Un nuevo material permite medir más fácilmente el grado de deterioro de las estructuras de hormigón

Es un compuesto similar a la arcilla que hace posible analizar in situ las condiciones estructurales de edificios, puentes y otras construcciones arquitectónicas sin necesidad de extraer ni transportar las muestras a los laboratorios

Por Julia Moióli  |  Agência FAPESP – El hormigón es un material fundamental en el sector de la construcción civil: es la base de los edificios residenciales y comerciales, y de represas, puentes y viaductos. Pero su vida útil es limitada y está sujeta a un monitoreo con miras a garantizar la seguridad de las estructuras. Con el objetivo de promover análisis más rápidos, baratos y en el propio lugar, sin necesidad de transportar muestras a los laboratorios, investigadores del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP), en Brasil, y de la Universidad de Lovaina, en Bélgica, desarrollaron un material cuyo brillo puede indicar, al exponérselo a la radiación ultravioleta, la presencia de compuestos que apunten el deterioro del concreto. Estos resultados salieron publicados en el periódico científico Chemical Communications e ilustraron también la portada de dicha revista.

Las construcciones de hormigón duran en promedio 50 años. Sucede que, entre otros factores, la constante absorción de agua, sales y gases de la atmósfera provoca la acidificación del concreto. Este fenómeno abre espacio para que la armadura metálica existente dentro de columnas y de otros elementos estructurales se vea afectada y se oxide, lo que disminuye drásticamente su capacidad de soportar peso. Pero esta vida útil puede extenderse en caso de que se tomen las medidas preventivas adecuadas: el agregado de capas de protección que dificulten la entrada de dióxido de carbono (CO₂) por la superficie expuesta de las estructuras, por ejemplo. Para que esta intervención se lleve a cabo a tiempo, es fundamental conocer y caracterizar el grado de deterioro de las estructuras.

Ante este panorama, la principal dificultad actual reside precisamente en la constatación de la obsolescencia: se hace necesario perforar las construcciones, extraer muestras de hormigón y transportarlas al laboratorio para la realización en ensayos. Aparte de ser trabajoso y complejo, fundamentalmente cuando se trata de localizaciones de difícil acceso, este método provoca alteraciones en las estructuras que hacen que el concreto posiblemente ya degradado pase desgastarse aún más rápido, especialmente si el procedimiento no se realiza correctamente.

En el marco de este estudio financiado por la FAPESP (proyectos 15/19210-0, 18/13837-0, 19/25665-1 y 22/01314-8), los investigadores del Laboratorio de Nanomateriales y Aplicaciones (LNA) del IF-USP desarrollaron un material que puede utilizarse para medir el grado de deterioro del hormigón. Al mismo, al que se le dio el nombre de hidróxido doble laminar, se le agregaron de iones de Eu³⁺ (europio trivalente), que poseen propiedades luminiscentes.

Las pruebas de laboratorio demostraron que, al exponérselo a la luz ultravioleta (UV), el brillo del material cambia de acuerdo con la cantidad de carbonato que absorbe su estructura, un efecto que puede explotarse para detectar el deterioro del hormigón. Cuanto más rojo sea el brillo del material, mayor será la absorción de carbonato y más degradada estará la estructura.

“El gran avance radica en que este material puede ayudar a determinar en tiempo real de qué manera está deteriorándose el concreto existente en una estructura y cuándo se hará necesario realizar un mantenimiento en dicha estructura, sin necesidad de perforar o incluso de tener que esperar hasta la realización de un análisis de laboratorio”, dice Alysson Ferreira Morais, becario posdoctoral de la FAPESP con ocasión del estudio y primer autor del artículo.

“Esto agiliza la toma de decisiones, facilita la realización del mantenimiento preventivo y ayuda a evitar accidentes que pueden costar vidas y provocar perjuicios considerables a la economía.”

De acuerdo con los científicos, la próxima etapa consiste en desarrollar el sensor luminiscente propiamente dicho y poner a prueba el conjunto en condiciones reales. Así será posible chequear incluso factores más específicos, tales como la resistencia del material a las condiciones climáticas y su estabilidad dentro del hormigón.

La seguridad, el costo y la huella de carbono

Aparte de hacer su contribución al mantenimiento de la seguridad de las edificaciones, este nuevo método posee potencial como para aportar beneficios en otros dos puntos fundamentales en la economía actual: los costos y la reducción de la huella de carbono.

“Cuanto más tiempo dura una construcción, menor será la necesidad de invertir en nuevas estructuras”, afirma Danilo Mustafa, docente del IF-USP y coordinador del estudio. “También significa contribuir con la disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero, ya que las cifras globales apuntan que el 8 % de las mismas proviene precisamente del sector de la construcción, debido a la producción de hormigón y a la construcción de edificaciones y otras obras.”

El estudio también contó con la participación de investigadores de la Universidad de Kiel (Alemania) y tuvo el apoyo por la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior de Brasil (Capes, un organismo dependiente del Ministerio de Educación nacional), del Consejo Europeo de Investigación y del programa Horizonte Europa de la Unión Europea.

Puede leerse el artículo intitulado Eu³⁺ doped ZnAl layered double hydroxides as calibrationless, fluorescent sensors for carbonate en el siguiente enlace: pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/cc/d3cc03066k.