Rumo ao melhor vidro do mundo

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Rumo ao melhor vidro do mundo

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Amostra de coesita (cinza) envolta no mineral eclogito. A intrusão colorida é piroxeno, um silicato, e o rebordo cristalino é dióxido de silício. [Imagem: Ag.Fapesp/Divulgação]









Coesita
A busca pela fabricação do "melhor vidro possível" - um vidro de alta densidade e resistência - está encontrando inspiração em um mineral natural que é formado sob condições extremas.
O mineral coesita é um óxido de silício, ou sílica (SiO2), muito especial porque só é formado sob altíssimas pressões, cerca de 10 mil vezes mais do que a pressão atmosférica terrestre.
Isso ocorre, por exemplo, no impacto de corpos celestes, como cometas, meteoros ou meteoritos, em uma explosão nuclear ou no afloramento do manto terrestre - que se estende de 30 quilômetros a quase 3 mil quilômetros abaixo da crosta.
"Coesita é dióxido de silício. Sua composição química é a mesma do quartzo. A diferença é que a alta pressão desestrutura a rede cristalina característica do quartzo e compacta os átomos de silício e oxigênio em um sistema amorfo. O resultado é um vidro de alta densidade. Ultrapassada uma pressão-limite, o processo de amorfização torna-se irreversível e o material não consegue mais voltar à configuração cristalina," explica Caetano Rodrigues Miranda, da USP (Universidade de São Paulo).
Caetano faz parte de uma colaboração internacional, que reúne ainda pesquisadores da China e Itália, que acaba de desvendar esse processo de transformação da tão comum sílica em coesita.
Supervidro
A equipe elaborou um modelo consistente com os dados observacionais que descreve os mecanismos moleculares durante a transformação da sílica até a geração desse "supervidro".
"Seria muito difícil reproduzir em laboratório as condições de alta pressão encontradas no manto terrestre. Por isso, recorremos à simulação computacional, descrevendo as interações entre os átomos da forma mais realista possível, e mapeando, passo a passo, as transformações resultantes da variação de pressão," contou o pesquisador.
Usando espectroscopia Raman, a equipe simulou a dinâmica molecular do material conforme a pressão aumenta, mapeando passo a passo os múltiplos caminhos de transformação da coesita até sua completa amorfização.
"Cada estrutura apresenta um padrão bem característico no espectro Raman. À medida que a estrutura se modifica, devido à variação de pressão, esse padrão também muda. E isso nos possibilita saber quais são as estruturas presentes e como elas se transformam em função da pressão. A comparação com os resultados experimentais permite validar o modelo adotado," sintetizou Caetano.
Rumo ao melhor vidro do mundo
A equipe modelou o que acontece com os átomos da coesita conforme a pressão aumenta. [Imagem: Wei Liu et al. - 10.1073/pnas.1710651114]
Arte e tecnologia
Um aspecto interessante do estudo foi a "sonificação" dos espectros Raman encontrados. A sonificação consiste em converter as altas frequências características da luz em baixas frequências típicas do som.
"A sonificação possibilita utilizar a audição em vez da visão na análise dos dados. Do ponto de vista científico, a vantagem desse procedimento decorre do fato de a audição permitir identificar melhor pequenas variações ou dados mais complexos. É mais fácil ouvir do que ver. Além disso, há também uma vantagem do ponto de vista artístico, pois, com os fragmentos sonoros obtidos, é possível compor música. Estabelece-se assim uma ponte entre ciência e arte," disse Caetano.
Além da arte, espera-se que equipes experimentalistas possam agora usar o novo modelo para caminhar rumo ao melhor vidro possível. A expectativa é que esse material, quando sintetizado, apresente propriedades muito específicas, por exemplo, com relação à condutividade térmica.
Bibliografia:

Multiple pathways in pressure-induced phase transition of coesite
Wei Liu, Xuebang Wu, Yunfeng Liang, Changsong Liu, Caetano R. Miranda, Sandro Scandolo
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 114 no. 49, 12894-12899
DOI: 10.1073/pnas.1710651114

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Nas construções com estrutura metálica a escolha do tipo de aço é feita em função de aspectos ligados a: Meio ambiente onde as estruturas se localizam; Previsão do comportamento estrutural de suas partes, devido à geometria e aos esforços solicitantes; Meio industrial com atmosfera agressiva à estrutura; Proximidade de orla marítima; Manutenção necessária e disponível ao longo do tempo. Os fatores acima influenciam a escolha de diversas maneiras. Por exemplo, condições ambientais adversas exigem aços de alta resistência à corrosão. Por outro lado, peças comprimidas com elevado índice de esbeltez ou peças fletidas em que a deformação (flecha) é fator preponderante são casos típicos de utilização de aços de média resistência mecânica. No caso de peças com baixa esbeltez e onde a deformação não é importante, fica mais econômica a utilização dos aços de alta resistência. Os aços estruturais utilizados no Brasil são produzidos segundo normas estrangeiras (especialmente a ASTM (American Society for Testing and Materials) e DIN (Deutsche Industrie Normen) ou fornecidos segundo denominação dos próprios fabricantes. Assim, os aços disponíveis por aqui estão listados na tabela abaixo: (Clique nas imagens para ampliá-las) Claro que há casos específicos, mas de maneira geral pode-se dizer que os perfis de aço utilizados na construção de edifícios de andares múltiplos são os mesmos empregados na construção de galpões e outras estruturas. Perfis para colunas As colunas de edifícios são dimensionadas fundamentalmente à compressão. São utilizados então perfis que possuam inércia significativa também em relação ao eixo de menor inércia, como é o caso dos perfis “H” que têm largura da mesa, igual ou próxima à altura da seção. A figura abaixo mostra alguns perfis utilizados como colunas: Perfis para vigas Os perfis de aço utilizados nas vigas dos edifícios são dimensionados pressupondo-se que terão a mesa superior travada pelas lajes. Neste conceito, as vigas não estarão portanto sujeitas ao fenômeno da flambagem lateral com torção. No caso de vigas bi-apoiadas, é comum usar vigas mistas onde o perfil em aço trabalha solidário com a laje, obtendo-se uma solução mais econômica. A figura abaixo mostra o funcionamento de algumas soluções para as vigas de estrutura metálica: Perfis para os contraventamentos As seções dos perfis para contraventamentos costumam ser leves. Sua escolha leva em conta a esbeltez e a a resistência aos esforços normais. No caso de edifícios a esbeltez das peças tracionadas principais é limitada a 240mm e das comprimidas limitadas a 200mm. Os perfis comumente utilizados são os da figura abaixo: Lajes de Piso As lajes deverão ser convenientemente ancoradas às mesas superiores das vigas, através dos conectores (vide a seguir) para que façam parte da “viga mista”. As soluções usuais para lajes, no caso de vigas mistas em edifícios de andares múltiplos, são mostradas a seguir: Laje fundida in loco É ainda a solução mais econômica no país, apresenta a desvantagem de exigir formas e cimbramentos durante a fase de cura. Laje com forma em aço, incorporada A laje é fundida in loco sobre forma de chapa de aço conformada, capaz de vencer os vãos entre vigas, e que inclusive passa a ser a ferragem positiva da laje. É um sistema que tem vantagem de prescindir, em boa parte dos casos, de formas e escoras durante a cura, liberando dessa forma a área sob a laje para outros trabalhos. Além disso, a seção transversal da forma abre espaço para passagem dos dutos e cabos de utilidades. 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