El agua de mar penetrante lleva bacterias que forman colonias – biopelículas. Las bacterias atacan el concreto que se supone que evita que las piedras se aflojen de las paredes del túnel. El concreto se vuelve poroso y corre el riesgo de romperse. La biopelícula obtiene su color distintivo del refuerzo oxidado en el hormigón. Crédito: Universidad Tecnológica de Chalmers I Britt-Marie Wilén
Cuando el agua de mar penetra en el concreto en los túneles de carretera, se forma una biopelícula que descompone el concreto. Esto puede provocar altos costos y al riesgo de daño si la piedra y el concreto caen desde el techo del túnel. En un nuevo estudio, dirigido por un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia, la investigación revela los mecanismos detrás de la degradación y su progresión inesperadamente rápida.
Cuando los túneles de vehículos se construyen a través de la roca, el techo y las paredes se rocían con concreto para crear una capa de superficie uniforme y evitar que las piedras se aflojen y caigan sobre la carretera. Cuando los túneles están rodeados de agua de mar, como en el Oslofjord, por ejemplo, se produce un fenómeno bien conocido y problemático, “intrusión de agua salada”. Este es un proceso que lleva bacterias al entorno del túnel y estas bacterias forman colonias, biofilms, en la superficie del concreto. Las bacterias se alimentan de sustancias en el concreto y atacan la superficie, lo que se daña y se porta como resultado.
En una publicación reciente, los investigadores han descubierto nuevas ideas sobre los procesos microbiológicos detrás de la degradación, y eso está sucediendo relativamente rápido. El estudio se publica en la revista Scientific Reports.
“We have been taking measurements in the Oslofjord tunnel since 2014, and we can see that the bacteria eat their way into the concrete surface up to one centimeter a year. Where there is saltwater intrusion, a biofilm will form, and the concrete covered by the biofilm will gradually dissolve,” says Frank Persson, Associate Professor of Molecular Biology and Microbial Ecology at Chalmers’ Department of Architecture and Civil Ingeniería.
Ingresos de la biopelícula no es exclusivo de los túneles noruegos
El concreto rociado se ha utilizado en túneles de carretera a mayor escala desde la década de 1990, y desde entonces, los investigadores han podido ver este ensuciamiento de la biopelícula. A pesar de esto, actualmente hay muy pocos estudios similares de biocorrosión en túneles submarinos en entornos marinos.
Frank Persson y sus colegas han investigado el túnel Oslofjord en proyectos vinculados a la homólogo noruego de la Administración de Transporte Sueco, la Administración de Carreteras Públicas Noruegas, pero según los investigadores, el fenómeno probablemente ocurre en entornos similares en todo el mundo.
El nuevo concreto rociado en paredes y techos en túneles tiene un alto valor de pH, pero a medida que el concreto envejece, se produce una degradación química natural, lo que hace que el valor de pH del concreto caiga y hace que el medio ambiente sea más hospitalario para las bacterias.
El agua de mar penetrante lleva bacterias que forman colonias – biopelículas. Las bacterias atacan el concreto que se supone que evita que las piedras se aflojen de las paredes del túnel. El concreto se vuelve poroso y corre el riesgo de romperse. La biopelícula obtiene su color distintivo del refuerzo oxidado en el hormigón. Crédito: Universidad Tecnológica de Chalmers I Britt-Marie Wilén
Las bacterias aceleran aún más la corrosión del refuerzo de concreto y, a su vez, la degradación del concreto en sí, cuando metabolizan el hierro, el manganeso, el azufre y el nitrógeno en el concreto. Los investigadores han visto que esta degradación interactiva localmente puede ser relativamente rápida. En condiciones extremas, la bacteria puede penetrar hasta 10 cm en cinco años.
“Este tipo de biopelícula es una señal de advertencia bastante clara. Debe monitorear el flujo de agua y la propagación de la biopelícula y ubicar el concreto suelto y dañado para rociar nuevamente, si es necesario”, dice Britt-Marie Wilén, profesor de ingeniería ambiental y de aguas residuales en el Departamento de Arquitectura e Ingeniería Civil de Chalmers.
Los investigadores enfatizan que los túneles de carretera, a pesar de esta biopelícula, son generalmente seguros y son monitoreados por las autoridades noruegas. Su recomendación, basada en los estudios, es medir el valor de pH del concreto continuamente, examinar el flujo del agua subterránea a través de la roca y monitorear la propagación de la biopelícula.
El flujo de agua subterránea afecta el crecimiento de la biopelícula, especialmente en flujos más bajos, donde el valor de pH de la biopelícula es más bajo, lo que contribuye a una degradación más rápida del concreto que a un flujo de agua subterránea más alto que neutraliza el ácido en la biopelícula.
La investigación actual se ha llevado a cabo en el túnel Oslofjord en Noruega, pero es probable que también ocurra una degradación similar del concreto en túneles similares donde el agua dulce puede filtrarse en el concreto, según Britt-Marie Wilén.
“Sin embargo, el problema es probablemente mayor en entornos en los que el agua de mar penetra, en parte porque el agua de mar es favorable para el crecimiento bacteriano, pero también porque la sal acelera la corrosión en el refuerzo. El cambio climático también hace que los océanos sean más cálidos y con agua más cálida, el valor de pH cae aún más, lo que podría aumentar la velocidad de corrosión”, dice.
Al mapear las comunidades microbianas en el túnel Oslofjord, los investigadores de Chalmers han revelado nuevos microorganismos previamente desconocidos. Las nuevas técnicas para la secuenciación de ADN y el procesamiento de datos también han ofrecido oportunidades completamente nuevas para interpretar y comprender lo que se ha encontrado.
Los autores son Sabina Karačić, Carolina Suárez, Per Hagelia, Frank Persson, Oskar Modin, Paula Dalcin Martins y Britt-Marie Wilén.
Más información: Sabina Karačić et al, Acidificación microbiana por N, S, Fe y Mn oxidación como un mecanismo clave para el deterioro del concreto rociado con túnel submarino, informes científicos (2024). Doi: 10.1038/s41598-024-73911-w
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Chalmers
Cita: El concreto en los túneles de carretera se descompone inesperadamente rápido (2025, 15 de abril) Recuperado el 15 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-concrete-road tunnels-decomproses-inesperectly.html
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