El hormigón que va a cambiar la construcción: puede reparar edificios y carreteras en un sólo día

La industria de la construcción afronta múltiples retos y uno de los principales es el desarrollo de materiales capaces de autorrepararse. Es la mejor manera de tener estructuras más duraderas y resistentes, algo fundamental tanto en infraestructuras críticas como en los edificios. En el caso del hormigón, las investigaciones en torno a mezclas que puedan reparar sus propias grietas lleva tiempo siendo uno de los principales objetivos del Departamento de Defensa de los Estados Unidos y su agencia más experimental, DARPA.

Es lo que han dado en llamar programa BRACE (Restauración Bioinspirada de Edificios de Hormigón Envejecidos, por sus siglas en inglés), que en los próximos cuatro años y medio pretende desarrollar varios tipos de biohormigón capaces de reparase a sí mismos y eliminar los daños antes de que la integridad estructural de edificios y carreteras se vea comprometida. Sus principales ingredientes son hongos, bacterias y otros organismos vivos con propiedades especiales, encargados de que el material pueda 'curarse' en tiempo récord y sin necesidad de grandes intervenciones.

Una de las líneas de investigación que se ha sumado a la iniciativa de DARPA es la de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Drexel, en Filadelfia. Allí, el equipo dirigido por el profesor Amir Farnam está detrás del desarrollo de un compuesto llamado BioFiber. Según un estudio publicado en la revista Construction and Building Materials, se trata de unas fibras poliméricas con bacterias que no sólo actúan como refuerzos físicos, sino que además pueden funcionar como mecanismo de autocuración capaz de reparar grietas en el hormigón en sólo 24 horas.

Programa BRACE

Las investigaciones en torno al biohormigón 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 anunciaba el proyecto.

Una pared de hormigón con grietas 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 inicial.

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. 

[El hormigón que cambiará la construcción: genera electricidad y analiza los edificios]

"Sabemos que el sistema vascular desempeña un papel importante en muchas funciones biológicas esenciales de plantas y animales, desde la regulación de la temperatura hasta la lucha contra enfermedades o la cicatrización de heridas: es la infraestructura de la vida", aseguró Farnam. "Es una inspiración adecuada para desarrollar nuevos métodos de reparación y refuerzo de las numerosas estructuras de nuestro entorno construido, porque ha sido optimizada, a través de la evolución, para servir a este mismo propósito en la naturaleza".

Aunque el proyecto se centra en la conservación y reparación del hormigón utilizado en infraestructuras militares, podría dar lugar a nuevas herramientas y procesos que beneficien también a las infraestructuras civiles, como ha ocurrido otras veces con las investigaciones de DARPA.

Hormigón BioFiber

Para proteger las infraestructuras de EEUU, pero sobre todo los aeródromos, muelles y silos de misiles del Departamento de Defensa, que en muchos casos tienen hasta ocho décadas de antigüedad y no son fáciles de sustituir, los ingenieros de la Universidad de Drexel apuestan por un material propio llamado BioFiber. Sus sucesivas capas le permiten ofrecer unos resultados óptimos a la hora de reparar el hormigón: un núcleo de fibra polimérica como elemento de soporte de carga y absorción de energía, una cubierta de hidrogel de alginato cargado de endosporas (formas latentes de bacterias que resisten entornos extremos), y una capa exterior polimérica sensible a los daños.

Estas biofibras son un componente añadido a la mezcla de hormigón que le confiere mejor respuesta mecánica, pero sus propiedades únicas quedan al descubierto cuando el material se agrieta. En esos casos, cuando el agua llega a la zona dañada, el hidrogel se expande y se proyecta hacia la superficie. Mientras tanto, las bacterias latentes 'despiertan' y empiezan a alimentarse con el carbono y el calcio del hormigón. La reacción química resultante produce carbonato cálcico, un material cementante que rellena y repara las grietas por sí solo. El tiempo de curación es muy variable, pero según los experimentos de laboratorio en los mejores casos puede tardar entre 24 y 48 horas. 

El hormigón, material clave en la construcción de edificios iStock Omicrono

"Se trata de un avance apasionante para los esfuerzos en curso por mejorar los materiales de construcción inspirándonos en la naturaleza", sostiene Farnam. "Vemos cada día que nuestras envejecidas estructuras de hormigón sufren daños que reducen su vida funcional y requieren reparaciones críticas que resultan costosas. Imagínese, ¿pueden curarse solas? En nuestra piel, el tejido lo hace de forma natural a través de una estructura fibrosa multicapa impregnada de nuestro fluido autocurativo: la sangre. Estas biofibras imitan este concepto y utilizan bacterias para crear un hormigón vivo autocurativo que responde a los daños".

Según sus responsables, aún queda mucho trabajo por delante, y el principal reto consiste en "explorar las opciones de materiales y los parámetros influyentes para adaptar las propiedades de procesamiento, composición y estructura de la biofibra desarrollada", afirman en el estudio. A largo plazo, parece uno de los más firmes candidatos a liderar el programa BRACE.

También te puede interesar:

• El hormigón que cambiará la construcción: es más fuerte y duradero gracias a este popular material
• Las ingeniosas casas de cartón que cambiarán la construcción: baratas y se montan en tres días
• Las estructuras de madera que revolucionarán la construcción: edificios de cinco plantas en 10 días
• Hormigón enrollable, la revolucionaria técnica para que las casas sean más eficientes y baratas