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Martes, 26 julio 2016
Ciencia de los Materiales

Hacia un hormigón más duradero y menos problemático para el medio ambiente

Se ha conseguido profundizar de manera decisiva en la naturaleza y la conducta de las fuerzas a escala nanométrica que controlan cómo las partículas se agrupan durante la formación de la “pasta” de cemento, el material que cohesiona el hormigón y que causa que este omnipresente material de construcción sea una fuente principal de emisiones de gases de efecto invernadero. Controlando esas fuerzas, los investigadores podrán ahora modificar la microestructura de la pasta de cemento endurecida, reduciendo los poros y otras fuentes de debilidad para hacer al hormigón más duro, más rígido, más resistente a las fracturas y más duradero.

 

Los resultados de las simulaciones de los investigadores explican mediciones experimentales que han confundido a los observadores durante décadas, y podrían indicar el camino a seguir hacia otras mejoras, como añadir polímeros para llenar los poros, o reciclar el hormigón desechado dándole la forma de material aglutinante y reduciendo así la necesidad de producir nuevo cemento.

 

Cada año, se fabrican aproximadamente 1,75 metros cúbicos de hormigón por cada persona del mundo, generando en el proceso más del 10 por ciento de todas las emisiones industriales de dióxido de carbono (CO2). Las nuevas construcciones y las reparaciones de infraestructuras ya existentes requieren actualmente enormes cantidades de hormigón, y se prevé que el consumo aumente de manera notable en el futuro. La emigración desde el campo a la ciudad en los próximos 30 años acarreará tener que construir el equivalente a varios cientos de ciudades como Nueva York. Así lo estima Roland Pellenq, investigador en el Departamento de Ingeniería Civil y Medioambiental (CEE) del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, y director de investigaciones en el Centro Nacional francés de Investigación Científica (CNRS). “No existe aparte del hormigón ningún otro material con el que se pueda realizar ese trabajo” afirma categóricamente.

 

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A fin de validar su modelo de agrupamiento de partículas durante la formación de hidrato de cemento, los investigadores llevaron a cabo experimentos de laboratorio sobre muestras de cemento preparadas con proporciones diferentes de agua y de polvo de cemento, para alcanzar fracciones de cohesionado cuidadosamente controladas. Las pruebas de nanoindentación miden la dureza y la rigidez, y las pruebas de dispersión de neutrones a bajo ángulo determinan la distribución de partículas y poros dentro de la muestra. (Foto: Stuart Darsch)

 

Reconociendo la crítica necesidad de hormigón, Pellenq y su colega Franz-Josef Ulm, profesor del CEE y director del CSHub (Concrete Sustainability Hub) en el MIT, han estado trabajando en reducir sus efectos perjudiciales sobre el medio ambiente. Su objetivo: encontrar formas de hacer más eficiente al hormigón. “Si podemos hacer más fuerte al hormigón, necesitaremos emplear menos cantidad de él en nuestras estructuras”, resume Ulm. “Y si podemos hacerlo más duradero, pasará más tiempo antes de que necesite ser reemplazado”.

 

Sorprendentemente, si bien el hormigón ha sido un material de construcción esencial durante 2.000 años, las mejoras en él han procedido principalmente de técnicas tradicionales de prueba y error, más que de investigación rigurosa. Como resultado de ello, se entienden escasamente los factores que regulan cómo se forma y cómo se comporta. Los ingenieros siempre creyeron que lo que veían bajo un microscopio era una coincidencia o una evidencia de la naturaleza especial del hormigón. No descendían a una escala más pequeña para ver qué lo cohesiona, y sin ese conocimiento es muy difícil mejorarlo. Descender a una escala más pequeña es lo que ha hecho ahora el equipo de Pellenq y Ulm, y gracias a esto los científicos cuentan ahora con datos claros y fiables que les están sirviendo para encontrar el mejor modo de fabricar hormigón para cada clase de aplicación.

 

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