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Nace el hormigón marciano, apto para el planeta rojo, barato y fácil de usar

Si vamos a colonizar Marte, necesitaremos edificios para vivir y trabajar. Este hormigón basado en azufre podría servir para construirlos

The Physics arXiv Blog 13/01/2016


Cada vez hay más interés en enviar humanos a Marte. Varias agencias espaciales han empezado a estudiar los numerosos problemas que presentaría tal misión, como su protección durante el viaje.

Pero una vez que los humanos lleguen al planeta rojo, requerirán edificios de alta calidad en los que vivir y trabajar. Podrán llevar determinadas estructuras con ellos, pero esto sólo puede representar una solución temporal. Los primeros colonos tendrán que encontrar la manera de edificar con los recursos propios del planeta. ¿Pero cómo?

Hoy recibimos una respuesta gracias al trabajo de Lin Wan y sus compañeros de la Universidad de Northwestern (EEUU). El equipo ha averiguado cómo elaborar hormigón marciano con materiales ampliamente disponibles en Marte. Y, de forma crucial, este hormigón puede hacerse sin agua, un recurso casi precioso en el planeta rojo.

El material clave en el auge de construcción marciana será el azufre, asegura el equipo. La idea básica es calentar el azufre a unos 240 °C para que se vuelva líquido, mezclarlo con tierra marciana, que sirve de conglomerado, y dejarlo enfriar. El azufre se solidifica, uniendo el conglomerado y creando hormigón. Y ¡voilá!, ya tienes hormigón marciano.

Por supuesto, la idea de emplear azufre para unir los conglomerados dista mucho de ser nueva. Los ingenieros llevan al menos un siglo experimentando con este tipo de material e inicialmente encontraron que el hormigón basado en azufre tiene sus propios problemas.

Para empezar, mientras se enfría el azufre, se solidifica para formar azufre monoclínico y luego se transforma en azufre ortorrómbico, el alótropo estable, a temperaturas más bajas. Pero también se encoge durante este proceso y esta reducción de tamaño crea cavidades y estreses que debilitan gravemente el material.

Además, durante la década de 1970, los científicos de materiales estudiaron la posibilidad de emplear el hormigón de azufre para construir bases lunares en la Luna. Rápidamente descubrieron que en el vacío, el azufre se sublima, es decir, que se convierte directamente en gas desde un estado sólido. Cualquier hormigón de azufre rápidamente desaparecería en el éter.

Así que una cuestión importante es si se puede hacer que el hormigón de azufre sea lo suficientemente fuerte y resistente para resultar útil en Marte.

Para averiguarlo, el equipo de Wan hizo hormigón de azufre con tierra marciana, que consistía principalmente en dióxido de silicio y óxido de aluminio con otros componentes como el óxido de hierro, el dióxido de titanio, y así. También probó varios tamaños distintos de partículas en el conglomerado.

Las pruebas fueron sencillas. Habiendo mezclado el conglomerado con diferentes porcentajes de azufre fundido y dejado que las muestras se enfriaran en bloques, midieron las propiedades físicas de los materiales resultantes, como su resistencia a la compresión y mecanismos de fallo. También analizaron químicamente la mezcla y simularon su comportamiento.

Los resultados representan una lectura interesante. Resulta que el uso de un conglomerado de partículas más pequeñas reduce la formación de vacíos, lo que aumenta significativamente la fuerza del material. "La mejor mezcla para producir hormigón marciano es de 50% azufre y 50% tierra marciana con un tamaño máximo del conglomerado de un milímetro", escribieron los investigadores.

Y es un material fuerte, que llega a una resistencia a la compresión que supera los 50 megapascales (esta cifra equivale a 50 veces la presión media de la Tierra), sobre todo si es comprimido durante el proceso de endurecimiento para reducir la formación de vacíos. Esta fuerza es también en parte el resultado de la unión química que hace el azufre con la tierra marciana. En comparación, los estándares de construcción residencial en la Tierra requieren un hormigón con una resistencia a la compresión de unos 20 megapascales.

El equipo de Wan también afirma que las condiciones atmosféricas en Marte son adecuadas para este material. "Tanto la presión atmosférica como las temperaturas en Marte son adecuadas para alojar estructuras de hormigón de azufre", afirma el equipo.

Y existen otras ventajas. El hormigón de Marte puede ser reciclado al calentarse, el azufre se funde y puede ser reutilizado repetidas veces. También es de fraguado rápido, relativamente fácil de manipular y extremadamente barato en comparación con los materiales de la Tierra.

Es un trabajo interesante. Significa que las primeras estructuras permanentes en Marte deberían resultar sencillas de construir. Ahora sólo necesitamos una nueva generación de arquitectos marcianos para diseñar edificios hechos de hormigón marciano que permitan alojar las vidas y el trabajo de los humanos.

El tiempo está de su parte. Quedan años todavía para la primera misión humana a Marte. Pero es posible que los primeros humanos que vivirán en estas estructuras ya hayan nacido y se estén criando actualmente dentro de unos edificios algo distintos en la Tierra.

Ref: arxiv.org/abs/1512.05461: A Novel Material for In Situ Construction on Mars: Experiments and Numerical Simulations

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