Un material de construcción validado con Artec hace prever un futuro sostenible

El cemento, que es barato y fácil de fabricar, es muy popular. De hecho, junto con el agua, es el recurso más utilizado de la Tierra. Pero también es un factor importante en el calentamiento global.

Para fabricar hormigón para la construcción, primero hay que crear cemento cociendo piedra caliza, arcilla y otros materiales en un horno, como parte de un proceso intensivo en energía y CO2. Si tenemos en cuenta los daños causados por la extracción de los ingredientes, las emisiones del transporte y el impacto en nuestra salud de las ciudades cubiertas de hormigón, el cemento es uno de los mayores enemigos ecológicos de nuestro planeta.

Mientras los protagonistas de la industria intentan reducir su enorme huella de carbono mediante la absorción de carbono o con energías verdes, otros buscan sustituir el cemento por completo para la construcción.

Como alternativas se han barajado la paja, el bambú e incluso la cáscara de huevo. A menudo se propone que los materiales experimentales se impriman también en 3D para reducir los residuos. Sin embargo, nada ha conseguido quitarle al cemento su papel protagonista en la construcción actual.

El azúcar: ¿Dulce salvador ecológico?

Uno de los enfoques más recientes e innovadores para abordar esta espinosa cuestión se está perfeccionando en la Universidad de East London (UEL).

Expertos en refinado de azúcar de Tate & Lyle Sugars, junto con un equipo de la UEL, están trabajando en un sustitutivo basado en un derivado de la caña de azúcar. ¿Por qué la caña de azúcar? La caña de azúcar es el cultivo más cosechado del mundo.

Cada año se cosechan casi 2.000 millones de toneladas en todo el mundo, lo que deja 600 millones de toneladas de tallos triturados en una especie de pulpa llamada "bagazo". Hasta hace poco, este material se desechaba casi por completo, pero cada vez se reutiliza más. En general, el material se reutiliza como biocombustible, pero el equipo de la UEL cree que también tiene potencial para la construcción.

Primer plano del proceso de prensado en bloques de Sugarcrete®. Fotografía de Chromaphotography, cedida por cortesía de UEL

En sus intentos por hacer realidad este objetivo, el equipo ha desarrollado un material entre 4 y 5 veces más ligero que el ladrillo, con una huella de carbono entre un 15 y un 20% menor. Pero en lugar de fabricar ladrillos con su fórmula, que han bautizado como Sugarcrete®, han trabajado con arquitectos de Grimshaw para resucitar un proyecto de 1699. Ese año, el arquitecto francés Joseph Abeille presentó las bóvedas planas de montaje en seco, formadas por losas entrelazadas que se encajaban para transferir las cargas a través de su superficie colectiva. El diseño renovado del equipo cuenta ahora con tirantes perimetrales postensados, que reducen su dependencia del acero hasta en un 90%, lo que lo convierte en una base ideal para infraestructuras ecológicas.

Sin embargo, cuando empezaron a prensar los bloques Sugarcrete®, los investigadores de la UEL se encontraron con una importante contracción. Dado que el sector de la construcción está tan regulado, el equipo necesitaba una forma de medirlo, cuantificarlo y solucionarlo. ¿La respuesta? Un exclusivo proceso de investigación y desarrollo acelerado y validado por el escaneo de alta velocidad y precisión de Artec 3D.

Digitalización en el "Fab Lab" de la UEL

Afortunadamente para el equipo de Sugarcrete®, la UEL cuenta ahora con un Laboratorio de fabricación digital repleto de herramientas de digitalización, como Artec Eva Lite, Artec Eva, Artec Space Spider y Artec Leo.

El equipo de desarrollo de Sugarcrete®. Fotografía de Chromaphotography, cortesía de la UEL

Desde 2006, el socio certificado Gold de Artec ,Patrick Thorn & Co. ha ayudado a la UEL a ampliar su infraestructura, pasando de un par de fresadoras a unas instalaciones listas para la actividad industrial, impartiendo formación a lo largo del proceso. Con los dispositivos de este Fab Lab, los estudiantes ya han comprobado que es posible digitalizar desde arte hasta entornos exteriores con propósitos de vigilancia, consiguiendo unos resultados excepcionales.

En este caso, sus desarrolladores utilizaron el Artec Leo inalámbrico, pionero en el mercado, para evaluar los prototipos de Sugarcrete®. Gracias a la ausencia de cables y a su pantalla integrada, era increíblemente manejable y fácil de usar para los recién llegados. La gran exactitud y precisión del dispositivo también les permitió identificar la contracción exacta de cada bloque y descubrir una solución: una receta mejorada.

Un bloque de construcción Sugarcrete® ensamblado. Foto de Chromaphotography, cortesía de UEL

"Habíamos usado cal, un material de construcción estándar con menos carbono que el cemento. Pero se caracteriza por su contenido en agua, que tiende a encogerse", explica Alan Chandler, codirector del Instituto de Investigación sobre Sostenibilidad de la UEL. "Ahora usamos un aglutinante de silicona sin agua que 'glassifica' la mezcla, lo que le da menos deformación y más resistencia a la compresión".

"Fue especialmente útil poder capturar el material acabado. Con Artec Leo, hemos demostrado cómo mejorar las propiedades de los bloques de Sugarcrete®.”

De la teoría a la realidad

Artec Studio también ha sido clave para el éxito del proyecto Sugarcrete®. Usando funciones como el Piloto Automático, el cual automatiza muchos de los pasos manuales del procesamiento de datos, los estudiantes del equipo fueron capaces de pasar rápida y fácilmente de un escaneo a una malla 3D de gran detalle. La perfecta integración de Artec Studio con SOLIDWORKS también facilitó el proceso de escaneo a CAD.

Gracias a la función de exportación directa de mallas, los archivos pueden enviarse a SOLIDWORKS con un solo clic. Esta integración permitió ahorrar mucho tiempo, ya que, finalmente, el equipo tuvo que convertir más de cien mallas de bloques en modelos CAD. Según Chandler, esto fue fundamental para " detectar las diferencias" entre las muestras, evitar generalizaciones y descartar defectos causados por el azar.

Un bloque Sugarcrete® al completo con un modelo 3D del diseño final. Fotografía de Chromaphotography, cedida por cortesía de UEL

Mientras el equipo trabaja con Tate & Lyle Sugars para encontrar posibilidades de aplicación en el mundo de la producción de azúcar, afirma que el escaneo 3D de Artec puede ayudar a conseguir los objetivos del Instituto de Investigación sobre Sostenibilidad de la UEL, tanto en la optimización del diseño, la simulación del rendimiento y los análisis del ciclo de vida (ACV). "Medir la contracción de los bloques ya no es un ejercicio teórico, sino práctico", concluye Chandler. "Se pueden predecir trayectorias de carga en un ordenador, pero es mucho más fácil digitalizar y observar las variables. Con el escaneo 3D, queremos ser capaces de vincular los ACV con el rendimiento y el diseño de los edificios. No se trata sólo de que los datos parezcan buenos, sino de que sean buenos".

"Hemos tenido que ir más allá de lo teórico. Poder evaluar nuestro enfoque usando el escaneo altamente preciso de Artec 3D nos ha permitido ver cómo se comportan los bloques en la práctica."

¿Quiere saber más? Puede leer el desglose completo del proyecto Sugarcrete aquí.