Ny forskning: Slangeskind kan give sikrere byggerier

På trods af menneskets snilde og opfindsomhed halter vi stadig langt efter de elegante og effektive løsninger, som naturen har skabt gennem millioner af års evolution.

Sådan er det også, når det kommer til byggeriet, hvor dyr og planter eksempelvis har udviklet hhv. ekstremt effektive gravemetoder, der er langt mere energieffektive end tunnelmaskiner, og selvhelende fundamentskonstruktioner, der er usædvanligt modstandsdygtige over for erosion og jordskælv. 

Derfor lader forskere verden over sig inspirere af naturen, når det kommer til at udvikle fremtidens konstruktioner, og nu har forskere fra Aarhus Universitet og University of California Davis i samarbejde publiceret en artikel i det videnskabelige tidsskrift Acta Geotechnica, der handler om en ny måde at fundere på, inspireret af slangers skæl.

”Tidligere studier har vist, at overfladegeometri inspireret af slangeskind kan give forskellige forskydningsstyrker afhængig af forskydningsretningen. Den viden har vi taget med videre i dette projekt og undersøgt samspillet mellem forskellige jordtyper og disse slangeskinds-inspirerede overflader,” siger adjunkt Hans Henning Stutz, Institut for Byggeri og Bygningsdesign, Aarhus Universitet.

Moderne pælefundering foregår sædvanligvis ved, at man rammer, borer eller presser pæle ned i jorden for at opnå tilstrækkelig bæreevne af et bygværk.

Pælene er i dag som regel præfabrikerede med kvadratisk eller cirkulært tværsnit og en bærevne, der er isotropisk (ens i alle forskydningsretninger) på grund af overfladens primært symmetriske, glatte profil.

I undersøgelsen har forskerne imidlertid eksperimenteret med pæle, der har en overflade med asymmetriske mikrostrukturelle træk, som minder om skællene langs en slanges underside. Disse såkaldt ventrale skæl er aflange i form, relativt glatte og er i tværsnit opbygget som en aflang, retvinklet trekant.

”Ved at eksperimentere med ’skæl’ med en højde på 0,5 mm og en længde på 20-60 mm har vi opnået – i laboratoriemiljø – signifikant forøget bæreevne på pælen i de medier, vi har undersøgt, nærmere bestemt forskellige former for sand. Resultaterne i projektet viser, at pæle med dette overflademønster giver 25-50 pct. mindre modstand under installationen i forhold til den trækbelastning, de efterfølgende kan mønstre,” siger Hans Henning Stutz. 

Ifølge adjunkten er der endnu mange erfaringer at hente fra biologien, når det kommer til optimale konstruktioner og holdbare fundamenter, og han mener, at fremtidigt byggeri i langt højere grad derfor vil være inspireret af biologien.

"Evolutionen har fundet på nogle ganske inspirerende løsninger gennem tiderne, og der er meget at vinde set med geotekniske øjne. Jeg er overbevist om, at vi i fremtiden vil se en stor udvikling inden for bioinspirerede, meget effektive løsninger, især i områder som forankring, tunneler og marine konstruktioner,” siger han.

Aarhus Universitet er også involveret i andre områder af bioinspireret geoteknik, for eksempel hvordan studier af sandkastende myreløver kan hjælpe med ny indsigt i jordmekaniske egenskaber.