Un hormigón innovador cinco veces más resistente inspirado en los huesos

El cuerpo humano es una fuente inagotable de estadísticas fascinantes. Por ejemplo, el corazón humano alcanza más de dos mil quinientos millones de latidos a lo largo de la vida de una persona. Otro ámbito sorprendente es el de los huesos: el cuerpo humano renueva la totalidad de sus huesos cada diez años. Y algunos huesos, como es el caso del fémur, pueden resistir fuerzas superiores a mil kilogramos. Esta última cualidad es la que ha llevado a los investigadores de la Universidad de Princeton a crear un nuevo material bioinspirado que multiplica por 5,6 veces la resistencia del material en comparación con el hormigón convencional. Sigue leyendo para descubrir uno de los últimos ejemplos de hormigón innovador.

El hormigón diseñado por la Universidad de Princeton

Inspirados en la estructura del hueso cortical que recubre el fémur humano, los investigadores estadounidenses han desarrollado una técnica innovadora para fortalecer el cemento mediante la inclusión de agujeros cilíndricos y elípticos.

Este diseño, anunciado en la revista científica Advanced Materials, mejora la resistencia del material al romperse, al ralentizar la propagación de las fisuras. La interacción entre las fisuras y los tubos genera una reacción de endurecimiento que disipa progresivamente la energía de un impacto. A diferencia del cemento tradicional, este nuevo enfoque ofrece mayor durabilidad y resistencia en situaciones críticas.

En lugar de depender de aditivos como fibras o polímeros, el equipo de científicos se centró en optimizar la geometría interna del cemento por medio de un modelado computacional avanzado. La disposición precisa de los agujeros imita la arquitectura desordenada del hueso, y mejora considerablemente la dureza del material. Además, crearon un marco para medir el desorden de la estructura, lo que permite a los ingenieros diseñar materiales de construcción más resistentes.

Las aplicaciones de este cemento reforzado son amplias en la industria de la construcción, especialmente en infraestructuras civiles donde se exige un elevado nivel de resistencia. La técnica también aprovecha los avances en la manufactura aditiva, lo que podría cambiar la manera de construir edificios y estructuras, y mejorará la seguridad y la vida útil.

¿Por qué son tan resistentes los huesos humanos?

El cuerpo humano contiene más de doscientos huesos que le permiten llevar a cabo toda clase de acciones, desde mantenerse en pie hasta correr, levantar objetos o proteger órganos delicados. Los huesos humanos deben su gran resistencia a varios factores, entre los que se incluyen su composición, su estructura y su capacidad para regenerarse.

• Composición. Los huesos son duros y a la vez flexibles. Esto se debe a que están compuestos de hidroxiapatita –un mineral cristalino formado de calcio y fosfato– y colágeno. El primero es el responsable de su dureza, mientras que el segundo le confiere su flexibilidad.
• Estructura. Esta es la propiedad que ha inspirado a los científicos de la Universidad de Princeton, ya que los huesos humanos tienen una estructura multicapa y porosa. A escala microscópica, están formados por osteones, es decir, cavidades cilíndricas que forman mallas capaces de distribuir el peso de forma homogénea. A mayor escala, tienen una estructura trabecular, en forma de panal de abeja, especialmente en el caso de huesos grandes como el fémur.
• Regeneración. Los huesos se remodelan constantemente gracias a la labor de unas células llamadas osteoclastos, que van destruyendo las estructuras antiguas, y de los osteoblastos, que forman nuevas estructuras óseas. Así, los huesos se adaptan a las necesidades de resistencia que impone el esfuerzo cotidiano.

Si quieres conocer más acerca del potencial de la biomimética y de otras tecnologías para multiplicar la resistencia del hormigón armado y reducir su impacto ambiental, como este material basado en el caparazón de un escarabajo, suscríbete a nuestra newsletter.

Fuentes:

• Universidad de Princeton