Las 4.000 millones de toneladas de hormigón que se producen cada año lo convierten en el material más utilizado en la construcción y en el segundo más consumido a nivel mundial después del agua. Su producción representa entre el 8 y el 10% de las emisiones totales de CO2, directamente relacionadas con el cambio climático y el efecto invernadero. Por eso, científicos e ingenieros de todo el mundo, España incluida, buscan nuevas mezclas que lo hagan más duradero y permitan dotarlo de propiedades sorprendentes, como la autorreparación o la generación de electricidad. 

A pesar de todos estos avances, uno de sus mayores puntos débiles sigue sin solucionarse: puede agrietarse fácilmente cuando se somete a una tensión prolongada. Por eso, un equipo de la Universidad Estatal de Michigan (MSU) en East Lansing (EEUU) lleva años trabajando en el desarrollo de un nuevo tipo de hormigón con una gran flexibilidad, capaz de autorregenerarse y de producir calor. Su principal objetivo es aplicarlo en el asfalto de las carreteras, para facilitar su conservación en lugares donde son habituales las bajas temperaturas, la nieve y el hielo, pero sus propiedades también pueden aprovecharse en el sector de la construcción.

"Esto podría revolucionar la industria del hormigón y nuestra infraestructura", aseguró en un comunicado de prensa Qingxu 'Bill' Jin, profesor asistente en la Facultad de Ingeniería de la MSU. "Esta tecnología también podría ser una solución para comunidades desatendidas o rurales con acceso limitado a opciones de retirada de nieve y hielo, proporcionando una solución más segura y sostenible durante los meses de invierno".

Carreteras que se reparan solas

Si hay dos elementos que afectan gravemente a la conducción en cualquier carretera esos son el hielo y la nieve. Un problema que se repite cada año en decenas de carreteras españolas durante los meses de invierno y para el que las soluciones más habituales son las cadenas para mejorar el agarre, la distribución de sal para derretir la capa superficial de hielo y la eliminación mecánica con quitanieves.

Es algo indispensable, ya que cuando la superficie de la carretera está cubierta de hielo, el coeficiente de adherencia entre el neumático y el pavimento se reduce a cifras entre el 12,5% y el 25%, lo que implica un aumento considerable de la probabilidad de accidentes. En los últimos años se han probado todo tipo de soluciones alternativas para evitar la formación de hielo en las carreteras, como tecnologías de calentamiento interno o externo, modificaciones físicas de la superficie del pavimento, recubrimientos de polímero anti hielo de alta fricción o aditivos para que no se congelen. 

En este caso, los investigadores de la MSU han optado por mejorar el hormigón utilizado para asfaltar las carreteras, un material elegido por su alta resistencia y durabilidad. Sin embargo, el cloruro de la sal utilizada en invierno para derretir el hielo daña el hormigón, que también se resiente de los ciclos de congelación y descongelación y por el frecuente paso de las máquinas quitanieves.

El equipo liderado por Bill Jin desarrolló una nueva fórmula patentada, de la que no han revelado apenas ningún detalle, para fabricar un hormigón que sirva como capa protectora sobre el pavimento. Este sistema "puede reducir o incluso eliminar la necesidad de utilizar sal para deshielo", explica el profesor. "Debido a los recientes cambios climáticos, que provocan condiciones climatológicas más extremas, necesitábamos idear formas innovadoras de eliminar el hielo de las carreteras".

Una de sus características fundamentales es su capacidad para almacenar energía en forma de calor, superior a la de los materiales convencionales. En el momento en el que la temperatura del aire desciende y se acerca a los 0 ºC, este hormigón es capaz de liberar la energía, lo que impide que se forme el hielo en su superficie y facilita la retirada de la nieve.

Para soportar el peso y la tensión del tráfico frecuente de coches y camiones, el nuevo material debía demostrar también una flexibilidad por encima de la media. Para comprobar si habían alcanzado los objetivos previstos, Xiaoqiang 'Antonio' Ni, estudiante de posgrado en la MSU, llevó a cabo una serie de tests tanto en laboratorio como en entornos reales.

"Con nuestras pruebas, descubrimos que una capa de este hormigón de un par de centímetros de grosor sería suficiente para proteger el hormigón subyacente y mantener sus propiedades de calentamiento y autorreparación", explicó Ni.

Efectivamente, la última de las cualidades del hormigón desarrollado por estos ingenieros tiene que ver con su capacidad para 'curarse' por sí mismo sin necesidad de aplicar ningún producto ni realizar complejas intervenciones. Jin lo compara con la respuesta del cuerpo humano a una herida: "grietas tan finas como un cabello humano pueden repararse solas, es como cuando tienes un corte de papel en el dedo".

Proyectos militares

Las investigaciones en torno a nuevas mezclas de hormigón son tan ambiciosas que hasta el Pentágono lleva tiempo invirtiendo en ello por medio de DARPA, la agencia responsable de las investigaciones más punteras del Departamento de Defensa de EEUU. 

A través del programa BRACE (siglas en inglés de Restauración Bioinspirada de Edificios de Hormigón Envejecidos), pretende desarrollar un biohormigón 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 autorrepararse.

"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.

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 las causas del deterioro del hormigón. En otras palabras, encontrar la raíz del problema para dar con la mejor solución posible.