martes, 5 de octubre de 2010

Sensores para el control preventivo de obras civiles

Carlos Moina - Liliana Berardo (INTI)

Los Centros de Procesos Superficiales y de Electrónica e Informática del INTI trabajan en el desarrollo de sensores de corrosividad destinados a la detección temprana de fallas y al mantenimiento preventivo de estructuras de hormigón armado.

El hormigón armado inspiró la arquitectura de grandes construcciones y obras civiles. Este material -que tiene origen en la unión de la piedra y el acero- comenzó a emplearse a fines del siglo XIX y desde entonces se convirtió en uno de los materiales más usados en la construcción. Sin embargo, se advierte que la falta de cumplimiento de normativas constructivas, y controles e inspección deficientes en el montaje del hormigón, sumados a un escaso mantenimiento conducen a fallas y pérdidas de la vida útil de este tipo de estructuras.

A nivel mundial, el mantenimiento de la infraestructura y la incorporación de tecnología para aumentar la vida útil del hormigón representa un desafío, particularmente para garantizar la seguridad en las vías de circulación, el suministro de aguas y la disminución de gastos del Estado, entre otros factores que contribuyen a mejorar la calidad de vida de una comunidad. De hecho los tecnólogos trabajan intensamente para fijar criterios de durabilidad de estructuras armadas desde el punto de vista del diseño, la tecnología del hormigón y la prevención de fallas por exposición a ambientes agresivos. En esta dirección, el área de estudio de materiales del Centro INTI-Procesos Superficiales trabaja sobre una de las principales causas de deterioro del hormigón armado: la corrosión de la armadura y su impacto en la pérdida de capacidad portante de la estructura.

Hace más de 20 años comenzaron a desarrollarse técnicas experimentales capaces de medir la velocidad de corrosión del acero en el hormigón. Si bien algunas de estas técnicas son más exitosas que otras, todas requieren del análisis e intervención de técnicos o profesionales altamente calificados. Con una larga trayectoria, el Centro INTI-Procesos Superficiales también viene trabajando en alternativas para la prevención y control de la corrosión de estructuras de hormigón armado. En este plano, el Centro ha intervenido y asesorado sobre el estado de corrosión de barras de acero en estructuras armadas como puentes y distribuidores de autopista, fundaciones de tanques, torres industriales y edificios de vivienda. Pero si bien estas inspecciones derivaron en recomendaciones concretas para el seguimiento de la corrosión del refuerzo de acero, por lo general no fueron implementadas por el usuario afectado.

Un método preventivo

De cara a la necesidad de asegurar el monitoreo continuo de una obra civil -sin interrumpir su servicio ni correr con los elevados costos de contratación de personal capacitado y de instrumental específico-, INTI-Procesos Superficiales propone como solución el uso de sensores permanentes incorporados en la estructura. El desafío no es menor: consiste en maximizar la capacidad de predicción del deterioro por corrosión de estructuras críticas de hormigón armado (nuevas o en servicio) utilizando detectores construidos con tecnologías no tradicionales. Así es que en el Instituto se están desarrollando sistemas de sensado múltiple embebidos en estructuras de hormigón, en colaboración con el Centro INTI-Electrónica e Informática. Estos sensores -fabricados con tecnologías de película gruesa (ver recuadro)- permiten medir el potencial y la corriente de corrosión del acero, la resistividad eléctrica, temperatura, humedad y, eventualmente, variables mecánicas. Además, los sensores combinados se colocan en un arreglo tan pequeño, que no afecta la integridad del hormigón ni las armaduras. A partir de las mediciones de estas variables es posible detectar la agresividad del hormigón antes de que comience el proceso de corrosión de las barras de acero. Se trata de un método predictivo que permite la detección temprana de un ambiente corrosivo con el fin de programar reparaciones, evitando las consecuencias que podrían tener roturas imprevistas en las estructuras. De esta manera es posible aumentar notablemente la durabilidad de obras de infraestructura crítica como rutas, puentes, distribuidores de tránsito, muelles, tanques de almacenamiento, piletas de tratamiento de aguas y contenedores de hormigón armado para el tratamiento de residuos, entre otras, a través de un mantenimiento programado más efectivo.

Las mediciones pueden hacerse eléctricamente en el lugar y también transmitirse en forma inalámbrica para el seguimiento continuo a distancia de la estructura armada. La incorporación de Tecnologías de la Información y Comunicación (TICs) y la obtención de datos a distancia, vuelve aún más atractivo este sistema de medición, en especial, para estructuras de acceso geográficamente difícil o para aquellas de alto impacto socioeconómico. Por último, la tecnología de película gruesa utilizada en la obtención de los sensores, permitiría fabricarlos en el país a muy bajo costo.

Película gruesa: una tecnología milenaria que se renueva

El origen de esta tecnología se remonta a unos 3.000 años atrás, cuando los chinos desarrollaron el método de impresión serigráfica, mediante “mallas de seda” en la cual tejidos de hilos de seda muy finos eran ideales para depositar multicapas coloreadas con dibujos. La principal diferencia con aquel método reside en la composición de las pastas, en los materiales de las mallas utilizadas, y en el grado de sofisticación de los equipos de impresión.

A fines de los años 60, el proceso de película gruesa logra producir líneas conductoras finas con una alta densidad de componentes en un simple sustrato. A pesar de que en la actualidad la esencia de esta tecnología es casi idéntica a la utilizada hace más de 30 años, la composición moderna de pastas de película gruesa permite una expansión de la aplicación clásica -circuitos híbridos- hacia otras áreas como es la de sensores. Esta tecnología posibilita realizar -a través de los procesos de serigrafía y sinterizado a alta temperatura- transductores de alta confiabilidad, es decir, dispositivos que son capaces de transformar un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente a la salida. Estos dispositivos se obtienen al depositar capas de pasta o pintura con propiedades eléctricas específicas sobre un substrato aislante. El nombre del transductor indica cuál es la transformación que realiza (por ejemplo, electromecánica al transformar una señal eléctrica en mecánica o viceversa). Así podemos encontrar transductores electromecánicos, electroquímicos y electromagnéticos.

Foto: Argentina, Tecnología, Ciencia - Este método preventivo está especialmente destinado a controlar obras civiles de difícil acceso o de uso intensivo, como rutas y puentes. / Fuente: INTI

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