Cientistas descobriram que uma bactéria comum do solo consegue ligar 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, no futuro, possam ajudar o betão a selar os seus próprios danos iniciais antes de as fissuras se alargarem.
A areia passa a manter-se unida
Em colunas de areia do tamanho de seringas, a bactéria mais eficaz transformou grãos soltos numa estrutura ligada, que permaneceu coesa depois de secar.
Na Universidade César Vallejo (UCV), os investigadores associaram essa capacidade de ligação a uma estirpe nativa de Bacillus, proveniente de solo calcário, e registaram as ligações minerais que se formavam entre os grãos.
A vantagem não se deveu apenas à sobrevivência: trabalhos anteriores já tinham identificado tanto Bacillus, uma bactéria comum do solo, como Streptomyces, um grupo de bactérias que habita no solo, nas mesmas minas alcalinas.
A nova descoberta deslocou a questão de saber que micróbios suportavam condições severas para perceber qual deles conseguia, de facto, unir a areia com força suficiente para ter relevância.
Teste de crescimento em meio alcalino
Como o betão mantém uma elevada alcalinidade, qualquer bactéria útil tem de continuar a crescer numa química que travaria muitos micróbios.
As duas bactérias conseguiram desenvolver-se mesmo em condições muito alcalinas, capazes de impedir o crescimento de muitos outros micróbios.
Um dos tipos multiplicou-se muito mais depressa do que o outro neste ambiente exigente, atingindo números bastante superiores no fim do ensaio.
No entanto, o crescimento bruto não decidiu a comparação, pois resistir ao stress e criar pontes minerais eram funções distintas.
A química entre a bactéria e o cimento
Depois de receberem ureia e cálcio, os micróbios recorreram à urease, uma enzima que decompõe a ureia e aumenta a alcalinidade local.
Essa alteração química libertou carbonato, que se combinou depois com cálcio e precipitou sob a forma de carbonato de cálcio nas superfícies celulares.
As paredes celulares com carga negativa proporcionaram locais onde os minerais podiam começar a formar-se, pelo que os cristais cresceram nos pontos em que as bactérias tocavam nos grãos de areia.
Como este revestimento pode preencher poros e ligar partículas vizinhas, a mesma reacção poderá um dia ajudar a selar microfissuras.
Os cristais mudaram tudo
Ao microscópio, os dois micróbios deixaram sinais minerais muito diferentes, apesar de ambos produzirem carbonato de cálcio.
O Bacillus formou sobretudo cristais arredondados, enquanto o Streptomyces produziu cristais semelhantes a prismas, aparentemente menos adequados para estabelecer contactos amplos 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: construía-o de uma forma mais eficaz.
Porque se formaram as pontes
Os padrões de raios X revelaram que o Bacillus produziu maioritariamente vaterite, uma forma menos estável de carbonato de cálcio, acompanhada por uma fase relacionada.
Neste estudo, essa combinação criou muitos pontos de contacto minúsculos, permitindo que as pontes minerais se distribuíssem pelas superfícies dos grãos em vez de se aglomerarem.
As zonas tratadas com Bacillus também apresentavam carbono, oxigénio e cálcio onde se formaram 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 revela limitações
Apesar do seu crescimento rápido, o Streptomyces não converteu esse desempenho numa acção de cimentação igualmente forte no interior da areia.
Quando os investigadores analisaram a areia tratada, o carbonato de cálcio deixou de predominar e surgiram, em vez disso, minerais de silicato.
Outro estudo concluiu que Streptomyces microflavus pode tornar areia solta mais resistente após tratamentos repetidos de mineralização, numa configuração diferente.
Este contraste sugere que a limitação observada aqui foi provavelmente específica da estirpe ou do ambiente, e não um veredicto definitivo sobre todo o género.
O betão poderá reparar-se
As fissuras são o ponto fraco do betão, porque abrem vias de entrada para água e substâncias químicas agressivas.
Num relatório universitário de 2023, investigadores da UCV descreveram os esporos como a forma prática de transportar esta química para uma parede.
“O projecto dá-nos uma alternativa que pode ser utilizada 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 repara-se por si própria”, disse Otiniano.
As estirpes nativas têm importância
Por ter sido isolada em minas de calcário perto de Simbal, no norte do Peru, a estirpe vencedora provavelmente já estava adaptada a condições alcalinas.
Isto é relevante para a construção real, onde as bactérias enfrentam períodos secos, stress químico e longas esperas até surgir uma fissura.
Os micróbios nativos também reduzem a incerteza de importar favoritos de laboratório que podem comportar-se de forma diferente quando o clima e o equilíbrio mineral se alteram.
Ainda assim, a origem local é uma vantagem, não uma garantia, e o desempenho no terreno pode desiludir mesmo depois de resultados laboratoriais fortes.
O que os engenheiros precisam
Antes de esta bactéria poder conquistar um lugar no betão, os engenheiros ainda precisam de valores concretos de resistência, permeabilidade e fecho de fissuras.
No âmbito da experiência, o ensaio com areia foi qualitativo, ou seja, as colunas pareciam mais robustas, mas não foram sujeitas a carga até falharem.
Os investigadores também recorreram a pequenas administrações diárias durante 10 dias, uma rotina laboratorial cuidadosa que os locais de construção poderão não reproduzir.
Estas lacunas assinalam o salto entre colunas de areia promissoras e pontes, paredes e lajes duráveis, expostas às condições meteorológicas durante anos.
Para onde aponta esta investigação
O estudo torna mais focada a procura por agentes vivos de reparação, ao demonstrar que nem todas as bactérias úteis transformam o crescimento mineral numa ligação funcional.
Com ensaios mecânicos mais robustos e testes em betão real, um Bacillus proveniente de minas poderá reduzir reparações localizadas ao selar os danos mais cedo.
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