Últimamente he visto en varios medios, la afirmación de que la tela de araña es mucho más resistente que el acero. Hasta más de 5 veces he llegado a leer…
Más de un artículo hay por ahí donde se afirma que una tela de araña con hilos del grosor de un lápiz podría ser capaz de parar de golpe a un avión a reacción como un Boeing 747 o que la escena de la película de Spiderman donde el héroe es capaz de parar con su tela un tren descontrolado es totalmente plausible.
Pues bien, ya que estamos en un blog que se dedica a las estructuras y la resistencia de materiales, en este post me he propuesto a responder a la pregunta: ¿Qué hay de verdad en lo que dicen sobre la tela de araña y sus bondades frente al acero?
Las arañas más evolucionadas han desarrollado la capacidad de producir diferentes tipos de seda. Estas sedas las secretan en diferentes glándulas y sus propiedades mecánicas difieren unas de otras. Investigando un poco, descubro que la seda de araña más resistente es la secretada en la glándula “ampulácea mayor”. Esta tiene normalmente módulos de elasticidad de entre 3 y 10 GPa, límite elástico entre 200-800 MPa en el entorno al 3-5% de deformación y la resistencia a la tracción máxima entre 600 y 1500 MPa. Es decir, que su diagrama tensión deformación es más o menos el siguiente:
Bueno, ahora no estaría mal comparar dicha gráfica con el diagrama tensión deformación de un acero. En principio veamos el acero de alta resistencia más utilizado en hormigón pretensado, el Y1860, que para nada es el más resistente (los hay de mucha mayor resistencia):
Y ahora superpongamos el diagrama de la seda de araña y el del acero de alta resistencia que usamos para el hormigón pretensado:
Como vemos, no parece que la seda de araña presente ninguna ventaja resistente a priori. Los dos materiales, acero y seda de araña tienen resistencias a tracción parecidas (incluso este acero es un poco mayor) y por tanto podemos decir que una barra de 1 cm2 de acero y un cable de 1 cm2 de seda de araña soportarán la misma carga, mas o menos 170KN (17 Toneladas).
Entonces ¿de dónde viene tanto alboroto con la tela de araña? Pues probablemente el bombo que se le da sea por que su densidad es de 1,30 g/cm³ mientras que en el acero es de 7,85 g/cm³ y si hablamos en cantidad de material la cosa cambia. Es decir, que mientras que una barra de acero de 1 cm² de sección pesa 785 g/ml la misma barra de seda de araña pesará 130 g/ml, que es lo mismo que decir que con 6 veces menos masa, aguanto más o menos lo mismo.
Es aquí donde esta el error: no es que la tela de araña sea 6 veces mas resistente, si no que necesitas 6 veces menos masa para aguantar lo mismo que el acero, que, obviamente, no es lo mismo.
Por tanto, resistencia, resistencia… es ambos casos es la misma. Vamos, que si te imaginabas que con una fibra superfina de seda de araña podías soportar grandes pesos… olvídate. No harías más que lo que pudieras hacer con el acero. Eso si, una estructura pesara seis veces menos que la otra.
Sin embargo, de lo que no se suele hablar tanto es de la capacidad de deformación de la seda de araña frente al acero. Si veis en las gráficas anteriores, la deformación hasta rotura de la seda de araña es de hasta del 35% frente del 5% del acero. ¡Esta propiedad si que es interesante! Se llama Tenacidad: energía de deformación total que puede absorber o acumular un material antes de alcanzar la rotura.
Existen algunas variaciones del valor de la tenacidad en la seda de araña según la especie de la araña y de la glándula que la secreta. Por ejemplo, desde 138 MJ m-3 para la seda ampulácea mayor de Deinopis espinosa hasta 164 MJ m-3 para la de Hyptiotes cavatus. Para la seda flageliforme (más deformable pero menos resistente) los valores oscilan entre 92 MJ m-3 y 206 MJ m-3, respectivamente. Para destacar la importancia de estos valores merece la pena compararlos con el acero: 6 MJ m-3. ¡Mas de 30 veces mayor!
Ahora se puede entender algo mejor eso de que una tela de araña de mismo grosor que un lápiz pueda parar un Boing 747 o un tren descontralado.
En este caso, la seda se deformaría enormemente disipando la energía del Boing o del tren parandolos “suavemente”.
Si lo hiciéramos con una tela de acero del mismo grosor, seguramente tendríamos que recoger el tren o el jet a trocitos. Una buena descripción gráfica de lo que quiero decir:
Ya solo por curiosidad, os dejo las siguientes figuras de la wikipedia donde se indican los diferente tipos de tela de araña, las glándulas que las secretan, las distintas funciones “estructurales” para la cual las araña la utiliza y sus gráficas tensión deformación:
Espero que os haya resultado interesante.
Visto en: www.estructurando.net