Alginato de sódio do gelado pode ajudar a imprimir paredes de terra em 3D

O mesmo biopolímero que dá ao gelado uma textura macia e cremosa poderá, em breve, ajudar a transformar terra em paredes.

Uma equipa liderada pela University of Colorado Boulder (UC Boulder) concluiu que o alginato de sódio, um espessante alimentar muito comum, torna a argila e a areia muito mais fáceis de moldar com uma impressora 3D.

Os resultados apontam para um cenário em que os resíduos da construção se convertem em material de obra com uma pegada ambiental muito menor. Em vez de se acumularem num aterro, solos locais poderiam ganhar forma e subir em paredes no próprio local.

A natureza já conhece a receita

As térmitas erguem montes imponentes a partir de solo solto. As vespas moldam ninhos detalhados, e os vermes que fazem favos constroem paredes tipo recife ao longo da costa.

Nenhum destes “construtores” recorre ao cimento. O segredo está nos biopolímeros - moléculas biológicas grandes que funcionam como cola e que, muitas vezes, aparecem na saliva - capazes de aglutinar solo e argila em estruturas sólidas.

“Desde os montes das térmitas aos edifícios em adobe, humanos e animais constroem com terra desde o início dos tempos”, disse Wil Srubar, professor no Departamento de Engenharia Civil, Ambiental e Arquitectónica.

“Mas não tem havido muita ciência sobre a forma como os construtores de terra projectam os materiais. Por isso, quisemos usar conhecimento e ferramentas científicas para o compreender.”

Um aditivo alimentar entra na construção

Srubar e a sua equipa - que incluiu investigadores da Columbia University, em Nova Iorque - procuraram perceber que biopolímero conseguiria ligar a terra em paredes e, ao mesmo tempo, funcionar num processo de impressão.

A ideia foi inspirar-se na natureza como ponto de partida e, depois, validar tudo em laboratório.

O objectivo parecia simples, mas era difícil de concretizar: obter um material suficientemente resistente para manter a forma e, ainda assim, suficientemente fluido para passar por um bocal estreito.

Cinco ligantes foram postos à prova

No total, a equipa testou cinco biopolímeros. Três vinham de leguminosas: goma guar, goma de alfarroba e goma cássia - espessantes do tipo que ajudam a manter óleo e água juntos num molho de salada.

O alginato de sódio é extraído de algas marinhas e é um aditivo frequente no gelado, onde contribui para estabilizar o alimento e torná-lo mais cremoso. A goma xantana é outro ligante usado em produtos alimentares; é obtida por fermentação de açúcar.

Depois de misturados com a argila e a areia usadas para construir paredes, cada um destes biopolímeros apresentou um comportamento distinto.

Para imprimir, a carga vence a cola

A goma de alfarroba conseguiu prender a terra com firmeza ao ligar as partículas do solo numa rede mais resistente. No entanto, essa mesma “aderência” tornou a mistura teimosa e difícil de empurrar através da impressora.

O alginato de sódio actuou de forma oposta. Em vez de se comportar como cola, alterou as cargas eléctricas nas partículas de argila, fazendo com que se repelirem entre si, como dois ímanes quando se aproximam pelo mesmo pólo.

Essa pequena mudança foi decisiva: as partículas mantiveram-se suspensas numa mistura estável, mas continuaram a sair suavemente pelo bocal.

A areia nunca foi apenas enchimento

Durante muito tempo, os engenheiros encararam a areia como um material de volume, essencialmente passivo. O novo trabalho mostra que a areia, na prática, orienta o comportamento de toda a mistura de terra.

A carga à superfície influencia a forma como os biopolímeros se ligam e como as partículas se reorganizam. Assim, a areia passa a ser uma verdadeira alavanca de projecto, e não um detalhe de última hora na formulação.

Uma dose mínima muda tudo

A equipa procurou então a quantidade certa. À terra natural extraída de uma pedreira de granito perto de Golden, no Colorado, adicionaram apenas 0.12 percent de alginato de sódio.

O composto final ficou simultaneamente robusto e imprimível. Suportou mais 25 percent de pressão do que a terra sem aditivos e permitiu imprimir 33 percent mais depressa.

A mesma formulação também reduziu a retracção de secagem em cerca de três quartos. Menos retracção traduz-se em menos fissuras quando uma parede impressa seca e ganha consistência.

Biopolímero do gelado ajuda em paredes inclinadas

Para demonstrar as capacidades da mistura, a equipa imprimiu uma parede com cerca de oito milímetros de espessura, inclinada para fora em ângulos acentuados. A estrutura manteve-se de pé mesmo com uma inclinação de 60 graus.

Trata-se de uma inclinação mais acentuada do que a da Torre Inclinada de Pisa. O trabalho actual concentra-se na capacidade de impressão, embora Srubar tenha referido que a mesma abordagem pode servir para testar outros biopolímeros com vista a aumentar a resistência e a durabilidade.

A terra mantém a casa confortável

“Há alguns bons benefícios no ambiente interior por ter terra num edifício”, disse Samuel Armistead, investigador associado no Departamento de Engenharia Civil, Ambiental e Arquitectónica.

“Pode regular a humidade interior e absorver poluentes do ar. Também pode servir como isolante térmico, mantendo o interior fresco no verão e quente no inverno.”

Estas características fazem das paredes de terra mais do que uma simples “casca” resistente: ajudam a estabilizar um espaço ao longo das mudanças sazonais.

Resíduos de construção ganham utilidade

A escavação de fundações, caves e estruturas de estacionamento deixa para trás enormes montes de solo. Na maioria dos casos, esse material acaba despejado num aterro.

“O nosso estudo sugere que há formas de reutilizar no local a terra que sobra como resíduo, e isso pode reduzir em grande medida a pegada ambiental da construção”, afirmou Armistead.

A ciência do gelado pode ajudar a erguer paredes

Argila e areia existem praticamente em todo o lado onde as pessoas vivem. Isto dá aos construtores a oportunidade de aproveitar o que já está mesmo debaixo dos seus pés.

“A argila e a areia estão entre os materiais de construção mais abundantes na Terra”, disse Srubar. “A ciência e a engenharia que estamos a desenvolver podem ser aplicadas quase em qualquer parte do mundo.”

Este mesmo enquadramento poderá, um dia, orientar outros métodos de construção em terra, desde paredes de taipa a blocos de terra comprimida. Em breve, poderá ser possível moldar habitações mais sustentáveis a partir do próprio terreno onde se constrói.