Duro na queda

Engenheiros e cientistas dos materiais da Universidade de Freiburg, na Alemanha, juntaram-se para tentar explorar a estrutura natural do coco em benefício da arquitetura e da construção civil.

Coqueiros podem ter 30 metros de altura, o que significa que, quando os cocos maduros caem no chão, suas paredes têm de suportar o impacto para que eles não rachem.

Para proteger a semente lá dentro, o coco tem uma estrutura complexa formada por três camadas principais: a casca externa que lembra a estrutura do couro, um mesocarpo fibroso e um resistente endocarpo interno em torno da polpa que contém a plântula em desenvolvimento.

"Analisando o comportamento de fratura das amostras e combinando isso com o conhecimento sobre a anatomia da casca obtida por microscopia e tomografia computadorizada, estamos identificando as estruturas mecanicamente relevantes para absorção de energia," explicou Stefanie Schmier, membro da equipe.

Desvio das fraturas

Os dados revelaram que, dentro do endocarpo - que consiste principalmente de células altamente lignificadas - os vasos que compõem o sistema vascular do fruto têm um design diferente, parecido com uma escada, responsável por suportar as forças de flexão.

Cada célula é rodeada por diversos anéis lignificados, unidos por pontes paralelas - a lignina é uma molécula associada à celulose na parede celular para dar rigidez aos tecidos vegetais.

A equipe acredita que é o ângulo desses vasculares que ajuda a "desviar" a trajetória das fissuras - quanto mais tempo uma rachadura tem que viajar para dentro do endocarpo, mais provável é que ela vai parar antes de chegar ao outro lado.

Prédios antiterremoto

A equipe acredita que essa angulação especial dos feixes vasculares no endocarpo do coco pode ser aplicada ao arranjo de fibras têxteis no interior do concreto para permitir a deflexão de fendas e rachaduras, evitando o colapso da estrutura.

"Esta combinação de uma estrutura leve com uma elevada capacidade de dissipação de energia é de interesse crescente para proteger edifícios contra terremotos, quedas de rochas e outros perigos naturais ou provocados pelo homem", disse Stefanie.

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A professora Wanda Lewis, da Universidade de Warwick, no Reino Unido, levou ao próximo nível um processo de design inspirado no mundo natural.

Um nível que promete nada menos que uma nova geração de pontes, viadutos e outras estruturas virtualmente indestrutíveis.

O processo de design é conhecido como "busca pela forma", ou "geração de forma" (form-finding). Ele permite a concepção de estruturas rígidas que seguem uma forma natural, ou seja, estruturas que são sustentadas por uma força pura de compressão ou tensão, sem tensões de flexão, que são os principais pontos de fraqueza nas estruturas feitas pelo homem.

Essa técnica poderá, pela primeira vez, viabilizar o projeto de pontes e edifícios que arquem com qualquer combinação de carga permanente sem gerar tensões complexas, o que lhes daria maior segurança e maior durabilidade.

Estruturas projetadas pela natureza

A estrutura de uma árvore ou mesmo de uma folha, a curvatura de uma concha, a forma como um filme de sabão se sustenta em grandes vãos, são todos exemplos de projetos naturais de grande eficiência e resistência.

A professora Lewis desenvolveu agora modelos matemáticos que analisam esses princípios da natureza e geram padrões de estresse simples para cada estrutura. Os princípios que sustentam os modelos matemáticos são ilustrados usando experimentos de "geração de forma" que envolvem peças de tecido ou correntes.

Um pedaço de tecido, por exemplo, é suspenso e então relaxa na sua forma natural de energia mínima, puxado apenas pela gravidade. Em seguida, sua forma final é congelada em um objeto rígido, e então invertido. Isto produz uma forma natural - gerada unicamente pela ação da gravidade - que pode suportar cargas com grande eficiência.

Estética arquitetônica

Talvez não saia ao gosto dos olhos dos arquitetos, mas as formas resultantes têm uma resistência que não encontra equivalentes nos conceitos de engenharia convencionais.

"A estética é um aspecto importante de qualquer projeto, e nós fomos programados para ver algumas formas, como arcos circulares ou cúpulas esféricas, como estéticas. Nós frequentemente as construímos independentemente do fato de que elas geram tensões complexas, e são, portanto, estruturalmente ineficientes," defende Lewis.

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