25 de mayo de 2022 (Noticias de Nanowerk) El hormigón es el material de construcción más utilizado en el mundo. Se puede utilizar de muchas maneras, se puede producir localmente y es muy duradero. Su desempeño ambiental, por otro lado, es objeto de un debate crítico. 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 formulaciones 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 realizando una investigación sobre métodos de construcción ligera con hormigón en el Instituto de Diseño Estructural de la Universidad Técnica de Graz. Originalmente, el ingeniero civil se centró en la construcción de madera, pero: “Tan pronto como la compatibilidad climática entre en juego, y tiene que ser así, tenemos que considerar los materiales de construcción minerales. Y aquí es donde el CO realmente grande2 se pueden aumentar los ahorros potenciales”. Andreas Trummer y su equipo han estado trabajando intensamente con la propia impresora 3D de hormigón del instituto durante varios años en el laboratorio de diseño de robots. El objetivo: ahorro masivo de material en la construcción de hormigón. (Imagen: TU 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 aún relativamente nueva impresión 3D con hormigón. Desde el punto de vista de Trummer, se trata de una tecnología fascinante: “Esto significa que, 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, uniformes y formas delicadas”. En la construcción de casas a base de hormigón, los elementos de hormigón impreso pueden ahorrar considerablemente en encofrado. "Desde el punto de vista de las operaciones de construcción, es interesante desde una perspectiva puramente económica imprimir paredes y moldear la losa de hormigón de la manera tradicional".

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

En TU Graz, la impresión 3D de hormigón se utiliza con otras 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 en construcciones de techos y techos, por ejemplo. “El hormigón solo se utiliza donde la estructura portante y la distribución de la carga lo requieren. Uso de unidades empotradas impresas, ahorro de material de hasta un 40 % por volumen o un 50 % de CO2 por lo tanto, se pueden hacer equivalentes a partir de losas de hormigón armado”, ilustra Georg Hansemann, quien estudió el tema en detalle en su tesis doctoral. En el Laboratorio de Robótica de la Universidad Técnica de Graz se están realizando muchas pruebas y experimentos. “Sin embargo, no solo queremos explorar la maravillosa tecnología de la impresión 3D de hormigón en el laboratorio, también queremos integrarla en procesos de construcción probados y probados”, enfatiza Andreas Trummer.

Elementos de rebaje para losas de hormigón más ligeras

Los investigadores obtuvieron su primera experiencia práctica en el proyecto Atelierdach en Schloss Seehof en Lunz. Es propiedad del escultor, artista gráfico, fotógrafo y artista de medios austriaco Hans Kupelwieser. “Esta 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 para una urbanización en Nördlingen, Baviera. El proyecto se completó en unas pocas semanas en cooperación con Eigner Bauunternehmung GmbH. Por primera vez, la producción de las piezas de hormigón impreso fue realizada directamente por la empresa ejecutora. El equipo de TU Graz se encargó de la planificación, el diseño y la facilitación del proyecto. “Esta fue una colaboración muy valiosa para nosotros, porque hay muchas sutilezas que solo se pueden reconocer en el proceso de construcción”, describe 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 alta precisión. Durante la construcción, sin embargo, las cosas se ven diferentes: “El tiempo corre, el cronograma es apretado, el personal de construcción está muy ocupado. Ahí es donde tiene que ser práctico y funcionar”. Por lo tanto, es importante que todos los pasos e interfaces en el proceso de construcción estén definidos con precisión. Esto también incluye desviaciones y tolerancias. “Las tolerancias que se aceptan y las desviaciones en las que los elementos impresos en 3D deben refabricarse aún deben resolverse y negociarse. Esto solo es posible con una transferencia paso a paso a la práctica, facilitada por nosotros”.

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 cuestiones abiertas, como la cuestión del refuerzo de losas de piso con elementos integrados de hormigón impreso. Una losa de hormigón convencional y lisa se refuerza con barras o rejillas de acero geométricamente simples. En el caso de losas ligeras impresas con nervaduras que se cruzan, esto es significativamente más complejo y, por lo tanto, más costoso. “Simplemente, son necesarios muchos más movimientos de manos. Ese fue un gran descubrimiento en nuestro instituto”, dice Andreas Trummer. Por lo tanto, el Instituto está trabajando con la empresa AVI (Alpenländische Veredelungs-Industrie GmbH) con sede en Graz, como parte de un proyecto "Ciudad del futuro" financiado por FFG (impresión y refuerzo de hormigón en 3D para estructuras portantes tensadas por flexión de bajas emisiones en la construcción de edificios). ) sobre un nuevo principio de refuerzo para losas de hormigón de este tipo. El objetivo es facilitar el montaje en la obra. Idealmente, en el futuro, el refuerzo de ajuste preciso se puede pedir directamente desde la impresora de hormigón 3D para cada losa ligera planificada individualmente.

Refuerzo de acero impreso incluido

El equipo del Instituto de Diseño Estructural también logró agregar un refuerzo de acero de filigrana al hilo de hormigón de la impresora. “Podemos incluir directamente un cable de acero fino 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 3D impresas sean aún más robustas y resistentes. Al mismo tiempo, el corazón del arquitecto se regocija, porque: “De esta manera también puedes ser activo en términos de diseño y pensar en paneles de filigrana para la fachada, por ejemplo. Aquí es donde se unen la libertad de diseño y el beneficio constructivo”, explica Robert Schmid, que se ocupa de esta área clave en su tesis doctoral. Baumit ya ha utilizado esta herramienta de refuerzo, que fue desarrollada en TU Graz, como prototipo en tres máquinas. La TU Graz ha logrado incluir un refuerzo de acero de filigrana directamente en un cordón de hormigón impreso en 3D. La imagen muestra una pieza de prueba de los experimentos. (Imagen: TU Graz) En el mismo proyecto "Ciudad del futuro", el instituto está trabajando junto con BOKU en cuestiones logísticas relacionadas con los elementos de hormigón preimpresos: ¿Cómo llegan los componentes prefabricados 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 se llena mucho en las obras de construcción. 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 estructuras ligeras

Otra especialidad del Instituto es el hormigón celular. En este proceso, las burbujas de aire se introducen en el hormigón mediante espuma proteica y se estabilizan. Esto también reduce significativamente la cantidad de material utilizado y al mismo tiempo le da al hormigón mejores propiedades de aislamiento térmico. Aunque algunas empresas ya están procesando hormigón celular, dice Trummer: "Pudimos enviar este hormigón celular a través de la impresora 3D por primera vez". Cuando el hormigón tiene que soportar carga, tiene que ser pesado y denso. En otras partes de la estructura, se puede requerir más aislamiento térmico; aquí, el hormigón celular de la impresora 3D podría usarse para reducir los materiales aislantes a base de petróleo. “Muchas cosas son concebibles aquí y el Instituto es pionero en este campo”, dice Trummer. Aquí se refiere a la colaboración con la empresa de Carintia Mai International, que, entre otras cosas, fabrica bombas de mortero para impresoras 3D.

Más vida cotidiana, menos prestigio

Andreas Trummer también brinda información sobre su motivación personal para avanzar en los métodos de construcción liviana para la construcción con concreto: “Vemos un gran sentido en vincular las tecnologías digitales, la construcción con concreto liviano 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, elegante, sorprendente en términos de diseño. Pero tan pronto como la compatibilidad climática y el CO2 entran en juego, el foco tiene que estar en las estructuras cotidianas. Luego, la mirada se aleja rápidamente de las salas de conciertos, los lugares de exposición o los edificios de infraestructura de transporte y, en cambio, se dirige hacia elementos de construcción supuestamente simples de construcción de varios pisos. Pensar en detalle en el uso de, por ejemplo, elementos de hormigón prefabricados impresos en 3D para techos de aparcamientos subterráneos, tiene sentido y realmente aporta ventajas”.