DARPA busca una forma "biológica" de restaurar el hormigón
El logotipo del programa BRACE muestra la secuencia de restauración de hormigón
La Agencia Estadounidense de Desarrollo Avanzado (DARPA) se ha ocupado de los problemas de restauración y mantenimiento de la infraestructura. Desde el año pasado, se ha estado trabajando en el programa BRACE, durante el cual planean encontrar formas fundamentalmente nuevas de restaurar y reparar estructuras de hormigón y hormigón armado. Consideramos tecnologías "biológicas" que pueden solucionar el problema sin necesidad de desmantelar estructuras o reponer sus elementos.
El problema de la degradación
El hormigón y el hormigón armado se encuentran entre los principales materiales de construcción modernos y se utilizan ampliamente en la construcción de infraestructura militar y civil. Sin embargo, a pesar de todas sus ventajas, pueden degradarse con consecuencias negativas.
Bajo la influencia de factores externos, así como debido a una composición incorrecta, incumplimiento de las tecnologías de construcción, etc. aparecen grietas en el concreto, y luego comienza a desmoronarse. La humedad externa conduce a la corrosión de los elementos metálicos, lo que reduce la resistencia de la estructura y también crea tensiones internas adicionales. La fuerza de la estructura disminuye gradualmente, hasta su completa destrucción.
Según la agencia DARPA, a estas alturas las fuerzas armadas estadounidenses se enfrentan de lleno al problema de la degradación de las estructuras de hormigón. Una gran cantidad de objetos para diversos fines, construidos a mediados del siglo XX, siguen en funcionamiento. Debido a la edad y factores externos, su estado deja mucho que desear y requiere atención.
Mientras que los constructores militares estadounidenses tienen que usar hormigón "ordinario"
No todas estas instalaciones pueden o deben ser reparadas o demolidas y reconstruidas. En este sentido, se propone desarrollar nuevas tecnologías de reparación que permitan restaurar la integridad de los materiales y estructuras de construcción sin un impacto externo significativo.
Inspirado en la naturaleza
En marzo de 2022, DARPA anunció el lanzamiento de un nuevo programa de investigación llamado Restauración bioinspirada de edificios de hormigón envejecido ("Restauración de estructuras de hormigón antiguas inspiradas biológicamente") o BRACE (suena como "Brace" o "Brace").
Como parte del nuevo programa, está previsto volver a examinar los procesos de degradación y destrucción del hormigón y hormigón armado en diferentes condiciones y para diferentes tiempos. Con base en la información recopilada, intentarán crear una nueva tecnología para reparar y/o mantener la integridad de la estructura.
Como parte de BRACE, DARPA ofrece un concepto interesante para la recuperación de daños. Necesitamos algún medio que pueda crear una red de canales delgados en el área dañada o en el espesor del concreto, similar a vasos sanguíneos o micelio. A través de esta red, los materiales para la reparación deben ser entregados al área dañada de manera óptima. Una vez en la zona adecuada, las partículas del material se incrustarán en la estructura existente y la reforzarán.
En el modo de reparación, la red de canales deberá garantizar que una gran cantidad de material de construcción se entregue rápidamente al área dañada para llenar los vacíos resultantes. La prevención consistirá en suplir de manera similar los pequeños defectos antes de que aumenten y comiencen a representar una amenaza. Además, a DARPA le gustaría utilizar una red de canales para el diagnóstico de materiales y la señalización de daños.
Las organizaciones que participan en el programa determinarán cómo se crearán exactamente los canales. Es posible utilizar ciertos medios químicos, biológicos y otros. Al mismo tiempo, la sección transversal y la configuración de la red de "buques" no deberían afectar negativamente la resistencia de la estructura restaurada, que ya está debilitada.
El programa se divide en dos llamados. áreas técnicas (Technical Areas) que tienen objetivos similares pero diferentes. La tarea de la primera "área" TA1 es la creación real de una nueva tecnología. Como parte de la dirección TA2, se desarrollarán métodos para el uso de nuevas herramientas, así como sistemas de prueba y modelos para la verificación. En el futuro, aparecerá una nueva tarea: es necesario desarrollar una versión de alta velocidad de la tecnología. Con su ayuda, planean reparar daños menores en edificios, aeródromos, etc.
El programa BRACE comenzó en marzo del año pasado y tiene cuatro años y medio para completarse. Esto significa que las nuevas tecnologías deberían aparecer antes de que finalice el año fiscal 2026. Todavía no se puede nombrar el momento de la aparición de nuevos materiales en estructuras de ingeniería y construcción. En un futuro indefinido, no se descarta el traslado de nuevos desarrollos al ámbito civil, donde también encontrarán una amplia aplicación.
Investigadores y artistas
Hace un año, DARPA lanzó el programa BRACE y también abrió una convocatoria de solicitudes de organizaciones que deseen participar en él. El 23 de marzo de 2023, la agencia anunció la finalización de la parte preparatoria del programa y la selección de sus participantes.
Tres organizaciones americanas participarán en el pleno desarrollo de nuevas tecnologías. Este es el Laboratorio Nacional de Livermore. E. Lawrence, Universidad de Colorado y Battel Memorial Institute. Presentaron sus propias ideas y desarrollos sobre la restauración "biológica" del hormigón.
Impresión XNUMXD de un edificio de mortero de cemento
Lamentablemente, aún no se han anunciado los detalles de los proyectos preliminares de las organizaciones miembros de BRACE. Informes oficiales mencionan que todos cumplen con los requisitos básicos del cliente y se basan en la idea de una red de canales dentro del material. En este caso, el concepto general se puede implementar de diferentes maneras.
Según DARPA, los tres participantes en el programa trabajarán en ambas "áreas técnicas". Tendrán que desarrollar nuevas tecnologías, así como adaptarlas para su uso práctico. Los participantes también crearán un conjunto de medidas y medios para las pruebas.
Сферы применения
La fase principal del programa BRACE acaba de comenzar y sus resultados tendrán que esperar varios años más. Además, todavía no hay garantías de que los participantes de la investigación puedan hacer frente a las tareas. Sin embargo, la agencia DARPA ya indica las posibles áreas de aplicación de las nuevas tecnologías y el efecto esperado.
El Pentágono tiene a su disposición una gran cantidad de infraestructura militar de varios tipos, en cuya construcción se utilizó hormigón y hormigón armado. Estos son varios edificios y estructuras, pistas de aeródromos, atracaderos portuarios e incluso lanzadores de silos para misiles estratégicos. Una proporción significativa de estas estructuras de hormigón/hormigón armado se construyeron en un pasado lejano y se están deteriorando gradualmente.
Con la ayuda de las herramientas desarrolladas, en el futuro planean reparar los objetos dañados y sus elementos. Además, no se excluye su uso en la etapa de construcción, lo que evitará una mayor degradación de las estructuras. Como resultado, las instalaciones antiguas podrán permanecer en funcionamiento por más tiempo, y las de nueva construcción inicialmente tendrán un mayor recurso. En ambos casos, habrá ahorros conocidos.
También está previsto crear fondos para reparaciones rápidas. Con su ayuda, se encargarán de los daños de combate en aeródromos y varios edificios. Esta aplicación impone requisitos especiales sobre los medios de reparación, pero proporciona ventajas obvias.
En el futuro, las tecnologías BRACE podrán trasladarse a las áreas civiles y de doble uso. Las estructuras de hormigón se utilizan en casi todas partes, incl. en objetos de importancia crítica. La introducción de medios prometedores de reparación y prevención permitirá restaurar las instalaciones y estructuras dañadas con relativa rapidez y a un costo mínimo, así como prolongar su funcionamiento. Además, será posible reparar rápidamente con una restauración casi completa de la fuerza.
Obviamente, las nuevas tecnologías de DARPA y los contratistas definitivamente encontrarán a sus clientes en la esfera civil. Recientemente, Estados Unidos ha experimentado serios problemas de infraestructura. Por diversas razones, el desgaste de diversos objetos en el ámbito del transporte, la energía, la industria, etc. no recibe la debida atención. La prevención no se lleva a cabo en su totalidad, lo que da lugar a diversos accidentes. Es posible que la aparición y el uso generalizado de las tecnologías BRACE reduzcan dichos riesgos, aunque no los eliminarán por completo.
tareas dificiles
Por lo tanto, la agencia DARPA está lanzando estudios a gran escala como parte de otro prometedor programa de doble uso. El objetivo del programa BRACE es crear tecnologías fundamentalmente nuevas en el campo de la ciencia de los materiales y la construcción. Si los participantes en el programa hacen su trabajo, los trabajadores de la construcción militares y civiles de EE. UU. tendrán nuevas oportunidades especiales.
Sin embargo, los miembros de BRACE enfrentan tareas muy difíciles. Tendrán que encontrar herramientas con funciones y capacidades especiales, así como garantizar su aplicación en la práctica. Dentro de unos años se sabrá si será posible obtener todos los resultados deseados. Mientras tanto, el Pentágono tendrá que realizar reparaciones de la manera habitual o demoler y reconstruir instalaciones, con todos los costos de tiempo y dinero.
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