La infraestructura envejecida de la nación requiere una inversión masiva. La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles estima que EE. UU. Necesita gastar alrededor de $ 4.5 billones para 2025 para reparar las carreteras del país. puentes represas y otra infraestructura.

Imagínese si los ingenieros pudieran construir estructuras con materiales que no se degraden con el tiempo. Investigadores de la Universidad de California, Irvine ha propuesto una nueva técnica de simulación que podría ayudar a los ingenieros a hacer precisamente eso.

Mohammad Javad Abdolhosseini Qomi, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental, y el estudiante graduado de ingeniería Ali Morshedifard han desarrollado un método numérico para simular el proceso de envejecimiento molecular en materiales amorfos, como hormigón y vidrio. Esta técnica podría ayudar a los investigadores no solo a comprender mejor cómo los materiales se debilitan con la edad, pero también desarrollar materiales que mantengan su fuerza indefinidamente. Su trabajo aparece esta semana en Comunicaciones de la naturaleza .

Según los investigadores, el envejecimiento se origina a nivel atómico y molecular. Debido a esta escala minúscula, es casi imposible rastrear cambios microscópicos durante períodos prolongados. "En la simulación por computadora de materiales, tendría que simular un billón de pasos de tiempo para capturar solo un segundo de comportamiento. Eso ni siquiera nos acercaría a las escalas de tiempo relevantes para los fenómenos de envejecimiento, que están en el orden de años y décadas, "explicó Qomi.

En su técnica de marcha de estrés incremental, Qomi y su estudiante de posgrado someten la estructura molecular del material a fluctuaciones cíclicas de estrés, y luego seguir la respuesta del material a tales perturbaciones. "El cemento hidratado se compone de glóbulos en forma de disco a nanoescala. Encontramos por casualidad que estos glóbulos se deforman gradualmente bajo carga sostenida, pero la deformación se detiene después de un cierto período. También encontramos que el comportamiento colectivo de los glóbulos da lugar a una deformación no asintótica, que creemos que está en el origen de la fluencia en materiales cementosos. Fue fascinante ver los orígenes atómicos de la deformación viscoelástica y logarítmica bajo tensión constante, "dijo Morshedifard, el autor principal del artículo.

Qomi y su equipo de investigación planean aplicar esta nueva técnica para explorar la relación entre la composición y textura de los materiales estructurales y su comportamiento dependiente del tiempo.

"La Administración Federal de Carreteras gasta más de $ 80 mil millones al año para reparar puentes que se degradan como resultado de fenómenos de envejecimiento, "Qomi continuó." Comprender cómo envejecen los materiales estructurales es el primer paso hacia el diseño de materiales de envejecimiento reducido que potencialmente pueden ahorrar dinero a los contribuyentes ".