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O concreto é o material mais utilizado na construção civil e data do Império Romano. Engenheiros da Universidade de Pittsburgh agora estão reimaginando seu design para o século 21.
Novas pesquisas introduzem o concreto metamaterial para o desenvolvimento de sistemas inteligentes de infraestrutura civil. O documento, “Sistemas de Concreto de Metamaterial Integrado com Nanogerador Multifuncional para Infraestrutura Civil Inteligente”, apresenta um novo conceito para sistemas de concreto leves e mecanicamente ajustáveis que integraram a coleta de energia e a funcionalidade de detecção.
“A sociedade moderna usa concreto na construção há centenas de anos, seguindo sua criação original pelos antigos romanos”, disse Amir Alavi, professor assistente de engenharia civil e ambiental da Pitt, autor correspondente do estudo. “O uso maciço de concreto em nossos projetos de infraestrutura implica a necessidade de desenvolver uma nova geração de materiais de concreto que sejam mais econômicos e ambientalmente sustentáveis, mas que ofereçam funcionalidades avançadas. Acreditamos que podemos alcançar todos esses objetivos introduzindo um paradigma metamaterial no desenvolvimento de materiais de construção”.
Alavi e sua equipe já desenvolveram metamateriais autoconscientes e exploraram seu uso em aplicações como implantes inteligentes. Este estudo apresenta o uso de metamateriais na criação de concreto, possibilitando que o material seja projetado especificamente para sua finalidade. Atributos como fragilidade, flexibilidade e moldabilidade podem ser ajustados na criação do material, permitindo que os construtores usem menos material sem sacrificar a resistência ou a longevidade.
“Este projeto apresenta o primeiro concreto metamaterial composto com supercompressibilidade e capacidade de captação de energia”, disse Alavi. “Esses sistemas de concreto leves e mecanicamente ajustáveis podem abrir uma porta para o uso de concreto em várias aplicações, como materiais de engenharia de absorção de choque em aeroportos para ajudar a desacelerar aviões em fuga ou sistemas de isolamento de base sísmica”.
Não só isso, mas o material é capaz de gerar eletricidade. Embora não possa produzir eletricidade suficiente para enviar energia à rede elétrica, o sinal gerado será mais do que suficiente para alimentar os sensores na estrada. Os sinais elétricos autogerados pelo concreto metamaterial sob excitações mecânicas também podem ser usados para monitorar danos dentro da estrutura de concreto ou para monitorar terremotos, reduzindo seu impacto nos edifícios.
Eventualmente, essas estruturas inteligentes podem até alimentar chips embutidos nas estradas para ajudar os carros autônomos a navegar nas rodovias quando os sinais de GPS são muito fracos ou o LIDAR não está funcionando.
O material é composto de redes de polímero auxético reforçadas embutidas em uma matriz de cimento condutora. A estrutura composta induz eletrificação de contato entre as camadas quando acionada mecanicamente. O cimento condutor, reforçado com pó de grafite, serve como eletrodo no sistema. Estudos experimentais mostram que o material pode comprimir até 15% sob carga cíclica e produzir 330 μW de potência.
A equipe de pesquisa está em parceria com o Departamento de Transportes da Pensilvânia (PennDOT) por meio do Consórcio IRISE em Pitt para desenvolver este concreto metamaterial para uso nas estradas da Pensilvânia.
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