Debido a su enorme huella de carbono, el hormigón está en el centro de muchos estudios de investigación de materiales: cómo fabricar productos más amigables con el clima, cómo la industria puede reducir sus emisiones de dióxido de carbono para 2050, cómo usar menos concreto en general.
El hormigón representa entre el 6 % y el 10 % de todas las emisiones de CO2, y ahora un equipo de científicos internacionales, de Noruega y Suiza, además de Canadá y Estados Unidos, tiene una idea diferente sobre cómo reducir la necesidad de hormigón en los puentes y edificios. Esperan poder aguantar más tiempo y quedarse donde están.
Lo que piden es una forma mejor y más precisa de evaluar la fatiga y el riesgo de falla del acero que se encuentra dentro del concreto utilizado para construir puentes y otras estructuras. Un mejor pronóstico del daño por corrosión conduciría a una mayor seguridad, pero también significaría que algunas estructuras podrían permanecer en servicio por más tiempo porque en realidad no necesitan ser reemplazadas.
Al igual que los árboles, continuarían secuestrando sus aportes de carbono mientras evitan cualquier desastre.
Este es el por qué
La corrosión inducida por el cloro es la razón más común de las fallas estructurales, como el colapso de enero de un puente de Pittsburgh o la pérdida catastrófica de Champlain Towers South el año pasado en Miami. Por lo tanto, casi todos los modelos de pronóstico existentes que se utilizan para evaluar las estructuras de hormigón se basan en este concepto.
“La corrosión del acero dentro del concreto es un fenómeno complejo”, dice Ueli Angst, especialista en durabilidad de materiales de ETH Zürich en Suiza. “En el entorno generalmente muy alcalino del hormigón, donde el pH puede ser superior a 13, el acero se considera pasivo, lo que significa que está cubierto por una fina capa de óxidos protectores y su tasa de corrosión es insignificantemente baja”.
El hormigón, sin embargo, es poroso. Cuando se exponen a sales, como el agua de mar o las sales de las carreteras, los iones de cloruro pueden abrirse paso lentamente en el hormigón y, finalmente, llegar al acero. “En algún momento, la capa protectora pasiva se destruirá y puede comenzar la corrosión”, explican los investigadores. “Dependiendo de las condiciones de exposición reales, la corrosión puede ocurrir a un ritmo más rápido o más lento”.
Nueva forma de evaluar el hormigón
Lo que los investigadores proponen en su artículo, recientemente publicado en Applied Physics Review , es un enfoque de “tiempo y espacio” que considera mejor el contexto real de la estructura. Los datos locales sobre humedad relativa, temperatura, lluvia o salpicaduras de agua, integrados con los datos de cloruro existentes y otras medidas, ofrecerían una mayor precisión.
“Para muchas regiones geográficas del mundo, hay datos meteorológicos de alta calidad disponibles para describir las condiciones de exposición”, dijeron los autores del artículo. “Para vincular estos datos de exposición macroscópica con el microclima in situ para situaciones específicas”, agregan, deben confiar en “sistemas de monitoreo de última generación, posiblemente respaldados por algoritmos de aprendizaje automático”.
Los sistemas de sensores digitales podrían monitorear constantemente la humedad, los cloruros y el pH mientras el puente está en pie. Esto cambiaría el enfoque a los mecanismos y factores que controlan toda la vida útil de una estructura, dijeron los autores, y avanzaría en el uso existente del aprendizaje automático.
También cambiaría la investigación de materiales, incluso cuando el cambio climático presagia un desafío cada vez más acelerado con la humedad y las exposiciones relacionadas que exigen un alejamiento de los límites de las evaluaciones basadas en cloruro.
“A pesar de una gran cantidad de investigación, no se pudo encontrar un umbral claro de cloruro y los factores que influyen son complejos”, dice Burkan Isgor, de la Universidad Estatal de Oregón. “Desafortunadamente, la investigación principal todavía está buscando este umbral, lo que presenta una barrera importante para desarrollar modelos confiables de pronóstico de corrosión”.
Por Laureen Fagan. Artículo en inglés