Un invento de la Universidad Purdue que puede acortar los plazos de construcción y aumentar la durabilidad a largo plazo de carreteras, puentes y otras infraestructuras de transporte de hormigón está surgiendo como una alternativa viable a los métodos que se han utilizado durante décadas para estimar cuándo el hormigón recién vertido está lo suficientemente maduro como para soportar cargas pesadas.cargas como las de camiones y otros vehículos.

El Comité de Materiales y Pavimentos de la Asociación Estadounidense de Funcionarios Estatales de Carreteras y Transporte (AASHTO COMP) aprobó el método desarrollado por Purdue como un nuevo estándar nacional.La membresía de AASHTO está compuesta por los departamentos de transporte (DOT) de los 50 estados, el Distrito de Columbia y Puerto Rico.la creación deeste estándar, publicado el miércoles (31 de julio), encamina el método para que los estados y los contratistas consideren considerarlo como una nueva práctica.

Incrustado directamente en concreto fresco, el invento de Purdue utiliza tecnología de sensores para brindar a los ingenieros información relativamente precisa y consistente.datos en tiempo realsobre concretofortaleza, que puede ser comparable o incluso superar la precisión de varias herramientas y métodos actuales.

Para las carreteras y puentes, una menor incertidumbre asociada con la determinación de cuándo el pavimento de concreto es lo suficientemente resistente para soportar el tráfico de camiones pesados ​​puede potencialmente permitir que las secciones de carreteras recién reparadas se abran antes, lo que podría ahorrar dinero gastado en esas reparaciones y aumentar la comodidad para el público que viaja.

A largo plazo, una determinación más precisa de la ganancia de resistencia del hormigón a lo largo del tiempo también puede ayudar a que los pavimentos duren más al no cargarlos demasiado pronto e inducir daños o fatiga prematuros, lo que afecta la durabilidad.

Abrir las carreteras al tráfico más pronto después de la construcción y mejorar su condición también podría generar ahorros financieros para el sector del comercio al reducir las demoras en el transporte de bienes y servicios y reducir el desgaste de los camiones de carga de larga distancia.

"La mayor parte de nuestra infraestructura se construyó en las décadas de 1950 y 1960. En ese momento, la población de Estados Unidos era sólo la mitad de la población actual", dijo Luna Lu, profesora Reilly de Purdue en la Escuela de Ingeniería Civil de Lyles, quien inventó latecnología de sensores."Esto significa que toda esta infraestructura no fue construida ni diseñada para el volumen de tráfico, la frecuencia de uso y la cantidad de personas que tenemos hoy. Tenemos que pensar en una mejor manera decomunicarse con nuestra infraestructura".

Trabajar con los estados en una nueva idea prometedora

El pavimento de hormigón constituyemenos del 2% de las carreteras de EE. UU., pero aproximadamente el 20% del sistema interestatal de EE. UU., que soporta gran parte del tráfico del país.

Como parte de un estudio de fondos mancomunados de la Administración Federal de Carreteras, investigadores de Purdue yWavelogix, una startup que Lu fundó en 2021, ha estado probando la invención como un producto beta comercial en estos estados: Indiana, Iowa, Kansas, Dakota del Norte, Missouri, Tennessee, Luisiana, Texas, Colorado, Utah y California.Rui He, Ph.D.estudiante de la Escuela Lyles de Ingeniería Civil y de Construcción de Purdue, dirigió el trabajo del equipo para completar más de 20 pruebas durante el año pasado, instalando los sensores en carreteras, plataformas de puentes y muros de contención.

Los resultados iniciales de las pruebas en estos estados indican que la tecnología del sensor es potencialmente más precisa y consistente que algunas de las pruebas de resistencia del concreto existentes que se consideran "de última generación".El equipo de Purdue-Wavelogix también tiene planes de realizar pruebas en otros estados.Sin embargo, crear conciencia sobre este nuevo estándar AASHTO es un paso crucial para que los DOT adopten oficialmente este método en sus especificaciones estatales de prueba de materiales y construcción.

A medida que crece la conciencia, es probable que más DOT estatales experimenten con el nuevo método para validar y obtener su propia experiencia y conocimientos.Si durante este proceso los DOT estatales concluyen que este nuevo método es viable, implementarán gradualmente su uso a través de especificaciones para los contratos de proyectos de construcción.Probablemente no se sabrá hasta dentro de varios años si el nuevo estándar AASHTO gana fuerza en el campo y conduce a una aceptación generalizada, ya que la innovación y el cambio generalmente ocurren gradualmente en el mundo.industria de la construcción.

El Departamento de Transporte de Indiana (INDOT), que ha financiado la tecnología de sensores desde el comienzo de su desarrollo, propuso el método como estándar al subcomité técnico de hormigón endurecido de AASHTO COMP el verano pasado, cuando la invención de Purdue comenzaba a convertirse en un producto comercial..

"Ha habido victorias en todo momento en el laboratorio y con la tecnología", afirmó Mike Nelson, ingeniero de concreto de la División de Materiales y Pruebas de INDOT, quien trabajó con Lu y su equipo durante todo el proceso de establecimiento de esta tecnología como una nuevaensayo de resistencia del concreto.

Este proceso ha incluido un puñado dePruebas en varias carreteras de Indiana.y puentes para desarrollar el modelo que Wavelogix lanzó al mercado en diciembre como un producto comercial llamadoSistema de detección de resistencia del hormigón REBEL.Wavelogix obtiene la licencia de la tecnología de la Oficina de Comercialización de Tecnología de Purdue Innovates, que ha solicitado protección de patente sobre la propiedad intelectual.

Actualmente, INDOT está realizando sus propias pruebas de verificación del producto REBEL y haagregó esta técnicaa suÍndice de métodos de prueba de Indiana, lo que permitirá que la tecnología se utilice en Indiana una vez que sea validada mediante pruebas de campo y proyectos piloto.

"Las implicaciones de esta tecnología son asombrosas porque todo el que vierte hormigón, no importa si está construyendo un rascacielos o una carretera, lo que quiere saber es la resistencia del hormigón para poder seguir adelante con la construcción."No hay nada en el mundo que pueda determinar la resistencia del concreto en el lugar como lo hace esto", dijo Nelson.

Daniel Tobias, miembro del subcomité técnico de AASHTO COMP sobre concreto endurecido e ingeniero de concreto, suelos y metales del Departamento de Transporte de Illinois, también vio el valor de este método y ayudó con la redacción de la norma basada en la propuesta de INDOT.En noviembre, los representantes del DOT en el subcomité y el Comité matriz de Materiales y Pavimentos votaron para hacer avanzar esta norma a su publicación.

"El comité estuvo de acuerdo en que la idea y la investigación valían la pena basándose en la presentación del trabajo de Indiana y sus patrocinadores, por lo que decidimos intentar sacarlo adelante", dijo Tobias."Si podemos obtener rápidamente una estimación razonablemente buena de la resistencia del hormigón, eso nos dará una respuesta más rápida sobre cuándo podemos abrir la carretera o el puente al tráfico. Siempre estamos buscando nuevas formas de hacerlo. Esta fue una aplicación novedosa.que fue desarrollado desde cero y que nadie había visto antes".

Desafiando el status quo en las pruebas de resistencia del hormigón

Lu y su laboratoriocomenzó a desarrollar esta tecnología en 2017, cuando INDOT solicitó ayuda para determinar con mayor precisión cuándo el pavimento está listo para abrirse al tráfico.

El método más común que la industria ha utilizado durante décadas exige probar muestras grandes o "cilindros" de hormigón endurecido en un laboratorio o en una instalación in situ.Utilizando esos datos, los ingenieros estiman el nivel de resistencia que alcanzará una mezcla de concreto en particular después de verterla y dejarla curar en un sitio de construcción.Aunque la industria comprende bien estas pruebas, las discrepancias entre las condiciones del laboratorio y exteriores pueden dar lugar a estimaciones de resistencia inexactas debido a las diferentes composiciones del cemento, la temperatura del área circundante y otros factores.

Otro método utilizado con menos frecuencia para determinar la resistencia se conoce como concepto de madurez, que utiliza un historial de tiempo y temperatura establecido recientemente de un concreto en particular para desarrollar una curva de madurez-resistencia.La medición del calor emitido a lo largo del tiempo durante la reacción química del cemento con agua proporciona una estimación razonable de la ganancia de resistencia a lo largo del tiempo, pero este método es muy específico para una mezcla particular utilizada en un momento y lugar en particular.

"Se podría pensar que es muy sencillo medir la resistencia del hormigón, pero no es una ciencia tan exacta como se podría pensar", dijo Tobias.

Con la tecnología que inventaron Lu y su equipo, los ingenieros ya no tienen que depender de cilindros de muestra de concreto o del concepto de madurez para estimar cuándo el concreto fresco se ha curado lo suficiente.En cambio, pueden monitorear más directamente el concreto fresco y medir con precisión su resistencia y temperatura.

Los trabajadores de la construcción instalan los sensores asegurándolos al refuerzo o colocándolos en la subrasante, una capa de suelo que sirve de base para pavimentar hormigón.Después de verter el concreto, conectan cada cable sensor que se extiende desde el encofrado del concreto a un dispositivo portátil reutilizable que comienza a registrar datos automáticamente.Con la aplicación, los trabajadores pueden recibir información sobre el crecimiento en tiempo real de la resistencia del hormigón durante el tiempo que se requieran los datos de resistencia.

"Cada vez que entrego un sensor a un contratista, la única pregunta que me hacen es '¿Cuándo estará disponible?'El valor añadido a la industria es muy evidente para las personas que utilizarían esta tecnología en el día a día", afirmó Lu.

El laboratorio de Lu inventó estotecnología de sensoresbasado en su descubrimientoque las vibraciones en el hormigón podrían utilizarse para detectar la rigidez y otras propiedades mecánicas que transmiten la resistencia del hormigón.Esta tecnología utiliza energía eléctrica para excitar los sensores, que hacen vibrar el concreto, y luego convierte la energía mecánica de estas vibraciones nuevamente en energía eléctrica.Los sensores miden el cambio en las frecuencias de las vibraciones del concreto a lo largo del tiempo y correlacionan este cambio con la ganancia de resistencia del concreto.

modelo matemáticoque el laboratorio de Lu desarrolló para describir este fenómeno físico y luego crear el software para el producto REBELrecibió el premio Alfred Noblede la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles en 2022. "Esto fue una indicación desde la perspectiva científica de que la gente ve esto como un descubrimiento muy importante", dijo Lu.La tecnología ha recibido muchos otros elogios a lo largo de su desarrollo.

En abril el producto REBEL fue reconocido comoganador de oro de un premio Edisonen la categoría de Infraestructura Humana Crítica.La innovación ha aparecido enLos mejores inventos de Time de 2023lista y Fast CompanyPróximas grandes novedades tecnológicas para 2022y fue nombrado "cambiador de juego" en la lista de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles.Boleta de calificaciones de 2021 para la infraestructura de Estados Unidos.

El proceso de convertir esta invención en un producto comercial también ha sido respaldado por múltiples premios de la National Science Foundation.Wavelogix recibió recientemente unInversión de $3 millones de Rhapsody Venture Partnersy ha conseguido el apoyo de un grupo de inversores ángeles.

Lu es optimista sobre el futuro de la tecnología y los beneficios que traerá a la infraestructura concreta en todo Estados Unidos.

"Lo que realmente me emociona es recibir comentarios de la industria y ver cómo la tecnología se adapta a un problema", dijo Lu."La invención es cuando desarrollas algo, pero cuando ese algo resuelve un problema mayor, eso es innovación".