Bacteris, grafè... Noves maneres de reforçar les infraestructures.

Presentem a continuació un parell d’actuacions de recerca que tenen en comú l’aplicació de mètodes no convencionals per reforçar els materials de construcció.

França: bacteris per reforçar les infraestructures hidràuliques
Anglaterra: formigó reforçat amb grafè
Autors

França: bacteris per reforçar les infraestructures hidràuliques

La gestió de les infraestructures hidràuliques (sobretot dics i preses) és una qüestió de gran importància tant des del punt de vista de la seguretat pública com de l’ordenació del territori. A França moltes d’aquestes infraestructures tenen més de cinquanta anys, i algunes comencen a presentar símptomes d’envelliment que si s’agreugen podrien comprometre’n la integritat i provocar-ne el trencament.

Per aquesta raó, la Compagnie Nationale du Rhône (CNR), concessionària del riu Roine, duu a terme a les instal·lacions del centre d’anàlisi del comportament de les infraestructures hidràuliques (CACOH, Centre d’Analyse Comportementale des Ouvrages Hydrauliques) de Lió assajos sobre noves maneres de reforçar els dics.

Un dels projectes, anomenat Boreal (Biorenforcement des ouvrages en remblais), se centra en les propietats químiques del bacteri Sporosarcina pasteurii, que presenta una capacitat natural per formar cristalls de calcita (CaCO₃) i aglomerar els grans de sorra.

A fi d’aplicar aquest procés biològic al reforçament de dics i ajudar a pal·liar-ne els fenòmens d’erosió interna, s’ha instal·lat al CACOH un model de dic de 8 m de longitud, 4 m d’amplària i 2 m d’alçada, de sorra, per simular les condicions reals en què actua Sporosarcina pasteurii: els bacteris, juntament amb una solució calcificadora, han estat injectats dins el material i, com a resultat, en només uns pocs dies han estat capaços de formar dins la sorra un bloc massís de prop de 2 m de diàmetre.

Un cop realitzats els assajos in vitro i en el dic pilot instal·lat al CACOH, es preveu dur a terme proves del procediment en dues infraestructures reals, encara per determinar.

Segons els responsables del projecte, aquests organismes podrien en un futur substituir el ciment, així com les resines sintètiques que habitualment s’injecten a alta pressió en preses i dics per reforçar-los. Cal assenyalar que aquesta mena de tècniques intrusives poden tenir efectes ecològics negatius, a més de comportar, mentre s’apliquen, la retirada del servei de la infraestructura hidràulica que han de reforçar, cosa que amb la inclusió de Sporosarcina pasteurii no succeiria. Els responsables del projecte Boreal asseguren a més que l’ús d’aquest bacteri, a diferència de procediments com ara la injecció de ciment, manté la porositat dels sòls, de manera que el règim d’escolament de les capes freàtiques no es veu modificat.

De moment, val a dir, la recerca duta a terme per la CNR al CACOH ha permès validar satisfactòriament el procediment amb Sporosarcina pasteurii per a situacions de capes freàtiques en equilibri hidrostàtic, sense escolament. Les futures actuacions del projecte s’hauran d’adreçar a superar els reptes associats a capes en moviment, com ara la fixació del bacteri sotmès a flux continu, el tractament de les interfícies de sòls de diferent granularitat i l’homogeneïtat de la biocalcificació in situ.

Boreal i les seves actuacions connexes gaudeixen de finançament del Fons únic interministerial francès (FUI, un programa estatal de suport a la recerca aplicada, 2013-2019), i disposen d’un pressupost de 4,5 milions d’euros.

Anglaterra: formigó reforçat amb grafè

Un equip de la Universitat d’Exeter, a Anglaterra, ha desenvolupat una tècnica de nanoenginyeria que permet incorporar el grafè a la producció tradicional de formigó. Com a resultat, asseguren, s’aconsegueix un formigó més resistent i més durador. L’equip d’Exeter va publicar la seva recerca en l’article “Ultrahigh Performance Nanoengineered Graphene-Concrete Composites for Multifunctional Applications”, aparegut l’abril d’enguany a la revista Advanced Functional Materials.

El nou material, sembla, té més del doble de capacitat que els formigons actuals, i la seva resistència a l’aigua és quatre vegades superior. Es pot fer servir directament en feines de construcció, sense necessitat de tractament ulterior.

D’altra banda, la petjada de CO₂ associada a la producció d’aquest nou formigó reforçat amb grafè es redueix dràsticament respecte de la de la fabricació dels formigons convencionals, ja que disminueix en gran mesura la quantitat de materials necessaris per a la producció. Això fa que el nou material sigui més sostenible i respectuós amb el medi ambient. La reducció d’emissions de CO₂ es xifra, concretament, en 446 kg per tona produïda.

Atesa la creixent importància dels reptes a què fan front les ciutats (pol·lució, necessitat d’urbanització més sostenible, resiliència davant catàstrofes naturals...) el compost desenvolupat per la Universitat d’Exeter constitueix una innovació absoluta capaç d’ajudar a superar amb èxit aquests desafiaments –asseguren els autors de “Ultrahigh Performance...”.

Per la seva gran capacitat i per la seva resistència a l’aigua, els responsables de la recerca creuen que aquesta mena de material seria idònia per a llocs de difícil accés on no és factible accedir-hi sovint per dur a terme tasques de manteniment.

Altres treballs previs en què s’havia emprat la nanotecnologia per reforçar el formigó es concentraven en la modificació del ciment que en forma part. En l’actuació d’Exeter, en canvi, s’ha optat per una nova metodologia consistent a suspendre grafè d’alt rendiment en aigua mitjançant barrejadors d’alt cisallament. El preparat es pot emprar directament en la fabricació del nou formigó, de la mateixa manera com s’utilitzaria aigua normal sense grafè en suspensió, i això fa que el mètode resulti fàcilment escalable industrialment.

L’actuació de la Universitat d’Exeter ha comptat amb el suport del Consell per a la Recerca en Enginyeria i Ciències Físiques (EPSRC) del Regne Unit.