Nuevas herramientas de diseño y mezcla de hormigón que amplían la vida útil de las infraestructuras energéticas
La vida útil prevista para los grandes proyectos de ingeniería va en aumento. Antiguamente, se calculaba una vida útil prevista de 25 años para las infraestructuras energéticas, de 50 años para edificios y de más de 75 años para puentes. Ahora, por una cuestión de costes, se espera que los diseñadores alcancen unas vidas útiles de 100 años o más. Invertir en la longevidad en la fase de construcción resulta más rentable a largo plazo que reparar las estructuras posteriormente. Además, las infraestructuras se están trasladando a ubicaciones no tradicionales, por ejemplo, a alta mar. Muchas de esas ubicaciones presentan condiciones hostiles para la infraestructura; por ejemplo, el aire marino es extremadamente corrosivo. Además, otros lugares pueden estar sujetos a condiciones de congelación y abrasión por el hielo, calor extremo o presiones intensas. A pesar de tales desafíos, deben satisfacerse las necesidades de longevidad de las infraestructuras.
Nanomateriales para una mezcla de hormigón armado
Para cumplir este requisito, el desarrollo de nuevos materiales es clave. El proyecto financiado con fondos europeos LORCENIS desarrolló una nueva fórmula para un hormigón armado duradero pensado para las infraestructuras energéticas que da como resultado una mezcla novedosa que duplica la vida útil obtenida anteriormente para el hormigón, incluso en condiciones extremas de temperatura, presión, salinidad y acidez (por ejemplo, plantas de aguas residuales). El nuevo hormigón se mezcla y vierte del modo habitual. La diferencia fundamental son los nuevos aditivos nanoestructurados que han desarrollado los investigadores de LORCENIS. «Permiten que el hormigón endurecido se repare por sí solo a través de una reacción de precipitación de carbonato cálcico», explica Christian Simon, coordinador de LORCENIS. Los aditivos también permiten que el hormigón se autocure, es decir, fragüe. «Los aditivos mitigan la contracción y la formación de grietas. Además, mejoran la resistencia a la congelación y deshielo, al tiempo que aumentan la absorción y permeabilidad al agua», añade Simon. Los nanomateriales aportan funciones como sensores. Con ayuda de «software», los sensores permiten que las estructuras civiles detecten y supervisen las cargas y, así, realicen un diagnóstico automático de su propia salud estructural.
Prestaciones superiores
Un segundo elemento clave para incrementar la vida útil es mejorar las herramientas de diseño. Los investigadores de LORCENIS desarrollaron y validaron un nuevo método de modelización, que se incorporó en una herramienta de «software» de ingeniería llamada «SEBASTOS». Esto simplifica increíblemente el tiempo de computación necesario durante el diseño. Por consiguiente, la herramienta ayuda a los diseñadores a predecir y optimizar el hormigón armado en entornos extremadamente corrosivos. Durante el último año del proyecto, los investigadores comprobaron el nuevo material en demostradores a escala piloto preparados con la nueva mezcla de hormigón. Las pruebas reflejaron las condiciones extremas que podrían darse en cada una de las cuatro hipótesis medioambientales del proyecto: una infraestructura de hormigón en aguas marinas profundas y zonas (sub)árticas, sometida a fatiga mecánica, expuesta a fatiga térmica por altas temperaturas y sujeta a un ataque ácido. «Nuestros resultados fueron excelentes», destaca Simon. «El nanomaterial reparó completamente una grieta en el hormigón y lo dejó fuerte y en buen estado. Además, alcanzamos una resistencia tres veces mayor a la abrasión por hielo que con el hormigón normal. En el caso del hormigón expuesto a las corrientes y vientos oceánicos, la nueva mezcla redujo la concentración de cloruro en torno al refuerzo de hormigón de acero en un 50 %», explica Simon. Por último, las pruebas demostraron un 40 % de mejora en las capacidades de autorreparación del hormigón sometido a presión hidráulica para unos anchos de grieta de hasta 0,15 mm. Ya se ha comprobado la funcionalidad del nuevo material de hormigón desarrollado, lo cual ha aumentado el nivel de preparación tecnológica (TRL) desde la prueba de concepto (TRL 3) hasta la demostración tecnológica (TRL 6-7). Los socios de LORCENIS se han unido a nuevas iniciativas, financiadas tanto por la Unión Europea como por gobiernos nacionales, para seguir con el desarrollo. El resultado de LORCENIS ha sido un hormigón que funciona bien y dura mucho más, incluso en entornos extremos, de forma que mejorará la viabilidad de los proyectos de infraestructuras en tales entornos.
Palabras clave
LORCENIS, hormigón, infraestructura energética, longevidad, condiciones extremas, nanomateriales
