El hormigón que cambiará la construcción: repara las grietas en edificios y carreteras por sí mismo

Cada año se producen en todo el mundo más de 4.000 millones de toneladas de hormigón, el material más utilizado en la construcción. Eso representa cerca del 8% de las emisiones mundiales de CO2 y el 9% de las extracciones de agua industrial a nivel internacional. En los últimos años, la investigación en torno a este material, que se utiliza en España desde los tiempos del Imperio romano, ha llevado a desarrollar desde mezclas capaces de generar electricidad y analizar los edificios hasta sistemas inflables para construir casas en menos de una hora. Pero sigue teniendo el mismo problema: puede agrietarse fácilmente cuando se somete a una tensión prolongada.

El tráfico constante de una carretera provoca grietas y baches, igual que una mala cimentación generará peligrosas fisuras en la estructura de un edificio. Frente a ello, las soluciones son caras y no siempre funcionan, y por eso se hacen necesarias técnicas como la bioconstrucción, que fusiona la biología y la ciencia de materiales para lograr efectos de lo más sorprendente.

Es lo que busca DARPA, la agencia responsable de las investigaciones más punteras del Pentágono, como este revolucionario avión invisible a los radares, a través del programa BRACE (siglas en inglés de Restauración Bioinspirada de Edificios de Hormigón Envejecidos). A través de esta iniciativa, el Departamento de Defensa de EEUU pretende desarrollar un bio-hormigón capaz de reparase a sí mismo y eliminar los daños antes de que se extiendan o de que la integridad estructural se vea comprometida. Y lo hará gracias a hongos, bacterias y otros organismos con propiedades especiales, encargados de que el material pueda 'curarse' a sí mismo. 

Cómo funciona

Las investigaciones en torno al bio-hormigón y otros materiales de construcción inspirados en la biología no son nuevas, pero un proyecto de esta envergadura puede suponer un considerable avance para mejorar sus propiedades y abaratar su coste, haciendo posible la fabricación a gran escala.

"La hipótesis central de BRACE es que el hormigón puede dotarse de las capacidades de autorreparación típicas de los organismos vivos, inspirándose en los sistemas vasculares de los seres humanos y en las vastas redes de hongos filamentosos que pueden abarcar hectáreas de terreno a una escala similar a la de los edificios de hormigón", señala DARPA en el comunicado de prensa que anuncia el proyecto.

Un operario revisando el asfaltado de una calle iStock Omicrono

Lo que se busca es un enlace capaz de activar esas propiedades autorreparadoras donde hagan falta y no únicamente en las áreas externas del material. "Tales sistemas podrían proporcionar una red de transporte para la curación dentro de las profundidades del material para reparar grietas antes de que lleguen a la superficie y que puedan causar fallos", prosigue el informe.

En última instancia, esa incorporación de organismos biológicos lo que pretende es desarrollar un hormigón con una suerte de sistema circulatorio, encargado de trasladar los elementos necesarios para la 'cicatrización' al lugar donde sea necesario, como hacen los glóbulos blancos cuando nos hacemos una herida. Otro de los objetivos del proyecto es que también pueda servir para diagnosticar por qué el hormigón se deteriora. En otras palabras, encontrar la raíz del problema para dar con la mejor solución posible.

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Dentro de BRACE caben distintos enfoques, desde los basados en hongos y bacterias, que por sus peculiaridades pueden ser idóneos para esta tarea, hasta otros inspirados en enzimas, las proteínas complejas que producen un cambio químico específico en todas las partes de un organismo. Los responsables del proyecto tampoco descartan el uso de materiales similares a la cerámica con cualidades autoreparadoras desarrollados en los últimos años.

Así, estas soluciones podrían servir de base para nuevas edificaciones o carreteras, pero sobre todo 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", asegura Matthew Pava, director del proyecto, en declaraciones a Popular Mechanics.

Baches en una carretera iStock Omicrono

Para lograr su objetivo, está previsto que la investigación en torno a BRACE, que se desarrollará a lo largo de los próximos 4 años y medio, se centre en dos ámbitos: uno estratégico, para estructuras grandes y permanentes, como los silos de misiles nucleares, y otro táctico, para la reparación de estructuras temporales, como los aeródromos utilizados en misiones expedicionarias.

Eso no impide que los materiales desarrollados a partir de esta iniciativa den luego el salto del entorno militar al civil, como tantas otras tecnologías desarrolladas por DARPA, y puedan ayudar a solventar los socavones en autopistas y carreteras o sirvan para construir casas más duraderas y resistentes.

Otros proyectos

Los primeros experimentos con bio-hormigón se llevan realizando desde principios de los años 2000. Desde entonces, investigadores de todo el mundo han tratado de encontrar soluciones que permitan que este material clave en la construcción tenga cualidades autocurativas.

Es el caso del microbiólogo Henk Jonkers, de la Universidad Técnica de Delft (Países Bajos), que en 2015 presentó el primer bio-hormigón que incorporaba bacterias capaces de precipitar calcita en la mezcla.

El hormigón autorreparable fabricado con precipitación mineral bacteriana Henk Jonkers Omicrono

El pH del hormigón es muy alto, lo que hace muy difícil que cualquier organismo sobreviva en la mezcla. No es el caso de las bacterias alcalifílicas que, mezcladas en una pasta de cemento, han demostrado cómo sus esporas siguen siendo viables y pueden ayudar a reparar las partes agrietadas o comprometidas estructuralmente.  

Este tipo de hormigón bacteriano puede suponer un ahorro sustancial, sobre todo a la hora de sustituir el hormigón reforzado con acero. Su principal cometido será el de construir retenes subterráneos para residuos peligrosos, por ejemplo, dada la peligrosidad que puede tener para cualquier persona acercarse al lugar para llevar a cabo reparaciones. 

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La investigación continúa, y Jonkers y su equipo están centrados en conseguir las condiciones adecuadas para optimizar la producción de calcita de las bacterias y la distribución de alimento para que estas puedan seguir vivas pese al paso del tiempo. El estudio se centra también en cómo afecta a este tipo de hormigón biológico los distintos mecanismos de deterioro, como las fluctuaciones de temperatura.

Otra investigación más reciente, en este caso de la Universidad de Minnesota, se centra en otro tipo de bacteria, llamada bacillus subtilis. Es un microorganismo que suele encontrarse en el subsuelo y se reproduce por endosporas, que permanecen inactivas durante los periodos de sequía. 

Utilizando técnicas genéticas, los científicos emparejaron estas bacterias con sílice para crear un material semitranslúcido de gran dureza. Después, realizaron fracturas en el material y añadieron nutrientes para activar las endoesporas, que se encargaron de reparar las partes dañadas. 

Ese fue el punto de partida, y ahora el equipo de Minnesota investiga con distintos tipos de bacterias para la fabricación de revestimientos, yesos y hormigón capaces de autorepararse. En su caso, lo que buscan son materiales ecológicos que ofrezcan una gran durabilidad y una menor huella de carbono, además de posibles aplicaciones más allá de la construcción, por ejemplo, en el campo de la biomedicina.

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