Todos los dias, los estadounidenses viajan por carreteras, puentes y autopistas sin considerar la seguridad o confiabilidad de estas estructuras. Sin embargo, gran parte de la infraestructura de transporte en los EE. UU. esta obsoleta, se esta deteriorando y necesita reparaciones urgentes.
De los 614.387 puentes en los EE. UU., por ejemplo, el 39 % son mas antiguos que la vida util disenada, mientras que casi el 10 % son estructuralmente deficientes, lo que significa que podrian comenzar a descomponerse mas rapido o, lo que es peor, ser vulnerables a fallas catastroficas.
El costo de reparar y mejorar la infraestructura de transporte a nivel nacional oscila entre casi US$190 mil millones y casi $1 billon. La reparacion de la infraestructura de los EE. UU. le cuesta a los hogares individuales, en promedio, alrededor de $ 3,400 por ano. Se estima que la congestion del trafico por si sola le cuesta al conductor promedio $1,400 en combustible y tiempo de viaje, una cuenta nacional de mas de $160 mil millones por ano.
Soy profesor en la Escuela de Ingenieria Civil de Lyles y director del Centro de Infraestructuras Inteligentes de la Universidad de Purdue. Mi coautor, Vishal Saravade, es parte de mi equipo en el Laboratorio de Materiales Sostenibles y Tecnologia Renovable (SMART). SMART Lab investiga y desarrolla nuevas tecnologias para hacer que la infraestructura estadounidense sea «inteligente», mas segura y mas rentable. Estos nuevos sistemas autocontrolan el estado de las carreteras y los puentes de forma rapida y precisa y, en ocasiones, incluso pueden repararse solos.
Concreto inteligente y autorreparable
La infraestructura (puentes, carreteras, pavimento) se deteriora con el tiempo con el uso continuo. Sin embargo, la vida util de las estructuras podria extenderse si los danos se monitorearan en tiempo real y se repararan a tiempo. En el norte de los EE. UU., por ejemplo, los ciclos de congelacion y descongelacion en invierno hacen que el agua se filtre en el pavimento donde se congela, se expande y agranda las grietas, lo que puede causar un dano significativo. Si no se repara, este dano puede propagarse y derribar pavimentos y puentes.
Dichos danos se pueden identificar y reparar de forma autonoma. En una etapa temprana de una grieta, por ejemplo, el pavimento autorreparable activaria polimeros superabsorbentes para absorber agua y producir un material similar al concreto que rellena la grieta. Las grietas tan pequenas como unas pocas micras podrian curarse para evitar danos significativos al prevenir o retrasar las ultimas etapas del ciclo de congelacion y descongelacion.
Tecnologia vial
Muchos investigadores en el mundo estan trabajando para mejorar la infraestructura de construccion. Las tecnologias que se estan explorando recientemente incluyen carreteras solares y de recoleccion de energia, carriles de carga para vehiculos electricos, farolas inteligentes y reduccion de las emisiones relacionadas con el carbono de los materiales de construccion.
En Purdue SMART Lab, nuestro equipo tambien esta probando sensores novedosos que monitorean la infraestructura de transporte incrustandolos en varias carreteras interestatales de Indiana. Planeamos expandirnos a otros sistemas de carreteras estatales en los proximos anos con el objetivo de acomodar mejor el aumento del trafico y proporcionar estimaciones precisas de las condiciones de la carretera durante la construccion y su vida util.
Los sensores integrados en el pavimento de hormigon adquieren informacion sobre el estado de salud de la infraestructura en tiempo real y comunican los datos a las computadoras. Las senales electricas se aplican a traves de los sensores. Las vibraciones del hormigon se convierten en senales electricas que se leen y analizan mediante un software personalizado creado en laboratorio. Esto permite a los ingenieros de transporte tomar decisiones eficaces y basadas en datos, desde la apertura de carreteras al trafico hasta la identificacion proactiva de problemas que causan danos o deterioro.
Despues de que se vierte el concreto para el pavimento de una carretera, por ejemplo, se tarda horas en curar y volverse lo suficientemente fuerte como para abrirse al trafico. El momento de abrir una carretera depende de cuando se cura la mezcla de concreto. Si un camino se abre demasiado pronto y el concreto no esta bien curado, puede reducir la expectativa de vida del pavimento y aumentar los costos de mantenimiento. Esperar demasiado para abrir una carretera puede provocar retrasos en el trafico, congestion y mayores riesgos de seguridad para los trabajadores de la construccion y los viajeros. El curado del concreto para proyectos de carreteras masivas requiere una atencion especial por parte de los ingenieros junto con el clima especifico de esa region.
Los sensores incrustados en el concreto pueden senalar la salud de las carreteras. Video de Erin Easterling/Universidad de Purdue.
Los sensores inteligentes integrados en el concreto permiten a los ingenieros monitorear la infraestructura y tomar decisiones basadas en datos sobre cuando se puede abrir una carretera mientras se mantiene la maxima expectativa de vida. Los sensores tambien pueden ayudar a monitorear la calidad del concreto y si es lo suficientemente robusto para resistir el flujo de trafico y la corrosion despues de abrir una carretera. La infraestructura inteligente y eficiente puede reducir significativamente las fallas estructurales, tanto catastroficas como por el desgaste normal, asi como reducir los costos y proporcionar nuevas formas para que los ingenieros estructurales evaluen informacion en tiempo real sobre el pavimento.
Ahorro de tiempo y dinero
El Congreso reconoce la necesidad de invertir en los sistemas de transporte estadounidenses. Recientemente se presento un paquete legislativo de $494 mil millones, la Ley INVEST In America, para abordar el deterioro de las carreteras y puentes de los Estados Unidos y, al mismo tiempo, disminuir la contaminacion por carbono.
Los sensores inteligentes y el sistema de infraestructura inteligente pueden permitir ahorros significativos de tiempo y dinero con una mayor seguridad en la construccion. Los sensores pueden proporcionar a los ingenieros datos en tiempo real sobre la calidad de nuestra infraestructura para tomar las mejores decisiones para construir y mantener carreteras, puentes y aceras, al tiempo que mejoran la seguridad de los conductores y trabajadores de la construccion. La adicion de propiedades de autorreparacion puede ayudar a construir una infraestructura sostenible y duradera para reducir el mantenimiento y los costos.
