Ciò che non ci uccide ci rende più forti, secondo il filosofo Friedrich Nietzsche. Chi avrebbe mai pensato che una nozione simile potesse essere applicata ai materiali?

"La ragione per cui il cemento è così forte è perché è così debole, "dice il professor Alex Hansen, capo di PoreLab, un Centro di eccellenza per la ricerca eccezionale presso l'Università norvegese della scienza e della tecnologia (NTNU) e l'Università di Oslo (UiO).

I ricercatori di PoreLab lavorano principalmente con materiali porosi come cemento, e nel loro mondo, questo genere di cose può succedere. Tra l'altro, i ricercatori considerano cosa succede nei materiali sottoposti a stress, e alcune delle loro scoperte sono un po' inaspettate.

Come mai, Per esempio, il concreto funziona in questo modo? Il calcestruzzo sembra compatto, ma in realtà è pieno di piccoli buchi. Questi fori rendono il materiale più forte. Il professor Hansen inizia con le basi:

"Quando hai una crepa nel parabrezza della tua auto, puoi impedire a quella crepa di diffondersi praticando un buco in essa, " dice. Una crepa non trattata ha un'alta concentrazione di forza sulla punta della crepa. Se si pratica un foro in questo punto, la forza si diffonde invece intorno al foro e diminuisce la pressione sul vetro.

Qualcosa di simile avviene nel calcestruzzo poroso. Se c'è una crepa nel cemento, la forza viene distribuita in tutto il materiale a causa di tutti i fori. La gente conosce questi meccanismi di forza almeno dal Medioevo. I costruttori della fortezza Kristiansten a Trondheim nel 17° secolo hanno messo i resti di animali morti nel materiale. Mentre gli animali marcivano ed emettevano gas, rendevano il materiale poroso e quindi più resistente.

Ma questo non spiega perché i materiali possano diventare ancora più resistenti sotto sforzo. L'idea va contro l'intuizione:il materiale non dovrebbe invece indebolirsi? Cosa sta succedendo?

Il dottorando Jonas Tøgersen Kjellstadli del Dipartimento di Fisica della NTNU può spiegare il processo. Ha collaborato con Hansen, ricercatore Srutarshi Pradhan e Ph.D. candidato Eivind Bering, anche lui dello stesso dipartimento, nello studio del fenomeno. "Le parti forti del materiale circondano le parti deboli e le proteggono, " dice Kjellstadli.

Un materiale come il cemento non è ugualmente resistente ovunque, anche se può sembrare. Un materiale apparentemente uniforme presenta zone deboli e zone forti. Queste zone sono sparse casualmente in essa.

Nei modelli informatici utilizzati da Kjellstadli, le zone forti sono sparse nel materiale. Proteggono le zone deboli quando le fibre sono sottoposte a stress. Ciò accade a un livello così forte che il materiale si stabilizza e diventa meno vulnerabile a tali sollecitazioni.

Questo effetto si applica solo dove le zone forti e deboli sono distribuite in modo non uniforme in tutto il materiale. E si applica solo fino a una certa soglia. Il materiale viene costantemente sollecitato a una soglia massima o un'altra, dove la forza di una sollecitazione non può più essere assorbita. Presto o tardi, il materiale allora fallirà catastroficamente e improvvisamente.

I ricercatori immaginano possibili applicazioni, anche. E se potessi usare questa conoscenza di base per prevedere quando un materiale si romperà? Quando lo stress diventa finalmente troppo? "Utilizziamo gli stessi modelli di computer di quando osserviamo che i materiali sono rinforzati dal carico di stress, "dice Hansen.

A tale, aggiungono esperimenti pratici, continuando fino a quando il carico di stress diventa troppo grande per il materiale.

Hansen è interessato a questo argomento dal 2000, quando ha sentito parlare di miniere in Sud Africa che sarebbero crollate all'improvviso. La comprensione di questi stessi principi potrebbe un giorno essere utilizzata come aiuto durante la costruzione del tunnel, o per prevedere i terremoti. Queste idee sono ancora speculative, e le loro applicazioni si trovano in un futuro alquanto lontano. Ma le ambizioni dei ricercatori sono alte.

"Stiamo lavorando per elaborare un modello generale per quando si verifica un guasto catastrofico, dice Hansen.

Se questo obiettivo è anche possibile, non lo sanno ancora, ma questo è esattamente il tipo di ricerca ad alto rischio che PoreLab è stato incaricato di svolgere. I potenziali guadagni sono enormi se ci riescono.

"Nei nostri modelli di computer, stiamo osservando che l'energia elastica del materiale raggiunge un picco appena prima di cedere, ", afferma Pradhan, ricercatore di PoreLab. Ha lavorato specificamente sulla previsione di quando un materiale si romperà da quando ha iniziato a studiare con il professor Bikas K. Chakrabarti presso l'Istituto di fisica nucleare Saha a Calcutta, India nel 2000. "Crediamo che questo abbia il potenziale per espandersi in situazioni reali, " dice Pradan.

Forse il loro obiettivo non è impossibile, dopotutto.