Un equipo combinado de científicos e ingenieros de materiales del Instituto Federal Suizo de Tecnología y la Universidad de Yale ha demostrado mediante experimentos de laboratorio cómo los canales llenos de agua que se entrecruzan en hielo multicristalino pueden provocar fracturas en materiales como el cemento y el asfalto. En su artículo publicado en la revista Physical Review Letters , el grupo describe los experimentos que llevaron a cabo con objetos transparentes, agua y silicona, para mostrar cómo los canales de líquido en el hielo pueden provocar fracturas en materiales porosos.

El agua, a diferencia de otros líquidos, se expande cuando se congela. Esto se debe a la forma única de las moléculas de agua y a los ángulos que se forman entre ellas cuando el agua se congela. A menudo se culpa a esta expansión por los daños causados ​​a materiales como carreteras y caminos de entrada, pero como señalan los investigadores, dichos daños se deben al crecimiento de cristales de hielo, no a la expansión del agua. Por eso, el equipo investigó el crecimiento de cristales para determinar cómo causa daño.

Al observar que en el mundo real la mayoría de estos daños ocurren en materiales opacos, como el hormigón y el asfalto, lo que hace muy difícil estudiar el proceso tal como ocurre, los investigadores adoptaron otro enfoque. Crearon un entorno en el que todos los materiales se comportarían de la misma manera pero también serían transparentes.

El equipo comenzó con dos portaobjetos de vidrio separados por espaciadores. Luego hicieron un pequeño poro con un pegamento fotocurable, de sólo unos milímetros de largo y ancho. A continuación, cubrieron el interior de la parte inferior del poro con una fina capa de silicona, que salpicaron con partículas fluorescentes antes de dejar que se endureciera. Luego llenaron el poro con agua.

Una vez construido su aparato, enfriaron solo un extremo del poro que habían creado mientras calentaban el otro extremo. Y luego observaron la acción usando un microscopio. Descubrieron que a medida que el agua en el extremo enfriado se congelaba, la silicona comenzaba a deformarse y, al hacerlo, el cristal de hielo que se había formado en el poro crecía y, al hacerlo, ejercía presión sobre la capa de silicona. /P>

Una mirada más cercana a la capa de silicona mostró que persistía una película de agua entre el hielo y la silicona, que servía como fuente de agua nueva para la expansión continua, lo que provocó el tipo de daño observado en materiales como el cemento y el asfalto. P>

Más información: Dominic Gerber et al, La policristalinidad mejora la acumulación de tensión alrededor del hielo, Cartas de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.208201

Información de la revista: Cartas de revisión física

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