Resumen
El hormigón es el material de construcción más utilizado en el mundo. Sin embargo, suele desarrollar fisuras debido a su baja resistencia a tracción. Estas fisuras pueden ocasionar daños estructurales y pérdida de estanqueidad. Además, las reparaciones tradicionales suelen ser costosas y complicadas.
Por ello, ha surgido una solución innovadora: el hormigón autorreparable. Este material utiliza bacterias específicas para producir calcita, que sella las fisuras y mejora la durabilidad del concreto. De esta forma, la tecnología reduce la necesidad de mantenimiento y refuerzo, promoviendo prácticas de construcción más sostenibles.
Actualmente, ya existen productos comerciales como el “Basilisk Healing Agent”, los cuales pueden sellar fisuras de hasta 1 mm y representan un importante avance hacia una construcción más ecológica.
Introducción
El hormigón es el material de construcción más utilizado en todo el mundo, conocido por su resistencia y durabilidad. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, el hormigón armado tiene una debilidad inherente: su baja resistencia a tracción, lo que lo hace susceptible a la formación de fisuras. Estas fisuras pueden permitir la entrada de agentes corrosivos, comprometer la integridad estructural y resultar en pérdidas de estanqueidad en las estructuras. Las reparaciones tradicionales pueden ser costosas y laboriosas, lo que ha llevado a la búsqueda de soluciones más eficientes y sostenibles.
Una de las innovaciones más prometedoras en este campo es el desarrollo del hormigón autosanable, que incorpora bacterias diseñadas para reparar fisuras de manera autónoma. Este avance no solo promete mejorar la durabilidad del hormigón, sino que también ofrece una solución más ecológica al reducir la necesidad de mantenimiento y materiales adicionales.
Antecedentes de la investigación
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.
Bacterias en la industria
El uso de bacterias no es nuevo y ya es común en diversas industrias. En la agroindustria, se emplean para controlar plagas y enfermedades de cultivos. En medicina, se utilizan en la producción de vacunas y antibióticos, así como en el tratamiento de aguas residuales y la generación de biogás. Dada su versatilidad, no sorprende que se estén explorando las bacterias para su uso en hormigón como agente de autosanación. Las bacterias utilizadas deben ser capaces de precipitar calcita o carbonato cálcico (CaCO3), que será el material que se depositará en las fisuras para lograr su sellado. Las investigaciones pioneras de Boquet et al. (1973) demostraron que ciertas bacterias pueden precipitar carbonato de calcio en condiciones de laboratorio, como se puede visualizar en la transición de la Figura 1 y 2. En particular, bacterias del género Bacillus, como Bacillus pasteurii y Bacillus sphaericus, son las más adecuadas para este propósito.
Figura 1. aparición de grietas en el hormigón. Tomado de: Sinergia entre materiales y microorganismos. Manzanares C. Online: https://oa.upm.es/47068/1/TFG_Martin_Manzanares_Cristina.pdf
Figura 2. Grieta parcialmente sellada por la precipitación de calcio de las bacterias. Tomado de: Sinergia entre materiales y microorganismos. Manzanares C. Online: https://oa.upm.es/47068/1/TFG_Martin_Manzanares_Cristina.pdf
Primeras aplicaciones en hormigón autorreparable
La primera aplicación práctica de estas técnicas en hormigón fue realizada por Ramachandran et al. (2001), quienes investigaron la remediación microbiológica de fisuras en hormigón. Sus estudios mostraron que los especímenes tratados con bacterias, nutrientes y arena exhiben un aumento significativo en la resistencia a compresión y rigidez en comparación con los controles.
Aunque la calcita producida biológicamente no aumenta directamente la resistencia del hormigón, sí sella las grietas y previene daños mayores al aumentar su capacidad de compresión y resistencia a la tracción (Tabla 1 y Tabla 2). Esto prolonga la vida útil del material y reduce los costos de reparación y refuerzo. De hecho, esta tecnología puede disminuir la necesidad de usar grandes cantidades de acero en las armaduras, lo que resulta en un ahorro económico considerable.
Tabla 1. Comparativa de esfuerzos de compresión entre el concreto convencional y bioconcreto con la bacteria Bacillus sphaericus (De León Echegaray et al., 2015)
Tomado de: https://repository.uaeh.edu.mx/revistas/index.php/icbi/article/view/8667/9026
Tabla 2. Comparación de resistencia a la tracción entre concreto convencional y bioconcreto con la bacteria Bacillus sphaericus (De León -Echegaray et al., 2015)
Tomado de: https://repository.uaeh.edu.mx/revistas/index.php/icbi/article/view/8667/9026
Integración de las bacterias al hormigón
Uno de los principales desafíos para incorporar bacterias en el hormigón es el alto nivel de alcalinidad del material. Su pH se acerca al de la lejía, una sustancia altamente básica que actúa como desinfectante.
Afortunadamente, algunas bacterias son capaces de sobrevivir en estos ambientes extremos. Para facilitar su crecimiento dentro del hormigón seco y rocoso, se emplean técnicas de bioingeniería que encapsulan las esporas bacterianas en hidrogeles.
Estos hidrogeles cumplen dos funciones importantes: protegen las esporas durante la mezcla y el vertido del hormigón, y actúan como reservorios de agua. De esta forma, permiten la germinación y activación de las bacterias cuando aparecen fisuras.
Sin embargo, esta tecnología presenta limitaciones. Requiere una fuente constante de nutrientes y suficiente espacio en la matriz del hormigón. Si los poros se cierran, las bacterias pueden morir. Una vez activadas, generan carbonato de calcio que sella las grietas (figura 3).
Figura 3. Diagrama esquemático para la autocuración del biocemento. MICP (Precipitación de carbonato de calcio inducida por microbios). Tomado de: https://www.mdpi.com/1996-1944/13/21/4993
Desarrollo actual del hormigón autorreparable
Uno de los ejemplos más destacados de este tipo de construcción se encuentra aplicado en el recubrimiento de un canal de irrigación en la provincia de Tungurahua, en Ecuador en el año 2014. Seis meses después del colado de este hormigón, durante una inspección en el sitio, no se registró ninguna evidencia de deterioro o agrietamiento (figura 4). En el laboratorio, muestras de este tipo de hormigón fueron agrietadas y luego de seis semanas expuestas al agua, las grietas se sellaron con depósitos con base de calcio. Debido al éxito de la aplicación del hormigón autorreparable, tanto los agricultores como las autoridades locales y los investigadores de la Universidad Católica de Santiago de Guayaquil (Ecuador) y de la Universidad Tecnológica de Delft (Holanda), esperan poder continuar aplicando este nuevo material en beneficio de la infraestructura y la comunidad.
Figura 4. Seis meses después de la construcción del hormigón autorreparable en Ecuador, el flujo de agua en el canal no ha afectado la integridad de los tramos construidos. Tomado de: Hormigón autoRreparable con bacterias y reforzado con fibras naturales. Sierra G et al. Online: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=6200507
Los avances en esta tecnología han sido tan prometedores que varios grupos de investigación han comenzado a comercializar productos con microorganismos para inducir la autoreparación. Por ejemplo, Basilisk, en colaboración con la Universidad Técnica de Delft, ha desarrollado el “Basilisk Healing Agent”. Este aditivo biodegradable para hormigón contiene microorganismos capaces de sellar fisuras de hasta 1 mm (Figura 5). De esta manera, se facilita la aplicación práctica del hormigón autorreparable en proyectos reales.
Figura 5. Producto Basilisk Healing Agent (Basilisk Self-Healing Concrete, 2021). Tomado de: Basilisk. Online: https://basiliskconcrete.com/en/
Conclusión
En resumen, el hormigón autorreparable mediante bacterias representa un avance significativo en la construcción. Esta tecnología ofrece una solución natural y efectiva para el mantenimiento de estructuras. Al prevenir la expansión de fisuras y la infiltración de agua, mejora notablemente la durabilidad del material y prolonga su vida útil.
Además, la reducción en la necesidad de reparaciones contribuye a un menor consumo de recursos y materiales. De esta manera, promueve prácticas de construcción más sostenibles. Aunque la tecnología aún enfrenta desafíos importantes en cuanto a costo y escalabilidad, su desarrollo sigue avanzando de forma constante. Por lo tanto, podría transformar la forma en que abordamos la durabilidad y el mantenimiento en la construcción moderna.
Leer también: Contribución ciudadana a la sostenibilidad de la construcción: reutilización y reciclaje
Referencias
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Autor: José Daniel Estrada Zapata
Fecha de elaboración: 23/08/2024
Fecha de publicación: 07/10/2024
Categoría para la web: Investigaciones
