ARTIGO Bioconcreto

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MBA em Gestão de Obras e Projetos – UNISUL – Florianópolis 
 
A potencial utilização de biomateriais em reparos de estruturas de 
concreto – bactérias como agentes de cura. 
 
 
 
Paulo Fernandes Dutra Jr, Engenheiro Civil, Universidade do Sul de Santa Catarina 
(UNISUL) – MBA em Gestão de Obras e Projetos 
pfdutrajr@gmail.com 
 
 
Resumo 
Há mais de 20 anos existe estudos visando o desenvolvimento de uma nova classe de materiais com 
um mecanismo de cicatrização incorporado para o concreto. A ideia é que estes novos materiais 
possuam a propriedade de se auto reparar, resultando em uma redução substancial de manutenção e 
consequente reparação de estruturas, representando uma maior vida útil das mesmas. Vários projetos 
de investigação concentram-se em materiais baseados concreto e asfalto. Um projeto que será 
discutido aqui é o concreto baseado em bactérias. As bactérias que são adicionadas à mistura de 
concreto são capazes de produzir minerais à base de carbonato de cálcio, um processo que pode 
resultar em vedação de fissuras e selagem de água. Este e mais exemplos mostram que a busca de 
novos materiais de construções concebidos para controlarem, em vez de evitarem danos, com um 
mecanismo de cicatrização incorporado, poderia ser mais econômico do que os tradicionais. 
Palavras-chave: Concreto; bactérias; reparo de fissuras; vedação. 
 
 
1. Introdução 
 
Atualmente, é cada vez maior a preocupação com a sustentabilidade, pois passou-se a 
buscar o equilíbrio entre sociedade, economia e meio ambiente nas atividades humanas. Na 
construção civil não é diferente, tornando-se comum os lançamentos dos edifícios 
sustentáveis. Desta forma, o artigo tem como objetivo o foco em uma das soluções 
sustentáveis para a construção: a escolha de materiais mais corretos do ponto de vista do 
desenvolvimento sustentável com a possibilidade de uso de biomateriais em sua composição. 
A importância do uso de biomateriais na Engenharia não é tão desenvolvida, uma vez 
que está limitado exclusivamente para produzir grandes estruturas de concreto. Não 
consegue-se usar a imaginação para perceber que na biologia pode ser encontrada solução 
de patologias específicas das estruturas de concreto, especialmente nas regiões onde o clima 
é um problema. Até agora, o problema está focado na questão do rompimento dos elementos 
que compõem a massa homogênea chamada concreto. Aqui, fatores como ciclos de cura e 
secagem desempenham um papel vital na sua patologia e, especialmente nas fissuras devido 
a alterações volumétricas da mistura e aos seus problemas associados com a carbonatação. 
 
 
 
 
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Conforme o Conselho Empresarial Mundial para o Desenvolvimento Sustentável 
(WBCSD) “O concreto é o material mais consumido no mundo, atrás apenas da água.” O 
concreto, evoluiu muito até chegar no que é hoje, ganhando novas tecnologias, tanto no 
preparo quanto no material em si, porém apresenta uma grave falha, a facilidade de se romper 
quando submetido a uma determinada tensão. A utilização das estruturas, em geral, está 
facilmente sujeita ao desgaste devido a ações de cargas e sobrecargas, estáticas, dinâmicas, 
vibrações, impactos, erosões, corrosão, cavitação, entre outros, causados normalmente por 
agentes mecânicos, químicos, físicos e biológicos que acarreta em falhas como trincas e 
rachaduras no concreto. 
A durabilidade das estruturas de concreto armado é substancialmente afetada por 
fissuras. As fissuras no concreto ocorrem devido a vários mecanismos, tais como retração, 
reações de congelamento-descongelamento e forças mecânicas de compressão e de tração. 
O rompimento da superfície de concreto pode reforçar a deterioração de barras de aço 
embutidas com o aumento da ingressão de produtos químicos corrosivos, tais como água e 
íons cloreto na estrutura de concreto. 
 
 
Imagem 1: exemplos de patologias em concreto. Fonte: Internet. 
Um método ativo e rápido como mecanismo de cura de rachaduras pode, portanto, ser 
esperado para diminuir a corrosão de vergalhão, resultando num aumento significativo da 
vida útil da estrutura. Tal mecanismo também seria benéfico, por razões econômicas, para 
redução de inspeção manual e reparação de estruturas enfraquecidas, devido ao seu alto 
custo. No entanto, o mecanismo de auto-cura, ou a natureza do agente de auto-cura no 
concreto deveria ser tal que não afetaria negativamente as características estruturais e 
mecânicas originais do material. 
 
 
 
 
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2. Histórico de utilização de propriedades cicatrizantes no concreto 
 
Há mais de cem anos o termo “fenômeno de auto cicatrização” tem intrigado 
pesquisadores no mundo inteiro, devido a maioria dos estudos atribuírem a redução da 
permeabilidade como efeito cicatrizante. Com a evolução de tecnologias e materiais, tal 
resultado se mostrou errôneo devido ao mesmo não ser exclusivamente a medida de 
penetração de água, sem considerar o fluxo através da amostra, pois o fenômeno de auto 
cicatrização não é o resultado de um ensaio em particular, mas resulta da interação entre a 
microestrutura e o fluido que a permeia (EDVARDSEN, 1999 – p448). 
Conforme TAKAGI, E. M. (2013), sua tese mostra que as primeiras pesquisas com a 
introdução intencional de propriedades auto cicatrizantes no concreto começaram em 1994, 
com a Drª Carolyn M. Dry. Ele ainda escreve: “Porém, foi a partir da criação do comitê 
técnico SHC 221 da RILEM (Réunion Internationale des Laboratoires et Experts des 
Matériaux, systèmes de construction et ouvrages), em 2005, que diferentes abordagens têm 
sido desenvolvidas para o estudo de um novo tipo de concreto que possua a capacidade de 
reparar suas próprias fissuras. Dentre estas abordagens, a cicatrização autógena se baseia em 
melhorar o mecanismo de colmatação natural do concreto”. Ele afirma que o Brasil está 
iniciando pesquisas sobre auto cicatrização do concreto com famílias de bactérias. 
Esta tecnologia já é realidade na Universidade Técnica de Delft (TUDelft), na Holanda, 
conduzida pelos estudos do cientista Dr Hendrik M. Jonkers (JONKER, M. H. – 2012), 
Microbiologista e pesquisador responsável pelo desenvolvimento de um material totalmente 
inovador, um concreto que cicatriza suas próprias fissuras. Os primeiros estudos começaram 
em 2006 por um grupo de pesquisadores da Faculdade de Engenharia Civil e Geociências 
(CEG) da TUDelft, que buscava um tipo de bactéria presente na natureza que pudesse 
sobreviver em um ambiente tão alcalino e seco como o concreto. Foi então que o pesquisador 
escolheu a bactéria bacillus, que é capaz de sobreviver por anos mesmo sem oxigênio e 
comida. Em 2012, o grupo de pesquisa da CEG lança o conceito de Bioconcreto, com a 
utilização de bactérias encapsuladas com função autorregeneradora. 
Simultaneamente, a Universidade Politécnica da Catalunha (UPC), através de 
pesquisadores do Grupo de Tecnologia de Estruturas lança o conceito de “fachadas vivas” 
com utilização de microrganismos pigmentados e texturados nas argamassas de 
revestimentos de fachadas, com caráter ambiental, estético e térmico. 
 
 
3. Potencial de utilização de bactérias no concreto 
 
Na evolução que o concreto sofreu até chegar no que é hoje, uma dessas evoluções é o 
bioconcreto, também conhecido por “concreto vivo”. Este novo material tem incorporado 
em sua composição, bactérias produtoras de calcita através da biomineralização, que 
conferem ao material propriedades de auto-reparação. 
A invenção do microbiologista Dr Henk Jonkers da TUDelft, rendeu o prêmio European 
Inventor Award 2015, que premia a melhor invenção na Europa. Esta invençãooferece uma 
abordagem inovadora para a criação de um concreto mais estável, combinando os 
ingredientes comuns do concreto, como cimento e agregados (areia e brita) e adicionando 
 
 
 
 
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bactérias, que produzem calcário à mistura, fator regenerador para o concreto. O nome 
vistoso deriva do seu método de confecção, que consiste em adicionar pequenas capsulas 
biodegradáveis contendo uma espécie de bactéria (bacillus) e também seu alimento (lactato 
de cálcio) na fabricação da argamassa do concreto. Conforme afirma JONKERS, Henk. “O 
que torna tão especial esta bactéria produtora de calcário é o fato de que elas são capazes de 
sobreviver em concreto por mais de 200 anos e entram em jogo quando o concreto está 
danificado. Por exemplo, se as rachaduras aparecem como resultado da pressão sobre o 
concreto, o concreto vai curar ele próprio.” 
 
Imagem 2: Sem oxigênio e em estado latente, as bactérias que compõem o bioconcreto podem permanecer 
vivas por séculos, dizem cientistas. Fonte: Noticias de Arquitectura, Fayer Waye 
As bactérias permanecem durante quase todo o tempo em estado latente (adormecidas), 
sendo apenas ativadas em contato com a água. Assim, após o surgimento de patologias 
naturais ou externas, provocando fissuras no concreto, a humidade ou a água da chuva 
penetra nas fissuras, dissolvendo as capsulas e funciona como um gatilho, “ativando” estas 
bactérias, que ao se alimentarem do lactato de cálcio e água, produz como resultado da 
digestão, a calcita (carbonato de cálcio). Por sua vez, a calcita vai encher as fissuras, do 
interior para o exterior, conseguindo selar a fissura de forma progressiva. 
 
Imagem 3: processo de ativação da bactéria como agente de cura após surgimento de fissuras. Fonte: 
PET/ECV - 2016 
Este bioconcreto, assim denominado pelo autor da invenção, visa fornecer uma solução 
inovadora e sustentável, melhorando consideravelmente a vida útil de edifícios, pontes, 
barragens e estradas. 
 
 
 
 
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4. Conclusão 
 
Tão sólidas e confiáveis quanto as estruturas de concreto possam parecer, elas 
compartilham um inimigo comum: a tensão, conforme mencionado anteriormente. Ao longo 
do tempo, o concreto se quebrará e se deteriorará, principalmente pela corrosão da armadura. 
Assim, um bioconcreto capaz de autorregenerar está sendo desenvolvido a fim de eliminar 
tais problemas. As vantagens desta nova tecnologia sobre o concreto convencional são de 
aumentar o tempo de vida das estruturas, maior capacidade de vedação, maior resistência 
além da redução dos custos de manutenção. 
Com isso, a equipe do Dr Henk Jonkers objetiva comparar, através de estudos teóricos, 
as propriedades de bioconcretos e a sua viabilidade técnica e ambiental, em relação às 
características do concreto comum. Além de discutir como os mesmos podem diminuir tanto 
o custo quanto o tempo dos reparos em estruturas de concreto. Apesar de não haver dúvidas 
quanto ao funcionamento do bioconcreto, ele ainda não passou integralmente pelo mais duro 
dos testes, o mercado. O que se sabe é que o bioconcreto está começando a ser introduzido 
no mercado europeu com preços em média 40% acima do concreto convencional. Então para 
uma total adesão às obras do mundo só falta baratear o bioconcreto e fazer com que ele se 
firme no mercado antes que outras tecnologias o façam. 
Como se não bastasse essa invenção, o cientista em conjunto com sua equipe adaptou o 
conceito do bioconcreto para um líquido, que pode ser aplicado diretamente sobre paredes 
que foram fabricadas com concreto tradicional, com intenção de curar possíveis fissuras já 
existentes ou proteger a edificação. 
Atualmente a equipe Dr Henk Jonkers está trabalhando para reduzir os custos de 
produção e esperam ter um sistema melhorado em apenas seis meses. O resto do tempo até 
dois ou três anos serão necessários para manter protótipos em observação e ver como se 
comportam ao longo do tempo. O bioconcreto, que poderá ser usado em estruturas de difícil 
acesso e grande porte, vem sendo testado no exterior de um prédio na Holanda para avaliar 
o seu uso a longo prazo. 
 
Imagem 4: Residência feita em bioconcreto como protótipo. Fonte: PET/ECV - 2016 
O conceito abre portas para um futuro mais verde para a construção civil e o 
desenvolvimento de tecnologias em conjunto com elementos da natureza. 
 
 
 
 
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5. Referências 
 
TAKAGI, Emilio Minoru. Concretos autocicatrizantes com cimentos brasileiros 
de escória de alto-forno ativados por catalizador cristalino. 2013. 130f. Dissertação 
de mestrado em Engenharia de Infraestrutura Aeroportuária – Instituto Tecnológico de 
Aeronáutica, São José dos Campos. 
Dry, C. M. Matrix cracking repair and filling using active and passive modes for 
smart timed release of chemicals from fibers into cement matrices. Smart 
Materials and Structures, v3, p. 118–123, 1994. 
Dry, C. M. Timed release of chemicals into cementitious material after the 
material has hardened to repair cracks, rebond fibers, and increase flexural 
toughening. Fracture Mechanics, Philadelphia, v. 25, 1994. 
Dry, C. M. Repair of higway bridges by internal time-release of repair chemicals. 
In: Engeneering Mechanics: A Force for the 21st Century. La Jolla: [s.n.]. 
Proceedings... p. 17-20, 1998. 
Dry, C. M. Three designs for the internal release of sealants, adhesives, and 
waterproofing chemicals into concrete to reduce permeability. Cement and 
Concrete Research, v. 30, p. 1969-1977, Aug. 2000. 
RILEM. Self-healing phenomena in cement-based materials. 2015 (Technical 
Committee 221-SHC) Disponível em: 
http://www.rilem.net/gene/main.php?base=8750&gp_id=228 Acesso em 05 mai. 
2017. 
JONKERS, Henk. BioConcrete: A novel bio-based material. Disponível em: 
http://www.raeng.org.uk/publications/other/bioconcrete-a-novel-bio-based-material 
Acesso em 05 mai. 2017. 
JONKERS, Henk. Development and application of bacteria-based self-healing 
materials. Disponível em: 
http://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid:e41b6351-71a1-436a-9211-
db5789596499/datastream/OBJ/download Acesso em 05 mai. 2017. 
VIEIRA, Guillermo. Profesor holandés crea un 'concreto vivo' que se repara a sí 
mismo. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=8Lw_qFDSHgg Acesso 
em 05 mai. 2017. 
G1. Conheça o bioconcreto, material que fecha as próprias rachaduras. 
Disponível em: http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2016/08/conheca-o-
bioconcreto-material-que-fecha-as-proprias-rachaduras.html Acesso em 05 mai. 2017. 
OLIVEIRA, Talita Yasmim Mesquita de. Estudo sobre o uso de materiais 
alternativos que otimizam a sustentabilidade em edificações. Disponível em 
http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10014837.pdf Acesso em 05 
mai. 2017. 
HECKE, Caroline. Concreto que elimina rachaduras sozinho pode ser o futuro da 
construção. Disponível em: http://www.tecmundo.com.br/futuro/32227-concreto-
que-elimina-rachaduras-sozinho-pode-ser-o-futuro-da-construcao.htm Acesso em 05 
mai. 2017. 
 
 
 
 
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INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Ciência aposta em materiais que se auto 
consertam. Disponível em: 
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=materiais-que-
se-autoconsertam&id=010160121105#.WAEPxeArKUl Acesso em 05 mai. 2017. 
EURONEWS. Un hormigón bacteriano que repara sus propias fisuras - futuris. 
Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=AKkk0Jwyr_8 Acesso em 05 
mai. 2017. 
TODO NOTÍCIA. TN ciencia y tecnología:Bioconcreto. Disponível em: 
https://www.youtube.com/watch?v=9fy876vk3Wo Acesso em 05 mai. 2017. 
VIEIRA, Guillermo. Bioconcreto. Hormigón que se auto repara. Disponível em: 
https://www.youtube.com/watch?v=kmHBuxKahtE Acesso em 05 mai. 2017. 
DELF UNIVERSITY OF TECHNOLOGY. TU Delf Self-healing bio-concrete 
nominated for European Inventor Award. Disponível em: 
https://www.tudelft.nl/en/2015/tu-delft/tu-delft-self-healing-bio-concrete-nominated-
for-european-inventor-award/ Acesso em 05 mai. 2017. 
EUROPEAN PATENT ORGANISATION. Hendrik Marius Jonkers (The 
Netherlansds). Disponível em: http://www.epo.org/learning-events/european-
inventor/finalists/2015/jonkers.html Acesso em 05 mai. 2017. 
CREA-ALAGOAS. Conheça o bioconcreto, material que fecha as próprias 
rachaduras. Disponível em: http://www.crea-al.org.br/2016/09/conheca-o-
bioconcreto-material-que-fecha-as-proprias-rachaduras/ Acesso em 05 mai. 2017. 
BBC-BRASIL. Concreto e outros produtos que se 'autoconsertam' são aposta da 
ciência. Disponível em: 
http://www.bbc.com/portuguese/noticias/2012/10/121029_produtos_autocurativos_p
ai.shtml Acesso em 05 mai. 2017.