Lo que no te rompe, te hace más fuerte: el hormigón que se repara solo

Autor: Álvaro Mena Alonso

Cuando pensamos en estructuras de hormigón —edificios, puentes, presas—, solemos imaginarlas firmes, inmutables, casi eternas. Sin embargo, estas obras están vivas en cierto sentido: se deforman, envejecen… y sufren fatiga.

La fatiga estructural no es solo cosa de metales o materiales plásticos. En el hormigón también actúan esas cargas repetidas que, con el paso del tiempo, generan fisuras internas e incluso pueden provocar fallos catastróficos. Las cargas de fatiga llegan ocultas de muchas formas, como el paso del tráfico en puentes, el oleaje en muelles o los terremotos en edificios.

Hasta aquí, nada nuevo. Pero, ¿y si bajo ciertas condiciones la fatiga no solo no degradara el hormigón, sino que lo mejorara? Parece un contrasentido, pero es real. La ciencia ha empezado a demostrar que el hormigón puede autorrepararse cuando se somete a cargas de fatiga. Un fenómeno tan inesperado como prometedor.

Imaginemos una cuchara de metal que doblas suavemente una y otra vez. Aunque no apliques una gran fuerza, en algún momento se romperá. Esa es la esencia de la fatiga: no necesitas una gran fuerza para causar daño, solo repetición. En el hormigón ocurre algo parecido. Cada variación de carga —cada vibración por el viento, cada paso de tráfico— va dejando huella. Con el tiempo, aparecen microfisuras que se propagan, reduciendo la capacidad resistente del material. De hecho, en estructuras como las torres de hormigón de los aerogeneradores, que son muy esbeltas y resisten vientos durante décadas, el diseño frente a fatiga es determinante.

Por eso el estudio de la fatiga no es un capricho académico: es una necesidad práctica. Pero lo realmente interesante comienza cuando los ensayos no se comportan como esperamos. Durante años, algunos investigadores observaron algo inquietante. Al realizar ensayos de compresión en probetas de hormigón que habían “sobrevivido” a un cierto número de ciclos de fatiga —las llamadas runouts—, los resultados mostraban en ocasiones una resistencia superior a la de probetas “sanas”, sin fatigar (Cachim et al., 2002; Malek et al., 2018; Taliercio & Gobbi, 1997). Al principio se pensó que era una cuestión de edad: el hormigón gana resistencia con el tiempo. Pero incluso al comparar probetas de la misma edad, el fenómeno persistía (De La Rosa et al., 2023). ¿Cómo podía ser que un material “cansado” rindiera mejor que uno “fresco”?

Otro indicio desconcertante vino de los ensayos de fatiga con pausas. Se sabía que interrumpir los ciclos de fatiga durante ciertos periodos de tiempo aumentaba la vida a fatiga del hormigón, pero no estaba claro por qué (Hilsdorf & Kesler, 1966). Algo pasaba durante esos descansos que mejoraba el comportamiento posterior. Ambas observaciones apuntaban en la misma dirección: el hormigón parecía estar haciendo algo por su cuenta. Algo parecido a… curarse.

La autorreparación del hormigón

La explicación se encuentra en un fenómeno llamado autorreparación autógena. Bajo ciertas condiciones, el propio hormigón puede regenerar parte del daño sufrido gracias a procesos internos que ocurren sin intervención externa. ¿Cómo funciona? El hormigón contiene partículas de cemento que, por distintas razones, no llegaron a hidratarse completamente durante el fraguado inicial. Si esas partículas entran en contacto con agua libre —por ejemplo, la que circula a través de las microfisuras provocadas por la fatiga—, pueden hidratarse a posteriori, rellenando esas grietas y mejorando la cohesión interna del material (Figura 1). Dicho de otro modo: las fisuras creadas por la fatiga no solo son daños, sino también canales por los que el agua encuentra nuevos caminos para continuar la hidratación. Y esa hidratación tardía, aunque limitada, puede resultar en un refuerzo inesperado de la estructura.

Todos los hormigones tienen cierto potencial de autorreparación autógena, pero no siempre es suficiente como para provocar mejoras efectivas de la resistencia. El fenómeno depende de un equilibrio delicado entre el daño y la reparación. Si las cargas cíclicas generan un daño excesivo —por ejemplo, cuando el rango tensional es muy alto—, la autorreparación no podrá seguir el ritmo (De La Rosa et al., 2023). En esos casos, el hormigón se deteriora como cabría esperar. Sin embargo, si las cargas son más moderadas y el diseño del hormigón lo permite —por ejemplo, si tiene una buena reserva de partículas de cemento sin hidratar y una porosidad adecuada para permitir el movimiento del agua—, entonces la autorreparación puede ser significativa.

Aquí entra en juego un nuevo reto: entender qué dosificaciones y condiciones de carga favorecen la aparición de este fenómeno en el hormigón. Para avanzar en este camino, nace el proyecto “Validación macroscópica de la autorreparación autógena en elementos estructurales cementicios sometidos a cargas de fatiga”, financiado por la Agencia Estatal de Investigación y desarrollado por el grupo de investigación AUSINCO de la Universidad de Burgos. El objetivo es claro: demostrar que este fenómeno no solo se produce en probetas pequeñas de laboratorio, sino también en elementos estructurales de tamaño real. Y, sobre todo, identificar qué variables materiales y mecánicas lo fomentan.

Para ello, se estudian diferentes tipos de hormigón, sometidos a ciclos de fatiga bajo distintas condiciones, analizando su comportamiento mecánico y microestructural. ¿Qué papel juegan los aditivos? ¿Influye la relación agua/cemento? ¿Es mejor un hormigón más poroso o más denso? Estas y otras preguntas están sobre la mesa. Si logramos comprender y controlar el fenómeno de la autorreparación autógena, se abre la puerta a una forma de diseñar estructuras más eficientes, más duraderas y más sostenibles. Imagina un futuro donde el hormigón, lejos de debilitarse por la fatiga, mejore con ella. Donde las estructuras estén diseñadas no solo para resistir el daño, sino también para regenerarse parcialmente. Podríamos reducir el consumo de material, aligerar estructuras y alargar su vida útil, con un menor impacto ambiental.

Como tantas veces en ciencia, una observación inesperada ha encendido una chispa. Ahora toca alimentarla con datos, ensayos y reflexión crítica. Lo que comenzó como una anomalía en unos ensayos de laboratorio puede convertirse en una herramienta poderosa para el diseño del hormigón del futuro. Estamos solo al principio, pero los indicios son prometedores. Quizá algún día, cuando mires una torre de aerogenerador desde la carretera, puedas imaginar lo que ocurre en su interior: millones de ciclos de viento, pequeñas fisuras que se abren… y un material que, contra todo pronóstico, lucha por curarse a sí mismo.

Referencias

1. Cachim, P. B., Figueiras, J. A., & Pereira, P. A. A. (2002). Fatigue behavior of fiber-reinforced concrete in compression. Cement and Concrete Composites, 24(2), 211–217. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(01)00019-1

2.De La Rosa, Á., Ortega, J. J., Ruiz, G., García Calvo, J. L., Rubiano Sánchez, F. J., & Castillo, Á. (2023). Autogenous self-healing induced by compressive fatigue in self-compacting steel-fiber reinforced concrete. Cement and Concrete Research, 173, 107278. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2023.107278

3.Hilsdorf, H. K., & Kesler, C. E. (1966). Fatigue Strength of Concrete Under Varying Flexural Stresses. Journal Proceedings, 63(10), 1059–1076. https://doi.org/10.14359/7662

4.Malek, A., Scott, A., Pampanin, S., MacRae, G., & Marx, S. (2018). Residual Capacity and Permeability-Based Damage Assessment of Concrete under Low-Cycle Fatigue. Journal of Materials in Civil Engineering, 30(6). https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002248

5.Taliercio, A. L. F., & Gobbi, E. (1997). Effect of elevated triaxial cyclic and constant loads on the mechanical properties of plain concrete. Magazine of Concrete Research, 49(181), 353–365. https://doi.org/10.1680/macr.1997.49.181.353

 Artículo participante del VIII Concurso de Artículos de Divulgación Científica de la Universidad de Burgos.