Un descubrimiento casual por parte de académicos de la Universidad de Rise se transformó en un nuevo método para descubrir microfisuras, que se basa en la composición química del cemento y en la aplicación de una película opaca para encontrar las fisuraciones en los elementos de hormigón.
Para producir hormigones luminiscentes, es necesario alterar parte de la receta de éste para que el material pueda generar luz. Usualmente, se trabaja a nivel de aditivos -se incorporan cristales que reflejen la luz desde fuentes externas- o, como se desarrolló en otras investigaciones, se altera el cemento, aglutinante del árido y el agua para formar hormigón, para que absorba los rayos UV y sea un material fosforescente.
Si bien estos procesos dotan al hormigón de características luminiscentes, sus aplicaciones van más por el lado del diseño y construcción con el material. ¿Qué pasa si quiero, por ejemplo, detectar microfisuras para así, evaluar posibles daños en una estructura?
Precisamente, un grupo de investigadores de la Universidad de Rice y del Instituto para la Investigación Científica de Kuwait desarrollaron una metodología para descubrir estas microfisuras, la que se basa en las características propias del cemento tradicional.
Un descubrimiento sorpresivo e importante
El primer gran hallazgo de este grupo fue que el cemento, en su composición, presenta cristales microscópicos de silicio capaces de emitir radiación fluorescente a nivel infrarrojo por lo que, al iluminarse, estos microcristales de silicio pueden verse. Esto llevó al equipo a dos desarrollos, siendo el primero medir de manera exacta la onda de luz de la emisión para así, identificar un tipo particular de cemento en una estructura.
Sin embargo, el segundo estudio es el más relevante, ya que esa emisión cercana al infrarrojo puede revelar cualquier microfisura que presente el cemento o el elemento de hormigón. El truco, explicaron los científicos, consiste en aplicar al hormigón una delgada cubierta de pintura opaca cuando está fresco o es nuevo. Con un scanner infrarrojo, el hormigón intacto aparecerá negro y pequeñas luces brillantes revelarán hasta la más pequeña de las fisuras.
“Esto nació de un proyecto en el que intentábamos aplicar nuestra técnica de medición de deformación al cemento y al hormigón, pero nos encontramos ante un problema inesperado cuando iluminamos una muestra recubierta con una película de nanotubos de carbono”, explicó Bruce Weisman, químico de la Universidad de Rice y uno de los pioneros en espectrocospia con nanotubos.
“Descubrimos que uno de los picos en el espectro de nuestra lámina se oscureció debido a una emisión mucho más fuerte, que venía desde algún lado. Nunca pensamos que sería desde el cemento mismo”, agregó.
Detectando fisuraciones y evitando desastres
Este hallazgo llevó a Wei Meng, primer autor del paper que presentó esta investigación, a experimentar esta cualidad con pequeños bloques de hormigón pintados de negro y con agujeros taladrados en sus centros, los que sirvieron como puntos focales para formar microfisuras que pudiesen propagarse hacia el exterior cuando se sometieron a ensayos de compresión.
De esta forma, Meng descubrió que la señal fluorescente venía desde las pequeñas fisuras y que estas pueden mapearse de manera fácil con un láser de escaneo. “Las estructuras de hormigón necesitan monitoreo y esta es una forma de hacerlo”, comentó Satish Nagarajaiah, ingeniero estructural de la casa de estudios, con especialización en monitoreo estructural de infraestructuras, detección de daño y adaptabilidad de la rigidez de sistemas estructurales ante eventos sísmicos.
“Obtener una idea clara de dónde se encuentran las fisuras puede ser muy importante en las estructuras, especialmente en los lugares críticos donde sabemos que sufrirán todos los esfuerzos”, dijo.
Si bien este nuevo sistema de detección de microfisuras está pensado para utilizarse en puentes y edificaciones, según los investigadores también podría ser útil en complejos como centrales nucleares, embarcaciones o al interior de pozos y tuberías de hormigón, que son lugares de difícil acceso.
“La fisuración en el cemento puede ser un síntoma temprano de falla, por lo que las personas preocupadas con la integridad estructural y la seguridad de las construcciones con hormigón quieren detectar estas microfisuras antes de que crezcan”, dijo el académico Bruce Weisman.
