Las casas impresas en 3D están rodeadas de escepticismo sobre la durabilidad y las preocupaciones entre los propietarios están bien fundadas. Dado que todo el concepto es nuevo y relativamente no probado, hay muchas incógnitas involucradas en la determinación de la seguridad de estas casas.
Las barras de refuerzo (abreviatura de barras de refuerzo) juegan un papel fundamental en el refuerzo de cualquier obra de construcción y son muy utilizadas en viviendas de construcción convencional.
Asegura resistencia y este método de construcción existe desde hace mucho tiempo (lo que implica que funciona).
Entonces, ¿qué pasa con las casas impresas en 3D? ¿Usan varillas? Las barras de refuerzo de refuerzo se usan comúnmente en casas impresas en 3D. Las casas impresas en 3D que usan concreto generalmente incorporan algún tipo de barra de refuerzo en su construcción, como barras de refuerzo, barras postensadas, fibra y refuerzo de malla, ya que es imperativo para la resistencia de la estructura resultante.
El uso varía mucho cuando se utilizan otros materiales. La arcilla, la madera y el ladrillo generalmente no requieren refuerzo de acero y esto se mantiene cuando estos materiales se usan en la construcción 3D.
También puede leer sobre la seguridad estructural de las casas impresas en 3D en ¿Es una casa impresa en 3D estructuralmente segura? y ¿Son las casas impresas en 3D a prueba de huracanes?
¿Cómo se usa la barra de refuerzo en las casas impresas en 3D?
Hay muchas formas conocidas en las que se utilizan barras de refuerzo en casas impresas en 3D. Puede ser tan simple como insertar las varillas de acero después de completar el proceso de estratificación o puede ser tan complicado como incorporar mallas y fibra de vidrio en el concreto para darle resistencia.
Estos se desvían un poco de las barras de refuerzo convencionales, pero siempre que se logre una resistencia adicional, cualquier material puede clasificarse como refuerzo.
El problema principal con el uso de barras de refuerzo en la impresión 3D es incorporarlas en el proceso de estratificación. La fabricación aditiva requiere que no haya interrupciones en la superficie de trabajo para que se realice la estratificación.
Los refuerzos convencionales no pueden funcionar con este método, ya que las varillas de acero que sobresalen interferirían con el cabezal de impresión.
Un cabezal de impresión 3D. Créditos: MaterialDistrict.com
La norma actual es agregar refuerzo a la estructura impresa en 3D una vez finalizada la impresión 3D. Se agrega manualmente a la superficie de impresión externa y se une a los componentes estructurales para darle resistencia.
Es un proceso que requiere mucha mano de obra y dificulta la eficiencia de la construcción 3D (que es conocida por su velocidad). Por lo tanto, los ingenieros están ideando formas innovadoras de mitigar este problema.
Dado que el refuerzo es fundamental para la resistencia, se han realizado esfuerzos para incorporarlo en la impresión 3D. En los próximos párrafos, echaremos un vistazo a algunas de estas tecnologías pioneras.
Smart Dynamic Casting, ¿qué es y cómo funciona?
Smart Dynamic Casting (SDC) es una de las formas que permite incorporar el refuerzo en la impresión 3D.
Esta técnica fue desarrollada por investigadores de ETH, Zúrich, y se ha demostrado con éxito en DFAB HOUSE (un edificio impreso en 3D y fabricado digitalmente en Suiza).
CASA DFAB. Créditos: ArchDaily.com
SDC combina cabezales de impresión móviles y formación deslizante para componentes estructurales prefabricados de varias formas, formas y tamaños. El concreto es más manejable y se vierte alrededor del refuerzo.
A medida que el cabezal de impresión se mueve hacia arriba, el concreto que se encuentra debajo ya está lo suficientemente fraguado para soportar su propio peso y el peso del material que se vierte sobre él (se activa para que fragüe muy rápido).
El cabezal de impresión es dinámico (de ahí el nombre Smart Dynamic Casting), lo que significa que puede cambiar su forma y manipular las dimensiones del componente estructural que produce. Esto ofrece una gran versatilidad y dado que todo está preprogramado, la eficiencia se logra a través de la repetibilidad. (fuente)
Esta tecnología se ha utilizado con éxito para crear viguetas y vigas estructurales para casas y, una vez que se desarrolle más, tendrá un gran potencial en el futuro de la construcción impresa en 3D.
Aquí hay un video (realizado por NCCR Digital Fabrication, la organización responsable de DFAB HOUSE) que encontré que retrata en gran medida a SDC y espero que el concepto tenga mucho más sentido una vez que lo veas también.
SDC es también un gran ejemplo de construcción híbrida. Combina la eficiencia de la impresión 3D con la construcción convencional para producir casas que requieren menos recursos y tienen menos impacto en el medio ambiente (ambos impulsan la sostenibilidad).
Para obtener más información sobre el impacto ambiental de la impresión 3D, puede leer ¿Es la impresión 3D respetuosa con el medio ambiente? ¡lo que necesitas saber!.
Veamos algunos otros tipos de refuerzos que se utilizan en las casas impresas en 3D.
¿Cómo agregan fuerza los cables postensados a una casa impresa en 3D?
Cables postensados. Créditos: avalonstructural.com
Los cables postensados se han utilizado en la construcción convencional durante mucho tiempo. El concepto es en realidad bastante simple.
Usted coloca tuberías en el encofrado en la forma que se opone al lado de carga del miembro estructural y una vez que se vierte y endurece el concreto, los cables se pasan a través de esas tuberías y se tensan con gatos hidráulicos.
Esto crea tensión en el elemento de hormigón y aumenta significativamente su capacidad de carga, ya que ahora los cables transportan gran parte del peso.
Esto también permite losas de concreto más delgadas y, por lo tanto, es más amigable con el medio ambiente. Entonces, el postensado es excelente, pero ¿cómo se aplica en la impresión 3D?
Bueno, si ha notado el patrón, la impresión 3D funciona mejor si no hay una interrupción activa en la estructura que se está construyendo. Dado que los cables de hormigón tensado se colocan después, es una excelente opción para aplicaciones de construcción en 3D.
El hormigón se puede colocar en capas sobre las tuberías, los cables se pueden pasar a través de él y luego se pueden tensar. Todo esto se hace sin interrupciones en el proceso de impresión, lo que garantiza que se mantenga la eficiencia.
Refuerzo de fibra y malla en casas impresas en 3D
Este es uno de los enfoques más innovadores para el refuerzo en casas impresas en 3D. En lugar de depender de barras de acero rígidas y continuas que recorren la longitud de los elementos de hormigón, se utilizan elementos de refuerzo más pequeños.
Estos pueden ser en forma de fibra de vidrio que se incorpora a la mezcla de concreto para darle una resistencia más uniforme, o puede ser una malla que se coloca frente al cabezal de impresión. Ambos actúan como micro refuerzos que fortalecen localmente el concreto. (fuente)
La estructura es tan fuerte como sus contrapartes reforzadas convencionalmente, pero hereda las ventajas de la impresión 3D (eficiencia, rentabilidad, repetibilidad, etc.).
También hay algunas formas menos conocidas en las que se han reforzado las casas impresas en 3D. Estos incluyen el uso de grapas, amarres, alambre de escalera y refuerzo de basalto.
La efectividad de su uso aún es relativamente desconocida ya que su aplicabilidad no ha sido ampliamente probada.
¿La construcción 3D realmente necesita refuerzo?
Hasta este momento, nos hemos centrado principalmente en el hormigón como materia prima (ya que se utiliza mucho en la construcción mediante impresión 3D). El concreto requiere inherentemente un refuerzo debido a su débil resistencia a la tracción.
Sin embargo, existen otros materiales utilizados en la construcción 3D que pueden no requerir refuerzo alguno. Incluso hay algunas técnicas que se pueden emplear en la construcción de concreto que eliminan la necesidad de barras de refuerzo.
La madera y la arcilla son ejemplos de materiales que no necesariamente requieren refuerzo. Ha habido ejemplos de casas que se imprimieron en 3D con estos dos materiales y no utilizaron refuerzos de acero. (¡Échales un vistazo aquí y aquí!).
En cuanto a las técnicas que eliminan la necesidad de barras de refuerzo, podemos echar un vistazo a las estructuras históricas anteriores al concepto de barras de refuerzo. Hay estructuras que pueden ser autoportantes y independientes, solo en base a su geometría.
Las cúpulas son un gran ejemplo de eso. Han sido parte de diseños arquitectónicos anteriores a la civilización moderna y son completamente independientes de los refuerzos.
Hagia Sophia y The Dome of the Rock son dos grandes ejemplos de eso (el primero fue construido en 537 d. C. y el segundo se completó en 1023 d. C.)
Cúpulas de Hagia SophiaCúpula de la Roca
Estas formas también se han incorporado con éxito al proceso de construcción en 3D. Tecla, la casa de arcilla impresa en 3D utiliza una forma de cúpula para eliminar cualquier uso de barras de refuerzo. Esta misma filosofía podría aplicarse también a las estructuras de hormigón impresas en 3D.
Si aún le preocupa la seguridad de las casas impresas en 3D, consulte nuestro artículo detallado ¿Es segura una casa impresa en 3D? Lo bueno, lo malo y lo que uno debe saber.
¿Es la construcción híbrida el futuro de las casas impresas en 3D?
La respuesta a eso es sí, al menos por el momento. Es un sueño imposible para todos los ingenieros tener algún día una máquina que aparezca en el sitio y, después de unas pocas horas, se vaya con una casa completamente construida.
La construcción en 3D nos acercó mucho a lograr ese sueño, pero creo que dada la complejidad de las variables involucradas, tendremos que confiar en algunas técnicas convencionales en el futuro previsible.
No me malinterpreten, muy bien podría haber una máquina en el futuro que pueda hacer realidad ese sueño. Sin embargo, dadas las tecnologías actuales que tenemos a nuestro alcance, tendremos que compensar mezclando la impresión 3D con técnicas de construcción convencionales.
Después de pasar por todo esto, también vale la pena leer sobre los precios y la asequibilidad de las casas impresas en 3D en ¿Son asequibles las casas impresas en 3D? y el uso de la impresión 3D para las disposiciones del MEP, como componentes de impresión 3D mecánicos y de plomería en ¿Podría una casa ser impresa en 3D para incluir componentes eléctricos y de plomería?