Cómo la impresión 3D de hormigón ahorra material y CO2

Cómo la impresión 3D de hormigón ahorra material y CO2


25 de mayo de 2022

(Noticias de Nanowerk) El hormigón es el material de construcción más utilizado en el mundo. Es versátil, localmente producible y muy duradero. La compatibilidad ambiental, por otro lado, se discute críticamente. En particular, la producción del cemento componente integral del hormigón emite mucho CO2.

«Si queremos que la construcción con hormigón sea más sostenible y respetuosa con el clima, tenemos que trabajar en nuevas recetas de hormigón y, al mismo tiempo, utilizar el hormigón de una manera más específica e inteligente», resume Andreas Trummer.

Junto con Stefan Peters, Trummer está investigando métodos de construcción ligera con hormigón en el Instituto de Diseño Estructural de la Universidad Tecnológica de Graz. El ingeniero civil se concentró originalmente en la construcción de madera, pero: «Tan pronto como la compatibilidad climática entre en juego, y es absolutamente necesario, tenemos que lidiar con los materiales de construcción minerales. Y aquí es donde el CO realmente grande2 se pueden aumentar los ahorros potenciales”. Andreas Trummer con una impresora 3D de hormigón Andreas Trummer y su equipo han estado trabajando intensamente en el laboratorio de diseño de robots durante varios años con la propia impresora 3D de hormigón del instituto. El objetivo: Ahorros masivos de material en la construcción de hormigón. (Imagen: Universidad Tecnológica de Graz)

Junto con Baumit Beteiligungs GmbH, un equipo de arquitectos e ingenieros civiles de la Universidad Tecnológica de Graz (TU Graz) se ha dedicado al desarrollo de la relativamente joven impresión 3D con hormigón.

Una tecnología fascinante desde el punto de vista de Trummer: «Por primera vez en 150 años de historia de la construcción con hormigón, podemos producir componentes de hormigón sin encofrado, es decir, sin moldes de fundición. Podemos imprimir los elementos en geometrías completamente nuevas, también portantes y formas de filigrana”.

En la construcción de casas de hormigón, el encofrado se puede ahorrar significativamente con elementos de hormigón impreso. «Desde el punto de vista de la construcción, es interesante desde el punto de vista puramente económico imprimir paredes y verter la losa de hormigón de la forma tradicional».

Impresión 3D para ahorros de material específicos en la construcción de hormigón

En TU Graz, la impresión 3D de hormigón se utiliza con diferentes intenciones: para ahorrar material específico en la construcción de hormigón. Los elementos de hormigón de filigrana con espesores de pared de solo dos centímetros se complementan con hormigón procesado convencionalmente, por ejemplo, en construcciones de techos y techos.

“El hormigón solo se utiliza donde la estructura y la distribución de cargas lo requieren. Ahorro de material de hasta un 40 % por volumen o un 50 % de CO2 gracias a los formadores de huecos impresos2 Se pueden hacer equivalentes a partir de losas de hormigón armado”, explica Georg Hansemann, quien abordó el tema en detalle en su tesis doctoral.

Mucho se prueba y experimenta en el Laboratorio de Robótica de la Universidad Tecnológica de Graz. «No solo queremos investigar la maravillosa tecnología de la impresión 3D de hormigón en el laboratorio, sino también integrarla en procesos de construcción probados», enfatiza Andreas Trummer.

Elementos de rebaje para losas de hormigón más ligeras

Los investigadores obtuvieron su primera experiencia práctica en el proyecto del techo del estudio en el castillo de Seehof en Lunz. Es propiedad del escultor, artista gráfico, fotógrafo y artista de medios austriaco Hans Kupelwieser.

“Esa fue la primera aplicación fuera del laboratorio. Tuvimos mucho tiempo y espacio, lo que ciertamente no es el caso en un sitio de construcción «real», dice Trummer.

El primer uso de los elementos prefabricados de hormigón ligero en condiciones reales de obra fue el techo de la salida de un aparcamiento subterráneo de una urbanización en Nördlingen, Baviera. El proyecto se realizó en pocas semanas en cooperación con Eigner Bauunternehmung GmbH. Por primera vez, las piezas de hormigón impreso fueron producidas directamente por la empresa ejecutora. El equipo de TU Graz se encargó de la planificación, el diseño y el apoyo al proyecto.

«Esa fue una cooperación muy valiosa para nosotros, porque hay muchas sutilezas que solo se pueden ver en el sitio de construcción», dice Trummer.

Él y su equipo actualmente están asesorando en un proyecto de construcción similar en Vorarlberg. En el laboratorio universitario hay tiempo y espacio para profundizar en los detalles y trabajar con mucha precisión.

Sin embargo, las cosas son diferentes durante la construcción: “El tiempo corre, el cronograma es apretado, el personal de construcción tiene mucho que hacer. Tiene que ser práctico y funcional”. Por lo tanto, es importante que todos los pasos e interfaces del proceso de construcción estén definidos con precisión. Esto también incluye desviaciones y tolerancias.

“Las tolerancias aceptadas y las desviaciones dentro de las cuales los elementos impresos en 3D deben volver a fabricarse aún no se han resuelto ni negociado. Esto solo es posible con una transferencia gradual a la práctica, que hacemos posible”.

Refuerzo a medida

Mientras tanto, ha sido posible introducir la tecnología de impresión 3D de hormigón en la práctica de la construcción. Sin embargo, todavía quedan preguntas abiertas, como la cuestión del refuerzo de los techos con elementos integrados de hormigón comprimido.

Una losa de hormigón convencional y lisa se refuerza con barras o rejillas de acero geométricamente simples. En el caso de paneles ligeros impresos con nervaduras cruzadas, esto es significativamente más complejo y, por lo tanto, más costoso.

“Simplemente se necesita mucho más trabajo manual. Esa fue una gran idea para nuestro instituto”, dice Andreas Trummer.

Por lo tanto, el instituto está trabajando con la empresa con sede en Graz AVI (Alpenländische Veredelungs-Industrie GmbH) como parte de un proyecto financiado por FFG «Ciudad del futuro» (impresión y refuerzo de hormigón 3D para estructuras de soporte de bajas emisiones sujetas a tensión de flexión en construcción de edificios) en un nuevo principio de refuerzo para tales estructuras losas de hormigón. El objetivo es facilitar el montaje en la obra. Idealmente, el refuerzo a medida para cada panel ligero planificado individualmente se puede pedir directamente desde la impresora de hormigón 3D en el futuro.

Incluye refuerzo de acero impreso

El equipo del Instituto de Diseño Estructural también ha logrado dotar al hilo de hormigón de la impresora de un refuerzo de acero de filigrana. «Podemos incorporar un cable de acero delgado directamente en las líneas de hormigón impreso (PCL, los hilos de hormigón extruido) para que el refuerzo se integre directamente en el proceso de impresión». Esto hace que las construcciones impresas en 3D sean aún más robustas y resistentes.

Al mismo tiempo, el corazón del arquitecto está feliz porque: «También puedes ser creativamente activo y pensar en paneles de filigrana para la fachada, por ejemplo. Aquí es donde se encuentran la libertad de diseño y los beneficios constructivos”, explica Robert Schmid, quien está trabajando en este tema en su tesis doctoral. Baumit ya ha utilizado esta herramienta de refuerzo desarrollada en la Universidad Tecnológica de Graz como prototipo en tres máquinas. Refuerzo de acero de filigrana que se integra directamente en un hilo de hormigón impreso en 3D TU Graz ha logrado instalar refuerzos de acero de filigrana directamente en un hilo de hormigón impreso en 3D. La imagen muestra una pieza de prueba de los experimentos. (Imagen: Universidad Tecnológica de Graz)

En el mismo proyecto «Ciudad del futuro», el instituto está trabajando junto con BOKU en cuestiones logísticas relacionadas con las piezas prefabricadas de hormigón: ¿Cómo llegan las piezas prefabricadas al sitio de construcción? ¿Dónde y cómo se almacenan antes de eso? ¿Cómo llegan al lugar correcto en el momento correcto en el sitio de construcción?

“La experiencia ha demostrado que las obras de construcción están muy concurridas. Y estos nuevos componentes de filigrana son comparativamente sensibles y deben procesarse en el sitio lo más rápido posible”, enfatiza Trummer, quien también señala que “hasta ahora ninguno de estos componentes ha sido dañado, por lo que pueden soportar mucho. ”

Hormigón celular para construcciones ligeras

Otra especialidad del instituto es el hormigón celular. Las burbujas de aire se introducen en el hormigón y se estabilizan con espuma de proteína. Esto también reduce significativamente el uso de materiales y al mismo tiempo le da al concreto mejores propiedades de aislamiento térmico.

Aunque algunas empresas ya están procesando hormigón celular, Trummer dice: «Pudimos enviar este hormigón celular a través de la impresora 3D por primera vez».

Donde el concreto necesita ser fuerte, necesita ser pesado y denso. Puede ser necesario un mayor aislamiento térmico en otras partes de la estructura; Aquí, la espuma de hormigón de la impresora 3D podría usarse para reducir el uso de materiales aislantes a base de petróleo.

«Aquí se puede concebir mucho y el instituto es pionero en este campo», dice Trummer. Con esto se refiere a la cooperación con la empresa de Carintia Mai International, que produce, entre otras cosas, bombas de mortero para impresoras 3D.

Más vida cotidiana, menos prestigio

Andreas Trummer también da una idea de su motivación personal para promover métodos de construcción ligeros para la construcción con hormigón: «Vemos un gran sentido en vincular las tecnologías digitales, la construcción con hormigón ligero y la conservación de recursos. No siempre se trata de más rápido y más barato. Aquí hay potencial con beneficios muy claros para una mayor compatibilidad con el clima en el sector de la construcción. Muchos jóvenes se adentran en la arquitectura con la idea de proyectos arquitectónicos de prestigio. Complejo, noble, llamativo en diseño.

Pero tan pronto como la compatibilidad climática y el CO2 entrar en juego, el foco debe estar en las estructuras cotidianas. Luego, la mirada se aleja rápidamente de las salas de conciertos, las salas de exposiciones o los edificios de infraestructura de transporte y, en cambio, se centra en elementos de construcción supuestamente simples en la construcción de varios pisos. Pensar en detalle en el uso de piezas prefabricadas de hormigón impresas en 3D para techos de aparcamientos subterráneos, por ejemplo, tiene sentido y aporta ventajas reales”.



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