Bio-hormigón: Un futuro más verde y resiliente para la construcción

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01 Marzo 2024 Central Interactiva
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El hormigón, material omnipresente en el panorama constructivo global, se destaca por su robustez y durabilidad; sin embargo, su susceptibilidad a la fisuración por diversos factores, como condiciones climáticas adversas, tensiones térmicas o sobrecargas, representa un riesgo para la seguridad estructural.

El elevado costo de mantenimiento y reparación de estas estructuras ha impulsado la búsqueda de soluciones innovadoras. En este contexto, surge el hormigón autorreparable, una alternativa con un enorme potencial para revolucionar la industria.

Su capacidad de autoregeneración no solo extiende significativamente la vida útil del material, sino que también lo convierte en un aliado de la construcción sostenible, al reducir la necesidad de intervenciones y el consumo de recursos.

El BioConcrete (BioHormigón), desarrollado en la Universidad Técnica de Delft (Países Bajos), es un ejemplo notable de esta tecnología. Su proceso de fabricación incorpora un paso adicional: la adición de cápsulas con esporas de bacterias y lactato de calcio; estos elementos permanecen inertes hasta que se produce una fisura en el hormigón, en ese momento, las bacterias se activan, metabolizando el lactato de calcio y generando caliza, que sella la grieta de forma natural.

El desarrollo del BioConcrete supuso un desafío mayúsculo, ya que requería la selección de bacterias capaces de sobrevivir en el ambiente alcalino y seco del hormigón. A su vez, era necesario garantizar su activación precisa y la producción eficiente del material reparador.

Las ventajas del hormigón autorreparable son evidentes:

  • Mayor durabilidad: Reduce la necesidad de intervenciones de mantenimiento y reparación, extendiendo la vida útil de las estructuras.
  • Seguridad estructural: Minimiza el riesgo de colapsos y daños por fisuración.
  • Sostenibilidad: Disminuye el consumo de recursos y la generación de residuos, contribuyendo a una construcción más responsable con el medio ambiente.
  • Eficiencia económica: Reduce los costos asociados a la reparación y mantenimiento de estructuras.

BRACE: Un proyecto innovador para revolucionar el hormigón

El proyecto BRACE, liderado por DARPA, la agencia de investigación del Pentágono, busca desarrollar un bio-hormigón con propiedades autorreparadoras, inspirado en sistemas biológicos como los vasos sanguíneos y las redes fúngicas. El objetivo principal reside en la creación de un enlace que active las propiedades autorreparadoras del material en cualquier punto, no solo en la superficie. Esto se lograría mediante una red de transporte interna que distribuya los agentes curativos a las zonas afectadas.

El proyecto busca emular el sistema circulatorio de los seres vivos, con un flujo constante de elementos necesarios para la cicatrización; de este modo, las grietas se repararían antes de que alcancen la superficie y provoquen daños mayores.

Un segundo objetivo es desarrollar un sistema de diagnóstico que determine las causas del deterioro del hormigón; esto permitirá identificar la raíz del problema y aplicar la solución más efectiva.

El proyecto BRACE contempla diversos enfoques para la creación de un hormigón autorreparable, destacan: 

  • Uso de hongos y bacterias: Estos organismos poseen características idóneas para la autorreparación, como la capacidad de producir biomateriales y colonizar ambientes hostiles.
  • Implementación de enzimas: Las enzimas son proteínas complejas que actúan como catalizadores, acelerando reacciones químicas específicas en el hormigón.
  • Incorporación de materiales cerámicos: Materiales como la cerámica han demostrado tener propiedades autoreparadoras que podrían ser aprovechadas en el proyecto.

Las soluciones desarrolladas en BRACE podrían tener un impacto significativo en la industria de la construcción, tanto en nuevas edificaciones y carreteras, como en la reparación de estructuras existentes. Matthew Pava, director del proyecto, destaca la posibilidad de utilizar estas soluciones para "insertarlas en las grietas y huecos del hormigón envejecido para iniciar la reparación, y luego permanecer presente para curar las grietas adicionales que surjan con el tiempo".

Para alcanzar sus objetivos, el proyecto BRACE se enfocará en dos áreas de investigación durante los próximos 4 años y medio. Durante una primera fase, se centrará en el desarrollo de un hormigón autorreparable para estructuras grandes y permanentes, como silos de misiles nucleares; esta línea de investigación busca soluciones con una vida útil extensa y alta resistencia. En una segunda, se orientará a la creación de materiales para la reparación de estructuras temporales, como aeródromos utilizados en misiones expedicionarias; la prioridad en este caso será la rapidez de aplicación y la eficacia en la reparación.

Sin embargo, las aplicaciones de BRACE no se limitan al ámbito militar; se espera que los materiales y tecnologías desarrollados puedan ser transferidos al sector civil, como ha sucedido con otras innovaciones de DARPA. Entre las aplicaciones civiles potenciales se encuentran:

  • Reparación de carreteras y autopistas: El hormigón autorreparable podría ser utilizado para solucionar de forma eficiente y duradera los problemas de socavones y otras deficiencias en el pavimento.
  • Construcción de viviendas: La implementación de este material en la construcción de casas permitiría mejorar su resistencia a fenómenos naturales y al desgaste del tiempo, aumentando la seguridad y la vida útil de las estructuras.

Otros proyectos en el desarrollo del bio-hormigón: Una mirada al pasado y presente

Los primeros pasos en la búsqueda del hormigón autocurativo se remontan a principios de la década del 2000; desde entonces, investigadores de todo el mundo han dedicado sus esfuerzos a desarrollar soluciones que doten a este material clave en la construcción de cualidades autorreparadoras.

Un hito importante en este camino fue el trabajo del microbiólogo Henk Jonkers de la Universidad Técnica de Delft en Países Bajos. En 2015, presentó el primer bio-hormigón que incorporaba bacterias con la capacidad de precipitar calcita en la mezcla; esta innovación marcó un antes y un después en el campo, impulsando nuevas investigaciones y desarrollos.

El hormigón tradicional presenta un pH elevado, lo que limita la supervivencia de la mayoría de los organismos en su mezcla; sin embargo, las bacterias alcalifílicas prosperan en este ambiente alcalino, abriendo la puerta a una nueva generación de hormigón bacteriano con propiedades sorprendentes.

¿Cómo funciona?

Las esporas de estas bacterias se mezclan en la pasta de cemento. Cuando el hormigón se agrieta o sufre daños estructurales, las esporas germinan y las bacterias liberan sustancias que precipitan carbonato de calcio; este proceso rellena las grietas, reparando el hormigón de forma natural.

Las investigaciones de Henk Jonkers y su equipo en la Universidad Técnica de Delft no se detienen. Se centran en optimizar la producción de calcita por las bacterias y la distribución de su alimento para que estas puedan sobrevivir al paso del tiempo; además, estudian cómo los distintos mecanismos de deterioro, como las fluctuaciones de temperatura, afectan a este tipo de hormigón biológico.

Otra investigación reciente, de la Universidad de Minnesota, se centra en la bacteria bacillus subtilis, un microorganismo que se encuentra en el subsuelo y se reproduce por endosporas, que permanecen inactivas durante periodos de sequía.

Los científicos de Minnesota utilizaron técnicas genéticas para emparejar estas bacterias con sílice, creando un material semi-translucido de gran dureza. Tras realizar fracturas en el material y añadir nutrientes, las endosporas se activaron y repararon las partes dañadas.

Este fue el punto de partida, y ahora el equipo investiga con distintos tipos de bacterias para la fabricación de revestimientos, yesos y hormigón capaces de autorrepararse. Buscan materiales ecológicos que ofrezcan una gran durabilidad y una menor huella de carbono, con posibles aplicaciones más allá de la construcción, como en el campo de la biomedicina.

En resumen, la investigación en bio-hormigón continúa avanzando a pasos agigantados, con el objetivo de crear materiales más duraderos, sostenibles y con aplicaciones en diversos sectores. En palabras de Kevin Paine, profesor de materiales de infraestructura en la Universidad de Bath, “el hormigón autorreparable se volverá omnipresente en determinadas aplicaciones, la gente probablemente dejará de hablar de ello como si fuera hormigón autocurativo. Simplemente se convertirá en concreto que tiene una cierta mezcla, se convertirá en un estándar”.

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