- Autor: José Daniel Estrada Zapata
- Fecha de elaboración: 23/08/2024.
- Fecha de publicación: 07/10/2024
Resumen
El hormigón, material de construcción predominante, suele desarrollar fisuras debido a su baja resistencia a tracción. Estas fisuras pueden permitir daños y pérdida de estanqueidad, y las reparaciones tradicionales suelen ser costosas. Una solución innovadora es el hormigón autosanable, que utiliza bacterias específicas para producir calcita que sella las fisuras y mejora la durabilidad del material. Esta tecnología, al reducir la necesidad de mantenimiento y refuerzo, promueve prácticas de construcción más sostenibles. Productos comerciales, como el “Basilisk Healing Agent”, ya están disponibles y pueden sellar fisuras de hasta 1 mm, marcando un avance importante 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.
Aparición de grietas en el hormigón. Fuente: UPM Link
Grieta parcialmente sellada por la precipitación de calcio de las bacterias. Fuente: UPM. Link.
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.
Comparativa de esfuerzos de compresión entre el concreto convencional y bioconcreto con la bacteria Bacillus sphaericu. Fuente: UAEH. Link.
Comparación de resistencia a la tracción entre concreto convencional y bioconcreto con la bacteria Bacillus sphaericus. Fuente: UAEH Link.
Integración de las bacterias al hormigón
Uno de los primeros problemas al hacer el análisis de las condiciones de sobrevida de las bacterias en el hormigón, es que el hormigón es extremadamente alcalino, con un pH que se acerca al de la lejía, una sustancia básica utilizada como desinfectante. Afortunadamente, algunas bacterias pueden sobrevivir en ambientes tan extremos. Para facilitar su crecimiento en el hormigón seco y rocoso, se utilizan métodos de bioingeniería que encapsulan las esporas bacterianas en hidrogeles. Estos hidrogeles protegen las esporas durante la mezcla y el vertido del hormigón, además de actuar como reservorios de agua que permiten la germinación de las esporas y la actividad bacteriana cuando se abren fisuras. Las limitaciones de esta técnica incluyen la necesidad de una fuente constante de nutrientes y suficiente espacio en la matriz del hormigón para que las bacterias sobrevivan. Si los poros se cierran, las bacterias pueden morir. Una vez activadas, las bacterias generan carbonato de calcio que se deposita en las grietas (figura 3).
Diagrama esquemático para la autosanación del biocemento. Fuente: MDPI. Link.
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.
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. Fuente: Dialnet. Link.
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. Un ejemplo es Basilisk, que, en colaboración con la Universidad Técnica de Delft, ha desarrollado el “Basilisk Healing Agent”, un aditivo biodegradable para hormigón que contiene microorganismos capaces de sellar fisuras de hasta 1 mm (Figura 5).
Producto Basilisk Healing Agent. Fuente: Basilisk Concret. Link de la imagen.
Conclusión
En resumen, el hormigón autorreparable mediante bacterias representa un avance significativo en la construcción, proporcionando una solución natural para el mantenimiento de estructuras. Al prevenir la expansión de fisuras y la infiltración de agua, mejora la durabilidad y prolonga la vida útil del concreto. La reducción en la necesidad de reparaciones contribuye a una menor utilización de recursos y materiales adicionales, promoviendo prácticas de construcción más sostenibles. Aunque la tecnología enfrenta desafíos en términos de costo y escalabilidad, su desarrollo continúa avanzando y podría transformar la forma en que abordamos la durabilidad y el mantenimiento en la construcción.
Referencias
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