Bactéria do solo poderá ajudar o betão a reparar fissuras

Os cientistas descobriram que uma bactéria comum do solo consegue unir areia solta com mais força do que outra, ao criar um cimento natural entre os grãos.

Este resultado torna mais precisa a procura por aditivos vivos que, um dia, possam ajudar o betão a selar os seus próprios danos iniciais antes de as fissuras aumentarem.

A areia começa a ganhar coesão

No interior de colunas de areia do tamanho de seringas, a bactéria mais eficaz transformou grãos soltos numa estrutura ligada que se manteve unida depois de seca.

Investigadores da Universidade César Vallejo (UCV) associaram esta capacidade a uma estirpe nativa de Bacillus, proveniente de solo calcário, e registaram as ligações minerais que se formavam entre os grãos.

Esta superioridade não se deveu apenas à sobrevivência, pois trabalhos anteriores já tinham identificado tanto Bacillus, uma bactéria comum do solo, como Streptomyces, um grupo de bactérias que vive no solo, nas mesmas minas alcalinas.

A nova descoberta alterou a questão: deixou de ser saber que micróbios suportavam condições severas e passou a ser identificar qual deles conseguia unir a areia com força suficiente para ter utilidade.

Teste de crescimento alcalino

Como o betão conserva uma alcalinidade elevada, qualquer bactéria útil tem de continuar a crescer numa química que impediria o desenvolvimento de muitos micróbios.

As duas bactérias conseguiram crescer mesmo em condições muito alcalinas, nas quais muitos outros micróbios não sobreviveriam.

Um dos tipos multiplicou-se muito mais depressa do que o outro neste ambiente exigente, atingindo números bastante superiores no final do ensaio.

Ainda assim, o crescimento por si só não determinou o resultado, porque sobreviver sob pressão e construir pontes minerais são funções distintas.

A química por trás da bactéria e do cimento

Depois de receberem ureia e cálcio, os micróbios recorreram à urease, uma enzima que divide a ureia e aumenta a alcalinidade local.

Essa alteração química libertou carbonato, que se combinou depois com o cálcio e precipitou como carbonato de cálcio sobre as superfícies celulares.

As paredes celulares com carga negativa ofereceram locais onde os minerais podiam começar a formar-se, levando ao crescimento de cristais nos pontos em que as bactérias tocavam nos grãos de areia.

Por poder preencher poros e ligar partículas vizinhas, o mesmo processo poderá vir a ajudar a vedar microfissuras.

Os cristais mudaram tudo

Ao microscópio, os dois micróbios deixaram marcas minerais muito diferentes, embora ambos tenham produzido carbonato de cálcio.

O Bacillus produziu sobretudo cristais arredondados, enquanto o Streptomyces originou cristais semelhantes a prismas, aparentemente menos adequados para criar contacto amplo entre os grãos.

Os cristais de Bacillus eram pequenos e redondos; os de Streptomyces eram mais compridos e alongados.

Estas diferenças de forma indicavam que a estirpe vencedora não se limitava a produzir mais mineral, mas sim a organizá-lo de forma mais eficaz.

Porque se formaram pontes

Os padrões de raios X indicaram que o Bacillus produziu maioritariamente vaterite, uma forma menos estável de carbonato de cálcio, acompanhada por uma fase relacionada.

Neste estudo, esta combinação criou muitos pontos de contacto minúsculos, permitindo que as pontes minerais se distribuíssem pelas superfícies dos grãos em vez de se acumularem em aglomerados.

As zonas tratadas com Bacillus continham também carbono, oxigénio e cálcio nos locais onde surgiram as ligações, em consonância com a composição química do carbonato de cálcio.

Mesmo sem um ensaio completo de resistência, as colunas mantiveram-se intactas após a secagem, tornando a diferença visual difícil de ignorar.

Streptomyces encontra limitações

Apesar do seu crescimento rápido, o Streptomyces não conseguiu converter esse desempenho numa acção de cimentação igualmente forte dentro da areia.

Quando os investigadores analisaram a areia tratada, o carbonato de cálcio deixou de predominar e surgiram, em seu lugar, minerais de silicato.

Outro estudo concluiu que Streptomyces microflavus consegue reforçar areia solta após tratamentos repetidos de mineralização, numa configuração diferente.

Este contraste indica que a limitação observada poderá ser específica desta estirpe ou deste ambiente, e não um veredicto definitivo sobre todo o género.

O betão poderá regenerar-se

As fissuras são o ponto fraco do betão, pois abrem passagem à água e a químicos agressivos.

Num relatório universitário de 2023, investigadores da UCV descreveram os esporos como a forma prática de levar esta química para o interior de uma parede.

“Este projecto dá-nos uma alternativa que pode ser usada na construção de casas e edifícios”, afirmou o Dr. Otiniano.

“As bactérias são colocadas na mistura sob a forma de esporos, pelo que, quando surgem fissuras na parede, em determinadas condições, germinam e começam a produzir carbonato de cálcio, e a fissura regenera-se por si própria”, disse Otiniano.

As estirpes nativas são importantes

Como a estirpe vencedora foi recolhida em minas de calcário perto de Simbal, no norte do Peru, é provável que já estivesse adaptada a condições alcalinas.

Isto é relevante na construção real, onde as bactérias enfrentam períodos secos, stress químico e longas esperas até ao aparecimento de uma fissura.

Os micróbios nativos também reduzem a incerteza de importar organismos preferidos em laboratório, que podem comportar-se de forma diferente quando o clima e o equilíbrio mineral se alteram.

Ainda assim, a origem local representa uma vantagem, não uma garantia, e o desempenho no terreno pode ficar aquém das expectativas mesmo após bons resultados laboratoriais.

O que os engenheiros precisam

Antes de esta bactéria poder conquistar um lugar no betão, os engenheiros precisam de dados concretos sobre resistência, permeabilidade e fecho de fissuras.

No ensaio, a avaliação da areia foi qualitativa: as colunas pareciam mais resistentes, mas não foram submetidas a carga até falharem.

Os investigadores recorreram ainda a pequenas alimentações diárias durante 10 dias, uma rotina laboratorial rigorosa que poderá não ser reproduzida em obras de construção.

Estas lacunas definem a passagem entre colunas de areia promissoras e pontes, paredes e lajes duradouras, expostas às condições meteorológicas durante anos.

Para onde isto aponta

O estudo torna mais selectiva a procura por agentes vivos de reparação, ao demonstrar que nem todas as bactérias úteis convertem o crescimento mineral numa ligação eficaz.

Com ensaios mecânicos mais robustos e testes em betão real, um Bacillus que habita minas poderá reduzir reparações localizadas ao selar os danos mais cedo.