Nanotubos de carbono para monitorizar desde dentro las obras públicas

Ejemplo de uno de los sensores diseñados por el equipo de la Universidad de Córdoba. / UCO

Cada vez que concluye la obra de una nueva infraestructura pública y una vez superados los fastos de las inauguraciones, se corta la cinta y se marchan los fotógrafos, comienza el trabajo silencioso de los técnicos encargados de evaluar el estado del nuevo puente, presa o carretera. Las grandes obras públicas requieren un control permanente que garantice su conservación a lo largo del tiempo. Actualmente, esa evaluación se realiza a través de sensores externos que monitorizan la salud estructural de las construcciones tomando medidas de vibraciones y aceleraciones y comparándolas con modelos teóricos que permiten simular el comportamiento de la estructura ante la acción de cargas.

Ese sistema de control exige tiempo –el de los técnicos encargados de tomar las medidas– y dinero –el empleado en la tecnología de sensores necesaria–. Para reducirlos, el equipo de investigación TEP 167 Mecánica de sólidos y estructuras de la Universidad de Córdoba, junto a investigadores de las universidades de Málaga, Granada y Sevilla, ha abierto una nueva línea de investigación para diseñar nuevos sensores que puedan ser introducidos en los propios materiales con los que se construyen las nuevas infraestructuras. El proyecto cuenta con el apoyo del Ministerio de Economía y Competitividad.
La idea es generar compuestos de base cemento (cemento, mortero u hormigón), adicionados con nanotubos de carbono para mejorar su resistencia y propiedades eléctricas. Así, al introducir los nanotubos en los elementos estructurales de las construcciones, como las vigas, se logra abrir canales de comunicación dentro de la nueva infraestructura.

Esta idea se puede asemejar a la función que desarrollan, por ejemplo, los microchips de las mascotas, es decir, ofreciendo información desde dentro del cuerpo, en este caso, de la obra pública. Son lo que se conoce como Smart Structures o estructuras inteligentes. Para conseguirlo, el equipo de investigación que lidera el profesor Rafael Castro ha echado mano de la nanotecnología, concretamente, de los nanotubos de carbono y su extraordinaria capacidad conductiva, diseñando cubos de unos 50 mm de lado para ser integrados en estructuras constituidas por hormigón estructural.
Ensayos, estudio teórico y prueba en un puente de Vizcaya
Gracias a los ensayos realizados en el laboratorio, los investigadores han logrado presentar un modelo teórico que serviría para comparar las medidas que ofrezcan las estructuras construidas con la presencia de estos materiales inteligentes. Modelos que permiten predecir los cambios en la conductividad de estos compuestos ante la presencia de deformaciones.

Los resultados teóricos se han publicado en la revista Composites Part B, dentro de un trabajo firmado por Castro y Enrique García de la Universidad de Sevilla, junto a investigadores de la Universidad de Perugia (Italia) y la empresa Construcciones Azvi, colaboradora del proyecto. Con ellos y con los demás ensayos de laboratorio, el equipo pretende transferir los resultados de su trabajo a la construcción de un nuevo puente en Vizcaya introduciendo uno de sus cubos en una viga.

Según explica Enrique García, la versatilidad de los nanotubos de carbono ha abierto un mundo de posibilidades en la ingeniería estructural, tanto mejorando los materiales constructivos –ya que aumentan considerablemente las propiedades mecánicas de las estructuras–, como posibilitando la transferencia de información desde el mismo corazón de la obra.

Referencia bibliográfica:

Enrique García-Macías, Antonella D’Alessandro, Rafael Castro-Triguero, Domingo Pérez Mira, Filippo Ubertini. “Micromechanics modeling of the electrical conductivity of nanotube cement-matrix composites”. Composites Part B, 2017.