La ciencia moderna siempre busca crear materiales con propiedades extraordinarias. Uno de los descubrimientos más fascinantes es la superconductividad, es decir, materiales que permiten el paso de electricidad sin resistencia y sin que esta se pierda. Para visualizar esto, recuerda cada vez que has conectado tu teléfono celular para que se cargue la batería; seguramente has notado que se calienta. Esto ocurre porque los cables de cobre tienen una resistencia eléctrica, y al calentarse, se desperdicia energía.

¿Te imaginas poder transportar energía a través de diferentes materiales sin que esta se pierda? ¡Suena increíble, pero es real! Algunos materiales que permiten el paso de energía sin pérdidas son el niobio y el plomo, los cuales son dos tipos de metales. Otro material importante, considerado como un tipo de cerámica, como la que se usa para fabricar los platos en los que comemos, es el “YBCO”, el cual recibe su nombre por los componentes que lo conforman, siendo estos: itrio (Y), bario (Ba), cobre (Cu) y oxígeno (O).

Otro caso impresionante es el de los “superaislantes térmicos”, materiales con propiedades únicas para conservar la temperatura. Un ejemplo claro es el aerogel o humo congelado, un material con base de sílice que posee una estructura hueca que lo hace ultraligero. Este material es tan liviano que parece “humo sólido” o una “nube congelada”.

Otro material importante es el grafeno, el cual es un material bidimensional formado por estructuras de átomos de carbono en forma hexagonal como un panal de abeja. Sus propiedades electrónicas, térmicas y mecánicas son tan extraordinarias que hoy se utiliza en múltiples áreas de la ciencia y la tecnología, incluso en la construcción. Por ejemplo, se ha reportado que la adición de grafeno al cemento puede duplicar la resistencia a la flexión y compresión del concreto.

Los ejemplos anteriores son solo algunas de las maravillas que ha logrado crear la ciencia moderna. Pero hay un área que nos interesa contar: la ciencia de materiales para la construcción. La tecnología desarrollada en este campo permite construir viviendas en tan solo unos días, considerando formas complejas que, con el método tradicional de construcción, basado en el uso de cimbras de madera o metal, sería muy costoso o casi imposible de realizar. Un ejemplo de esto es la impresión 3D de concreto, la cual se consolidó y se volvió famosa a nivel mundial cuando se imprimió completamente en 3D la primera casa de concreto en Suzhou, China.

Por otro lado, la aplicación de la nanotecnología[1] en estructuras reforzadas para monitorear la salud estructural o para mejorar sus propiedades ópticas o mecánicas está permitiendo desarrollar construcciones inteligentes.

Uno de los materiales fundamentales para la construcción moderna es el famoso cemento gris o Portland, cuyo consumo global es impresionante para su uso en la elaboración de concreto hidráulico[2] y otras mezclas de construcción, debido a su resistencia mecánica y su capacidad para adoptar la forma del molde que lo contiene.

Por cierto, ¿sabías que el concreto es el material más consumido en el mundo, después del agua? De hecho, el agua es indispensable para activar las reacciones químicas de hidratación que le confieren resistencia y durabilidad para la fabricación de las estructuras de soporte de las construcciones. La proporción de agua y cemento utilizada en un concreto es crucial, ya que esta determina su nivel de porosidad. Proporciones bajas de agua con relación al cemento producen una menor porosidad, lo que implica un concreto con mayor resistencia mecánica y baja permeabilidad. Por el contrario, una mayor cantidad de agua con relación al cemento produce una menor resistencia y mayor permeabilidad. Además, no toda el agua que se utiliza para mezclar el cemento favorece su hidratación. Una parte de esta agua permanece dentro de los poros del material endurecido, pudiendo incrementar o disminuir el contenido de más agua en función de la exposición al medioambiente. El agua actúa como un medio de transporte para agentes agresivos, como los iones cloruro[3] presentes en el agua de mar o en las sales de deshielo en países donde nieva.

En zonas marinas, estos cloruros penetran en el concreto y pueden causar corrosión de la varilla de acero que refuerza las estructuras, debilitándolas hasta el punto de que incluso puedan colapsar. En otras palabras, si el concreto tiene mucha agua en su fabricación, se vuelve muy poroso y el agua de mar (cargada de iones cloruro) entra por esos poros como si fueran pasillos. Es por ello que muchas casas que se construyen muy cerca de la playa sufren daños estructurales.

Actualmente, existen diversas tecnologías aplicadas al concreto. Por ejemplo, se están utilizando bacterias especializadas que lo autorreparan, así como cementos capaces de absorber energía solar para después liberarla en forma de luz; este último es conocido como cemento fotoluminiscente. También se ha desarrollado un concreto fotocatalítico, es decir, un material que utiliza la luz del sol para acelerar reacciones químicas sobre su superficie, que contribuye tanto a la eliminación de contaminantes del aire como a la autolimpieza de la superficie de las construcciones. Por ejemplo, en la Ciudad de México, el Hospital Manuel Gea González tiene una fachada de bloques perforados fabricados de un concreto especial recubierto con dióxido de titanio, que puede neutralizar los contaminantes provenientes de los gases de los automóviles.

Estos avances permiten comprender la relevancia del cemento Portland en la construcción moderna. No obstante, persisten problemas de gran importancia, como su impacto ambiental debido a la emisión de dióxido de carbono durante su producción, así como su relativamente corta durabilidad debido al ataque de agentes agresivos presentes en el medioambiente. En particular, la durabilidad del material resulta desfavorable cuando se compara con las estructuras duraderas de civilizaciones antiguas. Basta con haber visitado una zona arqueológica en México para que surjan las preguntas: ¿Cómo se construyeron estas edificaciones?, y ¿por qué han durado tanto tiempo?

A veces, estas observaciones plantean hipótesis inverosímiles o muy difíciles de resolver. Quizás habrás escuchado que se debe a que las civilizaciones predecesoras en el continente americano tenían un conocimiento tan avanzado otorgado por seres de otro mundo, y que dicho conocimiento se perdió por motivos desconocidos. En ambos casos no hay evidencia que respalde tales hipótesis.

Lo que sí sabemos es que nuestros antepasados estaban bastante organizados y tenían buenos conocimientos empíricos. Dentro de sus sociedades existía un grupo selecto de sacerdotes o sabios, con acceso a conocimientos que fueron transmitidos de generación en generación. Este grupo de personas fueron los primeros arquitectos e ingenieros. Además de constructores especializados en diferentes técnicas como el tallado de piedra, estucadores, pintores y canteros[4]. Gracias a esto, desarrollaron técnicas que mejoraban sus edificaciones con materiales naturales.

Un claro ejemplo de esto es el uso de la baba de nopal. Debido a sus propiedades adhesivas, se usaba en la formulación de morteros[5] de cal, así como estucos[6] utilizados para recubrimiento y aplicación en la fabricación de bloques de adobe, el cual es un bloque de barro y arena secado al sol.

Otro método consistía en reforzar el adobe con fibras vegetales provenientes de maguey o palma; estas fibras mejoran la resistencia a la tensión y prolongan la durabilidad del material de construcción. Las fibras vegetales también se incorporaban adicionando excremento de burro a la mezcla de arcilla y arena, debido a que este contiene fibra. De hecho, investigaciones recientes están retomando el uso de fibras de bagazo de agave como material de refuerzo, ya que se ha reportado que mejora hasta un 35% la resistencia de los materiales de construcción.

Otro material notable es la resina extraída del chukum (Havardia albicans (Kunth) Britton & Rose), un árbol nativo del sur de México, distribuido en la península de Yucatán, que, al mezclarse con cal hidratada y arena, se obtiene un recubrimiento para muros y pisos, el cual es de gran utilidad en ambientes húmedos, ya que reduce la aparición de grietas en las construcciones. Así mismo, anteriormente, se usaban gomas vegetales[7] mezcladas con minerales, como arcillas finamente seleccionadas, para formar “gomas minerales”, logrando una estructura molecular resistente y estable. También se ha documentado el uso de ceniza volcánica mezclada con cal hidratada para producir un cemento primitivo de gran resistencia.

Este tipo de técnicas no eran exclusivas de Mesoamérica: los romanos también usaron ceniza volcánica para crear los primeros cementos hidráulicos, una innovación clave en la historia de la construcción. En otras latitudes, como en la India, se utilizaba un tipo de frijol negro que se mezclaba con morteros y estucos para hacerlos más adhesivos e hidrofóbicos, es decir, superficies que repelen el agua de lluvia.

Tal como hemos analizado a lo largo de este texto, es increíble pensar que, siglos atrás, los humanos ya aplicaban principios avanzados de ingeniería basada en experiencia empírica en materiales naturales que estaban disponibles en su entorno. Además de que en muchos casos estos materiales fueron modificados para llegar a soluciones similares en regiones geográficamente muy distantes. Todo esto, sin necesidad de tecnología moderna. Nuestros antepasados lograron construir estructuras duraderas usando elementos tan inesperados como excretas de animales, extractos de plantas y cenizas volcánicas.

Hoy, el uso de herramientas científicas sofisticadas nos permite evaluar las propiedades de durabilidad, mecánicas, de resistencia y porosidad, que nos permiten entender y aprovechar algunas de estas técnicas ancestrales, que en muchos lugares siguen siendo soluciones adecuadas para construir casas y refugios.

La ciencia moderna confirma la sabiduría de nuestros antepasados, quienes aprendieron a usar su entorno para construir con eficiencia y resistencia. Quizá aún queda mucho por descubrir. Pero una cosa es segura: el conocimiento del pasado sigue influyendo en el presente y tiene el potencial de transformar el futuro de la construcción hacia estructuras más duraderas y elaboradas con materiales sustentables.

La ciencia de los materiales no solo construye edificios, también construye futuros y, quizá, en cada muro de adobe o en cada bloque de cemento, aún late la sabiduría de nuestros antepasados.

[1] Tecnología que manipula la materia a una escala nanométrica (millonésima parte de un milímetro)

[2] Tipo de concreto que utiliza agua para activar el cemento y lograr su endurecimiento

[3] Átomo de cloro que ha ganado un electrón, lo que le da una carga negativa (es el mismo que se encuentra en la sal de mesa, el cloruro de sodio).

[4] Personas que extraen piedra de cantera.

[5] Mezcla de un materiales utilizada principalmente como "pegamento" para unir bloques, ladrillos o piedras en una construcción.

[6] Pasta elaborada a base de cal que se aplica como una capa final sobre los muros para alisarlos.

[7] Carbohidratos extraídos de plantas.