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Los investigadores de ETH Zurich han fabricado una losa de hormigón ligero de 80m2, convirtiéndose en el primer proyecto arquitectónico a escala mundial que utiliza la impresión de arena 3D para su encofrado.

Con solo 20mm de grosor en su punto más delgado, nervada decorativamente y ni siquiera la mitad de pesada que un techo de hormigón convencional: con “Smart Slab” (Losa Inteligente), el nombre lo dice todo. La losa combina la resistencia estructural del hormigón con la libertad de diseño de la impresión en 3D. Desarrollado por el grupo de investigación de Benjamin Dillenburger, Profesor Asistente de Tecnologías de Edificación Digital en ETH Zurich, “Smart Slab” es uno de los elementos centrales de la unidad residencial DFAB House en la plataforma de investigación e innovación Empa y Eawag NEST en Dübendorf. El techo de 80m2 y 15 toneladas consiste en once segmentos de concreto y conecta el piso inferior con el volumen de madera de dos pisos más arriba.

Solo tanto concreto como sea necesario

La impresión 3D en concreto está experimentando un boom en la arquitectura, y casas enteras ya se han impreso capa por capa. Sin embargo, para el proyecto “Smart Slab”, los investigadores no produjeron los componentes del edificio ellos mismos con la impresión 3D, sino más bien el encofrado, es decir, el molde. Para lograr esto, utilizaron una impresora de arena en 3D a gran escala, lo que significa que los moldes resultantes consisten en un tipo de piedra arenisca artificial. Una de las ventajas sobre el proceso de impresión de capas de hormigón es que se puede usar concreto reforzado con fibra de alto rendimiento y la estructura se puede fabricar con la precisión de milímetros.

La producción de encofrados es el paso más laborioso en la construcción de hormigón, especialmente para componentes no estandarizados. Dado que el concreto es relativamente barato y abundante, la tentación es que la industria de la construcción produzca los mismos techos sólidos una y otra vez, pero la desventaja es el consumo excesivo de material e implícitamente, una gran huella de carbono. Los métodos de fabricación digital pueden hacer una contribución clave aquí: los componentes pueden optimizarse, permitiendo la estabilidad necesaria con mucho menos material. La complejidad geométrica de un componente no importa en la impresión 3D, ni causa ningún costo adicional: la impresora simplemente imprime lo que se le dice.

Parámetros de coordenadas de diseño computacional

El grupo de investigación de Dillenburger desarrolló un nuevo software para fabricar elementos de encofrado, que es capaz de registrar y coordinar todos los parámetros relevantes para la producción. Además de los datos básicos, como las dimensiones de las habitaciones, los investigadores también ingresaron a un escaneo de la pared curva, precisa hasta el último milímetro, que actúa como soporte principal para el techo de concreto. Con el software, se podía adaptar la geometría de la losa de modo que en cada punto se aplicara solo el espesor necesario estructuralmente para soportar el flujo de fuerza. “No dibujamos la losa; la programamos “, dice Mania Aghaei Meibodi, directora del proyecto “Smart Slab” e investigadora principal del grupo de Dillenburger. “No habría sido posible coordinar todos estos aspectos con la planificación analógica, particularmente con tanta precisión”.

Si observa el techo desde abajo, verá una estructura ornamental orgánica con diferentes jerarquías. Las costillas principales llevan las cargas, mientras que las costillas de filigrana más pequeñas se utilizan principalmente para la expresión arquitectónica y la acústica. La estática y la ornamentación van de la mano. Los sistemas de iluminación y rociadores también están integrados en la estructura de la losa. Su tamaño y posición se coordinaron de manera similar con el software de planificación. De esta manera, la tecnología de construcción desaparece elegantemente en la losa para ocupar muy poco espacio. Esto ahorra solo unos pocos centímetros en el proyecto de la casa DFAB, pero en rascacielos esto puede significar que se podrían instalar algunos pisos adicionales en la misma altura.

Fabricación con solo presionar un botón

Después de completar la planificación de la computadora, los datos de fabricación se pueden exportar a las máquinas con solo presionar un botón. Aquí es donde varios socios de la industria entraron en juego para “Smart Slab”: uno produjo los encofrados de arena de alta resolución impresos en 3D, que se dividieron en secciones del tamaño de palés por motivos de impresión y transporte, mientras que otro fabricó el encofrado de madera mediante CNC Corte por láser. Este último da forma a la parte superior de la Smart Slab y deja áreas huecas que reducen el material y el peso y al mismo tiempo crean espacio para los cables eléctricos.

Los dos tipos de encofrado para el hormigonado fueron reunidos por una tercera compañía, que primero roció el concreto reforzado con fibra sobre el encofrado de arena para producir la superficie finamente nervada del armazón inferior de concreto y luego moldeó el concreto restante en el encofrado de madera .

Fuertes gracias al pretensado

Después de un proceso de endurecimiento de dos semanas, los 11 segmentos individuales de concreto estaban listos para ser transportados al NEST. Gracias a la planificación y prefabricación precisas, el tiempo de instalación en el sitio de construcción se redujo al mínimo: una grúa izó los elementos de hormigón en la pared de carga, donde se realizó el pretensado. Los trabajadores tiraban de los cables de acero longitudinal y transversalmente a través del soporte de concreto y dentro de los canales ya insertados en el encofrado. La tensión masiva de los cables aumenta la capacidad de carga del sistema.

“Fue espectacular ver en el sitio de construcción cuán perfectamente se adaptaron nuestros elementos entre sí y con los componentes existentes de la casa DFAB”, dice Dillenburger. “Debemos esto en parte a la excelente colaboración interdisciplinaria con nuestros socios. El trabajo meticuloso que habíamos invertido en la planificación dio sus frutos por completo “.

Diseñado, planeado y construido digitalmente

Ocho profesores de ETH Zurich se han unido como parte de la fabricación digital del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) para construir la casa DFAB junto con socios de la industria. La unidad residencial de tres pisos está ubicada en la plataforma de investigación e innovación de NEST, Empa y Eawag en Dübendorf. La fabricación de la pared Mesh Mould en mayo de 2017 fue el punto de partida para que el primer edificio del mundo combinara varios procesos innovadores de construcción digital bajo un mismo techo. La finalización está programada para principios de 2019, después de lo cual la Casa DFAB servirá como alojamiento temporal para los investigadores visitantes.

Fuente: https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2018/07/where-structure-and-ornamentation-merge.html