El puente centenario

La revisión de estándares sobre nuevos materiales durables podría dar lugar a la construcción de puentes e infraestructura que puedan durar un siglo o más.

Por David Walsh

Tras la Segunda Guerra Mundial, las economías del mundo desarrollado estaban listas para comenzar a construir. En los Estados Unidos, el auge económico de la posguerra condujo a una expansión masiva de la clase media, lo que a su vez dio lugar a la era de oro del automóvil y los vehículos motorizados con fines recreativos. En respuesta, el presidente Dwight D. Eisenhower firmó la Ley Federal de Ayuda para las Autopistas de los EE. UU. en 1956, autorizando la construcción de 66,000 km (41,000 millas) de autopistas interestatales y sus puentes y pasos a desnivel correspondientes. Las economías de Europa experimentaron un auge similar durante la posguerra, pero con una urgencia exacerbada a causa de la devastación de la infraestructura con que contaban antes de la guerra. En pocas palabras, Europa necesitaba construir para volver a funcionar.

En ambos casos, el resultado fue el moderno sistema de autopistas y puentes que, con algunas notables excepciones, las poblaciones de Europa y los EE. UU. continuarán recorriendo en 2020: un admirable logro de la ingeniería y la voluntad que sigue siendo una maravilla en nuestros días.

No obstante, en línea con el refrán que dice que el tiempo y la marea ni se paran ni esperan, podríamos decir que las fuerzas de la corrosión (óxido, sal de carretera, etc.) son aún más impacientes. Hoy en día, según el informe "Infrastructure Report Card", de los 600.000 puentes en uso actualmente en los EE. UU., aproximadamente 240.000 tienen más de 50 años y se aproximan al final de su vida útil. Según la Administración Federal de Autopistas de los EE. UU., 47.000 puentes están clasificados como "estructuralmente deficientes", lo que significa que, si bien no presentan un riesgo inminente de colapso, es necesario repararlos con urgencia.

El estado de la infraestructura europea es igual de alarmante. De acuerdo con estudios gubernamentales de 2018 citados por The Independent, 300 puentes carreteros están en riesgo de derrumbarse en Italia, un tercio de los 12.000 puentes en Francia requieren reparaciones, y solo un 12,5 % de los puentes carreteros en Alemania se considera que están en buenas condiciones.

Tristemente, tal y como hemos visto en años recientes, un pequeño número de puentes simplemente colapsa, como el caso del puente Ponte Morandi de Génova (Italia), que el 14 de agosto de 2018 segó 43 vidas. Construido en 1968, la causa de este colapso aún no se determina, pero The Independent y el programa de televisión Nova han mencionado la corrosión como un factor.

Materiales más durables

¿Y si un puente no tuviera que llegar al fin de su vida útil después de 50 años? ¿Qué pasaría si los materiales que usamos para construir duraran 75 o 100 años? Gary Dallin, miembro de los comités sobre acero, acero inoxidable y aleaciones afines (A01) y sobre productos de hierro y acero con recubrimiento metálico (A05) de ASTM International dice que existen materiales con esas características, y que con los estándares que sus comités están desarrollando, usarlos en construcciones actuales y futuras será una realidad generalizada.

"Tras la Segunda Guerra Mundial, cuando se trataba de los puentes necesarios para permitir que el sistema de autopistas fuera tan extenso como lo es ahora, el concreto reforzado era el material de elección", dice Dallin, director del centro GalvInfo Center de la International Zinc Association. El concreto reforzado es el material de construcción tradicionalmente utilizado para la construcción de puentes en todo el mundo, y consta de varillas —o barras de refuerzo— de acero encapsuladas en concreto. "Pero conforme el concreto envejece, ocurre un fenómeno llamado carbonización y el dióxido de carbono penetra en el concreto, lo que provoca que se vuelva más ácido. Llegado cierto punto, la corrosión de las barras de refuerzo comienza a acelerarse".

Este proceso debilita la estructura de los soportes y los tableros de los puentes, a veces de forma crítica. Y en zonas del mundo donde la nieve y el hielo en las carreteras se combaten con sal, la corrosión puede llegar a ser mucho peor que en lugares secos, dice. "Los cloruros tienen un efecto acelerador y aumentan el ritmo del ataque a las barras de refuerzo".

El resultado es el deterioro de las estructuras del puente y una vida útil más corta. A lo largo de los años se han propuesto muchas soluciones, pero la mayoría tienen que ver con el mantenimiento, dice Dallin.

"Hace más de 40 años se desarrollaron recubrimientos epóxicos para las barras de refuerzo con la finalidad de combatir la corrosión. En verdad retrasan el comienzo del proceso corrosivo y muestran un desempeño satisfactorio en ambientes no agresivos", dice. "En ambientes donde se usan productos químicos para el deshielo, no obstante, se ha encontrado que estos productos muestran un desempeño diferente del esperado originalmente".  

Para muchos, este proceso de parchar y reparar ha resultado contraproducente y sumamente oneroso para los gobiernos locales y estatales. Dallin dice que una mejor solución consistiría en invertir en mejores materiales de construcción para los puentes de ahora —materiales que resistan la corrosión y duren unas cuantas décadas más— y ahorrar dinero a largo plazo. Las barras de refuerzo galvanizadas, o cubiertas con zinc, son uno de esos materiales, dice. "El zinc es un mejor material que el hierro en el concreto y resiste la corrosión".

De hecho, según el sitio web de International Zinc Association, las barras de refuerzo galvanizadas o cubiertas con zinc podrían durar potencialmente más de 100 años libres de corrosión en ciertos entornos.

Existen más de 20 estándares de ASTM International sobre barras de refuerzo y láminas de acero galvanizadas, pero Dallin cita una en particular por su importancia para el desarrollo de infraestructura en el futuro. Publicada por primera vez en 2015, la especificación de las barras de acero galvanizadas por inmersión continua en caliente para refuerzo de concreto (A1094) contempla el relativamente nuevo proceso de "inmersión en caliente" —o galvanización— continua de barras de acero para usarse en estructuras como los puentes. La inmersión en caliente tradicional es el proceso para cubrir una barra de refuerzo con zinc. No obstante, el proceso tiene una desventaja clave.

"La inmersión en caliente es un proceso por lotes que consiste en sumergir un grupo de barras en zinc y dejarlas reposar para luego sacarlas y dejar que el recubrimiento escurra y se solidifique", dice Dallin. "Pero, a menos que el recubrimiento especificado sea relativamente delgado, las capas de aleación de hierro y zinc se agrietarán al dar forma a las barras y el recubrimiento se desprenderá. Si el producto se usa sin alterar su forma original, será muy resistente a la corrosión".  

El proceso de inmersión continua en caliente produce un recubrimiento de zinc con una capa muy delgada de aleación de hierro y zinc que es altamente resistente al agrietamiento y al desprendimiento, lo que permite que los constructores den forma a las barras de refuerzo después del galvanizado. Esto hace que sea más fácil trabajar con barras de refuerzo galvanizadas de esta manera y aumenta la probabilidad de su uso generalizado en el futuro.

Cuando una barra de refuerzo se galvaniza por inmersión continua en caliente, el recubrimiento de zinc se aplica a la superficie conforme esta avanza a través del zinc fundido a velocidades de hasta 9 m (30 pies) por minuto. Actualmente es posible galvanizar simultáneamente hasta nueve barras lado a lado en una línea de recubrimiento.

Dallin dirige ahora el esfuerzo del comité A01 para revisar el estándar con el elemento de trabajo WK68431. La revisión expandirá los tipos de barras de acero que puedan recubrirse con zinc conforme al estándar, lo que contribuirá a que estos materiales encuentren una mayor aceptación y un uso más generalizado.

Específicamente, el comité pretende añadir las barras de refuerzo A1035 al estándar existente, que actualmente contempla acero al cromo bajo en carbono. El tipo de acero que el comité desea añadir se considera resistente a la corrosión por sí mismo. La aplicación de una capa de zinc a este tipo de metal alargaría la vida útil del acero en el concreto aún más, retrasando la corrosión del acero hasta que el zinc se haya consumido.

Dallin menciona la especificación estándar de las barras de refuerzo de acero con cobertura doble de zinc y material epóxico (A1055) como un segundo estándar que podría contribuir a hacer realidad un puente centenario. La especificación A1055 fue revisada por última vez en 2016, cuando se añadieron al estándar las barras de refuerzo A1094 como sustrato a cubrir con material epóxico. Cuando la humedad termine por filtrarse por el material epóxico, la capa subyacente de zinc se convertirá en la siguiente línea de defensa para proteger el núcleo de acero.

No es solo una barra de refuerzo

Margaret Farabaugh, gerente de servicios técnicos en Steel Dynamics, miembro del comité A01 y presidenta del comité A05, comparte la opinión de Dallin en cuanto a la necesidad de invertir en materiales más durables desde el principio. Su compañía fabrica láminas de acero, las cuales se usan para los tableros y superestructuras de los puentes y podrían someterse al mismo tratamiento de recubrimiento de zinc que las barras de refuerzo para limitar su corrosión. "No creo que el costo deba ser una barrera en las obras de construcción, porque lo que se pretende es construir algo que dure tanto como sea posible. Por eso pienso que un pequeño costo adicional al comienzo probablemente valga la pena".

Como parte de su trabajo con el comité A05, Farabaugh dirige la revisión de la especificación para la lámina de acero recubierta con aleación de zinc con un 5 % de aluminio mediante el proceso de inmersión en caliente (A875/A875M). Este estándar abarca un tipo de recubrimiento híbrido de zinc y aluminio que, según dice, podría durar el doble de lo que dura el recubrimiento de zinc solo. Una vez aprobada, la revisión (WK66908) probablemente tendrá como efecto un aumento en la adopción de estos materiales resistentes a la corrosión y contribuirá al aumento de la longevidad de la infraestructura a largo plazo.

"La revisión ampliará el alcance del estándar para incluir diferentes composiciones químicas y grados, incluidos los aceros de baja aleación de alta resistencia y otros materiales no incluidos en la publicación original", dice Farabaugh.

Los estándares que permiten una adopción más generalizada de estos materiales por parte de los departamentos de transporte estatales y contratistas privados son un paso importante hacia el objetivo de contar con puentes que duren un siglo o más. Tenemos esperanza de que, en el futuro, ningún país enfrente un panorama en donde casi un tercio de sus puentes existentes lleguen al final de su vida útil simultáneamente.

Solución del problema

Farabaugh cree que la inacción no es una opción, y que es necesario abordar el tema de la infraestructura mejor temprano que tarde.

"Estamos llegando a un punto más crítico. Se realizaron muchas construcciones en un momento similar hace muchos años, y todas esas estructuras están llegando al fin de su vida útil —su madurez— al mismo tiempo", dice. "Por lo tanto, es algo que debe abordarse".

Según Dallin, los estándares de ASTM International en desarrollo para la siguiente generación de materiales resistentes a la corrosión son la vía para resolver ese problema de la infraestructura, tanto en los EE. UU. como a nivel global.

"Estos estándares y materiales tendrán como resultado un producto más resistente a la corrosión con un incremento moderado en el precio, que será más fácil de instalar y retrasará la necesidad de cualquier reparación en el futuro", dice Dallin. "Ahorrará dinero a largo plazo, tanto en materiales como en costos de reparación".

En pocas palabras, el trabajo que llevan a cabo los comités de ASTM tendrá un gran éxito en el propósito de hacer realidad un puente que dure cien años.