El concreto curvable puede mejorar la infraestructura de los EE.UU.

Sin embargo, se vislumbra una solución mejor. Mi laboratorio de la Universidad de Michigan, junto con muchos otros laboratorios de todo el mundo, ha demostrado que es posible hacer el hormigón más dúctil, es decir, maleable sin fracturarse. El concreto curvable hace que la infraestructura sea más segura, prolonga su vida útil y reduce los costes de mantenimiento y el uso de recursos.

Los costos sociales del concreto quebradizo
La infraestructura civil falla muy raramente porque carece de resistencia a la compresión, es decir, la capacidad de soportar cargas que la unen, como cuando las columnas soportan el peso de un edificio. La mayoría de las fallas ocurren porque las estructuras no tienen suficiente capacidad para soportar la carga de tracción - la capacidad de deformarse o estirarse sin romperse - a pesar de que a menudo se agregan refuerzos de acero al concreto para prevenir fallas estructurales catastróficas.

Muchas de las serias preocupaciones sobre el lamentable estado de la infraestructura de los Estados Unidos se deben a la fragilidad del concreto. Las grietas en el concreto pueden reducir la vida útil de una estructura. También lo debilitan y lo hacen menos resistente contra las fuerzas naturales, como los terremotos o los tornados, o contra las fuerzas artificiales, como las explosiones de bombas en los ataques terroristas.

Por ejemplo, 52 personas murieron en el terremoto de Loma Prieta en 1989 en el norte de California debido al derrumbe de edificios y autopistas. Las principales autopistas también sufrieron graves daños en el terremoto de Northridge en Los Ángeles en 1994, incluyendo una que había sido reconstruida después de un terremoto en 1971. Si el terremoto hubiera ocurrido durante la hora pico de un día laborable, en lugar de a las 4:30 a.m. en un día feriado del lunes, los resultados podrían haber sido catastróficos.

Las reparaciones y reconstrucciones repetidas de la infraestructura utilizan enormes cantidades de materiales y energía. Los estudios han demostrado que las huellas de carbono y energía de los frecuentes eventos de reparación, y los costos sociales y económicos que generan, superan con creces los asociados con la construcción inicial. Todos pagamos estos costos en tiempo estancado en atascos de tráfico, impuestos más altos y aire contaminado.

Realización de curvas de concreto
Para desarrollar el concreto dúctil, nuestro laboratorio tomó prestadas ideas del nácar, también conocido como nácar - el material iridiscente en el interior de las conchas de abulón.

Los moluscos producen nácar a partir de aragonito, una forma natural de carbonato de calcio, que por sí solo es extremadamente frágil. Pero el nácar es dúctil debido a su arquitectura a nanoescala, que parece una pared de ladrillo. Los "ladrillos" son capas finas de plaquetas de aragonita, y el "mortero" entre ellas es un polímero natural muy elástico. El polímero mantiene unidas las capas rígidas de aragonito, pero les permite deslizarse de un lado a otro bajo tensión. Esta estructura hace que el nácar sea fuerte y flexible.

El concreto es una mezcla compuesta que normalmente consiste de grava y partículas de arena unidas con cemento. Para diseñar el hormigón dúctil, imitamos el "give" de nácar dispersando diminutas fibras dentro del compuesto. Cuando se controlan adecuadamente, las interfaces entre las fibras y el cemento recrean los deslizamientos controlados en el nácar.

Llamamos al compuesto cementicio de ingeniería de concreto dúctil (ECC) resultante o compuesto cementicio de endurecimiento por tensión. Puede deformarse hasta un 3 a 5 por ciento en tensión antes de fallar, lo que le da una capacidad de tensión de 300 a 500 veces mayor que el concreto normal. Esto permite que una losa se doble mucho sin romperse en pedazos, lo que le da el apodo de hormigón flexible o maleable.

El ECC fue inventado en la Universidad de Michigan, y ahora ha adquirido un seguimiento de cientos de universidades y entidades industriales que llevan a cabo más investigación de ingeniería y desarrollo tecnológico.

Usos del concreto curvable
Hacer que el concreto se pueda doblar soluciona varios de los defectos clave del concreto convencional. En primer lugar, la supresión de las fracturas frágiles evita la formación de grietas anchas que permiten que el agua y otros agentes agresivos como la sal de la carretera penetren fácilmente en las estructuras de concreto y ataquen su acero de refuerzo.

La evidencia experimental y nuestros cálculos teóricos muestran que es posible extender el tiempo que tarda el cloruro de la sal para carreteras en alcanzar y corroer el acero de refuerzo de años a decenas de años. Una serie de proyectos, que van desde la reparación de parches hasta las losas de unión en las cubiertas de los puentes que prolongan drásticamente la vida útil, han aprovechado esta capacidad de supresión de fracturas.

El concreto curvable también permite que los elementos estructurales absorban mucha energía. Por ejemplo, los fabricantes han desarrollado amortiguadores ECC para reacondicionar el viaducto Seisho Bypass de 28 kilómetros a lo largo de la costa este de Japón y para ayudar a que los nuevos edificios altos sean más resistentes durante los terremotos, incluyendo varios en Tokio y Osaka. El concreto flexible tiene muchas otras aplicaciones industriales potenciales a gran escala, incluyendo infraestructura hidráulica y construcción subterránea.

El uso generalizado del ECC requerirá una buena cadena de suministro y un uso inteligente del material para optimizar la economía de costos. El obstáculo más significativo es el hecho de que ECC es todavía relativamente nuevo para los ingenieros estructurales, quienes están entrenados para asumir que el concreto no puede soportar la tensión.

Cómo el concreto maleable puede curarse a sí mismo
Nuestro compuesto de hormigón también puede aprender nuevos trucos. Por ejemplo, cuando se daña, las pequeñas grietas que se forman pueden sanar sólo con la exposición al agua y al aire. Las reacciones autogeneradoras crean productos curativos a través de la hidratación continua y la mineralización de carbono, uniendo las superficies de las grietas de la misma manera en que nuestra piel se recupera de un corte de papel. El concreto autocurado puede hacer que estructuras como carreteras y puentes sean más duraderas.