reparación – El blog de Víctor Yepes

Recomendaciones sobre productos y sistemas para la protección superficial del hormigón

Figura 1. https://www.molins.es/construction-solutions/reparacion-y-proteccion-del-hormigon/

La protección superficial del hormigón no solo responde a una necesidad estética, sino que cumple un papel crucial en la durabilidad y conservación de las estructuras de hormigón expuestas a condiciones ambientales adversas o a demandas estructurales específicas. Factores como la exposición ambiental y las propiedades deseadas del hormigón influyen en la selección de los productos y sistemas más adecuados para su protección. Estos sistemas se aplican con el objetivo de prevenir la degradación o mejorar ciertas características de la superficie del hormigón. Este artículo describe las principales recomendaciones basadas en la norma UNE 83703:2023, y se centra en productos y sistemas destinados a proteger la superficie del hormigón, incluyendo impregnaciones, revestimientos y otros métodos, en función de diferentes tipos de agresión ambiental o necesidades de mejora física.

1. Productos para la protección superficial del hormigón

Antes de seleccionar un producto o sistema de protección, es fundamental comprender los principios en los que se basan los métodos de protección superficial. Los siguientes principios resumen las estrategias empleadas para proteger el hormigón frente a diversos tipos de agresiones: Protección contra la penetración, control de la humedad y resistencia a agentes químicos.

Los productos para la protección superficial del hormigón varían en función de los métodos y tratamientos empleados. Estos productos, que pueden presentarse en forma líquida o plástica, se endurecen o se secan a temperatura ambiente. A continuación, se detallan las principales categorías:

Impregnación hidrófoba: consiste en la aplicación de productos líquidos de baja viscosidad que penetran en los poros del hormigón sin formar una película superficial. El objetivo es crear una superficie repelente al agua sin afectar a la permeabilidad al vapor. Los productos más utilizados son los oligómeros de siloxanos y las microemulsiones de silanos.
Impregnación: su objetivo es rellenar los poros del hormigón y reducir su porosidad superficial. Los productos empleados suelen estar basados en aglutinantes similares a los usados en revestimientos, y proporcionan una mayor adherencia para aplicaciones posteriores.
Revestimientos: forman una película continua sobre la superficie del hormigón para prevenir el deterioro. Pueden tener un espesor que va desde los 0,1 mm hasta los 5 mm, o incluso más en aplicaciones específicas. Los revestimientos pueden estar basados en polímeros en dispersión acuosa, en disolución o en polímeros reactivos que no requieren disolventes. Estos pueden ser de varios tipos, como revestimientos flexibles o rígidos. En función de las necesidades, algunos revestimientos pueden incorporar mallas o tejidos que mejoran la resistencia mecánica.

Debe tenerse en cuenta que los revestimientos deben resistir una exposición prolongada a la luz solar, especialmente en exteriores. Los productos acrílicos suelen ser más resistentes a los rayos UV. Además, los revestimientos deben poder repararse. En este sentido, los revestimientos a base de polímeros termoplásticos, como los acrílicos, son fáciles de repintar si presentan algún deterioro.

Figura 2. https://anfapa.com/articulos-tecnicos-morteros-de-reparacion-de-hormigon/1252/principios-y-metodos-para-reparar-y-proteger-estructuras-de-hormigon-deterioradas-une-en-1504

2. Sistemas de protección superficial

Los productos para la protección superficial del hormigón se agrupan en diferentes sistemas, cada uno con características particulares. Cada sistema de protección superficial está diseñado para hacer frente a diferentes amenazas o mejorar ciertas características del hormigón. Por ello, es importante elegir el sistema adecuado en función de las condiciones específicas de la estructura y su entorno. A continuación, se describen los sistemas más comunes:

2.1 Sistemas para impregnación hidrófoba

Estos sistemas protegen el hormigón y lo hacen repelente al agua, al mismo tiempo que permiten que «respire» al dejar pasar el vapor de agua. Son especialmente útiles en ambientes donde se desea mantener el hormigón seco. Los productos empleados deben ser transparentes, no alterar el aspecto del hormigón y garantizar la transpirabilidad. La profundidad de la impregnación y la calidad de los productos utilizados son factores clave para su eficacia a largo plazo.

También debe considerarse la eficiencia de la impregnación, es decir, que debe alcanzar una profundidad adecuada para asegurar una protección prolongada. Además, la impregnación debe ser compatible con el hormigón existente, por lo que será necesario evaluar las características químicas de este antes de aplicarla.

2.2 Sistemas protectores frente a la carbonatación

La carbonatación del hormigón es un proceso natural que puede afectar a la durabilidad de las estructuras. Los sistemas protectores frente a la carbonatación, basados en polímeros acrílicos o epoxi, crean una barrera que impide la entrada de CO₂ y reduce la absorción de agua. Estos revestimientos deben proporcionar una resistencia a la difusión de CO₂ equivalente a un espesor de aire de al menos 50 m (SD ≥ 50 m).

2.3 Sistemas con capacidad de puenteo de fisuras

Estos sistemas están diseñados para absorber movimientos en fisuras o prevenir la aparición de otras nuevas en el hormigón. Son útiles en estructuras que experimentan movimiento o en zonas sometidas a esfuerzos térmicos o mecánicos. Se pueden clasificar en sistemas con capacidad de puenteo estático (fisuras sin movimiento) o dinámico (fisuras con movimiento cíclico).

2.4 Sistemas resistentes a la agresión química

En ambientes donde el hormigón está expuesto a sustancias químicas agresivas, como ácidos o sulfatos, los sistemas resistentes a la agresión química proporcionan una barrera protectora. Estos revestimientos, que pueden estar basados en resinas epoxi o poliuretanos, son fundamentales en estructuras sometidas a ataques químicos intensos, como en plantas industriales o instalaciones de tratamiento de aguas.

2.5 Sistemas con capacidad de mejora física

Los sistemas que mejoran las propiedades físicas del hormigón incluyen la aplicación de tratamientos superficiales que aumentan la resistencia a la abrasión, la dureza superficial y la resistencia al impacto. Estos productos, como las capas de rodadura o las impregnaciones endurecedoras, son habituales en pavimentos industriales y en zonas expuestas a un tránsito o un impacto mecánico elevados.

Entre sus aspectos importantes, destaca que las imprimaciones mejoran la adherencia entre el hormigón y el revestimiento, lo que garantiza una protección más duradera. Además, los productos utilizados deben ser compatibles entre sí y con el tipo de hormigón de la estructura.

3. Control catódico y zonas anódicas

La corrosión del acero de refuerzo es uno de los problemas más comunes y graves que afectan a las estructuras de hormigón armado. La aplicación de sistemas de protección puede incluir el control catódico y el control de zonas anódicas, que son métodos especializados en la prevención de la corrosión.

El control catódico se basa en restringir la penetración de oxígeno en las zonas catódicas del hormigón armado. Al limitar la cantidad de oxígeno disponible, se neutralizan los puntos de corrosión y se minimiza el riesgo de deterioro. Los sistemas basados en este principio suelen utilizar revestimientos superficiales que impiden la difusión de oxígeno.
El control de zonas anódicas busca evitar la corrosión en los puntos donde el acero de refuerzo del hormigón está expuesto al ambiente. Esto se consigue aplicando inhibidores de corrosión directamente sobre el hormigón o mezclándolos con los productos de revestimiento.

Figura 3. Control catódico y zonas anódicas

4. Preparación del soporte para revestir

La durabilidad y la eficacia de los sistemas de protección dependen en gran medida de las condiciones del soporte de hormigón. Antes de aplicar cualquier producto o sistema, es fundamental garantizar que el soporte cumpla las siguientes condiciones:

Limpieza: el soporte debe estar libre de polvo, aceites, sales u otros contaminantes que puedan afectar a la adherencia.
Porosidad: una porosidad adecuada garantiza la penetración del producto en el hormigón.
Secado: el soporte debe estar completamente curado, con al menos 28 días desde su fabricación.
Resistencia mecánica: el soporte debe tener una resistencia mínima al arrancamiento de 1,5 N/mm² para garantizar la adherencia del sistema protector.

5. Métodos de puesta en obra

La correcta aplicación de los sistemas de protección es crucial para garantizar su eficacia. Los métodos más comunes son los siguientes:

Aplicación con brocha o rodillo: método utilizado en pequeñas áreas o en productos de baja viscosidad.
Pulverización: método recomendado para grandes superficies o cuando se requiere una aplicación uniforme y rápida.
Técnicas específicas: en el caso de membranas gruesas, como los sistemas cementosos, se pueden aplicar con llana o mediante proyección.

6. Control de calidad y mantenimiento

Es fundamental realizar controles de calidad durante y después de la aplicación de los sistemas de protección. Esto incluye verificar las condiciones ambientales, el espesor de las capas aplicadas y la adherencia de los productos. Una vez completada la aplicación, deben realizarse inspecciones periódicas para garantizar que la protección sigue siendo efectiva. Además de los controles mencionados, se recomienda incluir:

Pruebas de adherencia y resistencia: son necesarios ensayos de tracción directa (UNE-EN 1542) y ensayos de resistencia a la difusión de gases para asegurar que el sistema cumple con las especificaciones.
Mantenimiento periódico: en función del tipo de sistema aplicado, es fundamental establecer un programa de inspecciones periódicas para detectar signos de desgaste o deterioro.

Conclusión

La correcta elección y aplicación de los productos y sistemas de protección superficial del hormigón es esencial para prolongar la vida útil de las estructuras y evitar daños costosos. El uso adecuado de impregnaciones, revestimientos y sistemas especializados puede mitigar los efectos de la carbonatación, la humedad, los ataques químicos y las fisuras, garantizando así la durabilidad y la funcionalidad del hormigón en diversas condiciones ambientales. La elección adecuada del sistema, la correcta preparación del soporte y la aplicación conforme a los estándares son esenciales para asegurar la durabilidad y el rendimiento del hormigón en diversas condiciones ambientales y de uso.

Os dejo algunos vídeos al respecto. Espero que os sean de interés.

También os dejo un folleto de MAPEI por si os resulta de interés.

Descargar (PDF, 1.06MB)

Referencias:

Fernández Cánovas; M. (1994). Patología y terapéutica del hormigón armado. 3ª edición, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

Pelufo, M.J. (2003). Caracterización del comportamiento mecánico y frente a la corrosión de morteros de reparación del hormigón estructural. Tesis doctoral. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil, Universidad Politécnica de Valencia.

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Metacrilatos en la reparación del hormigón

Reparación de grietas con mortero de metacrilato. https://niberma.es/arreglar-grietas-suelos-industriales/

El metacrilato es un material plástico acrílico formado por polímeros del metacrilato de metilo, éster del ácido metacrilato. Su nombre técnico es polimetilmetacrilato, conocido por sus siglas PMMA. Los polimetacrilatos de metilo y copolímeros asociados son el producto de mezclas de monómeros y oligomeros acrílicos o metacrílicos que endurecen por polimerización iniciada por catalizadores orgánicos (peróxidos). Sin embargo sus formulaciones, aplicaciones y propiedades pueden ser muy diferentes de unos a otros.

Como material empleado en la reparación del hormigón, se puede presentar en lechadas o en morteros. Las lechadas se emplean en aplicaciones de pequeño espesor, de hasta 9,5 mm. Los morteros se utilizan para espesores mayores, de hasta 25 mm.

Este tipo de resinas son muy reactivas y permiten su uso a bajas temperaturas (-20ºC), con una rápida puesta en servicio, que puede ser de algunas horas cuando la temperatura es inferior a 20ºC. Precisamente su reducida viscosidad permite una elaboración acelerada. Son muy sensibles a la saponificación provocada por la reacción alcalina del hormigón en presencia de agua. Tienen un olor fuerte que dura en el tiempo.

Uno de los inconvenientes de este material es que se pueden quemar, debido a su base orgánica. Con todo, se puede mejorar la resistencia al fuego añadiendo cargas y retardadores. Pero como ventajas se encuentran su resistencia al agua, anticongelantes químicos, ácidos diluidos y alcalinos. No obstante, su resistencia a los disolventes es limitada. Por otra parte, son muy resistentes a la radiación ultravioleta y a las acciones de la intemperie.

El uso del mortero de metacrilato es muy útil en reparaciones urgentes, pues en 1 hora puede reparar pavimentos de hormigón, caminos y calzadas, muelles de carga y superficies sometidas a gran desgaste en almacenes, naves industriales o talleres. También son útiles en reparaciones urgentes en autovías, pistas de aeropuertos y otros lugares donde exista una baja temperatura. Útil en la reparación de juntas y parcheo, así como en el recrecido o nivelación de superficies. También presenta su utilidad en anclajes urgentes y fijaciones de elementos metálicos y pernos, incluso a bajas temperaturas.

Es característico el uso de la resina de metacrilato como protección a los pavimentos, pues su composición está libre de disolventes y presenta una elevada resistencia a la presión. Por otra parte, también se emplea como capa resistente al desgaste, con una reducida contracción cuando se usa como mortero. En el vídeo que presentamos a continuación vemos la utilidad del metacrilato para proteger y embellecer el hormigón impreso.

Referencias:

Fernández Cánovas; M. (1994). Patología y terapéutica del hormigón armado. 3ª edición, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

Pelufo, M.J. (2003). Caracterización del comportamiento mecánico y frente a la corrosión de morteros de reparación del hormigón estructural. Tesis doctoral. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil, Universidad Politécnica de Valencia.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Resinas de poliuretano en la construcción

Inyección de resina base poliuretano expandible en contacto con agua. https://www.restic.cl/servicio/reparacion-de-filtraciones/

Las resinas de poliuretano constituyen un material de base orgánica empleadas en la reparación del hormigón. Son resinas que se obtienen por policondensación (poliadición) entre el grupo hidrófilo de un polialcohol y un disocianato. La policondensación puede hacerse por la reacción de los isocianatos con la propia humedad contenida en el aire, por lo que se pueden utilizar productos de un solo componente. Cuando se utilizan dos componentes, la reticulación es más lenta. En la construcción se utilizan estas resinas para ejecutar juntas, para realizar revestimientos de pequeño espesor y en suelos.

Una vez endurecidas la resinas, éstas pueden formar productos rígidos o flexibles. Además de tener una excelente resistencia a la abrasión y tracción, estas resinas pueden unir estructuras, formando uniones adhesivas resistentes a los impactos, que solidifican rápidamente y se pueden adherir a distintas superficies, incluyendo el hormigón. Además, son resistentes a productos químicos como los disolventes, aceites o grasas. Son además productos de alta durabilidad, resistentes al rayado y que forma una buena barrera que evita la carbonatación del hormigón. No obstante, presenta una elevada sensibilidad al fuego y es tóxico cuando se quema, por los gases generados por los cianatos.

Frente a las resinas epoxi, una de sus ventajas es que puede endurecer a temperaturas cercanas a 0º C, aunque es cierto que aumentan su viscosidad cuando desciende la temperatura, lo cual puede entorpecer su puesta en obra. Si se utilizan hormigones basados en resinas de poliuretano, su rápido endurecimiento (de 10 a 20 minutos), permiten una puesta en servicio muy rápida. Por su parte la resina de poliuretano, frente a la epoxi, es más expansiva (puede expandirse hasta 20 veces su tamaño) y por lo tanto más resistente a las quebraduras y más recomendada para aplicarse en el exterior, además se seca rápidamente una vez aplicada. Con carácter general, se utilizará una resina en base epoxi cuando se quiera reparar una fisura muerta y de carácter estructural, es decir, que transmita esfuerzos. Sin embargo, para fisuras vivas o con penetración de agua o humedad, se recomienda el uso de resinas acuoreactivas en base poliuretano. Sin duda, ante filtraciones de agua, la expansividad e impermeabilidad de las resinas acua-reactivas de poliuretano, junto su rapidez, permiten barreras impermeabilizantes y eliminan humedades por filtración en todo tipo de construcciones como obras subterráneas, canales, consolidación de terrenos, fisuras en el hormigón, juntas de dilatación, entre otras.

Os dejo a continuación la ejecución de un suelo de resina con poliuretano antideslizante para un pavimento industrial.

En este otro vídeo se observa cómo se pueden reparar grietas en paredes con resinas expansivas.

Referencias:

Fernández Cánovas; M. (1994). Patología y terapéutica del hormigón armado. 3ª edición, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Las resinas epoxi en la reparación del hormigón estructural

Solución de anclajes con resina epoxi. https://teoriadeconstruccion.net/blog/resinas-epoxy-solucion-de-anclajes/

Las resinas epoxi constituyen uno de los materiales de base orgánica más utilizados en la construcción. Se han empleado en pavimentos industriales desde los años 60, sobre todo en Europa. Con este nombre se hace referencia tanto a los componentes como al producto final, ya curado. Se trata de un fuerte adhesivo termoplástico resultante de la mezcla de un polímero termoestable y un agente catalizador. Pero también puede llevar otros componentes que modifiquen su comportamiento antes o después del endurecimiento como diluyentes, agentes de curado y otros aditivos. Sin embargo, la composición más simple es la resina epoxi y un endurecedor. El curado de las resinas epoxi tiene lugar a temperatura ambiente, durante el cual se forman enlaces cruzados lo que da como resultado que su peso molecular sea elevado.

Las resinas epoxi pueden usarse puras o en forma de morteros y hormigones si presentan árido fino o fino y grueso. Normalmente se utilizan en trabajos de reparación, refuerzo, sellado de juntas y protección de estructuras de hormigón que se vean atacadas por agentes químicos, físicos o biológicos. La resistencia de la resina epoxi puede ser tan alta como la del hormigón, o incluso duplicarla, con la ventaja de que no presenta fisuras y es impermeable. No obstante, la resistencia aumenta si se añaden compuestos químicos específicos.

En el ámbito de la reparación estructural, las principales aplicaciones de las resinas epoxi serían las siguientes (Pelufo, 2003): reparación de grietas en el hormigón por inyección; unión de hormigón nuevo con el existente para reparar estructuras dañadas; unión de bandas metálicas de acero en refuerzos en hormigón estructural; mortero para relleno de grietas y coqueras, parcheos; hormigón para rellenos de grandes oquedades. Sin embargo, también se pueden utilizar como protección de revestimientos de superficies

En cuanto a sus propiedades, las que destacan por su aplicabilidad a la construcción son las siguientes: retracción despreciable; adherencia a piedra, fábrica de ladrillo, hormigón y acero; resistencia a tracción de hasta 90 MPa, y a compresión entre 120 y 210 MPa; resistencia a productos químicos (excepto al ácido nítrico); comportamiento regular frente a algunos disolventes orgánicos; buen comportamiento frente a cloruros. Como problema podemos destacar su alta sensibilidad a temperaturas superiores a 80ºC, y por tanto, nula resistencia al fuego.

En el caso del uso de las resinas epoxi como material de reparación en hormigón, no hay que olvidar que su coeficiente de dilatación térmica (de 2 a 6 x 10^-6 m/mºC), que puede ser muy diferente al del hormigón. Además, si la temperatura varía mucho, se puede producir un fallo de la reparación en la superficie de adherencia del hormigón base.

Tampoco se recomienda la reparación de un hormigón dañado por la corrosión de sus armaduras con un mortero u hormigón de epoxi, pues se pueden crear diferentes zonas de potencial eléctrico, formar pilas galvánicas y acelerar la corrosión en los perímetros de la reparación.

Os dejo algunos vídeos sobre la utilización de la resina epoxi en la construcción.

Os dejo a continuación, por su interés, un artículo de Fernández Cánovas donde se realiza una breve exposición de lo que son estas resinas, nada menos que del año 1964.

Descargar (PDF, 5.31MB)

Referencias:

Fernández Cánovas, M. (1964). Las resinas epoxi en la construcción. Informes De La Construcción, 16(159), 101–104. https://doi.org/10.3989/ic.1964.v16.i159.4570

Fernández Cánovas; M. (1994). Patología y terapéutica del hormigón armado. 3ª edición, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

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Materiales de reparación del hormigón estructural

Deterioro prematuro del hormigón. Imagen: V. Yepes

No es extraño encontrar en medios de prensa noticias relacionadas con las costosas reparaciones de estructuras de hormigón de todo tipo. Lejos quedó la consideración del hormigón armado como un material resistente a cualquier tipo de ataque. La alcalinidad del hormigón y el recubrimiento de sus armaduras parecían suficientes para asegurar una larga vida útil para estas estructuras. Pues no, la vida útil de las estructuras de hormigón es una realidad que obliga a reparaciones si lo que se pretende es alcanzar una vida prevista suficientemente holgada. Sobre este tema ya hemos hablado en artículos anteriores. Por ejemplo, cuando poníamos en entredicho una vida útil de 100 años para los puentes; cuando exponíamos los métodos matemáticos para estimar la vida útil de los puentes; o cuando definíamos la durabilidad y la vida útil de las infraestructuras, entre otros muchos más artículos, a los que remitimos al lector dentro de este mismo blog.

En este artículo nos centramos en resumir, de forma breve, los materiales que se utilizan en la reparación del hormigón estructural. Estos materiales deben resistir acciones químicas, físicas o mecánicas que afecten a la durabilidad de la estructura y que requieran a su reparación. Fernández Cánovas (1994) indicaba que las condiciones que debe cumplir un material de reparación deberían ser, entre otras, las siguientes: mayor durabilidad que el material estructural existente; protección del acero al mejorar la alcalinidad del medio y aumentar la impermeabilidad; buena estabilidad dimensional con una mínima retracción y fluencia; y una buena adherencia tanto en acero como en hormigón. Además, como cualquier material de construcción, se debe exigir a estos productos requisitos relativos a la funcionalidad, seguridad, durabilidad, estética y economía.

Aunque es posible encontrar diversas clasificaciones de los materiales empleados en la reparación del hormigón estructural, la literatura europea los clasifica en tres grupos atendiendo al ligante que sirve de cohesión. Pueden ser estos ligantes hidráulicos, como el cemento; orgánicos, como las resinas sintéticas, o mixtos, es decir, que sean a la vez ligantes hidráulicos y orgánicos. Los ligantes hidráulicos pueden estar modificados o no por un polímero orgánico. Los productos basados en resinas sintéticas varían según la estructura del polímero resultante. Los materiales de base mixta se benefician tanto de las propiedades debidas al endurecimiento de los ligantes hidráulicos como de la reticulación del polímero.

Desde el 1 de Enero de 2009, es de obligado cumplimiento en toda la Unión Europea la Norma UNE-EN 1504, que especifica los requisitos para la identificación, comportamiento y seguridad de los productos y sistemas a utilizar para la reparación y protección estructural y no estructural del hormigón.

Veamos una pequeña clasificación de dichos materiales (Pelufo, 2003):

Materiales de base inorgánica

Se trata de productos basados en el cemento. Pueden ser de base inorgánica tradicional como los cementos portland (lechadas, morteros, microhormigones y hormigones). Las no tradicionales pueden emplear cemento portland, aluminoso, sin retracción, cementos basados en fosfato de magnesio, etc. Estos últimos son materiales de reparación con propiedades especiales: retracción compensada, endurecimiento rápido, altas resistencias, etc.

Materiales de base orgánica

Se basan en un aglomerante de resinas o polímeros, normalmente termoestables, como las resinas epoxídicas, los poliuretanos o los poliésteres. Estos ligantes polimerizan con un endurecedor. En el mercado existe una gran variedad de este tipo de materiales.

Materiales de base mixta

Hay quien opina que si el producto está compuesto por un conglomerante hidráulico y un polímero que se disuelve de forma estable en agua, éste producto pertenece al grupo de materiales de base inorgánica. No obstante, otros autores como Fernández Cánovas (1994) los consideran como materiales de base mixta. Estos productos de base mixta suelen tener por base cemento portland y polímeros termoplásticos. Las resinas que lo componen suelen ser acrílicas, estireno-butadieno, polivinilo y archilamidas. Como no podía ser de otra forma, las propiedades variarán en función de los componentes y proporciones utilizadas.

Os dejo algunos vídeos sobre este tema de la reparación de estructuras de hormigón. Espero que os gusten.

Referencias:

Fernández Cánovas; M. (1994). Patología y terapéutica del hormigón armado. 3ª edición, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Uso y mantenimiento de los neumáticos en maquinaria de construcción

Figura 1. Neumático de dúmper. https://www.casajgomez.com.py/consejos-utiles/precauciones-al-cambiar-neumaticos-para-maquinaria-pesada/

Supuesta una correcta selección del neumático para las condiciones en las que va a trabajar y dejando aparte factores externos como pinchazos, cortes profundos y fuertes impactos, la vida del neumático viene limitada fundamentalmente por la generación de calor que se produce en la cubierta, que a su vez depende de diferentes factores:

1. 1. Temperatura exterior ambiente, que permite una mayor o menor refrigeración del neumático. Si la temperatura se sitúa entre 40 y 45ºC, se neutraliza con un aumento de la presión del 10%.
  2. Sobrecargas constantes del equipo.
  3. Velocidad y longitud del ciclo de trabajo.
  4. Continuidad o discontinuidad de la operación.
  5. Diseño (pendientes, curvas) y conservación de pistas.
  6. Presión de inflado del neumático.

Como precaución adicional, los fabricantes han introducido un procedimiento para relacionar el calentamiento y la seguridad del neumático: el índice TKPH (toneladas-kilómetro por hora). Se define el índice como el producto de las toneladas medias transportadas por la velocidad media y por los kilómetros recorridos. Si las exigencias del trabajo son superiores, habrá que reducir la velocidad, la carga o usar neumáticos con mayor TKPH.

Figura 2. Alineación de las ruedas y tipos de desgaste

Excepto la temperatura ambiente, el resto de factores pueden minorarse con una adecuada planificación y mantenimiento. En la Figura 2 se muestran diversos tipos de desgaste en los neumáticos de un automóvil. En caso contrario, la vida real del neumático puede disminuir en un 80% respecto a la teórica.

Para hacer los neumáticos más duraderos y evitar un desgaste prematuro (canteras de roca fuertemente abrasiva), se utilizan protecciones de cadenas, para trabajos en malos terrenos, constituidas por un mallazo metálico de anillos y eslabones de acero al manganeso.

Los consejos de buen mantenimiento y conservación de los neumáticos se hacen evidentes cuando para máquinas de movimiento de tierras, como las mototraíllas, el coste de los mismos puede alcanzar el 30% del total de los costes de inversión y operación de la máquina.

Os dejo a continuación algunos vídeos respecto al mantenimiento de los neumáticos.

Referencias:

DAY, D.A. (1978). Maquinaria para construcción. Editorial Limusa. 1ª Edición. México. 616 pp.

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

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“The asset time bomb”: La bomba de relojería de las infraestructuras, y en particular, de los puentes

Figura 1. Colapso del puente I-35W en Minneapolis. https://thestartupgrowth.com/2019/02/21/structural-health-monitoring-market-driven-by-rapid-expansion-in-the-infrastructure-sector-till-2024/

Una noticia aparecida el 9 de diciembre de 2018 en El País con el siguiente titular “Fomento admite que hay 66 puentes con graves problemas de seguridad” abrió cierta inquietud en la opinión pública sobre la seguridad de nuestros puentes. Esta inquietud irrumpió en agosto de ese mismo año con el derrumbe de un puente en Génova (Italia). Pero los ejemplos no quedan aquí. Podríamos hablar de la sustitución de los cables del puente Fernando Reig, en Alcoy, o del Puente del Centenario, en Sevilla. O del derribo del puente Joaquín Costa, en Madrid. Ejemplos tenemos en todo el mundo. En cualquier caso, estamos hablando de cifras millonarias, de cortes de tráfico, pérdidas humanas, por poner algunas consecuencias sobre la mesa.

Los puentes son componentes críticos de las infraestructuras, pues su correcto funcionamiento es básico para la resiliencia de nuestros entornos urbanos. Sin embargo, un gran número de infraestructuras que están llegando al final de su vida útil al mismo tiempo. De hecho, la vida útil de muchos puentes se espera que sea menor a la proyectada debido al continuo deterioro provocado por el incremento del tráfico y de los impactos ambientales. Esto constituye una auténtica bomba de relojería (Thurlby, 2013), que junto al reto de la reducción de los impactos ambientales, son razones más que suficientes para preocuparnos de mejorar el mantenimiento de nuestros puentes. De hecho, ya hemos comentado en un artículo anterior un concepto totalmente relacionado con éste: la “crisis de las infraestructuras“. Yo me atrevería a afirmar algo que puede parecer muy duro: el derrumbe de nuestra civilización será paralelo al de las infraestructuras que les da soporte.

Hoy día los gestores de las infraestructuras tienen ante sí un reto importante consistente en mantenerlas en un estado aceptable con presupuestos muy limitados. De hecho, la inspección de los puentes, su mantenimiento y reparación constituyen tareas rutinarias necesarias para mantener dichas infraestructuras en buenas condiciones (Tong et al., 2019). Sin embargo, el problema pasa a ser grave cuando una parte significativa del parque de infraestructuras se encuentra cercano al final de su vida útil. Y lo que aún es peor, cuando existen riesgos de alto impacto y de baja probabilidad que pueden afectar gravemente a las infraestructuras. Resolver este problema es complicado, pues no se presta fácilmente a la exploración con los instrumentos analíticos y de previsión tradicionales.

El estado o deterioro de una infraestructura sigue un comportamiento similar, pero invertido, de la llamada “curva de la bañera“, que es una gráfica que representa los fallos durante el periodo de vida útil de un sistema o de una máquina. En este caso, según vemos en la Figura 2, el estado de condición o las prestaciones de la infraestructura permanece alto durante un periodo de tiempo hasta que empieza a decaer. Para los gestores es necesario conocer el comportamiento de las infraestructuras para tomar decisiones. Sin embargo, muchas veces desconocen en qué posición de la curva se encuentran y, lo que es peor, a qué ritmo se va a deteriorar. Por ejemplo, en la Figura 2 podemos ver que la caída en las prestaciones de A a B, o de B a C son similares, pero la velocidad de deterioro es muy diferente. Y lo que es peor de todo, llega un momento que la caída en las prestaciones ocurre de forma muy acelerada, sin capacidad de reacción por parte de los gestores. Por eso se ha utilizado el símil de la “bomba de relojería”.

Figura 2. Estado o prestaciones de una infraestructura (Thurlby, 2013)

La gestión y el mantenimiento de los puentes está empezando a ser un problema de una magnitud que está empezando a ser más que preocupante. Algunos datos son un ejemplo de ello: en el año 2019, 47000 puentes de los puentes en Estados Unidos, (más del 20% del total) presentan deficiencias estructurales (American Road & Transportation Builders Association, 2019); en Reino Unido, más de 3000 puentes estaban por debajo de los estándares y requerían reparación (RAC Foundation, 2019). Estos son buenos argumentos para aumentar la vida útil de los puentes.

Una de las tecnologías para mejorar la gestión y el mantenimiento de los puentes es la vigilancia de su estado estructural (structural health monitoring, SHM), que trata de mejorar el comportamiento de la estructura mediante el aprendizaje de los datos obtenidos durante su vida útil mediante su monitorización (Figura 3). Estos datos sirven para actualizar los modelos y comprobar el estado en que se encuentra la estructura, lo cual permite minimizar la incertidumbre de los parámetros empleados en los modelos. Sin embargo, aún no se ha resuelto completamente el paso de la obtención de los datos del puente en tiempo real a la toma de decisiones en la gestión y mantenimiento de los puentes.

Figura 3. Structural health monitoring. https://thestartupgrowth.com/2019/02/21/structural-health-monitoring-market-driven-by-rapid-expansion-in-the-infrastructure-sector-till-2024/

En un artículo anterior se explicó el concepto de gemelos digitales (digital twins). Estos modelos actualizados constantemente mediante la monitorización del puente, permitirían conocer en tiempo real el estado estructural del puente y también predecir su comportamiento en el caso de que ocurrieran determinadas circunstancias. Esta información sería clave a la hora de tomar decisiones en la gestión y el mantenimiento del puente.

Las preguntas clave que deberíamos responder serían las siguientes: ¿Es el puente seguro?, ¿cuánto tiempo será el puente seguro?, ¿cuál es el comportamiento estructural actual del puente?, ¿cuándo y cómo deberemos intervenir en el puente?

La respuesta a estas preguntas no es tan evidente como pudiera parecer a simple vista. Los gestores de las infraestructuras deberían ser capaces de entender y valorar en su justa medida los resultados estructurales de los modelos cuyos datos se actualizan en tiempo real. La dificultad estriba en conocer no solo los datos, sino las causas subyacentes a los cambios en el comportamiento estructural. Una ayuda son las técnicas procedentes de la inteligencia artificial, como el aprendizaje profundo, que permiten interpretar ingentes cantidades de datos e identificar patrones y correlaciones entre dichos datos. En un artículo anterior hablamos de este tema. Por otra parte, la actualización de los datos procedentes de la vigilancia de los puentes debería ser automática y en tiempo real. Aquí vuelve a cobrar importancia la inteligencia artificial, aunque nunca debería suplantar el conocimiento ingenieril que permite interpretar los resultados proporcionados por los algoritmos.

Por otra parte, la modelización del riesgo y la resiliencia es una labor necesaria para entender la vulnerabilidad de las infraestructuras. De esta forma seríamos capaces de desarrollar estrategias de mitigación, que podrían ser complementarias a las estrategias de gestión del deterioro que se han explicado anteriormente.

Por tanto, existe un auténtico salto entre la investigación dedicada a la monitorización en tiempo real de los puentes y la toma de decisiones para su gestión y mantenimiento. Los gemelos digitales apoyados en los actuales desarrollos tecnológicos como el “Internet de las cosas“, deberían permitir el paso de la investigación y el desarrollo a la innovación directamente aplicable a la realidad de la gestión de las infraestructuras.

Referencias:

AMERICAN ROAD & TRANSPORTATION BUILDERS ASSOCIATION (2019). 2019 Bridge Report. https://artbabridgereport.org/

RAC Foundation. (2019). Bridge maintenance table – GB local authorities. https://www.racfoundation.org/media-centre/bridge-maintenance-backlog-grows

THURLBY, R. (2013). Managing the asset time bomb: a system dynamics approach. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Forensic Engineering, 166(3):134-142.

TONG, X.; YANG, H.; WANG, L.; MIAO, Y. (2019). The development and field evaluation of an IoT system of low-power vibration for bridge health monitoring, Sensors 19(5):1222.

YEPES, V. (2020). Computación cuántica y gemelos híbridos digitales en ingeniería civil y edificación. https://victoryepes.blogs.upv.es/2019/10/30/computacion-cuantica-gemelos-digitales/

YEPES, V. (2020). La inteligencia artificial en la ingeniería civil. https://victoryepes.blogs.upv.es/2020/09/08/la-inteligencia-artificial-en-la-ingenieria-civil/

YEPES, V. (2020). El aprendizaje profundo (deep learning) en la optimización de estructuras. https://victoryepes.blogs.upv.es/2020/09/15/el-aprendizaje-profundo-deep-learning-en-la-optimizacion-de-estructuras/

YEPES, V. (2020). La resiliencia de las infraestructuras. https://victoryepes.blogs.upv.es/2020/09/17/la-resiliencia-de-las-infraestructuras/

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Bacheadora con brazo robótico

El aglomerado asfáltico está sometido a un proceso de envejecimiento y descomposición, ya sea por exposición constante del agua, cargas extremadamente pesadas o desgaste de la base. Los baches constituyen una molestia si se dejan sin reparar, presentan un peligro elevado en la seguridad vial y presentan altos costes de mantenimiento.

Una forma innovadora de reparar los baches sin impactar negativamente en la circulación de los vehículos es la solución que presenta la empresa Amey. Se trata de unos camiones con un brazo robótico extensible que, en cuestión de pocos minutos, permite la reparación de estos desperfectos en el pavimento.

El sistema está formado por un camión de 18 toneladas equipado con una tolva alargada donde se almacenan los áridos y un depósito para el ligante bituminoso. También está equipado con un brazo articulado controlado de forma hidráulica que, cuando no está en uso, se encuentra plegado en la parte delantera del camión para el transporte más seguro.

Amey destaca que la máquina puede reparar un bache en apenas dos minutos, en lugar de la hora que emplearía un método convencional. Esta reparación puede tener una vida útil de, al menos, doce meses.

Pero lo mejor será dejar un vídeo donde podemos ver el funcionamiento del sistema. Espero que os guste.