ES2729315T3 - Procedimiento de formación de cemento u hormigón por electrolisis - Google Patents

Abstract

Procedimiento de formación de cemento u hormigón mediante electrólisis de un medio salobre electrolítico que comprende carbonato de calcio (CaCO3) e hidróxido de magnesio (Mg(OH)2), procedimiento que comprende las etapas que consisten en: a. colocar en el medio electrolítico una estructura metálica conductora, o cátodo, conectada al terminal negativo de un generador de corriente eléctrica; b. colocar en el medio electrolítico un ánodo conectado al terminal positivo de un generador; c. instalar un sensor capaz de medir el pH y la temperatura del medio electrolítico cerca de la estructura; d. alimentar los electrodos para polarizar el cátodo a fin de conferir al medio electrolítico un pH con un valor inicial cercano a 9,4; e. disminuir la densidad de la corriente de polarización hasta obtener un valor de pH del medio electrolítico entre 8,35 y 9,4; f. realizándose la etapa e) durante un tiempo que depende de la temperatura hasta que la relación CaCO3/Mg(OH)2 está comprendida entre 5 y 20; g. repitiéndose las etapas d) a f) e imponiendo una ley de variación de la densidad de corriente según los ciclos.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de formación de cemento u hormigón por electrólisis

La presente invención se refiere a un procedimiento para formar cemento u hormigón por electrólisis de un medio salobre.

El objetivo de la invención es, en particular, mejorar las características de este material y controlar su efectividad, en particular para la estabilización de la línea de costa y/o la creación o la perpetuación de obras naturales o artificiales la orilla del mar o en agua dulce o salobre.

Se sabe que la estructura metálica que forma la porción catódica de un sistema de electrólisis, en contacto con un medio marino o salobre, se recubre con un depósito de sales, llamado por los especialistas “calco-magnesiano”, causado por la precipitación sobre esta estructura de iones salinos, en particular CaCO³ (carbonato de calcio) y Mg(OH)² (hidróxido de magnesio), disuelto en agua de mar o agua salobre en lagunas. Ya se ha propuesto utilizar esta electrólisis para producir estructuras de concreto hormigón.

Se conoce la capacidad de este depósito para formar un agregado blando o moderadamente consistente cuando se mezcla con partículas de arena, restos de conchas, pequeñas piedras o guijarros que componen el medio, generalmente el fondo marino, sobre el que reposa la estructura metálica formando cátodo del sistema. Este agregado puede tener las características de un cemento y/u hormigón gracias al aporte de diferentes elementos, minerales o no, incluidos los constituyentes del medio.

A día de hoy no existe ningún procedimiento o sistema que permita favorecer, controlando (o regulando) la constitución de tal cemento y/u hormigón, lo que llamamos geo-cemento/geo-hormigón natural, la protección, consolidación o refuerzo:

- del litoral marino o lacustre, formado por playas de arena o guijarros, estén o no bordeadas por dunas o acantilados, arenosos o terrosos, calcáreos o rocosos, con o sin instalaciones industriales o residenciales, y - estructuras naturales o artificiales tales como terraplenes, cordilleras costeras formadas por dunas ligeras, diques, estructuras textiles semi-impermeables para la retención de arena, que protegen el litoral de la erosión causada por los movimientos del mar, por las salpicaduras de las olas durante las tormentas o mareas, por corrientes marinas y por ráfagas de viento cargadas o no con agua salada,

- sitios residenciales o industriales, construidos en terraplenes, protegidos o no por cortinas de tablestacas, o sobre pilotes en zonas pantanosas, junto al mar, en lagos o en lagunas.

La patente US-4.623.433 desvela un procedimiento para formar la concreción en un entorno marino utilizando ánodos de sacrificio que comprenden una variación de la densidad de corriente que favorece primero la formación de brucita sola y luego la disolución controlada de brucita simultáneamente con la formación de piedra caliza.

La patente US-5.543.034 desvela un procedimiento para mejorar los depósitos de piedra caliza submarinos utilizando un dispositivo de electrólisis.

La invención se refiere a un procedimiento para formar un geo-cemento/geo-hormigón marino natural en un medio electrolítico, de acuerdo con la reivindicación 1. Se desvela un procedimiento para formar un geo-cemento/geohormigón marino natural de acuerdo con el cual:

- se coloca una estructura metálica conductora que forma un cátodo en un medio electrolítico que comprende elementos minerales desagregados,

- se coloca un ánodo en el medio electrolítico a una cierta distancia de la estructura metálica conductora, y - se establece una corriente eléctrica continua entre el ánodo y la estructura metálica conductora que forma un cátodo, con el fin de permitir la polarización catódica de la estructura, lo que da como resultado un calentamiento de la misma, un aumento del pH y una liberación de CO², un desplazamiento del equilibrio iónico y una sobresaturación de CaCO³ y de Mg(OH)² seguido de su precipitación, lo que contribuye a la creación de un depósito mineral agregado alrededor de la estructura metálica conductora sometida a esta polarización catódica. La composición de este agregado varía considerablemente en función del pH del medio en contacto con la estructura, cuyo pH determina los niveles de sobresaturación del CaCO³ y del Mg(OH)² que se producen en el agua de mar a 20 °C, en una proporción [CaCO³/Mg(OH)²] de un valor de aproximadamente 1/10 en peso para un pH = 9.4 a un valor de aproximadamente 10/1 para un pH = 10,6.

Se ha observado que el agregado así formado por deposición electroquímica tenía sistemáticamente una consistencia blanda y gelatinosa cuando su composición mostraba un alto nivel de hidróxido de magnesio depositado (o brucita), de fórmula química Mg(OH)² , en relación con el contenido de carbonato de calcio o aragonito depositados (en las condiciones operativas consideradas, el carbonato de calcio se deposita esencialmente en la forma cristalina llamada aragonito), de fórmula química CaCO³. Se ha descubierto que dicho agregado de consistencia blanda tiene la propiedad de promover la amalgama con la arena, minerales u otros elementos, que ocurren naturalmente en el medio o que se agregan artificialmente cerca de la estructura metálica del cátodo.

Finalmente, se encontró que, por el contrario, el agregado tenía una consistencia cada vez más dura a medida que la tasa de aragonita aumentaba en relación con la de brucita en la operación de deposición electroquímica. Se ha observado que se obtiene una dureza máxima del agregado para una relación [CaCO³/Mg(OH)²] en masa incluida en un intervalo de valores de 5 a 20. En resumen, la composición del agregado y su consistencia tendrá características variables en función de la cinética de la precipitación y la posible redisolución de la brucita, y de la cinética de la precipitación de la aragonita, la cual a su vez no se redisuelve.

De acuerdo con la invención, estas cinéticas se controlan a partir de los siguientes parámetros principales: densidades de corriente de polarización catódica suministradas a la estructura, potenciales de cátodo alcanzados por esta estructura, temperatura del agua o del electrólito y duración del suministro a la estructura de las densidades de corriente correspondientes.

Para obtener, en cada caso particular de la estructura tratada, las mejores características en términos de composición, consistencia y durabilidad del agregado de geo-cemento/geo-hormigón natural, el control se lleva a cabo actuando sobre el valores de las densidades de corriente utilizadas en la estructura catódica, y la duración del uso de estas densidades de corriente, a partir de los valores del potencial de polarización catódica alcanzado por la estructura y de los del pH medidos en la vecindad de la estructura, medido continuamente mediante sensores instalados cerca de la estructura, y de acuerdo con los parámetros del medio en el que se encuentra la estructura, en particular en función de la temperatura, de la composición de este medio (en particular, su salinidad), su aireación y agitación.

Como resultado de diversos trabajos realizados en el sitio o en el laboratorio, se ha encontrado que las condiciones de la precipitación de la brucita no se vieron muy afectadas por la temperatura. Por ejemplo, a una temperatura de 5 °C, la precipitación de la brucita comienza gradualmente para un potencial de polarización de la estructura menor o igual a - 1000 mV/ECS y para un valor de pH de aproximadamente 9,4. A una temperatura de 20 °C, comienza a producirse para un potencial de polarización de la estructura mayor o igual a -950mV/ECS y para un valor de pH también cercano a 9,4. Para los valores del potencial de polarización de la estructura en crecimiento de -1000 a -1200mV/ECS, la deposición de brucita será cada vez más rápida. Cabe señalar que este depósito será más rápido que el de la aragonita, aunque comienza con un valor de pH más alto.

En el caso de la aragonita, de hecho, la precipitación es más lenta y está fuertemente afectada por la temperatura. Por lo tanto, a 5 °C, el depósito de aragonito comienza a ser observable solo después de aproximadamente 48 horas, para un valor del potencial de polarización de la estructura menor o igual a -1000mV/ECS y para un valor de pH de aproximadamente 8,65. Mientras que a 20 °C, la precipitación de la aragonita comienza a ser visible ya después de 4 a 6 horas, con un potencial de polarización de la estructura de -950mV/ECS y a un pH de aproximadamente 8,35. Se recuerda que el pH del agua de mar es aproximadamente 8,2 a esta temperatura.

Finalmente, es importante tener en cuenta que el precipitado de brucita comienza a redisolverse si se favorece una reducción del pH por debajo del valor de 9,4, mientras que la aragonita nunca se redisuelve.

El procedimiento de acuerdo con la invención consta de las tres fases siguientes.

Fase 1): se aplica una densidad de corriente que provoca la polarización negativa de la estructura y la precipitación progresiva de la brucita y la aragonita contenidas en el agua de mar o en el electrolito en contacto con la estructura, con formación de un agregado blando llamado “agregado primario”.

Fase 2): se forma un conglomerado relativamente blando por aglomeración con el agregado primario de elementos minerales o no, presentes originalmente en el electrolito cerca de la estructura o agregados muy cerca del mismo. Fase 3): la densidad de la corriente de polarización se reduce hasta un pH comprendido entre aproximadamente 8,35 (dependiendo de la temperatura del agua) y 9,4, permitiendo esta fase 3) la redisolución de un parte importante de la brucita, manteniendo las condiciones necesarias para la continuación del depósito de aragonita. El endurecimiento gradual del conglomerado se logra a medida que la relación (CaCO³ respecto al Mg (OH)²) se aproxima a un valor entre 5 y 20, y esto hasta las características deseadas para el geo-cemento/geo-hormigón natural en el caso considerado.

La divulgación también se refiere a un sistema de control interactivo, conectado a sensores y destinado a impulsar los procedimientos de formación de geo-cemento/geo-hormigón natural. Los sensores instalados en la estructura y en su entorno inmediato se utilizan para registrar en tiempo real los siguientes parámetros: la salinidad, la composición y la temperatura del electrolito, el pH en las inmediaciones de la estructura, el potencial de polarización/ECS de la estructura o una barra de control, posiblemente y dependiendo de la configuración, la velocidad del electrolito, y para ciertas configuraciones, la presión y el grado higrométrico. Otros sensores pueden medir la compacidad y la dureza del depósito.

Las variables controladas por el sistema de control son: la intensidad y el voltaje de las corrientes de polarización en la salida de los generadores de corriente y, más concretamente, las características de los ciclos impuestos a las corrientes de polarización (forma de la señal, intensidad máxima y mínima, voltaje máximo y mínimo, periodicidad). Estos ciclos de corriente tienen el efecto de permitir que el procedimiento electroquímico continúe y mantener, durante cada fase, los valores de los parámetros de formación del geo-cemento/geo-hormigón natural dentro de los límites favorables, y evitar el mal funcionamiento, como, por ejemplo, el desprendimiento de la deposición catódica por una fuerte liberación de hidrógeno causada por una polarización catódica excesiva.

En ciertas configuraciones, particularmente en las zonas de marea o en las partes superiores de un acantilado, el sistema de regulación somete el inicio y el final del procedimiento de formación del geo-cemento/geo-hormigón natural al resultado de las mediciones de los sensores de presión e higrometría. De esta manera, las corrientes de polarización para la formación del geo-cemento/geo-hormigón natural se aplican a la estructura catódica solo durante ciertos períodos de tiempo, en particular durante la marea alta o durante los movimientos de las esclusas, en el transcurso de las áreas a consolidar, las partes del suelo costero, las estructuras artificiales, los acantilados o los afloramientos rocosos en cuestión, son lamidas por las olas o sumergidas, parcial o totalmente, o, en el caso de las partes aéreas, simplemente salpicadas por las olas o rodeadas por el rocío del agua del mar.

Cuando baja la marea o cuando disminuye el nivel del agua o el rocío del agua del mar, los mismos sensores emiten señales que permiten iniciar una nueva fase del procedimiento, por ejemplo, la lixiviación del sistema por humectación con agua salobre o dulce, cuando las partes relevantes del litoral, la costa o las obras que deben protegerse ya no serán bañadas por el mar o rodeadas de agua de mar, para regular la formación de geocemento/geo-hormigón natural.

Para controlar y regular el procedimiento de formación y mantenimiento a lo largo del tiempo del geo-cemento/geohormigón natural, durante estos períodos, el funcionamiento del sistema de control del procedimiento quedará sometido al resultado de las mediciones realizadas por los sensores de presión instalados en lugares adecuados para detectar la subida o bajada del nivel de agua, especialmente durante el movimiento de las mareas y de las esclusas. Controlado de esta manera, el sistema de regulación solo aplicará corriente de polarización cuando el mar inunde, o el rocío del agua del mar envuelva, total o parcialmente y de forma continua o periódica, las estructuras sobre las cuales se desea promover y/o controlar la formación de geo-cemento/geo-hormigón natural.

Las corrientes utilizadas por el procedimiento pueden variar entre los valores comprendidos entre 0,1 amperios y unas pocas decenas o cientos de amperios o más, y se producirán a voltajes de entre 0,1 voltios y unas pocas decenas de voltios o más,

- ya sea por un generador de corriente continua suministrado por la red de distribución de electricidad,

- ya sea por combinación de paneles solares conectados a un sistema de batería de reserva,

- ya sea por una o más turbinas eólicas conectadas a un sistema de batería de reserva,

- ya sea por uno o más generadores de electricidad instalados en boyas flotantes e impulsados por las fuerzas maremotrices o por los movimientos del oleaje y conectados a un sistema de batería de reserva,

- ya sea por una combinación de dos o más de los tipos anteriores de fuentes de alimentación.

Las fuentes de alimentación que suministran estas corrientes están controladas por el sistema de control descrito anteriormente. Este sistema está programado para suministrar en el circuito “ánodo-cátodo”, una sucesión de ciclos de corriente cuya elección se determinará en tiempo real por el valor de las mediciones realizadas por los distintos sensores. Durante cada uno de estos ciclos, la corriente y el voltaje pueden variar independientemente o no, por ejemplo, de acuerdo con las leyes sinusoidales de los períodos entre 1 hora y 12 horas o más. Algunos ciclos de corriente pueden operar en polaridad inversa.

De manera similar, gracias al control de los sensores, se puede implementar el procedimiento de regulación de intensidad y voltaje de las corrientes impuestas de polarización catódica después de uno o más ciclos de 1 hora a 12 horas, o más, para promover, regular y controlar la formación de geo-cemento/geo-hormigón natural en un fondo marino o lacustre o en un medio de agua dulce, por ejemplo, afluentes o ríos, lagos o reservorios de agua, en estructuras ubicadas en plena agua de forma permanente, o periódicamente o episódicamente.

El sistema de regulación permite el control remoto del procedimiento implementado en varios sitios remotos.

Los diferentes sistemas de control que controlan el procedimiento en sitios alejados pueden ser administrados por uno o más sistemas expertos regionales que, mediante la interrogación cíclica de los sitios correspondientes y la adquisición progresiva e integración de los datos registrados, son capaces de:

1) comunicarse sobre el estado operativo de los sistemas remotos a los que se conectarán,

2) actuar mediante retroalimentación basada en los datos recién adquiridos por demanda, ya sea ajustes locales teniendo en cuenta el sitio adquirido anteriormente, o un reinicio en caso de un incidente y una reinicialización del procedimiento de control, o el lanzamiento de un procedimiento de solución de problemas,

3) establecer estadísticas de las acciones emprendidas y los resultados ya logrados para todos los diferentes sistemas instalados, y para mantener actualizado el mando de control de los experimentos en curso.

El procedimiento de acuerdo con la invención es aplicable a la estabilización de los bordes del mar erosionados por corrientes, mareas y elementos, la consolidación de estructuras artificiales en la costa y el refuerzo de acantilados erosionados o espolones rocosos desestabilizados en contacto con el agua de mar.

La aplicación del procedimiento de acuerdo con la invención de la formación de geo-cemento/geo-hormigón natural, utilizado solo o en combinación con otros procedimientos de recarga de playas de arena o guijarros, promueve y permite el control en sus diferentes fases, la constitución, la absorción y el desarrollo progresivo del geocemento/geo-hormigón natural sobre una malla de alambre ligero destinada a proteger, consolidar o mantener en su lugar la capa superficial de arena o guijarros transportada regularmente por el mar durante las tormentas o las mareas de equinoccio.

De este modo, es posible estabilizar e incluso consolidar y reconstituir a partir de una barrera natural ligera:

- la línea de costa formada por playas de arena o de guijarros, las costas bordeadas por estructuras de piedra artificial, rocas, terraplenes, los pies de acantilados rocosos o formadas por una aglomeración de tierra, roca caliza y rocas,

- estructuras artificiales, y

- acantilados o áreas rocosas que bordean el litoral, particularmente en áreas de mareas o en áreas sujetas a degradación provocada por las salpicaduras de las olas o bañadas por una atmósfera agresiva cargada de rocío de agua de mar.

El sistema desvelado comprende una estructura catódicamente polarizada que puede estar constituida, dependiendo del caso de:

- Malla de alambre hecha de acero negro desnudo, galvanizado o no, recubierto con cobre total o parcialmente o no, cubierto o no con un metal o con óxidos metálicos de potencial electroquímico adecuado,

- Metal expandido o perforado de la misma constitución que la malla de alambre anterior,

- Micropilotes metálicos para estructuras de retención instaladas en fondos inestables,

- Tirafondos de refuerzo de muelles marinos en tablestacas,

- Agujas de metal o de material conductor, en forma de peine o rastrillo, grapas, ganchos, clavijas, destinados a facilitar el acoplamiento en estructuras catódicas aéreas en acantilados y rocas o estructuras artificiales para consolidar, o una

- Combinación de diferentes estructuras catódicas y las geometrías anteriores.

En el caso de un suelo parcial o totalmente arenoso o con guijarros, suelto o firme, se espera que la estructura catódica esté, total o parcialmente, enterrada en la parte o partes del suelo, seco o húmedo, para consolidar, estabilizar, fortalecer o para reconstituir.

En el caso de un fondo de roca natural o artificial, o una construcción de piedra, cemento u hormigón, con o sin brazos, se espera que la estructura catódica se aplique a la pared y en los intersticios de las estructuras a proteger, y se mantenga por grapado mecánico directo en contacto con esta pared con grapas, clavijas, ganchos, metálicos o no metálicos.

También se espera que la estructura catódica, en algunos casos, esté parcialmente enterrada en la parte arenosa o pedregosa del suelo, y que el resto, se aplique o se adhiera a la pared de la estructura natural o artificial a proteger. Por lo tanto, el procedimiento de acuerdo con la invención hace posible promover y controlar, y por lo tanto regular, en su composición y en su densidad de distribución en una estructura catódica apropiada para cada caso particular, la formación del geocemento/geo-hormigón natural a ambos lados de la zona de unión entre la parte del suelo arenoso o guijarroso, y la duna o la parte de la costa formada por rocas o prolongada por una estructura artificial, o bien:

- Directamente en contacto con el suelo que bordea el litoral marítimo, arena, lodo, roca, guijarros, taludes de acantilados, acantilado, duna, arrecife o arrecife de coral,

o bien:

- En contacto con una estructura artificial en el mar, nueva o vieja, degradada o no, reforzada o no por un refuerzo metálico, de cemento u hormigón armado o no, de piedra o tierra, rocas, tetrápodos, aglomerado, tales como espigón, espolón, terraplén, suelo de uso comercial, residencial o industrial, vial, portuario, ferroviario o aeronáutico, pontón, pilar de puente, dique, relleno de roca, pólder, marisma salobre, depósito de agua, o bien:

- En contacto con un espolón rocoso o un acantilado, compuesto o no, de tierra o roca o piedra caliza, o bien:

- A caballo entre el suelo que bordea la estructura artificial, el espolón rocoso o el acantilado considerado, y al pie de la estructura artificial, el espolón rocoso o el acantilado considerado.

La formación del geo-cemento/geo-hormigón natural puede favorecerse y controlarse ya sea en función de la estructura artificial, el espolón rocoso o el acantilado considerado, o en forma oblicua o en elevación, en la superficie, en los intersticios, en la superficie o en la mayor parte de la estructura artificial, del espolón rocoso o acantilado considerado, ya sea en la construcción de la estructura o posteriormente, durante la renovación, reconstrucción, estabilización, protección, refuerzo o consolidación.

De acuerdo con el resultado deseado, las diversas estructuras catódicas anteriores, ya sean aéreas o sumergidas, pueden estar,

o bien:

- desnudas y fijadas en las paredes de las estructuras artificiales o naturales que se consolidarán o cubrirán con geo-cemento/geo-hormigón natural,

o bien:

- mantenidas en contacto con o cerca de estas estructuras mediante redes metálicas o no, del tipo de protección utilizada en áreas de desprendimientos de rocas o para el mantenimiento de taludes de autopistas,

o bien:

- cubiertas por un lado, o ambos lados, con una envoltura permeable al agua pero semi-impermeable para que no se filtre su contenido. Esta envoltura está hecha de fibras naturales o sintéticas, tejidas o no tejidas, reforzadas o no con hilos metálicos o de otro tipo, formando una especie de sándwich alrededor de la estructura del cátodo a la manera de un sándwich alrededor de la estructura catódica a modo de una funda delgada. Esta puede llenarse, en parte o en su totalidad, con un lastre formado por arena, conchas, grava, guijarros, guijarros, destinados a aglomerarse con la mezcla de carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, silicatos, aluminatos y otros iones salinos, en particular los iones ferrosos, que se depositan naturalmente en las estructuras catódicas del sistema por el efecto de las corrientes de polarización impuestas por el procedimiento de acuerdo con la invención.

Para acelerar la formación del geo-cemento/geo-hormigón natural alrededor de las estructuras catódicas del sistema, también se espera que el lastre de relleno de la envoltura semi-impermeable a prueba de agua anterior pueda incluir, total o parcialmente, una mezcla de algunas de las sales constitutivas del agua de mar, específicamente dosificadas de acuerdo con las diversas aplicaciones del procedimiento, incluyendo principalmente carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, silicatos, aluminatos y otras sales, así como los constituyentes del mortero, cemento y hormigón, aéreos o hidráulicos.

En el procedimiento de acuerdo con la invención, la estructura catódica, cubierta o no con una envoltura que contiene un lastre, puede enterrarse o canalizarse, colocarse sobre un fondo arenoso o rocoso, horizontal, oblicuamente o verticalmente, colgando en el agua enganchada por ejemplo a boyas o cuerdas. También se puede instalar en partes aéreas, colgadas en diferentes soportes para consolidar.

El procedimiento de acuerdo con la invención también es aplicable a la consolidación de estructuras artificiales al lado del mar, y al refuerzo de acantilados erosionados o espolones rocosos desestabilizados que no están en contacto con el agua de mar.

Como se mencionó anteriormente, la formación de geo-cemento/geo-hormigón marino natural en una estructura catódica en contacto con agua de mar es causada por la deposición de iones disueltos en agua de mar mezclada con varios componentes presentes a nivel local, arena y fragmentos de conchas.

El procedimiento de acuerdo con la invención también puede implementarse en estructuras artificiales o naturales, tales como acantilados erosionados o espolones rocosos desestabilizados, que nunca (o solo ocasionalmente) entrarían en contacto con el agua de mar o estarían rodeados del rocío del agua de mar en cantidad suficiente para permitir la deposición de los iones salinos constituyentes.

En tal caso, el procedimiento de acuerdo con la invención comprende la humectación artificial intermitente de la pared a reforzar con agua de mar, agua salobre o agua dulce, que comprende la adición de elementos minerales desagregados tales como silicatos, aluminatos, carbonato de calcio, cloruro de magnesio, magnesia, así como las diferentes sales que se encuentran en el agua de mar.

Esta humectación está controlado por un sistema de control interactivo, conectado a sensores que transmiten los valores de diferentes parámetros medidos en la estructura y en el electrolito, en las inmediaciones de la estructura. Estos valores determinan los ciclos predefinidos de las corrientes de polarización que son controlados por la regulación, dependiendo de si un ciclo es similar al de las mareas o no. Esto permite el depósito de iones salinos que formarán el geo-cemento/geo-hormigón natural en la estructura catódica del sistema instalado en una envoltura permeable semi-impermeable, mezclando con el lastre contenido en esta envoltura, todo ello enganchado a la estructura artificial o natural a consolidar. Los ciclos de humectación pueden ser ordenados sucesivamente por agua salada como anteriormente, o por agua pura o salobre, para promover, si es necesario, la disolución del exceso de hidróxido de magnesio.

El procedimiento es aplicable al terraplén de los ríos costeros, la consolidación de pólderes o la creación de canales de acceso.

La implementación del procedimiento para estructuras catódicas que consiste en mallas adaptadas que cubren algunas partes de la orilla y los márgenes de los ríos, o que materializan el lecho de un canal de acceso a un puerto, o que constituyen la base de los pólderes, en dirección al interior o en dirección al mar, una barrera insuperable para los roedores, permite estabilizar estas diferentes estructuras ante el efecto de las corrientes marinas o la agresión de los animales.

El procedimiento es aplicable a la creación de granjas submarinas.

La aplicación del procedimiento de control a diversas mallas metálicas ligeras, hechas de malla de alambre, por ejemplo, suspendidas en aguas abiertas y unidas a boyas o cuerdas, y a las que se ha dotado de formas y volúmenes adecuados a los hábitos de la fauna marina, permite la creación de verdaderas granjas submarinas que brindan a los peces y a los crustáceos la oportunidad de establecerse y proliferar.

El procedimiento es aplicable a la consolidación de estructuras sobre pies o pilotes construidos en la costa, en lagunas o pantanos, o a la consolidación de los propios pilotes.

El procedimiento de acuerdo con la invención es aplicable a la estabilización, fortalecimiento o reparación de plataformas petrolíferas instaladas en aguas profundas o poco profundas, salobres o saladas.

Se han construido diferentes edificios públicos o privados, para uso individual, colectivo o industrial, ya sea en el mar o en terrenos secos ganados al mar, o en lagunas o sitios pantanosos. Estos reposan directamente sobre el fondo, o sobre pilotes hundidos en el subsuelo que a menudo no alcanzan la roca que probablemente les proporcione una estabilidad suficiente y duradera. Sometidas a los ataques de las diversas contaminaciones de los sitios afectados, estas obras se deterioran con el tiempo. Además, se están hundiendo gradualmente bajo el efecto de la presión ejercida por las estructuras que soportan, lo que pone en peligro la durabilidad de estas estructuras.

En los diversos casos observados, gracias a la flexibilidad de su uso, el procedimiento de acuerdo con la invención aplicado a estructuras catódicas adecuadas, tales como cercas que rodean las propias estructuras o sus pilotes de soporte, ya sea de madera, hormigón armado o metal recubierto o no con cemento, permite la consolidación de estas estructuras o estos pilotes y el mantenimiento duradero de la estabilidad de las obras que soportan.

El mismo principio puede aplicarse a los pilotes de madera utilizados para amarrar barcos, como las que se usan en Venecia para amarrar las góndolas. Cuando se trata de cubrir pilotes de madera, hormigón armado o metal cubierto o no de cemento, el contorno de estos pilotes puede configurarse en una forma abombada hacia abajo, en forma de “pata de elefante” destinado a reducir la presión ejercida en el fondo y dar mayor estabilidad al conjunto formado por los pilotes cubiertos con geo-cemento/geo-hormigón natural y las superestructuras que soportan estos pilotes, especialmente cuando el fondo marino o lacustre esté embarrado, suelto o con cavidades. También es posible agregar a toda la base y la superestructura, micropilotes de soporte hundidos en la roca dura, a los que se aplica el procedimiento de acuerdo con la invención para fortalecer la base de las superestructuras a consolidar.

Para reducir la densidad del conjunto “pilotes geo-cemento/geo-hormigón natural” y aligerar la presión ejercida en la parte inferior de este conjunto y la superestructura que soporta, se puede cubrir la rejilla que forma la estructura catódica mediante la envoltura descrita anteriormente que está llena con un lastre de densidad inferior a la densidad del agua o la de la del fondo marino o lacustre. Además de los elementos de relleno mencionados anteriormente, y para reducir la densidad del conglomerado que se formará alrededor de la estructura catódica, se puede utilizar como lastre para rellenar la envoltura de la estructura, materiales volcánicos como piedra pómez o puzolana, o materiales orgánicos como restos de madera o corcho, lana de vidrio o lana de roca, o materiales sintéticos como poliestireno u otros plásticos de baja densidad, o incluso colchones de burbujas de aire encerradas en una envoltura de plástico.

El procedimiento es aplicable a la consolidación de las estructuras de retención de canteras, minas o cavidades diversas.

Las estructuras metálicas de soporte de las diversas cavidades naturales o artificiales, como canteras o minas activas o abandonadas, pueden anclarse en la roca madre mediante la implementación del procedimiento en estas infraestructuras, ya sean accesibles o no, lo que se consolida de forma sostenible las cavidades en cuestión.

Algunas islas de pequeño tamaño, formadas por arrecifes de coral o atolones volcánicos, emergen solo unas pocas decenas de centímetros y pueden desaparecer de la superficie con el continuo aumento del nivel de los océanos. El procedimiento de acuerdo con la invención hace posible mejorar estas islas.

El procedimiento puede combinarse en ciertos sitios con la proliferación de algas coralinas, especialmente algas calcáreas y en particular las que pertenecen a la familia de las algas litotamniáceas. La contribución de la materia mineral causada por el procedimiento orgánico de reproducción de algas a partir de minerales disueltos en el agua de mar, combinada con el procedimiento de formación del geo-cemento/geo-hormigón marino natural acelera el levantamiento de estas islas favoreciendo el desarrollo de la vida marina.

El procedimiento de acuerdo con la invención es aplicable a la realización de obstáculos submarinos de formas calculadas, destinadas a romper el oleaje y reducir sus efectos destructivos y desestabilizadores en todas las estructuras en el mar y en particular en la base de acantilados ya muy erosionados. Estos obstáculos están unidos al lecho marino por medio de tirafondos y tienen una parte superior metálica hecha de malla de alambre fuerte o metal expandido o perforado para dejar pasar una parte del flujo desviando hacia arriba una parte de la ola de modo que pierde gran parte de su energía horizontal. El obstáculo metálico constituye la estructura catódica del sistema de acuerdo con la invención y se superpone gradualmente y de manera controlada con el geo-cemento/geo-hormigón marino natural, lo que mejora su capacidad para romper el oleaje.

El procedimiento es aplicable a la creación de rocas artificiales o pantallas de formas y estéticas adaptadas a diferentes aplicaciones artísticas o industriales.

La implementación del procedimiento en mallas planas o con volumen constituidas por rejillas ligeras o estructuras metálicas de varias formas, permite la creación “ex nihilo’’ de elementos arquitectónicos paisajísticos o decorativos, rocas o decoraciones artificiales semi-sumergidas o incluso aéreas, mediante la técnica de humectación artificial cíclica de las partes fuera del agua por el agua de mar, agua salobre o por agua dulce agregada con elementos minerales desagregados como silicatos, carbonato de calcio, cloruro de magnesio que se encuentran en el agua de mar, como se describió anteriormente.

En resumen, la invención se refiere a un procedimiento para regular la formación de un geo-cemento/geo-hormigón natural, para controlar y optimizar su efectividad para el uso en la estabilización de la línea de costa y la creación o consolidación de obras en aguas profundas, costeras, de agua dulce o salobre, o incluso fuera del agua.

Las características técnicas de la invención son las siguientes:

Procedimiento para controlar la formación de geo-cemento/geo-hormigón marino natural, caracterizado porque los procedimientos electroquímicos utilizados están controlados por una regulación de las corrientes de polarización.

Según una realización, el procedimiento se caracteriza porque la regulación está controlada por sensores, que miden en particular la salinidad, la composición y la temperatura del electrólito, el pH en las inmediaciones de la estructura, el potencial de polarización/ECS de la estructura o de una barra de control, posiblemente y dependiendo de la configuración, la velocidad del electrolito, y para ciertas configuraciones, la presión y el grado higrométrico. Otros sensores miden la compacidad y dureza del depósito.

Según una realización, el procedimiento se caracteriza porque esta regulación produce, directamente en función de los valores de los parámetros medidos y durante ciclos de diferentes períodos, corrientes que tienen variaciones programadas de las cantidades eléctricas, en particular la frecuencia, la tensión, el campo eléctrico y la intensidad. De acuerdo con una realización, el procedimiento se caracteriza porque, para ciertos ciclos, la regulación provoca la inversión del sentido de la corriente de protección, convirtiéndose la parte catódica del sistema en anódica y convirtiéndose la parte anódica en catódica durante la duración de dicho ciclo.

Las regulaciones de varios sitios remotos se pueden controlar de forma remota mediante un sistema experto que integra todos los datos recopilados.

Las corrientes de polarización catódica de la estructura pueden ser suministradas por diferentes tipos de generadores, en particular generadores de corriente continua alimentados por corriente alterna, paneles solares, generadores eólicos, generadores maremotrices o accionados por el oleaje.

La estructura catódica del sistema puede consistir en una o más tiras de malla metálica desnuda o cubiertas con otro metal o con óxidos metálicos, malla de diferentes tamaños según el caso, o metal expandido o calado, desnudo o cubierto con metal u óxidos, fijándose esta estructura catódica en la obra a consolidar o restaurar, ya sea en su base o en la mitad de la altura, o extendida y fijada a horcajadas entre la estructura y la base sobre la cual descansa. La estructura metálica puede ser un tipo de rompeolas hecho de una malla de alambre fuerte o placas de metal expandido o ampliamente calado. Dicha estructura tiene una forma que permite, por un lado, desviar parcialmente las olas y el oleaje imprimiéndoles un componente de velocidad vertical, y por otro lado, dejar que parte de su agua se filtre a través de sus orificios para romper el movimiento inicial y amortiguar la potencia horizontal destructora de las olas y del oleaje especialmente al pie de los acantilados y de las estructuras marinas.

La estructura catódica se puede emparedar en una envoltura, en forma de una bolsa semi-impermeable que se puede llenar con arena, todos los tipos de sales que se encuentran disueltas en el agua de mar, constituyentes comunes como mortero, cemento u hormigón, materiales minerales, orgánicos o sintéticos, en particular corcho, residuos de madera, lana de roca, lana de vidrio o elementos de plástico, en particular polietileno, poliestireno, plástico de burbujas, que permiten la formación de un lastre de baja densidad, posiblemente menor que la del agua. La estructura catódica y, dado el caso, su envoltura que contiene un balasto puede estar enterrada en el fondo o depositarse y posiblemente fijarse, por ejemplo mediante clavijas y tirafondos metálicos, sobre un fondo arenoso o rocoso, horizontal, oblicuo o vertical, suspendido en aguas abiertas y sostenido por boyas y cuerdas o cables, o bien colocado, colgado o insertado en partes aéreas de obras para proteger que no están nunca en contacto, o solo de forma ocasional, con el agua del mar o un electrolito.

Se puede asociar con todos los dispositivos anteriores, un sistema de humectación cíclico y regulado de humectación alimentada con agua de mar, agua salobre o agua del grifo complementada con los elementos minerales desagregados que se encuentran en el agua de mar, especialmente silicatos, aluminatos, carbonatos de calcio, cloruro de hierro y magnesio, magnesia. La humectación con este agua cargada con elementos minerales se realiza en la estructura del cátodo, las paredes y todas las partes de la obra a consolidar que no están sumergidas o en contacto frecuente o permanente con un electrolito.

El procedimiento se puede combinar con la acción orgánica de ciertas algas coralinas, particularmente algas litotamniáceas cuya producción calcárea acelera el procedimiento de formación del geo-cemento/geo-hormigón natural, especialmente para el crecimiento de los arrecifes de coral o atolones volcánicos débilmente cubiertos por el agua del océano.

Por lo tanto, la invención se refiere en general a un procedimiento para formar cemento u hormigón mediante electrólisis de un medio salobre en el que la electrólisis precipita el carbonato de calcio y el hidróxido de magnesio, comprendiendo este procedimiento:

- una primera etapa durante la cual los electrodos se alimentan para polarizar el cátodo a fin de conferir al pH del medio salobre un primer valor tal que el carbonato de calcio y el hidróxido de magnesio se depositen progresivamente en el cátodo, siendo esta etapa de tal manera que el depósito comprende una gran proporción de hidróxido de magnesio,

- una segunda etapa durante la cual la alimentación de los electrodos se controla de tal manera que el pH del medio salobre adopta un segundo valor, más bajo que el obtenido durante la primera etapa, permitiendo este segundo valor la disolución del hidróxido de magnesio, teniendo esta segunda etapa una duración suficiente para permitir obtener un depósito que contiene una cantidad de carbonato de calcio sustancialmente mayor que la cantidad de hidróxido de magnesio.

De acuerdo con una realización, el procedimiento comprende la etapa de proporcionar cerca del cátodo constituyentes de cemento y/o mortero y/u hormigón, siendo el cemento, el mortero y el hormigón del tipo aéreo o hidráulico. En este caso, se puede agregar a los constituyentes al menos uno de los elementos incluidos en el grupo que comprende: sedimentos, grava, arena, algas coralinas, especialmente algas litotamniáceas o corales, y adiciones para obtener un cemento u hormigón de baja densidad, de alrededor de 1 o menos de 1.

Los constituyentes y sus posibles adiciones están, por ejemplo, dispuestos en una envoltura que rodea el cátodo. De acuerdo con una realización, se aplica una ley para variar, en función del tiempo, la densidad de corriente o del potencial del cátodo, lo que permite optimizar la dureza y la durabilidad del cemento obtenido. La ley de variación es, por ejemplo, una ley periódica con un período que corresponde aproximadamente al de las mareas.

En una realización, el potencial del cátodo o la densidad de corriente se hace dependiente de una medición del pH del medio salobre y, por otro lado, de la temperatura del medio.

También es posible depender del potencial del cátodo o de la densidad de corriente de al menos uno de los siguientes parámetros adicionales: la composición del medio salobre, la salinidad de este medio, la turbidez del medio y la topología del entorno.

De acuerdo con una realización, el cátodo se sumerge en un medio acuoso, en particular un medio marino.

Como alternativa, el cátodo se humedece periódicamente con el medio salobre. En este caso, la segunda etapa, durante la cual se impone un valor de pH menor que el valor de pH durante la primera etapa, puede comprender una etapa de humectación con un medio acuoso que permita acelerar la disolución del hidróxido de magnesio.

En una realización, se llenan las grietas de una estructura hecha previamente de hormigón de acuerdo con el procedimiento definido anteriormente.

La invención también se refiere a una aplicación del procedimiento así definido con al menos uno de los usos incluidos en el grupo que comprende: la estabilización de la línea de costa, como playas, dunas o acantilados, la consolidación de estructuras artificiales o pólderes, la formación de cimientos rocosos naturales o artificiales, el encauzamiento de ríos costeros, la creación de granjas submarinas, la consolidación de plataformas petrolíferas, la elevación de islotes y la realización de obstáculos rompeolas.

La divulgación se refiere a un cemento u hormigón que tiene las características obtenidas por el procedimiento definido anteriormente. Preferentemente, en este cemento u hormigón, la relación entre masa y carbonato de calcio y el hidróxido de magnesio está entre 5 y 20.

La figura 1 muestra tres ejemplos de aplicaciones del procedimiento de acuerdo con la invención.

En estos ejemplos, se trata de proteger un acantilado 20 cuya parte inferior está excavada por el efecto del mar que, debido al oleaje, formó una cavidad 3. El nivel máximo del mar es como referencia 2, justo por encima de la cavidad 3.

Por encima del nivel 2, el acantilado 20 ha sufrido erosión como se representa pro la zona 22 en pendiente.

Por supuesto, en los tres ejemplos, se proporcionan estructuras de cátodo metálico conectadas al terminal negativo de un generador de corriente, sobre las cuales se depositan el cemento o el hormigón, así como uno o más ánodos conectados al terminal positivo del generador.

Por lo tanto, se proporciona, en primer lugar, un obstáculo rompeolas 4, aplicado al fondo del mar a unas pocas decenas de metros desde el pie del acantilado 20 para limitar la erosión al pie de este acantilado 20; en segundo lugar, se proporciona un elemento para el llenado de la cavidad 3 y en tercer lugar, un elemento de refuerzo de la parte superior del acantilado para limitar la pendiente.

El obstáculo rompeolas 4 se ha mostrado antes de la deposición de cemento u hormigón. La estructura catódica consiste en un metal perforado (o expandido) en forma de V invertida. La V invertida presenta unas pestañas 24, 26 que se aplican al lecho marino por medio de tirafondos de anclaje 28. Un cable unipolar (no mostrado) proporciona la conexión eléctrica entre la estructura y el terminal negativo de un generador de corriente.

Uno o más ánodos de placa 27 están anclados a la parte inferior entre las pestañas 24, 26 del obstáculo y se conectan mediante un cable unipolar (no mostrado) con aislamiento reforzado al terminal positivo del generador de corriente.

Después de la aplicación del procedimiento de acuerdo con la invención, se obtiene un obstáculo rompeolas hecho de hormigón natural con una armadura metálica.

Para rellenar la cavidad 3, se proporciona una estructura catódica 6 metálica plegada con dos caras 32, 34 aplicadas contra las caras de esquina de la cavidad 3, una cara 36 sustancialmente como prolongación de la pared 22 del acantilado y las otras caras 38, 40, 42, 44 plegadas para llenar la cavidad 3. Esta estructura está conectada al terminal negativo de un generador de corriente. El ánodo 46 es, por ejemplo, un cable de ánodo que está situado en la parte central y conectado al terminal positivo del generador de corriente. Los tirafondos 501, 502 etc. aplican las caras 32 y 34 contra las caras de las paredes de la cavidad 3.

Después de la aplicación del procedimiento de acuerdo con la invención, la cavidad 3 se llena con cemento u hormigón de acuerdo con la invención y se refuerza con la armadura plegada.

Para reforzar la pared 22 del acantilado, se aplica contra esta pared 22 una armadura catódica 60 metálica dispuesta en una envoltura permeable 62 que contiene un lastre compuesto de minerales, sales y diversos constituyentes de hormigón. Se proporcionan tirafondos 641, 642 para anclar el conjunto 60, 62 contra la pared 22 que no está bañada por el mar.

El ánodo 66 se introduce en el suelo en la parte superior del acantilado 20. Se conecta mediante un cable unipolar al terminal positivo de un generador de corriente continua. La armadura metálica 60 está conectada por un cable unipolar al terminal negativo del generador.

Para permitir la formación de hormigón, el electrolito es suministrado por un sistema de humectación que comprende en la parte superior del acantilado un tanque 70, alimentado, por ejemplo, por bombeo de agua de mar. El sistema de humectación comprende, conectado a este tanque 70, boquillas 721, 722 etc. distribuidas para humedecer la envoltura permeable, y por lo tanto su contenido, así como la porción en pendiente del acantilado. Así, después de la aplicación del procedimiento de acuerdo con la invención, se obtiene un hormigón natural que se aplica contra las partes erosionadas, para limitar las pendientes y reforzar la cohesión del acantilado.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de formación de cemento u hormigón mediante electrólisis de un medio salobre electrolítico que comprende carbonato de calcio (CaCO³) e hidróxido de magnesio (Mg(OH)²), procedimiento que comprende las etapas que consisten en:

a. colocar en el medio electrolítico una estructura metálica conductora, o cátodo, conectada al terminal negativo de un generador de corriente eléctrica;

b. colocar en el medio electrolítico un ánodo conectado al terminal positivo de un generador;

c. instalar un sensor capaz de medir el pH y la temperatura del medio electrolítico cerca de la estructura; d. alimentar los electrodos para polarizar el cátodo a fin de conferir al medio electrolítico un pH con un valor inicial cercano a 9,4;

e. disminuir la densidad de la corriente de polarización hasta obtener un valor de pH del medio electrolítico entre 8,35 y 9,4;

f. realizándose la etapa e) durante un tiempo que depende de la temperatura hasta que la relación CaCO³/Mg(OH⁾² está comprendida entre 5 y 20;

g. repitiéndose las etapas d) a f) e imponiendo una ley de variación de la densidad de corriente según los ciclos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa c) comprende la instalación de una pluralidad de sensores capaces de medir la salinidad y la composición del electrolito y capaces de medir el potencial de polarización de la estructura y porque la etapa g) comprende el control de la intensidad y la tensión de la corriente de polarización en función de las mediciones de dichos sensores.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la intensidad de la corriente de polarización varía entre 0,1 amperios y algunas decenas de amperios y porque su tensión varía entre 0,1 voltios y unas pocas decenas de voltios.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque durante la etapa g) la intensidad y la tensión de la corriente de polarización varían según los ciclos sinusoidales cuyo período es de entre 1 hora y 12 horas.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una etapa que consiste en: h) proporcionar en las proximidades de la estructura catódica una adición que comprende: sedimentos o grava o arena o conchas o guijarros o algas coralinas, particularmente algas litotamniáceas o corales.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la etapa h) comprende una adición que comprende: materiales volcánicos, tales como piedra pómez o puzolana, o poliestireno, o plástico de burbujas, o polietileno.

7. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la etapa g) comprende la adición de cemento o mortero u hormigón de tipo aireado o hidráulico.

8. Procedimiento según las reivindicaciones 5 a 7, en el que las adiciones se colocan en una envoltura semi-estanca que rodea el cátodo.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el medio electrolítico es un medio acuoso, particularmente un medio marino en el que se sumerge el cátodo.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el cátodo es aéreo o no está sumergido permanentemente en el medio electrolítico, que comprende una etapa que consiste en:

i. humedecer periódicamente la estructura catódica con el medio electrolítico.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que la etapa g) se lleva a cabo en ciclos correspondientes a las subidas y bajadas del medio electrolítico.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la etapa i) se lleva a cabo durante la etapa f) y comprende la humectación de la estructura del cátodo con un medio acuoso que permite la disolución del hidróxido de magnesio.

13. Aplicación del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores a la estabilización de un litoral, o a la consolidación de una estructura artificial o pólder, o a la canalización de un río costero, o a la creación de una granja submarina, o a la consolidación de una plataforma petrolífera, o a la elevación de un islote o a la construcción de un rompeolas.