Los estudiantes universitarios lo han usado para fabricar muebles baratos, China ha tenido escasez y el personaje principal Michael Scott de "The Office" una vez enterró su rostro en él. El concreto está en todas partes, una ubicuidad debido a su fuerza comoSin embargo, a pesar de su resistencia, tiene una tendencia perniciosa pero ineludible a "arrastrarse" o deformarse progresivamente bajo tensión mecánica, lo que conduce a puentes desmoronados y caminos agrietados.
Al igual que la canción de éxito de Radiohead, Creep, fue en 1993 para cualquier persona con una radio FM, el fenómeno de la fluencia es inevitable, al menos para los sólidos materiales. A pesar de la obvia relevancia que esto tiene para la seguridad de la infraestructura, sin embargo, el origen físico de lael mecanismo ha quedado mal entendido e incluso científicamente cuestionado.
"Como resultado, los ingenieros estiman la fluencia utilizando modelos empíricos, que a menudo predicen mal el comportamiento de la fluencia", explicó Gaurav Sant, profesor asociado y miembro de Henry Samueli en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la UCLA. "Mediante unificaciones cuidadosas de experimentosy datos computacionales, aclaramos que la fluencia se origina en un proceso de disolución-precipitación que actúa en las regiones de contacto a nanoescala de los granos de CSH ".
Sant y sus colegas, que incluyen a Mathieu Bauchy, profesor asistente de la UCLA, describen su trabajo esta semana en The Journal of Chemical Physics, de AIP Publishing. Los investigadores encontraron que los hidratos de silicato de calcio, la fase de unión quemantiene la pasta de cemento unida, tiende a disolverse en regiones de alto estrés y vuelve a precipitar en regiones de bajo estrés. Esto está en correspondencia con el principio de Le Chatelier, también conocido como "la ley del equilibrio".
"Como resultado de tal comportamiento de disolución-precipitación, se manifiesta una deformación 'fluencia' macroscópica dependiente del tiempo", dijo Sant. La idea de un proceso de disolución-precipitación es familiar para los geólogos: sus efectos conducen a la deformación en elcorteza terrestre. Esta es la primera vez que se ha demostrado que es relevante para el concreto, explicó Sant.
El trabajo previo de los investigadores incluye el desarrollo de métodos de interferometría de escaneo vertical para medir las tasas de disolución de minerales en la escala nanométrica, evaluar sistemáticamente el comportamiento viscoelástico de los hidratos de silicato de calcio y desarrollar métodos para simular la relajación a largo plazo de sólidos desordenados bajoEn conjunto, y aplicadas a las composiciones de hidrato de silicato de calcio, estas contribuciones han dado a los investigadores la capacidad de examinar y aislar exhaustivamente las variables en juego en la fluencia del hormigón.
El análisis de los investigadores también utiliza simulaciones de dinámica molecular para evaluar cómo la disposición geométrica de las redes atómicas influye en la relajación del volumen de las composiciones de calcio-silicato-hidrato.
"Tal comportamiento muestra una dependencia de la composición química del hidrato de silicato de calcio, un resultado que permite la identificación de composiciones de hidrato de silicato de calcio 'isostáticas', que presentan un mínimo en las tasas de fluencia y disolución. Estos datos revelan una"ruta compositiva" previamente desconocida para minimizar la fluencia del hormigón ", dijo Bauchy.
El trabajo futuro para Sant, Bauchy y sus colegas consistirá en elaborar una descripción completa de la fluencia del hormigón desde la escala atómica a la macroscópica. Esto en última instancia les ayudará a desarrollar modelos mecanicistas para predecir el comportamiento de la fluencia e identificar agentes de cementación con sensibilidad reducida aarrastrarse.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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