Concreto con el toque humano: ¿Podemos crear infraestructura autorreparable?

A medida que se acerca el invierno, las carreteras, puentes, aceras y edificios de Canadá enfrentan un problema familiar: las grietas causadas por grandes fluctuaciones de temperatura. Estas grietas debilitan la infraestructura y su reparación cuesta millones cada año.

Pero ¿qué pasaría si el concreto pudiera curarse como la piel humana, manteniendo fuertes nuestras estructuras, caminos y puentes y ahorrando millones de dólares?

El hormigón es el material de construcción más utilizado, conocido por su durabilidad y bajo mantenimiento. Sin embargo, todavía es susceptible a agrietarse.

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El hormigón se produce mezclando cemento, agua, áridos y otros productos químicos que se utilizan para mejorar sus propiedades. Cuando el cemento reacciona con el agua, se forma una pasta que une todo.

Durante este proceso, los cambios de volumen, la instalación y el acabado inadecuados y posteriormente los factores ambientales pueden crear grietas. Estas grietas permiten que el agua, otros líquidos, gases y productos químicos nocivos penetren en el hormigón, comprometiendo su resistencia con el tiempo.

Este desafío ha llevado a los investigadores a explorar con entusiasmo qué se puede hacer para curar estas grietas. En nuestra investigación, exploramos cómo el hormigón autorreparable puede hacer que la infraestructura sea más duradera.

Hormigón autorreparable

Hormigón agrietado debajo de la rampa de salida de Spadina Avenue en la autopista Gardiner Freeway en Toronto. (Silvija Mihaljević)

Cuando nuestra piel se corta, es capaz de curarse por sí sola. Inspirados por esto, los investigadores comenzaron a reinventar el concreto con capacidades similares.

El hormigón tradicional es capaz de reparar pequeñas grietas cuando el agua activa el resto del cemento en un proceso conocido como curación autógena. Este proceso, sin embargo, es muy lento y se limita a grietas estrechas. Debido a que el concreto está hecho por el hombre, tiene una capacidad limitada para “curarse a sí mismo” sin un poco de ayuda adicional. Esto ha llevado a los investigadores a desarrollar lo que se llama curación autónoma.

La curación autónoma imita la naturaleza añadiendo materiales especiales como minerales, polímeros, microorganismos u otros agentes curativos al hormigón. Estos materiales reaccionan química o físicamente con el hormigón para rellenar las grietas.

El primer concepto moderno de hormigón autocongelante fue presentado por la investigadora estadounidense Carolyn M. Dry a principios de los años 90. En 2006, el microbiólogo holandés Hendrik M. Yonkers desarrolló un hormigón especial que utiliza bacterias para curar grietas.

Más tarde, Yonkers y el ingeniero civil Eric Schlangen llamaron la atención con el “biohormigón” que incorpora bacterias en forma de esporas. Cuando la humedad entra en la grieta, las esporas se activan y producen carbonato de calcio, uno de los rellenos más adecuados para el hormigón.

Este proceso, llamado deposición de calcita inducida microbiológicamente, puede curar grietas de hasta un milímetro de ancho. El proceso, sin embargo, es muy lento y depende de la presencia de calcio y humedad en el hormigón, lo que dificulta su aplicación a gran escala.

excepto las bacterias

Puente de la Confederación en Cape Jourimain, NB, en julio de 2025. PRENSA CANADIENSE/Ron Ward

Las limitaciones de la autocuración basada en bacterias han llevado a los investigadores a explorar mecanismos químicos. Estos agentes de curado reaccionarán con agua, aire, cemento o agentes de curado para rellenar rápidamente las grietas.

Los agentes curativos pueden funcionar de dos maneras: algunos usan solo un material, como el silicato de sodio. Otros, como el diciclopentadieno, requieren dos materiales. Para el tipo de dos componentes, se debe agregar la sustancia para iniciar la reacción y ambos materiales deben liberarse al mismo tiempo para reparar las grietas.

Este método químico puede reparar grietas más grandes y funciona más rápido que el enfoque basado en bacterias, pero presenta sus propios desafíos. La pregunta más importante es: ¿Cómo podemos garantizar que el agente de curado sobreviva al mezclado del hormigón y se libere sólo cuando se forma una grieta?

Para solucionar este problema, los investigadores almacenan el fármaco en medios protectores, ya sea en una red especial (llamada red vascular) o en pequeñas cápsulas. Estos medios de almacenamiento protegen el material en curación hasta que se forma una grieta. Cuando esto sucede, las cápsulas o malla se rompen para liberar el agente cicatrizante y rellenar la grieta.

Las mallas vasculares requieren un reservorio externo para suministrar el agente curativo, lo que las hace difíciles de moldear, susceptibles a daños durante el moldeo y propensas a fugas. Por lo tanto, la encapsulación se ha convertido en un enfoque prometedor.

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La encapsulación como posible solución

La encapsulación implica recubrir el agente activo con cubiertas de polímero para crear microcápsulas. A pesar de lo prometedora, esta técnica todavía enfrenta obstáculos. Los investigadores utilizan diferentes métodos para fabricar y probar cápsulas, y no existe una forma estandarizada de comparar los resultados o la efectividad de las pruebas. La conexión entre la cápsula y el hormigón circundante presenta desafíos adicionales y requiere más investigación.

En nuestro laboratorio de la Universidad McMaster, investigamos las propiedades geométricas y mecánicas óptimas de las cápsulas que sean compatibles con el hormigón circundante. Las cápsulas deben sobrevivir a las duras condiciones del mezclado del hormigón sin dejar de agrietarse tras agrietarse.

También estamos desarrollando un método de prueba estandarizado para evaluar la tasa de supervivencia de la cápsula durante la mezcla y otra prueba para evaluar la efectividad del sistema de concreto autorreparable. Y estamos investigando la viabilidad de incorporar cápsulas a base de bacterias y productos químicos para la autocuración a corto y largo plazo.

Se necesita más investigación para determinar qué método de autocuración funciona mejor: el biohormigón, el hormigón a base de productos químicos o quizás una combinación de ambos.

En última instancia, encontrar formas de integrar estas soluciones en la infraestructura beneficiará a las comunidades de todo el mundo. Las grietas en el hormigón no sólo se ven mal; provocar deterioro con el tiempo y reparaciones costosas. Por eso es tan importante el desarrollo de hormigón que sea resistente al agrietamiento o al curado.