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EL PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN EL BIODETERIORO Y LA 
CONSERVACIÓN DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: METALES Y CONCRETO 
 
 
 
 
MARIA CAMILA RIVERA SERNA 
 
 
 
 
Proyecto de Grado 
 
Dirigido por: Liliana Reyes Valderrama 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
FACULTAD DE CIENCIAS 
BOGOTÁ, D.C. 
2015 
 
2 
 
TABLA DE CONTENIDO 
 
 
Resumen ........................................................................................................................................ 4 
 
1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 4 
 
2. BIODETERIORO DE CONCRETO ......................................................................................... 6 
2.1. Biocorrosión del concreto por ácido sulfúrico .......................................................... 7 
2.1.1. Producción de sulfuro de hidrogeno (𝑯𝟐𝑺) ............................................................ 8 
2.1.2. Reducción del pH, sucesión microbiológica, generación de ácido sulfúrico. .. 9 
2.1.3. Acción del ácido sulfúrico (𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒) en la matriz de concreto ........................... 10 
2.1.4. Prevención del biodeterioro del concreto por acción del (𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒) ................. 11 
2.2. Erosión y corrosión del concreto reforzado ............................................................ 12 
 
3. BIODETERIORO DE METALES .......................................................................................... 13 
3.1. Biopelículas .................................................................................................................... 14 
3.1.1. Bacterias sulfato reductoras (SBR) ........................................................................ 15 
3.1.2. Bacterias reductoras de nitrato (NRB) ................................................................. 16 
3.1.3. Bacterias oxidantes de hierro (BOFe) ................................................................. 17 
3.2. Rotura de películas protectora naturales ................................................................ 17 
3.3. El papel de los hongos en el biodeterioro de metales ............................................ 17 
3.4. Caracterización de corrosión inducida por microorganismos ............................ 19 
 
4. USO DE MICROORGANISMOS EN LA CONSERVACIÓN DE EDIFICACIONES Y 
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. .......................................................................................... 19 
4.1. Biomineralización, precipitación de carbonato de calcio ..................................... 19 
4.1.1. Aplicaciones de la biomineralización (Concreto) ............................................... 20 
4.1.2. Biomineralización y propiedades físico-químicas del concreto ...................... 21 
4.1.2.1. Fuerza de compresión .......................................................................................... 21 
4.1.2.2. Permeabilidad ........................................................................................................ 22 
3 
 
4.2. Nanopartículas de plata ............................................................................................... 22 
 
5. CONCLUSIONES................................................................................................................... 23 
 
6. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
EL PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN EL BIODETERIORO Y LA 
CONSERVACIÓN DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: METALES Y 
CONCRETO 
 
Resumen 
 
El concreto y los metales, son materiales usados a nivel mundial para la construcción de todo tipo 
de obras, desde edificios, hasta redes de distribución de servicios públicos. Estos materiales son 
susceptibles a procesos de corrosión, y los costos asociados a su reparación y el remplazo, 
ascienden a billones de dólares anuales. Un porcentaje significativo de los daños es producido por 
la actividad de microorganismos, lo cual se denomina biodeterioro y puede involucrar la presencia 
de una o varias especies microbianas. Generalmente es la interacción de factores ambientales y 
biológicos lo que conduce al desgaste de las estructuras. Los microrganismos contribuyen al 
proceso mediante la liberación de productos resultantes de su actividad metabólica, tales como 
ácidos, o provocando que se desencadenen reacciones redox por la presencia de biopelículas, las 
cuales cambian las condiciones químicas del microambiente adyacente a la superficie del 
material. A pesar del problema que la actividad de algunos microorganismos constituye para la 
ingeniería, existen algunos casos en los cuales éstos pueden llegar a representar soluciones, al 
prevenir o corregir el deterioro, como ocurre en la biomineralización, que ayuda a disminuir la 
permeabilidad y corrosión del concreto, evitando el ingreso de cloruros e incluso promover una 
mejoría importante de sus propiedades. En el presente trabajo se realizó una revisión de algunos 
procesos que conducen al biodeterioro, de posibles estrategias de mitigación y de la aplicación de 
microrganismos en la conservación de infraestructuras. 
 
1. INTRODUCCIÓN 
 
Uno de los principales retos que afronta actualmente la ingeniería, es el desarrollo de 
materiales de construcción con características que permitan la mayor durabilidad y resistencia 
de las estructuras. Con ello se busca reducir los elevados costos que representa el 
mantenimiento y el remplazo de diferentes obras urbanas, debido al deterioro causado por 
distintos factores tanto ambientales como biológicos. El biodeterioro de materiales no solo 
afecta el sector de la construcción, sino que también tiene un impacto directo en los sectores 
económicos relacionados. Ejemplo de ello son el sector de servicios, que incluye distribución de 
5 
 
gas, sistema de acueducto y alcantarillado, y redes eléctricas, o el sector de producción 
industrial que abarca la explotación de gas y petróleo, minería e industria química y 
petroquímica (1). 
Entre los Materiales de construcción más ampliamente usados a nivel mundial para todo tipo 
de estructuras, se encuentran el concreto, el cual es básicamente es una mezcla de arena, grava, 
agua y cemento que actúa como aglutinante (2). Las propiedades del concreto pueden variar 
considerablemente dependiendo de las proporciones y los aditivos químicos que se le añada a 
la mezcla. Para mejorar su resistencia, es un común la implementación de refuerzos de varillas 
de acero, fibras de vidrio o de polímeros sintéticos, esto se conoce como concreto reforzado (3). 
Son diferentes los factores que pueden promover el deterioro del material y la acción 
microbiana es de especial relevancia bajo ciertas circunstancias. Por ejemplo, las condiciones 
que se desarrollan en los sistemas de alcantarillado, son propicias para que se dé una reducción 
del pH del concreto, con la subsecuente aparición de bacterias productoras de ácido 
desencadenando así, la corrosión del concreto (4). En general las instalaciones hidráulicas 
pueden ser susceptibles a este tipo de corrosión. 
Por otro lado, los metales también son de uso común en la ingeniería, el acero por ejemplo, es 
usado como parte integral de muchas estructuras, el cobre y el hierro son empleados para la 
construcción de sistemas de distribución de servicios como agua y gas, al igual que para hacer 
reactores y tuberías en la industria petroquímica. Los metales son susceptibles a la corrosión, 
la cual puede ser de origen químico o biológico, en esta última pueden estar involucrados una 
gran variedad de microorganismos como bacterias y hongos, los cuales al formar biopelículas 
sobre las superficies, producen cambios en las condiciones electroquímicas del medio, 
promoviendo así el deterioro del material. (5)Aunque los microorganismos son responsables del deterioro de diversos tipos de obras y de los 
gastos asociados a su reparación y remplazo, también pueden ser empleados para mejorar las 
propiedades de los materiales y prevenir su deterioro, ofreciendo alternativas sostenibles y de 
bajo costo para la conservación de las estructuras. Algunas de las aplicaciones que se pueden 
mencionar es la biomineralización, que consiste en la deposición de partículas minerales que 
se unirán al sustrato, mejorando las propiedades del concreto como la fuerza de compresión y 
la permeabilidad (6). Otra aplicación consiste en la producción de nano-partículas de plata 
mediante el uso de microorganismos, estas tienen actividad biocida que le confiere protección 
al material del deterioro influenciado por microorganismos (7). 
6 
 
En el presente trabajo se realizó una recopilación de la información disponible sobre el 
biodeterioro de metales y concreto, con el objetivo de mostrar algunos mecanismos y procesos 
involucrados. Adicionalmente se destacó el papel de los microorganismos en el desarrollo de 
estrategias que mejoran las propiedades de los materiales. 
 
2. BIODETERIORO DE CONCRETO 
 
El concreto ha sido el material de construcción más usado a nivel mundial desde el siglo XX y 
su demanda es cada vez mayor (8). Su composición puede variar significativamente, ya que 
según el uso que se le quiera dar y la calidad que se quiera obtener, se le adicionan diferentes 
tipos y concentraciones de aditivos como cenizas volantes, escorias de horno alto y humo de 
sílice, en busca de mejorar diferentes propiedades mecánicas como la fuerza de compresión, la 
permeabilidad, etc. 
Entre los componentes más comunes del concreto se encuentra el cemento, el cual al mezclarse 
con agua, arena y otros aditivos puede aglomerarse y moldearse, su producción representa un 
problema a nivel ambiental, ya que normalmente 100 kg de CO2 son emitidos a la atmosfera por 
cada tonelada de concreto producido (9). Por lo anterior, muchos estudios se han centrado en 
hacer más sostenible el uso de este material, buscando aumentar su durabilidad, la cual es 
definida por Navneet Chahal y Rafat Siddique, como “la capacidad del concreto de resistir la 
acción del ambiente, el ataque químico y la abrasión, mientras conserva sus propiedades 
deseadas y exhibe un desempeño confiable” (10). 
La acción microbiana sobre una estructura de concreto combinada con algunos factores 
ambientales, puede tener un impacto significativo sobre su durabilidad y estabilidad. En la 
literatura se ha reportado una gran diversidad de organismos involucrados en su biodeterioro, 
tales como bacterias, hongos, algas, líquenes, diatomeas y musgos (11). El tipo de deterioro 
causado por cada microorganismo puede ser diferente, al igual que su impacto en la estructura, 
por lo que el éxito de las estrategias empleadas para su prevención, debería considerar la 
interacción de distintas variables. 
Entre las infraestructuras de concreto más afectadas por la acción de los microorganismos se 
encuentran los sistemas de tratamiento de aguas residuales y de distribución de agua potable. 
Solamente en los Estados Unidos se invierten anualmente $41 mil millones de dólares en la 
7 
 
realización de obras para proveer a la población con estos servicios y el costo operacional y de 
mantenimiento asociado asciende a $56 mil millones de dólares (12). Teniendo en cuenta que 
se trata de servicios básicos de los cuales depende la calidad de vida de los ciudadanos y que 
alguna falla en el sistema puede llevar a un problema de salubridad, se ha prestado especial 
atención a los factores involucrados en el deterioro de estas obras. En general, estructuras de 
concreto relacionadas con agua y con manejo de algún tipo de desecho como vertederos de 
lixiviados, drenajes de actividades mineras y estructuras sumergidas en el mar como los 
cimientos de puertos y puentes, son propensas a sufrir biodeterioro debido a la naturaleza 
misma de estos ambientes (13). Por otro lado, las estructuras de concreto reforzado también 
son propensas al deterioro biocorrosivo inducido por microorganismos, ya que el desgaste de 
la matriz de concreto que recubre el acero, promueve de manera indirecta su corrosión (14). 
El tipo de daño producido en la estructura y la velocidad a la cual se presente, depende de las 
condiciones ambientales y de los microorganismos que encuentren condiciones favorables para 
su desarrollo. Algunos ambientes que pueden influenciar el desgaste son la humedad, las altas 
concentraciones de dióxido de carbono, la alta concentración de sales o de iones de cloro y la 
presencia de sulfatos y cantidades importantes de ácidos (15) 
 
2.1. Biocorrosión del concreto por ácido sulfúrico 
 
La corrosión causada por ácido sulfúrico de origen biogénico, es una de las formas de deterioro 
más importante y agresiva, y ha sido reportada frecuentemente en sistemas de alcantarillado y 
tratamiento de aguas residuales a nivel mundial. La biocorrosión por ácido sulfúrico es 
producto de la compleja ecología microbiana que se genera en estos ambientes, que hace parte 
del ciclo del azufre, y que involucra un fenómeno de sucesión microbiológica (4). Así, el proceso 
de biocorrosión en las tuberías de concreto, puede ser estudiado en varias etapas 
fundamentales que involucran la acción de microorganismos diferentes, sometidos a 
condiciones particulares, como se muestra a continuación. 
 
 
 
8 
 
2.1.1. Producción de sulfuro de hidrogeno (𝐻2𝑆) 
 
El ciclo del azufre que se desarrolla en los sistemas de alcantarillado, inicia con la 
transformación del sulfato, común en este tipo ambientes, a sulfuro de hidrogeno 𝐻2𝑆 (16). Este 
proceso se da en anaerobiosis, propiciada por la casi inexistente cantidad de oxígeno disuelto 
en el agua, y por la aparición y acumulación de capas de lodo, consecuencia de la disminución 
en la velocidad de flujo. Estas condiciones permiten que bacterias sulfato reductoras (SRB) 
como Desulfovibrio spp, transformen el sulfato en 𝐻2𝑆, mientras ocurre simultáneamente la 
oxidación de compuestos orgánicos o de 𝐻2 (17). 
La velocidad de producción del sulfuro de hidrógeno se ve afectada por ciertas variables como 
la temperatura y el tipo de materia orgánica que circule por el sistema. Por ejemplo, se ha 
encontrado que la presencia de algunos compuestos como etanol, glucosa y lactato, estimulan 
la generación de 𝐻2𝑆 (18). El aumento de la temperatura, por otro lado, afecta la rapidez con la 
que se disuelve el oxígeno en el sistema de alcantarillado, acelerando la aparición de las 
condiciones de anaerobiosis, requeridas para la acción de las bacterias sulfato reductoras (19). 
Lo anterior podría explicar la razón por la cual en Canadá y en el Norte de Estados Unidos, la 
corrosión por ácido sulfúrico no es tan frecuente como en México y en la parte sur de Estados 
Unidos (20). 
 Una vez producido el sulfuro de hidrogeno, este migrará a la superficie de la tubería de 
concreto por la influencia de distintos factores, entre los cuales se encuentran las características 
del flujo, tales como la turbulencia, la profundidad y el diámetro de la tubería (Figura 1). Otro 
factor que propicia el escape del 𝐻2𝑆 a la atmosfera del sistema, es su baja solubilidad en agua, 
facilitando la formación de una capa condensada en la parte superior de la tubería, sobre la 
superficie del concreto, donde el 𝐻2𝑆 se convierte en 𝐻𝑆− y 𝑆−2, lo cual a su vez resultará, en 
una mayor migración de 𝐻2𝑆 a la superficie para mantener el equilibrio gas-liquido. Además, la 
interacción del 𝐻2𝑆 con el oxígeno, dará lugar a la aparición de óxidos de azufre y azufre simple, 
contribuyendo a la llegada de más sulfuro de hidrógeno a la capa condensada (21). Estas nuevas 
condiciones, con un ambiente rico en 𝐻2𝑆 son las requeridas para el inicio de la siguientefase 
del ciclo, que consiste básicamente en la reducción del pH por sucesión microbiológica. 
 
9 
 
 
Figura 1. Producción de sulfuro de hidrogeno, escape a la atmosfera de la tubería y formación de la capa 
condensada superficie del concreto. Adaptado de D.J. Roberts et al. (2002) 
 
2.1.2. Reducción del pH, sucesión microbiológica y generación 
de ácido sulfúrico. 
 
La composición del concreto, hace que este sea esencialmente un material alcalino con un pH 
promedio de 12, que previene la aparición de ácido sulfúrico biogénico. No obstante, al 
reducirse inicialmente el pH por acción de las nuevas condiciones del sistema, se propicia un 
continuo descenso gracias al fenómeno de sucesión microbiológica. Ello favorecerá la aparición 
de bacterias acidófilas oxidantes de azufre (ASOB), capaces de producir ácido sulfúrico, con el 
subsecuente desgaste del concreto. 
Más en detalle, el primer paso de este proceso, es la reducción del pH del concreto a valores 
entre 9 y 9.5 debido al 𝐶𝑂2 y el 𝐻2𝑆, presentes tanto en la atmósfera como en la superficie de la 
tubería. Esta baja en la alcalinidad, sumada a las condiciones de humedad, y disponibilidad de 
nutrientes y oxígeno, favorece la aparición y desarrollo de bacterias oxidantes de azufre (BOS) 
como Thiobacillus sp, con la capacidad de unirse al concreto y usar el azufre allí depositado 
como sustrato para su colonización (16) . Es en este punto donde comienza el proceso de 
sucesión microbiológica, en el cual las especies dominantes de bacterias oxidantes de azufre 
van cambiando con el tiempo y con las variaciones de pH. Un estudio realizado por Okabe et al 
10 
 
(2007), mostró que distintas bacterias capaces de usar 𝐻2𝑆 y 𝑆2𝑂3
2− como donadores de 
electrones, pueden sucederse unas a otras a medida que disminuye el pH, como por ejemplo 
Thiothrix spp, seguidas por Thiomonas spp y Halothiobacillus neapolitanus (4). Finalmente, la 
acción consecutiva de todos estos organismos, resulta en un descenso de pH a valores de 4.0, 
generando un ambiente ideal para la llegada y proliferación de bacterias acidófilas oxidantes 
de azufre (BAOS) como Acidithiobacillus, que producirá ácido sulfúrico mediante la oxidación 
de 𝐻2𝑆, lo que bajara aún más el pH, aproximadamente a un valor de 2.0. 
 
2.1.3. Acción del ácido sulfúrico ( 𝐻2𝑆𝑂4) en la matriz de 
concreto 
 
El ácido sulfúrico (𝐻2𝑆𝑂4 ) producto de la actividad de biopelículas de bacterias acidófilas 
oxidantes de azufre como Acidithiobacillus thiooxidans y Acidiphilium cryptum, se difunde por 
la matriz de concreto, desencadenando la corrosión del mismo, mediante la solubilización de 
los minerales que lo componen (22). El proceso de deterioro del material también involucra la 
formación de cristales de etringita (𝐶𝑎𝑂)3 𝐴𝑙2𝑂3(𝐶𝑎𝑆𝑂4)332𝐻2𝑂, lo cual se explica en la Figura 
2, este es un producto expansivo, que aumenta el riesgo de fracturas debido al incremento de 
la presión interna (23). Adicional a esto, el ácido sulfúrico que penetra la matriz de concreto, 
disuelve la portlandita (𝐶𝑎(𝑂𝐻)2) y el silicato de calcio hidratado (3𝐶𝑎𝑂 2𝑆𝑖𝑂23𝐻2𝑂) , los 
cuales son algunos de los principales componentes del cemento portland, por la fuerza que le 
confieren a las estructuras. Simultáneamente, ocurre la precipitación de yeso (𝐶𝑎𝑆𝑂4 2𝐻2𝑂) el 
cual es un material muy frágil, aumentando así el desgaste y la posibilidad de falla de la tubería 
(24). Finalmente, toda esta serie de cambios químicos por actividad microbiana (Figura 2) 
alteran las propiedades físicas del concreto, tales como la fuerza de compresión y la 
permeabilidad, generando grandes gastos en el mantenimiento y remplazo de la red de 
alcantarillado y tratamiento. 
 
11 
 
 
 
Figura 2. Reacciones que conducen al biodeterioro del concreto. 1) Formación de sulfuro de hidrogeno a 
partir de sulfatos, por bacterias sulfato reductoras. 2) Formación de ácido sulfúrico por bacterias 
oxidantes de azufre. 3) Formación de yeso por la acción del ácido sulfúrico. 4) Formación de etringita. 
Adaptado de R.P.George et al. (2012) 
 
2.1.4. Prevención del biodeterioro del concreto por acción de 
𝐻2𝑆𝑂4 
 
Debido al alto impacto económico que tiene la biocorrosión del concreto, causado por la 
producción de 𝐻2𝑆𝑂4 mediante la interacción de diferentes microorganismos, se ha prestado 
especial atención al desarrollo de estrategias o materiales que puedan de alguna manera frenar 
o interferir en el ciclo de formación de ácido sulfúrico. Para ello se han implementado controles 
a la emisión del sulfuro de hidrogeno a la atmosfera de la tubería, o estrategias para su 
remoción, mediante la inyección de ciertos elementos o compuestos como oxígeno, magnesio, 
hidróxido de sodio o nitratos de calcio y sales (25). 
Por ejemplo, con el aumento del oxígeno disuelto en el agua, se pretende evitar la condición de 
anaerobiosis que se requiere para la formación de 𝐻2𝑆 . Sin embargo, para que se logre 
12 
 
mantener una concentración de oxígeno disuelto que evite la aparición de este compuesto, se 
requiere que el 𝑂2 u oxígeno puro sean inyectados en diferentes puntos estratégicos del 
sistema, aumentando así los costos asociados. Por otro lado, la adición de sustancias buffer 
como el hidróxido de magnesio o el hidróxido de sodio, busca lograr un aumento del pH, 
evitando de esa manera la liberación de 𝐻2𝑆 a la atmosfera de la tubería (26). Finalmente, las 
sales de hierro no impiden la formación de sulfuro de hidrógeno en el agua, su acción consiste 
en precipitarlo, lo que previene su escape a la atmosfera (27). Todas estas estrategias actúan 
interrumpiendo alguna fase fundamental del ciclo del azufre, logrando impedir o detener el 
biodeterioro del concreto. 
Otras prácticas para prevenir la biocorrosión están dirigidas a cambiar la composición del 
concreto, mediante el uso de aditivos o recubrimientos, que prevengan el ataque químico, o la 
adición de biocidas para reducir o eliminar la aparición de biopelículas, hongos o algas (28). 
Los métodos mencionados han mostrado ser efectivos en lograr su objetivo. Sin embargo, se 
debe evaluar también su relación costo / beneficio, para determinar cuál de ellos es más 
sostenible a largo plazo. 
 
2.2. Erosión y corrosión del Concreto Reforzado 
 
El concreto posee limitaciones como una baja fuerza de compresión, la cual representa una 
propiedad fundamental para la resistencia, estabilidad y durabilidad de cualquier estructura. 
Por ello, el uso de concreto reforzado con varillas de acero es una práctica común en la 
construcción. Las expectativas respecto a la vida útil de este tipo de estructuras pueden superan 
los 100 años, aunque en ocasiones se han reportado daños sistemáticos y deterioros 
significativos en un lapso de tan solo 10 años (14). Este es un fenómeno que se presenta 
especialmente en zonas costeras, donde la exposición permanente a cloruros y agua marina 
acelera la erosión del concreto y la oxidación del acero. 
El deterioro del concreto reforzado se puede presentar, tanto por el deterioro de los 
componentes del recubrimiento de concreto como por la corrosión de los refuerzos de acero. 
Por ejemplo, la pirita (FeS2) es uno de los componentes de la matriz de concreto que contribuye 
a su resistencia y que se ve alterada por la actividad de microorganismos. Este agregado puede 
sufrir oxidación química y microbiológica, lo cual produce la expansión del material y la 
13 
 
aparición de grietas. En general los agregados a base de hierro o azufre constituyen una fuente 
de energía para los microorganismos contribuyendo así al biodeterioro (29). 
Por otro lado, el acero es una aleación de hierro y carbono, susceptible a la corrosión 
electroquímica como muchos metales, y que sufre los efectos de la actividad microbiana. La 
matriz de concreto protege el acero del ataque de factores ambientales queaceleran su 
deterioro. La acción de diferentes tipos de microorganismos altera la microestructura de esa 
matriz, haciendo que aumente su porosidad y permeabilidad, permitiendo la difusión de 
cloruros hasta el acero, iniciando así un proceso de corrosión que puede comprometer la 
integridad estructural de la obra (14). 
En general, la presencia de dióxido de carbono y de ácido sulfúrico en el ambiente produce una 
reducción del pH del concreto, facilitando el establecimiento de comunidades microbianas, 
cuya actividad genera un daño interno en las estructuras (13). La erosión del material facilita 
el ingreso de cloruros hasta los refuerzos, dando inicio al desgaste de la película inerte en la 
superficie del metal, lo cual constituye la primera fase del deterioro, con la posterior aceleración 
de la corrosión, la perdida de área transversal, y la acumulación de productos de corrosión (30). 
Diversos estudios realizados han encontrado una relación significativa entre el número de 
grietas y el inicio de la corrosión del acero (30). 
 
3. BIODETERIORO DE METALES 
 
Diversos tipos de metales han sido usados en arquitectura e ingeniería como parte integral de 
las estructuras o como complemento para mejorar algunas propiedades, entre ellas la 
resistencia y durabilidad. Los metales también pueden ser utilizados para la construcción de 
redes de distribución de servicios como gas, alcantarillado y agua potable o ser usados 
simplemente como decoración o en el acabado de puertas y ventanas (31). 
Según las condiciones ambientales, el metal puede deteriorarse debido a la progresiva 
corrosión de su superficie, lo cual genera grandes costos en prevención y reparación de los 
daños (32). Solo en Estados Unidos el costo anual de la corrosión de infraestructuras asciende 
a $22.6 billones de dólares, teniendo en cuenta que por todo el país se extienden 800.000 Km 
de tuberías de hidrocarburos y gas, 11.000 aeropuertos y 600.000 puentes. De estos últimos, la 
14 
 
mitad fueron construidos entre 1950 y 1994 con materiales como concreto reforzado y acero, 
lo cual los hace significativamente susceptibles al deterioro por corrosión (1). 
La corrosión puede tener origen químico o puede ser promovida por actividad biológica. Se 
caracteriza por una reacción electroquímica que involucra la transferencia de electrones desde 
un metal que se oxida (reacción anódica), a un aceptor de electrones externo en cercanía al 
metal que se reduce (reacción catódica), produciéndose así el deterioro del metal por la 
liberación de iones metálicos al ambiente. El desgaste del metal puede disminuir gradualmente, 
ya que los productos de la corrosión se depositan en la superficie actuando como una barrera 
protectora de los posibles agentes reactivos (33). 
En particular, la biocorrosión se produce gracias a la capacidad que tienen algunos 
microorganismos de formar biopelículas sobre una gran variedad de superficies y en diversas 
de condiciones. Una biopelícula puede ser definida como un consorcio de microrganismos y sus 
productos extracelulares, asociados en una interfaz y unidos a una superficie (34). La actividad 
microbiana de las biopelículas formadas sobre superficies metálicas, modifica la cinética de las 
reacciones de óxido reducción e incluso puede afectar la capa protectora del metal, 
conduciendo a la aceleración del deterioro o impidiéndolo (35). 
Para entender el proceso de corrosión que se está presentando sobre una superficie y aplicar 
las medidas de prevención y control adecuadas, es importante conocer qué tipo de 
microrganismos pueden estar involucrados en el deterioro y las variables implicadas en el 
mismo. 
 
3.1. Biopelículas 
 
La fijación de las comunidades microbianas al sustrato y la formación de las biopelículas se da 
gracias a la producción de sustancias poliméricas extracelulares (SPE), que consisten 
esencialmente en una compleja mezcla de macromoléculas que incluyen proteínas, 
polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos. La composición y las propiedades de las biopelículas 
varían debido a factores ambientales como la humedad, la fisiología y el tipo de bacterias que 
conformen la comunidad microbiana. La actividad metabólica de los microorganismos que 
conforman la matriz conduce a la liberación de diferentes productos insolubles, lo cual cambia 
las condiciones electroquímicas sobre la superficie del metal. 
15 
 
Los mecanismos mediante los cuales los microorganismos pueden afectar el proceso de 
corrosión de los metales son diversos. En general, la biocorrosión es consecuencia de los 
cambios en las condiciones electroquímicas generados por la actividad microbiológica sobre el 
ambiente adyacente a la superficie del metal (5). Entre dichos cambios se pueden mencionar el 
tipo y la concentración de iones, los valores de pH, el potencial de óxido-reducción y la 
alteración de la superficie del metal (36). Todas estas modificaciones están influenciadas por el 
tipo de metal y la estructura de la comunidad microbiana que compone la biopelícula adherida 
a la superficie (37). 
 
3.1.1. Bacterias sulfato reductoras (BSR) 
 
La hipótesis unificada de transferencia de electrones plantea que la corrosión influenciada por 
microorganismos (CIM), se da cuando los productos insolubles resultantes de la actividad 
metabólica en las biopelículas, actúan como aceptores de electrones, generando un flujo 
electrónico desde el metal (el cual actúa como ánodo), hacia el oxígeno que es el aceptor 
universal (38). Sin embargo, en ausencia de oxigeno los microorganismos también pueden ser 
promotores de la corrosión, debido a que durante la respiración anaerobia diferentes 
compuestos orgánicos e inorgánicos pueden actuar como aceptores de electrones. Entre los 
más comunes se encuentran el dióxido de carbono, el sulfato, el sulfito, el nitrato y los óxidos 
de hierro (39). Lo anterior tiene especial importancia en estructuras metálicas en contacto con 
aguas residuales, donde las condiciones de anaerobiosis son favorecidas, o en la industria de 
petróleo y gas donde las tuberías de transporte están sumergidas en el mar y existen altas 
concentraciones de sulfatos (40). 
Las bacterias sulfato reductoras (BSR) así como las pertenecientes al género Desulfovibrio 
pueden usar hidrogeno molecular como fuente de energía, gracias a la acción de enzimas como 
la deshidrogenasa para la reducción del sulfato. De igual forma, el hidrogeno puede ser un 
producto metabólico resultante de la fermentación, en ausencia de sulfato (39). El producto 
metabólico de la reducción del sulfato es el sulfuro de hidrogeno (𝐻2𝑆) que puede actuar como 
aceptor de electrones (cátodo), y la subsecuente oxidación del hidrogeno molecular por parte 
de las BSR acelerará la polarización del cátodo, produciendo sulfito y el potencial necesario 
para la corrosión del metal. Esta teoría se conoce como despolarización catódica (41). 
 
16 
 
3.1.2. Bacterias reductoras de nitrato (BRN) 
 
Se ha establecido que la presencia de bacterias reductoras de nitraro (BRN) en las biopelículas 
puede reducir la corrosión, al competir con las bacterias sulfato reductoras (BSR) productoras 
de ácido. Ambos tipos de bacterias compiten por la misma fuente de carbono como los ácidos 
grasos volátiles. Mientras las BSR primero oxidan el propinato y el butirato a acetato, el cual 
actúa como donador de electrones cuando alcanza una concentración critica, las bacterias BRN 
consumen los 3 componentes de manera simultánea (42). Adicionalmente la energía obtenida 
mediante la reducción del nitrato es mayor que la que se obtiene de la reducción del sulfato, 
por lo que la inyección de nitrato es una estrategia comúnmente usada para prevenir la 
corrosión inducida por microorganismos en las tuberías de gas y petróleo, con el fin de 
estimular el crecimiento de BRN y evitar la producción de ácido sulfúrico, inhibiendo la 
proliferación de BSR (43).Por otro lado, diversos estudios sustentan que las biopelículas de bacterias reductoras de 
nitratos también tienen un papel significativo promoviendo la corrosión de metales como el 
hierro. La reducción del nitrato puede causar corrosión al igual que sucede con la reducción del 
sulfato, al actuar como aceptor de los electrones liberados de la oxidación del hierro para la 
producción de amonio (𝑁𝐻4
+) y nitrógeno gaseoso 𝑁2 (44). 
 
 
Figura 3. Oxidación de Hierro y captación de electrones por parte de la célula, para la reducción de 
nitratos a amonio y nitrógeno gaseoso. Adaptado de Dake Xu et al. (2013) 
17 
 
 
3.1.3. Bacterias Oxidantes de Hierro (BOFe) 
 
Este tipo de bacterias son de especial importancia en los sistemas de distribución de agua 
potable, ya que los productos liberados por la oxidación del hierro de las tuberías son 
contaminantes secundarios para el agua, haciendo que se torne de un color rojizo. También la 
industria petroquímica se ve afectada por la actividad de estos microorganismos, ya que los 
precipitados de la corrosión contaminan el producto y disminuyen su calidad (45) 
Las bacterias oxidantes de hierro catalizan la oxidación del hierro II (𝐹𝑒2+) a hierro III (𝐹𝑒3+), 
causando su precipitación y formando depósitos, esto lo pueden hacer a un pH relativamente 
neutro. Algunas de las bacterias involucradas en este tipo de biodeterioro son Gallionella sp., L. 
ochracea y Toxothrix trichogenes, y su actividad se puede determinar por la presencia de 
precipitados en forma de espiral, lo cual es indicativo que la corrosión es de origen biológico y 
no químico. (46) 
 
 
3.2. Rotura de películas protectora naturales 
 
Algunos metales como el cobre y acero inoxidable poseen características que previenen la 
corrosión, gracias a la presencia de una capa pasiva en su superficie, que evita que el metal 
reaccione con algún componente externo y se formen óxidos termodinámicamente más 
estables. Sin embargo, estas capas protectoras se pueden deteriorar en condiciones 
ambientales particulares como la presencia de ácidos, por ejemplo HCl y HBr, o sales que 
hidrolicen esos ácidos, cloruros oxidantes y agua con altas concentraciones de sal (41). Este 
desgaste de tipo químico genera condiciones apropiadas para el establecimiento de 
biopelículas en la superficie, acelerando así el deterioro de los materiales. 
 
3.3. El papel de los hongos en el biodeterioro de metales 
 
Los hongos, al igual que las bacterias, tienen la capacidad de fijarse sobre la superficie de 
diferentes metales y minerales, generando un microambiente en el cual ocurren una serie de 
18 
 
interacciones bioquímicas, que resultan en su transformación de la superficie, cambiando las 
propiedades originales del material y causando su deterioro. Dicha transformación se atribuye 
principalmente a la producción de ácidos orgánicos, generados como bio-productos durante 
procesos celulares de toma y procesamiento de nutrientes o la respiración. Cuando estos ácidos 
se disocian, los protones liberados reaccionan con la superficie, lo cual conlleva a la 
desestabilización de los enlaces oxigeno-metal y a la formación de complejos metálicos (47). 
El oxalato y el ácido oxálico (COOH) 2 son metabolitos producidos por diferentes hongos, y 
tienen un papel fundamental en la trasformación de metales y minerales. Aunque han sido 
considerados simplemente metabolitos de desecho, se ha comprobado que tienen entre otras 
funciones, producir la desintoxicación por metales y la reducción de los mismos (48). Cuando 
el ácido oxálico se disocia, el anión oxalato liberado tiene la capacidad de formar complejos 
metálicos y de precipitar oxalatos de metal insolubles, inmovilizando así los cationes metálicos 
y permitiendo a muchos hongos tolerar ambientes con altas concentraciones de metales 
tóxicos. Por ejemplo, se ha demostrado que Aspergillus niger puede formar cristales de oxalato 
en presencia de diversos compuestos minerales como fosfato de calcio, cadmio, cobalto, cobre, 
manganeso y zinc (49). 
Las propiedades biocidas de algunos metales como el cobre, pierden efecto por la formación de 
oxalatos en el medio, lo cual ocasiona que hongos y bacterias, mediante la producción de 
sustancias extracelulares poliméricas (EPS) se puedan adherir al sustrato. Posteriormente, los 
ácidos orgánicos se disocian en aniones orgánicos y protones, los cuales reaccionan con los 
ligandos de la superficie mineral y desestabilizan los enlaces metal-oxígeno, liberando cationes 
metálicos que producen deterioro y la corrosión de la superficie mineral (50). Este proceso 
puede afectar estructuras metálicas como tuberías de cobre e incluso la madera previamente 
tratada con este metal, en busca de prevenir el deterioro por microrganismos (51). 
 
La aleación de magnesio AZ31B es otro material de gran importancia en la industria de la 
construcción, que puede ser afectado por la actividad de microorganismos como Aspergillus 
niger. Esta aleación ha sido ampliamente usada por sus propiedades, tales como la baja 
densidad, la conductividad térmica, la ductilidad, y la fuerza, entre algunas otras. Consiste en 
un 97% de magnesio combinado con: aluminio, zinc, cobre, hierro, níquel, calcio, silicio y 
manganeso (52). Qing Qu et al (2015) evaluaron la electroquímica del proceso de corrosión del 
magnesio AZ31B catalizado por la acción de Aspergillus niger, y se encontró evidencia de la 
19 
 
disminución del pH y del circuito de potencial abierto en presencia de este hongo, lo cual 
acelero la tasa de corrosión (53). 
 
3.4. Caracterización de corrosión inducida por 
microorganismos 
 
En la práctica, determinar si existen factores biológicos involucrados en la corrosión de los 
materiales, es uno de los mayores retos en la industria y en la construcción. La corrosión 
inducida por microorganismos (CIM) normalmente no genera marcas particulares de corrosión 
localizada, y la presencia de biopelículas no es determinativa para afirmar que son las 
responsables del deterioro observado (54). Para conocer el origen real de la corrosión, se deben 
emplear diferentes técnicas que permitan entender o modelar el comportamiento del proceso 
y estudiar los productos generados bajo las circunstancias particulares de cada situación. 
La espectroscopia de fuerza atómica (AFS) es una de las técnicas que permite caracterizar la 
interacción que se presenta entre los microorganismos y la superficie. Mediante microscopia 
de fuerza atómica se puede estudiar cualitativamente y cuantitativamente la relación que se 
está presentando entre la muestra y punta metálica del equipo (55). Por otro lado, mediante 
espectroscopia de energía dispersiva (EDS) y microscopía electrónica de barrido (SEM) se 
puede estudiar la morfología y composición química de los productos y de los depósitos de 
corrosión (54). El análisis de la superficie también puede ser realizado mediante dispersión de 
energía con rayos X, en busca de depósitos o de biopelículas (56) 
 
4. USO DE MICROORGANISMOS EN LA CONSERVACIÓN DE 
EDIFICACIONES Y MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. 
 
4.1. Biomineralización, precipitación de carbonato de calcio 
 
La biomineralización es el proceso mediante el cual los microorganismos secretan productos 
metabólicos que reaccionan con iones o compuestos del ambiente, con la subsecuente 
deposición de partículas minerales como el carbonato de calcio (CaCO3), el cual termina por 
unirse al sustrato (6). Existen tres formas cristalinas de CaCO3: la veterita que es la menos 
20 
 
estable termodinámicamente, la aragonita y la calcita, siendo esta última la más estable y por 
ende la más deseable para las aplicaciones de la biomineralización (57). 
Los microorganismos involucrados en la precipitación de carbonato de calcio se pueden 
clasificar en tres grupos principales. En primer lugar, microorganismos como las cianobacteriasy las micro algas, mediante el proceso de fotosíntesis, remueven el 𝐶𝑂2 de la capa de agua 
adyacente a la célula, lo que inducen una variación química en el microambiente por el 
aumentando el pH. Esto ocasionando un desequilibrio del ácido carbónico, llevando a la 
producción de carbonato de calcio en presencia de iones calcio. 
En segundo lugar, están las bacterias reductoras de sulfato, que son importantes en la 
mineralización de materia orgánica en condiciones de anaerobiosis. Finalmente, se encuentran 
las bacterias involucradas en el ciclo del nitrógeno, las cuales son capaces de hidrolizar la 
urea 𝐶𝑂(𝑁𝐻2)2), a amoniaco (𝑁𝐻3) y a ácido carbónico (𝐻2𝐶𝑂3), los cuales se equilibran en 
agua para formar bicarbonato (𝐻𝐶𝑂3
−), amonio (𝑁𝐻4
+) y un ion hidróxido (𝑂𝐻−). En esta etapa 
que se produce un aumento del pH que conlleva un desplazamiento del equilibrio del 
bicarbonato, dando como resultado la formación de iones de carbonato (𝐶𝑂3
2−) y de iones de 
calcio (𝐶𝑎2
+) (50). Finalmente el carbonato se precipita como carbonato de calcio (𝐶𝑎𝐶𝑂3) en 
forma de cristales de calcita, aragonita o veterita. 
 
4.1.1. Aplicaciones de la biomineralización (Concreto) 
 
El concreto es uno de los materiales de construcción más usado a nivel mundial, por lo que la 
investigación dirigida a mejorar sus propiedades y la vida útil de las estructuras, es uno de los 
grandes desafíos que enfrenta la ingeniería actualmente. (58). La biocementación o 
mineralización inducida por microorganismos, se ha estudiado en las últimas décadas como 
una alternativa rentable, tanto para mejorar las propiedades del concreto como para la 
bioremediación de edificaciones antiguas. 
 
21 
 
4.1.2. Biomineralización y propiedades físico-químicas del 
concreto 
 
Diferentes técnicas y aditivos han sido empleados con el fin de mejorar las propiedades físico-
químicas del concreto y así lograr una mayor vida útil de las obras urbanas. Algunas de estas 
alternativas incluyen emulsiones de látex, resina epoxi y tratamiento de superficies con 
repelentes de agua, como silanos y siloxanos. Sin embargo, todas estas opciones tienen 
diferentes limitaciones que han dificultado e impedido su aplicación a nivel industrial. Entre 
estas limitaciones están la incompatibilidad de fases, estructura molecular inestable, costos 
elevados y emisión de gases tóxicos (59). Por lo anterior, la mineralización inducida por 
microorganismos es considerada una de las estrategias más rentables, teniendo en cuenta que 
su uso brinda una mejora en diferentes propiedades fundamentales del concreto, algunas de las 
cuales se enumeran a continuación. 
4.1.2.1. Fuerza de compresión 
 
Diferentes estudios se han centrado en entender, el efecto que tiene la incorporación de 
microorganismos en mezclas de concreto, sobre la fuerza de compresión del producto final. Un 
estudio realizado por Abo-El- Enein y colegas en el 2012, demostró que hubo un aumento en la 
fuerza de compresión de hasta un 33% en un mortero preparado con una relación 3:1 arena-
cemento, al cual se agregó un cultivo de Sporosarcina pasteurii (60). En este mismo año Navneet 
Chahal y colegas, emplearon el mismo microorganismo en mezclas de concreto que contenían 
diferentes concentraciones de cenizas volantes como aditivo y se logró una mejora en la fuerza 
de compresión de hasta un 22% (59). 
El aumento en la fuerza de compresión, se debe a que durante el crecimiento celular se produce 
la precipitación de carbonato de calcio, principalmente en forma de cristales de calcita, los 
cuales llenan los poros de la matriz de concreto. Una vez se ha reducido la porosidad del 
material, el flujo de nutrientes y oxígeno hacia las células, se detendrá, lo cual conllevará a la 
muerte de las mismas o la formación de endosporas, las cuales actuaran como fibras orgánicas, 
que contribuyen a la resistencia del material (60). 
 
 
22 
 
4.1.2.2. Permeabilidad 
 
Una de las principales causas de deterioro ambiental que sufre el concreto, se debe al ingreso 
de cloruros, que desencadena la corrosión de los refuerzos de acero y la subsecuente reducción 
en la fuerza de las estructuras, lo cual conlleva a que se deban hacer reparaciones prematuras 
o un remplazo de las edificaciones (59). Una forma de prevenir lo anterior es usando concreto 
relativamente impermeable, para lo cual se debe lograr una reducción en la porosidad. 
Diferentes estudios han mostrado que al usar bacterias capaces de precipitar minerales en las 
mezclas de concreto, se reduce significativamente la permeabilidad, gracias a la deposición de 
𝐶𝑎𝐶𝑂3, que reduce la porosidad del material (60). 
 
4.2. Nano partículas de plata 
 
Las nano partículas de plata han sido empleadas como un biocida efectivo y de amplio espectro 
para combatir bacterias y virus, principalmente en un ámbito clínico, sus aplicaciones en la 
industria es un campo que solo se ha explorado en los últimos años y el cual ha mostrado 
resultados prometedores para prevenir deterioro inducido por microorganismos en diferentes 
materiales de construcción. Las nano partículas de plata tienen una fuerte actividad biocida ya 
que por su pequeño tamaño, comúnmente inferior a 100 nm, se maximiza el área de exposición 
mejorando su efectividad (7). Adicionalmente los antimicrobianos a base de plata, poseen 
estabilidad química, no causan un impacto ambiental negativo y se considera relativamente no 
tóxicos para células humanas y animales. Los microorganismos también son usados para la 
producción de nanopartículas, lo cual constituye una de las formas más barata y eficiente de 
hacerlo (61). 
Diferentes estudios se han desarrollado para evaluar el uso de nano partículas de plata para 
prevenir y combatir el biodeterioro de materiales de construcción. Essa y Khallaf (2014) 
determinaron la efectividad de este método, mezclando las partículas con dos polímeros de 
consolidación, que fueron probados en fragmentos caídos del templo egipcio Edfu, y donde se 
evidencio una clara supresión del crecimiento de los dos microorganismos enfrentados a las 
muestras, la bacteria Streptomyces parvullus y el hongo Aspergillus niger. Los tratamientos 
aplicados alcanzaron una efectividad promedio del 93.15 % para ambos organismos con una 
concentración de 40 µg/ml, y la detención completa del crecimiento, se dio a una concentración 
23 
 
de 60 µg /ml (62). El uso de la plata tiene especial importancia en la bioremediación de 
artefactos y estructuras de importancia arqueológica, ya que no causa daños fisicoquímicos al 
material. 
Las nano partículas de plata pueden ser aplicadas a un diverso número de compuestos 
minerales usados en la construcción. Shirakawa et al (2012) desarrollaron paneles de yeso con 
concentraciones diferentes de partículas, los cuales fueron inoculados con Cladosoporium sp. 
Los resultados del estudio mostraron que el uso de una solución de 10 % de nano partículas, 
redujo la decoloración del yeso significativamente, aunque esta no se distribuyera de manera 
homogénea (63). El uso de nanopartículas en la industria de la construcción para prevenir el 
biodeterioro, es un campo nuevo que promete excelentes resultados, por lo cual se deben 
realizar más estudios que permitan saber más de la efectividad del uso de este método. 
 
5. CONCLUSIONES 
 
Existe una gran variedad de microorganismos que pueden causar el deterioro de estructuras 
de metal y concreto, lo que representa enormes pérdidas económicas anualmente a nivel 
mundial, tanto para el sector público como privado. Aunque son bastantes los estudios 
realizados que exponen esta problemática en diferentes contextos, en ocasiones hay tendencia 
a sumir que el deterioro es de origen químico y no se toma en cuenta el efecto que puede estar 
generando la actividad microbiana. Es importante resaltar, que para implementar medidasefectivas y oportunas, se debe intentar establecer la causa del deterioro y determinar los 
procesos y los microorganismos involucrados. 
Existen ambientes, donde los materiales son más susceptibles al biodeterioro, ya sea por 
condiciones extremas como es el caso de estructuras sumergidas en el mar, o porque se 
favorece la aparición de comunidades microbianas, como sucede en los sistemas de 
alcantarillado. Una vez dadas las condiciones, la formación de biopelículas permite la 
permeancia de los microorganismos sobre la superficie, ya sea por uno u otro mecanismo, el 
microambiente que se genera es responsable de facilitar las reacciones químicas que producen 
la corrosión. 
Aunque los daños por biodeterioro pueden ocasionar grandes pérdidas, se han desarrollado 
métodos donde la implementación de microorganismos ha mostrado ser eficiente en prevenir 
24 
 
el daño, e incluso en mejorar las propiedades fundamentales de los materiales, como es el caso 
de la biomineralización en el concreto. Existen otras alternativas prometedoras como lo es el 
uso de nanopartículas de plata, por lo cual se requiere mayor investigación. Esto no solo tendrá 
un impacto positivo a nivel económico, sino también ambiental, al aumentar la vida útil de las 
obras. 
 
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