Los científicos de Empa están salvando puentes de hierro del siglo XIX del colapso. Los yesos de fibra de carbono refuerzan las estructuras que se desmoronan. Ya se han reforzado con éxito un puente ferroviario en Suiza y un puente vial en Australia. Podrían seguir muchos puentes históricos. Los "socios en el crimen" son especialistas en fatiga del acero en EPFL.

Manteniendo, no descartar, no solo es cierto para las villas art nouveau, coches deportivos de antes de la guerra u órganos Hammond de la década de 1950, 'manteniendo, no desguazar »también es una buena idea para puentes de carreteras o ferrocarriles antiguos. Estos monumentos industriales, a menudo concebido y calculado por ingenieros de la construcción de acero del siglo XIX, se oxidan silenciosamente o crujen de manera audible bajo el peso de los modernos trenes interurbanos y camiones pesados.

La buena noticia es que pueden salvarse. Una abrazadera de soporte hecha de CFRP (polímeros reforzados con fibra de carbono), fijado de forma reversible al puente y de acuerdo con las normas de protección de monumentos, refuerza la resistencia de las viejas estructuras, haciéndolos seguros y ayudándolos a sobrevivir mejor y por más tiempo al desgaste diario.

Método suave para estructuras pesadas

Masoud Motavalli y Elyas Ghafoori ya han reforzado dos puentes antiguos con este método "suave":el puente del ferrocarril Münchenstein cerca de Basilea, construido en 1892, y el puente de la carretera Diamond Creek en Australia, construido en 1896. Si su sistema logra un avance global, Habría mucho trabajo por hacer:Aproximadamente el 30% de todos los puentes en Europa tienen más de 100 años. La situación es similar en EE. UU., Australia y Japón. Las autoridades viales y las empresas ferroviarias están en una búsqueda global de métodos para mantener viables estas estructuras. Y es posible que Empa tenga la clave. El socio de investigación de Empa es Alain Nussbaumer. En EPFL, realiza investigaciones sobre la mecánica de la fatiga y la fractura de estructuras de acero. Nussbaumer también supervisa las disertaciones en curso en Empa como parte de estos proyectos de investigación.

El CFRP es a menudo el material de elección para el refuerzo de estructuras. Es resistente a la oxidación y no muestra ninguna fatiga del material. También es liviano y no sobrecarga la estructura con un peso adicional de la misma manera que lo haría el refuerzo de acero. Bajo su anterior CEO, Urs Meier, Empa acumuló mucha experiencia en la década de 1990 con refuerzos de CFRP de construcciones de hormigón y madera.

Un ancla en lugar de pegamento.

A diferencia de la madera o el hormigón, sin embargo, donde el refuerzo de CFRP simplemente se puede pegar, es considerablemente más complicado fijarlo a viejas vigas de acero. A menudo, las vigas del puente están oxidadas o cubiertas con gruesas capas de pintura. A veces, los remaches en las vigas de acero impiden que los revoques de CFRP se peguen sin problemas. Ghafoori soluciona estos problemas fijando las placas al puente con anclajes en lugar de pegar el CFRP directamente al puente. Esto significa que no es necesario lijar con suavidad grandes superficies. Una ventaja adicional:no es necesario cerrar el puente al tráfico mientras se montan las tiras de CFRP. Igualmente, el puente no necesita envolverse en una película, algo que a menudo es necesario con los puentes viejos que atraviesan ríos para evitar que caigan al agua esquirlas de pintura que contienen metales pesados.

Los anclajes que utiliza Ghafoori para colocar sus tiritas de CFRP no son tan fáciles de recrear. "Es importante que las fibras de carbono no se rompan al colocar el CFRP", dice Ghafoori. Ha estado experimentando con esta técnica en Empa durante más de diez años y utiliza las pesadas prensas hidráulicas en la nave de construcción para sus experimentos. "No fue fácil al principio", relata el investigador. "Cuando estaba probando los primeros anclajes en una prueba de tracción para mi tesis de maestría en 2009, se cayeron durante la noche. Eso no me ganó exactamente el respeto de mis colegas. Incluso me prohibieron visitar el laboratorio durante unos días, ya que mi trabajo se consideraba demasiado peligroso ".

Mientras tanto, el sistema de anclaje desarrollado en Empa está protegido por patente y desde hace mucho tiempo ha superado sus problemas iniciales:el puente Münchenstein se reforzó con yesos CFRP pretensados ​​en 2015. Varias docenas de trenes de pasajeros y mercancías retumban en la histórica construcción de acero cada día. Un sistema de monitoreo a largo plazo que comprende una red de sensores inalámbricos mide la carga y los movimientos de las partes del puente y entrega los datos a Empa en tiempo real.

Preparado para todas las ocasiones

Noticias sobre el proyecto, que también proporcionó el tema para el doctorado de Ghafoori. tesis, difundirse rápidamente en círculos de expertos. Como resultado, Un puente muy similar en Australia se reforzó utilizando el sistema CFRP en enero de 2018:el Puente Diamond Creek de 122 años cerca de Melbourne. "Hemos aprendido mucho desde Münchenstein", dice Ghafoori. Por ejemplo, los investigadores pudieron mejorar la forma de los anclajes y hacer que toda la construcción fuera más plana. Eso es importante, porque muchos puentes tienen camiones debajo de ellos. Si la abrazadera se proyectara demasiado hacia abajo, los remolques altos, en particular, podrían chocar con la nueva tecnología.

El equipo también ha incorporado las fluctuaciones de temperatura entre el verano y el invierno en el cálculo:las mediciones en el puente Münchenstein habían demostrado que el refuerzo de CFRP en el puente es mucho más efectivo en los días calurosos de verano que en invierno. La razón es que el calor del verano hace que el puente de acero se expanda, pero la longitud del refuerzo de CFRP sigue siendo prácticamente la misma. Esto significa que el puente se mantiene unido más firmemente por su tirante de soporte en verano que en invierno.

Diamond Creek Bridge también tiene sensores y proporcionará datos de carga en línea a Empa durante al menos un año y medio. Para ver si el refuerzo tiene efecto, los investigadores enviaron un camión de 42 toneladas por el puente antes y después de colocar las tiras de CFRP. "Los datos iniciales han demostrado que las fuerzas que actúan sobre el puente se reducen a la mitad", dice Ghafoori. "Como estimación conservadora, esto podría significar que la vida útil restante del puente se duplica ".

Puentes preparados para el futuro

Hoy en día, Ghafoori y Motavalli reciben cada vez más visitas del extranjero. El instituto francés de ciencia y tecnología para el transporte, desarrollo y redes (IFSTTAR), el centro francés de movilidad (CEREMA) y una delegación china han anunciado su intención de asistir, mientras que una delegación estadounidense ya visitó Empa. El método se puede utilizar en cualquier parte del mundo sin mucho esfuerzo. "Para Australia, preensamblamos los clips con las tiras de CFRP y los probamos aquí en Empa. Luego simplemente los enviamos al sitio de construcción por paquete postal ", dice Ghafoori. "Tuvimos que volar más tarde y montar todo in situ".

Por supuesto, los investigadores quieren avanzar aún más en sus conocimientos. Habiendo ya reforzado vigas de acero rectas, el objetivo ahora es reforzar también los conectores en forma de X entre las vigas. Los puntos donde se unen las costuras soldadas y las uniones de conexión son especialmente propensos a la oxidación y aquí es también donde aparecen las grietas por fatiga que pueden hacer que el puente sea inestable. Un sistema de tiras de CFRP desarrollado recientemente podría resolver pronto este problema. Este tipo de soporte podría hacer que muchos puentes de acero del siglo XIX estén preparados para el futuro, lo que les permitirá sobrevivir significativamente a sus homólogos de hormigón armado más jóvenes.