Evaluación de la durabilidad y las propiedades de blindaje de hormigón de alta resistencia que incorpora materiales locales y aditivos de carbono

Hormigón que hace algo más que sostener edificios

Desde rascacielos repletos de electrónica hasta puentes cargados de sensores, las estructuras modernas necesitan materiales que no solo sean fuertes, sino también inteligentes. Este estudio explora un nuevo tipo de hormigón que puede soportar grandes cargas y, además, ayudar a proteger equipos sensibles frente a ondas electromagnéticas no deseadas, el mismo tipo de energía que usan el Wi‑Fi, el radar y los teléfonos móviles. Mediante el ajuste cuidadoso de arenas locales y la adición de pequeñas cantidades de acero y carbono, los investigadores se propusieron crear un hormigón resistente, duradero y capaz de atenuar señales indeseadas, sin depender de costosos ingredientes importados.

Por qué importa un hormigón fuerte y “inteligente”

El hormigón tradicional de alta resistencia permite a los ingenieros construir torres más altas y esbeltas y puentes más largos al concentrar mayor capacidad portante en columnas y losas más pequeñas. Por otro lado, el hormigón “conductor”, que transporta corriente eléctrica gracias a aditivos metálicos o de carbono, ha suscitado interés para aplicaciones como pavimentos autorrecalentables, sensado integrado de deformaciones y blindaje electromagnético. Pero combinar estas dos capacidades en una sola mezcla es un reto: los ingredientes que mejoran la conductividad pueden debilitar el material o aumentar su propensión a agrietarse con el tiempo. El objetivo de esta investigación fue cerrar esa brecha y desarrollar un hormigón conductor de alta resistencia que satisfaga las exigencias estructurales añadiendo un comportamiento eléctrico útil.

Dar forma a la mezcla correcta con arenas locales

El equipo comenzó diseñando varios hormigones de alta resistencia usando solo materiales finos —cemento, subproductos industriales y dos tipos de arena— y prescindiendo de grava gruesa. Variaron la cantidad de “arena de duna”, una arena local muy fina, para ver cómo afectaba a la resistencia. Al comparar la distribución granulométrica de cada mezcla con modelos matemáticos de empaquetamiento, encontraron que una receta con una proporción relativamente baja de arena de duna formaba la estructura interna más densa. Esta mezcla, llamada LDUNE en el estudio, alcanzó resistencias a compresión de alrededor de 100 megapascales (aproximadamente tres veces las del hormigón estructural común) y también mostró la mayor resistencia a la flexión. En términos sencillos, una cantidad moderada de arena del desierto ayudó a rellenar huecos, pero un exceso generó vacíos adicionales y debilitó el hormigón.

Las fibras de acero ayudan; los polvos de carbono perjudican la estructura

Una vez identificada la mejor mezcla base, los investigadores la transformaron en tres variantes: la LDUNE original, una versión con fibras de acero añadidas y una tercera que combinaba fibras de acero con polvos finos de carbono. Las delgadas fibras de acero actuaron como pequeñas armaduras distribuidas en el material. Aumentaron ligeramente la ya alta resistencia a compresión, incrementaron la resistencia a la flexión en alrededor de una quinta parte y hicieron el hormigón más rígido. Igualmente importante, redujeron la retracción y la fluencia a largo plazo —el tensado y la deformación lenta que puede provocar grietas— en aproximadamente una cuarta parte y una décima, respectivamente. En contraste, cuando se añadieron polvos de carbono junto con las fibras, la resistencia global disminuyó y tanto la retracción como la fluencia aumentaron. Las partículas de carbono, muy finas, exigieron más agua de amasado y no se adhirieron bien a la pasta circundante, creando puntos débiles que socavaron los beneficios mecánicos de las fibras.

Cómo maneja el nuevo hormigón las ondas electromagnéticas

Las pruebas eléctricas se centraron en qué tan bien las mezclas conducían corriente y bloqueaban señales de radiofrecuencia. El hormigón con fibras de acero mostró resistividades eléctricas significativamente menores que la mezcla de alta resistencia simple, formando caminos internos que interactúan con las ondas incidentes. Cuando se enviaron señales de radio en la banda de gigahercios a través de paneles delgados, las losas con fibras de acero redujeron la potencia transmitida mucho más que el hormigón ordinario, acercándose al rendimiento de algunos materiales de blindaje existentes. Sorprendentemente, añadir polvo de carbono además de las fibras de acero no aportó un beneficio adicional significativo: sus paneles atenuaron las señales aproximadamente en el mismo grado que los que contenían solo acero. Durante un periodo de dos años, todas las mezclas perdieron algo de capacidad de blindaje a medida que el hormigón continuaba endureciéndose y cambiaba su humedad interna, pero las configuraciones de panel corrugado mantuvieron un mejor rendimiento a largo plazo que las planas.

Qué significa esto para edificios e infraestructuras futuras

En términos prácticos, el estudio demuestra que es posible fabricar un hormigón que sea a la vez muy resistente y razonablemente eficaz para atenuar ondas electromagnéticas indeseadas, simplemente optimizando las arenas locales y añadiendo la cantidad adecuada de fibras de acero. Este hormigón “de doble propósito” soporta bien las cargas, resiste el agrietamiento a largo plazo y puede ayudar a proteger dispositivos y espacios del ruido electrónico, sin recurrir a revestimientos metálicos o sistemas de paredes especializados. Los intentos de mejorar aún más el blindaje incorporando polvos de carbono, sin embargo, implicaron compromisos: debilitaron el material y aumentaron su propensión a deformaciones a largo plazo mientras aportaban poco a su capacidad de bloquear señales. Para diseñadores de edificios altos, infraestructuras inteligentes e instalaciones repletas de electrónica, el hormigón de alta resistencia con fibras de acero y materiales locales se presenta, a partir de este trabajo, como una opción práctica y multifuncional.

Cita: Othman, O., Yehia, S., Qaddoumi, N. et al. Evaluation of the durability and shielding properties of high-strength concrete incorporating locally available materials and carbon additives. Sci Rep 16, 10167 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37449-3

Palabras clave: hormigón de alta resistencia, hormigón conductor, refuerzo con fibras de acero, blindaje electromagnético, retracción y fluencia