Sistema de Sensores Embebidos para Monitorizar la Corrosión de Estructuras de Hormigón Armado. Fundamento, Metodología y Aplicaciones

Abstract

La durabilidad de una estructura de hormigón armado puede verse seriamente comprometida por la corrosión de las armaduras. En una inspección visual la corrosión solo se detecta cuando el daño está ya muy avanzado, lo que supone un elevado riesgo estructural e implica unas reparaciones muy costosas. Por tanto, es fundamental incorporar a las estructuras sistemas de monitorización capaces de detectar la aparición de procesos de corrosión con suficiente antelación.

El presente trabajo recoge el diseño, desarrollo e implementación de un sistema de sensores embebidos para monitorizar la durabilidad de estructuras de hormigón armado. Se trata de un sistema totalmente automatizado que muestra en tiempo real el estado de la estructura en múltiples zonas de forma simultánea.

El elemento principal del sistema de monitorización es el sensor de corrosión, diseñado para determinar de forma fiable y precisa la velocidad de corrosión de las armaduras embebidas. Para ello este sensor emplea un novedoso método de medida que integra la exactitud y precisión de los métodos de laboratorio, y la rapidez y versatilidad de los métodos para medidas in situ. Esta nueva técnica se ha desarrollado a partir de un modelo teórico que simula fielmente el comportamiento de la interfase acero-hormigón. Esto permite obtener, además de la velocidad de corrosión, otros parámetros relacionados con la naturaleza del proceso de corrosión y con las propiedades físico-químicas del hormigón.

Para gestionar de forma automatizada la monitorización se ha desarrollado un sistema electrónico específico (hardware y software) en colaboración con otros investigadores del mismo grupo de trabajo.

El sistema de sensores ha sido finalmente implementado para monitorizar la durabilidad de varias estructuras de hormigón armado. Actualmente el sistema permanece operativo de forma exitosa, pues el mantenimiento requerido hasta ahora ha sido mínimo.

Corrosion of the steel reinforcement is a major deterioration problem of concrete structures. In a visual inspection corrosion is detected when the damage is already very advanced, which involves a high structural risk and involves very expensive repairs. Therefore, it is essential to integrate into the structures monitoring systems capable of detecting emerging corrosion processes sufficiently in advance.

The present work includes the design, development and implementation of an innovative system of embedded sensors to monitor the durability of reinforced concrete structures. It is a fully automated system that real-time monitors the state of the structure in multiple zones simultaneously.

The main component of the monitoring system is the corrosion sensor, designed to reliably and accurately determine the corrosion rate of embedded reinforcements. This sensor uses a novel measurement method that integrates the accuracy and precision of laboratory methods, and the speed and versatility of the methods for in situ measurements. This technique has been developed using a theoretical model that faithfully simulates the behavior of the steel-concrete interface. This allows obtaining, in addition to the corrosion rate, other parameters related to the nature of the corrosion process and to the physical-chemical properties of the cover concrete.

To manage the monitoring sensor network in an automated way, a specific electronic system (hardware and software) has been developed in collaboration with other researchers of the same researching group.

The sensor system has been finally implemented to monitor the durability of several reinforced concrete structures. Currently the system remains operational successfully, in fact the maintenance required so far has been minimal.

La durabilitat d'una estructura de formigó armat pot veure's seriosament compromesa per la corrosió de les armadures. En una inspecció visual la corrosió només es detecta quan el dany està ja molt avançat, la qual cosa suposa un elevat risc estructural i implica unes reparacions molt costoses. Per tant, és fonamental incorporar a les estructures sistemes de monitorització capaços de detectar l'aparició de processos de corrosió amb suficient antelació.

El present treball comprén el disseny, desenrotllament i implementació d'un sistema de sensors embeguts per a monitoritzar la durabilitat d'estructures de formigó armat. Es tracta d'un sistema totalment automatitzat que mostra en temps real l'estat de l'estructura en múltiples zones de forma simultània.

L'element principal del sistema de monitorització és el sensor de corrosió, dissenyat per a determinar de forma fiable i precisa la velocitat de corrosió de les armadures embegudes. Per a això este sensor empra un nou mètode de mesura que integra l'exactitud i precisió dels mètodes de laboratori, i la rapidesa i versatilitat dels mètodes per a mesures in situ. Esta nova tècnica s'ha desenrotllat a partir d'un model teòric que simula fidelment el comportament de la interfase acer-formigó. Açò permet obtindre, a més de la velocitat de corrosió, altres paràmetres relacionats amb la naturalesa del procés de corrosió i amb les propietats fisicoquímiques del formigó.

Per a gestionar de forma automatitzada la monitorització s'ha desenrotllat un sistema electrònic específic (hardware i software) en col·laboració amb altres investigadors del mateix grup de treball.

El sistema de sensors ha sigut finalment implementat per a monitoritzar la durabilitat de diverses estructures de formigó armat. Actualment el sistema roman operatiu de forma reeixida, de fet el manteniment requerit fins ara ha sigut mínim.