta em grandes vãos, são todos exemplos de projetos naturais de grande eficiência e resistência.

A professora Lewis desenvolveu agora modelos matemáticos que analisam esses princípios da natureza e geram padrões de estresse simples para cada estrutura. Os princípios que sustentam os modelos matemáticos são ilustrados usando experimentos de geração de forma que envolvem peças de tecido ou correntes.

Um pedaço de tecido, por exemplo, é suspenso e então relaxa na sua forma natural de energia mínima, puxado apenas pela gravidade. Em seguida, sua forma final é congelada em um objeto rígido, e então invertido. Isto produz uma forma natural - gerada unicamente pela ação da gravidade - que pode suportar cargas com grande eficiência.

Talvez não saia ao gosto dos olhos dos arquitetos, mas as formas resultantes têm uma resistência que não encontra equivalentes nos conceitos de engenharia convencionais.

A estética é um aspecto importante de qualquer projeto, e nós fomos programados para ver algumas formas, como arcos circulares ou cúpulas esféricas, como estéticas. Nós frequentemente as construímos independentemente do fato de que elas geram tensões complexas, e são, portanto, estruturalmente ineficientes, defende Lewis.

     

O novo material foi batizado de cimento de silicato de cálcio carbonatado, ou CCSC (Carbonated Calcium Silicate-based Cement).

De acordo com Weiss, o novo cimento está pronto para ser usado em produtos de concreto pré-moldados, que podem ser criados em uma fábrica e transportados para onde serão usados. Um uso mais generalizado poderá demorar mais tempo, já que a carbonatação exige um aparato mais complicado do que uma mangueira jorrando água sobre a massa - como botijões com CO2 sob pressão.

A equipe demonstrou que o material é mais resistente à degradação do que o concreto comum, inclusive em contato direto com sais usados para o degelo das estradas em países de clima frio, tais como cloreto de sódio e cloreto de magnésio.

O concreto - uma combinação de cimento, areia e brita - é um dos materiais de construção mais eficazes da história humana. Isto na verdade é parte do problema - o concreto funciona tão bem e tem tantos usos que são produzidas anualmente de 2 a 4 toneladas de concreto para cada pessoa na Terra, o que se acredita ser responsável por algo entre 5 e 8% de todas as emissões globais de dióxido de carbono.

Performance of carbonated calcium silicate based cement pastes and mortars exposed to NaCl and MgCl2 deicing salt

Yaghoob Farnam, Chiara Villani, Taylor Washington, Mark Spence, Jitendra Jain, W. Jason Weiss

Construction and Building Materials

Vol.: 111, Pages 63-71

DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.02.098