Hormigón flexible de reparación autógena para una infraestructura más segura y duradera
Un material de hormigón desarrollado en la Universidad de Michigan se puede auto-reparar cuando se producen grietas. No es necesaria la intervención humana, sólo agua y dióxido de carbono. Unos pocos días con lluvia serían suficientes para reparar el daño en un puente fabricado con la nueva sustancia, según comentan los ingenieros del proyecto. La auto reparación es posible porque el material está diseñado para doblarse y romperse en líneas angostas, comparables con un cabello, en lugar de romperse y dividirse causando espacios grandes, que es la manera en que se comporta el hormigón tradicional.
“Es como si usted tiene un pequeño corte en su mano, el cuerpo es capaz de curarse a sí mismo. Pero si usted tiene una gran herida, su cuerpo necesita ayuda y es posible que necesite puntos de sutura. Hemos creado un material que cruce grietas tan pequeñas, que es capaz de repararse a sí mismo. Incuso si se sobrecarga, las grietas se mantienen pequeñas”, decía Víctor Li, Profesor de Ingeniería Civil y de Ciencias de los Materiales en Ingeniería. Un estudio sobre el material se publicará en la próxima edición de Internet de la revista Investigación de Cemento y Hormigón.
En el laboratorio de Li, hay muestras del material auto reparado, que ha recuperado casi toda su fuerza original después de haberse extendido en un 3 por ciento de su tamaño original. Es como extender en 3 pies adicionales un material de 100 pies, una fuerza que es suficiente para deformar el metal gravemente.
El material puede extenderse en más de un 3 por ciento y seguir siendo seguro. Los ingenieros descubrieron que las grietas deben mantenerse por debajo de 150 micrómetros, y preferiblemente por debajo de 50, para una reparación completa. Para lograr esto, Li y su equipo mejoró el diseño del compuesto flexible de cemento, o ECC, que se ha desarrollado durante los últimos 15 años. ECC se utiliza en proyectos de Estados Unidos, Japón, Corea, Italia y Australia.
Más flexible que el hormigón tradicional, el ECC actúa más como metal que el vidrio. El hormigón tradicional se considera cerámica. Quebradizo y rígido, puede sufrir daños catastróficos en un terremoto o por uso excesivo de rutina, dijo Li. Pero el ECC se dobla sin romperse. Está protegido con ciertas fibras recubiertas que lo mantienen unido. ECC se mantiene intacto con seguridad cuando se estira hasta un 5 por ciento más de su tamaño inicial. Ni siquiera un gran terremoto ejerce esa presión sobre dicha estructura.
La anchura media del hormigón de auto reparación es inferior a 60 micrómetros. Eso es aproximadamente la mitad del grosor de un cabello humano. Su receta asegura de que abundante cemento en el hormigón expuesto en las superficies de las grietas puede reaccionar con el agua y el dióxido de carbono del aire y formar una fina cicatriz blanca de carbonato de calcio. El carbonato de calcio es un compuesto sólido que se encuentra de forma natural en conchas marinas. En el laboratorio, el material requiere entre uno y cinco ciclos de humedecimiento y secado para sanar.
Para probar la reparación del hormigón, los investigadores utilizaron mediciones de frecuencia de resonancia para determinar la rigidez y la fuerza antes y después de la inducción de las grietas. Estas pruebas enviaron ondas sonoras a través del material para detectar cambios en su estructura.
En la actualidad, los constructores refuerzan las estructuras de hormigón con barras de acero para mantener grietas tan pequeñas como sea posible. Pero no son lo suficientemente pequeñas como para repararse, para que el agua y las sales de deshielo puedan penetrar al acero, provocando la corrosión que debilita aún más la estructura. Este hormigón sin embargo no necesita el refuerzo de acero para mantener el ancho de las grietas apretadas, por lo que elimina la corrosión.
El profesor Li comenta que esta sustancia puede hacer las infraestructuras mucho más seguras y duraderas. Invirtiendo el proceso de desgaste típico y deterioro a un proceso de auto-reparación, además el hormigón podría reducir su costo de fabricación y su impacto en el medio ambiente. Asimismo, propiciaría que las reparaciones durasen más.
En el pasado mes de Enero, La Sociedad Americana de Ingenieros Civiles dio a las carreteras de los Estados Unidos, puentes, sistemas de agua y otras infraestructuras una nota “D” (deficiente en el sistema de evaluación estadounidense) por su estado. El paquete de estímulo federal aprobado en febrero, incluye más de 100 mil millones de dólares para proyectos de obras públicas.
“Nuestra esperanza es que cuando se realice la reconstrucción de nuestras carreteras y puentes, lo hagamos bien, para que no tener que pasar por un proceso de reparación costoso y tener que reconstruirlo nuevamente cada 5 ó 10 años”, decía Li. “Además, la reconstrucción con hormigón flexible permitiría una relación más armoniosa entre el ambiente natural y las construcciones por la reducción de la energía y la huella de carbono de estas infraestructuras.”
El estudio se llama “Autogenous healing of engineered cementitous composites under wet-dry cycles.”. Esta investigación es un proyecto financiado por la National Science Foundation y una Beca Nacional China.
Más información: Universidad de Michigan
Fuente: http://www.fierasdelaingenieria.com/
Un material de hormigón desarrollado en la Universidad de Michigan se puede auto-reparar cuando se producen grietas. No es necesaria la intervención humana, sólo agua y dióxido de carbono. Unos pocos días con lluvia serían suficientes para reparar el daño en un puente fabricado con la nueva sustancia, según comentan los ingenieros del proyecto. La auto reparación es posible porque el material está diseñado para doblarse y romperse en líneas angostas, comparables con un cabello, en lugar de romperse y dividirse causando espacios grandes, que es la manera en que se comporta el hormigón tradicional.
“Es como si usted tiene un pequeño corte en su mano, el cuerpo es capaz de curarse a sí mismo. Pero si usted tiene una gran herida, su cuerpo necesita ayuda y es posible que necesite puntos de sutura. Hemos creado un material que cruce grietas tan pequeñas, que es capaz de repararse a sí mismo. Incuso si se sobrecarga, las grietas se mantienen pequeñas”, decía Víctor Li, Profesor de Ingeniería Civil y de Ciencias de los Materiales en Ingeniería. Un estudio sobre el material se publicará en la próxima edición de Internet de la revista Investigación de Cemento y Hormigón.
En el laboratorio de Li, hay muestras del material auto reparado, que ha recuperado casi toda su fuerza original después de haberse extendido en un 3 por ciento de su tamaño original. Es como extender en 3 pies adicionales un material de 100 pies, una fuerza que es suficiente para deformar el metal gravemente.
El material puede extenderse en más de un 3 por ciento y seguir siendo seguro. Los ingenieros descubrieron que las grietas deben mantenerse por debajo de 150 micrómetros, y preferiblemente por debajo de 50, para una reparación completa. Para lograr esto, Li y su equipo mejoró el diseño del compuesto flexible de cemento, o ECC, que se ha desarrollado durante los últimos 15 años. ECC se utiliza en proyectos de Estados Unidos, Japón, Corea, Italia y Australia.
Más flexible que el hormigón tradicional, el ECC actúa más como metal que el vidrio. El hormigón tradicional se considera cerámica. Quebradizo y rígido, puede sufrir daños catastróficos en un terremoto o por uso excesivo de rutina, dijo Li. Pero el ECC se dobla sin romperse. Está protegido con ciertas fibras recubiertas que lo mantienen unido. ECC se mantiene intacto con seguridad cuando se estira hasta un 5 por ciento más de su tamaño inicial. Ni siquiera un gran terremoto ejerce esa presión sobre dicha estructura.
La anchura media del hormigón de auto reparación es inferior a 60 micrómetros. Eso es aproximadamente la mitad del grosor de un cabello humano. Su receta asegura de que abundante cemento en el hormigón expuesto en las superficies de las grietas puede reaccionar con el agua y el dióxido de carbono del aire y formar una fina cicatriz blanca de carbonato de calcio. El carbonato de calcio es un compuesto sólido que se encuentra de forma natural en conchas marinas. En el laboratorio, el material requiere entre uno y cinco ciclos de humedecimiento y secado para sanar.
Para probar la reparación del hormigón, los investigadores utilizaron mediciones de frecuencia de resonancia para determinar la rigidez y la fuerza antes y después de la inducción de las grietas. Estas pruebas enviaron ondas sonoras a través del material para detectar cambios en su estructura.
En la actualidad, los constructores refuerzan las estructuras de hormigón con barras de acero para mantener grietas tan pequeñas como sea posible. Pero no son lo suficientemente pequeñas como para repararse, para que el agua y las sales de deshielo puedan penetrar al acero, provocando la corrosión que debilita aún más la estructura. Este hormigón sin embargo no necesita el refuerzo de acero para mantener el ancho de las grietas apretadas, por lo que elimina la corrosión.
El profesor Li comenta que esta sustancia puede hacer las infraestructuras mucho más seguras y duraderas. Invirtiendo el proceso de desgaste típico y deterioro a un proceso de auto-reparación, además el hormigón podría reducir su costo de fabricación y su impacto en el medio ambiente. Asimismo, propiciaría que las reparaciones durasen más.
En el pasado mes de Enero, La Sociedad Americana de Ingenieros Civiles dio a las carreteras de los Estados Unidos, puentes, sistemas de agua y otras infraestructuras una nota “D” (deficiente en el sistema de evaluación estadounidense) por su estado. El paquete de estímulo federal aprobado en febrero, incluye más de 100 mil millones de dólares para proyectos de obras públicas.
“Nuestra esperanza es que cuando se realice la reconstrucción de nuestras carreteras y puentes, lo hagamos bien, para que no tener que pasar por un proceso de reparación costoso y tener que reconstruirlo nuevamente cada 5 ó 10 años”, decía Li. “Además, la reconstrucción con hormigón flexible permitiría una relación más armoniosa entre el ambiente natural y las construcciones por la reducción de la energía y la huella de carbono de estas infraestructuras.”
El estudio se llama “Autogenous healing of engineered cementitous composites under wet-dry cycles.”. Esta investigación es un proyecto financiado por la National Science Foundation y una Beca Nacional China.
Más información: Universidad de Michigan
Fuente: http://www.fierasdelaingenieria.com/
