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Martes, 30 Octubre 2018 07:00

Nuevos métodos de fabricación digital de paneles de GRC de forma libre

Proceso Incremental sheet forming, pieza diseñada por Dabid Bailey del Institute of Metal Forming, RWTH, Universidad Aachen, Alemania. Proceso Incremental sheet forming, pieza diseñada por Dabid Bailey del Institute of Metal Forming, RWTH, Universidad Aachen, Alemania.

Los paneles de forma libre de GRC son de gran aplicación en elementos de fachadas ligeras. Dichos paneles pueden fabricarse a través de una gran variedad de procesos. Sin embargo, a pesar de sus ventajas como la moldeabilidad, durabilidad y ligereza, se ven penalizados por el elevado precio de los correspondientes moldes, sobre todo si no hay una repetición suficiente de las piezas y la forma del panel difiere de lo convencional. Las nuevas tecnologías digitales permiten diversas posibilidades en el campo de la construcción y la producción de moldes con geometrías complejas. En el presente artículo se presenta una serie de métodos recientes en la fabricación de paneles de GRC de forma libre. Se discutirán ventajas e inconvenientes de dichos métodos, sobre todo la importancia del molde y su repercusión económica. Finalmente se extraerán conclusiones sobre la viabilidad técnica y las posibilidades que se abren con este análisis.

1. INTRODUCCIÓN

Los paneles prefabricados de hormigón reforzado con fibras de vidrio (Glass-fiber Reiforced Conrete, GRC), se han utilizado tradicionalmente para elementos de fachada preferentemente planos. No obstante, dicho material se ha vuelto popular gracias a la arquitectura contemporánea por su aplicación en los edificios de forma libre (1). Dicha tendencia formal está ganando partidarios, debido a que arquitectos de talla internacional han diseñados edificios icónicos, por lo que es un asunto de relevancia en construcción arquitectónica. Dentro de los ejemplos más emblemáticos construidos con paneles de GRC de doble curvatura están, el Centro Cultural de Heydar Aliyev (2012) en Baku, el Centro de Conferencias para las Olimpiadas Juveniles en Nanjing (2016), el Centro de Estudio de Investigación del Petróleo, Rey Abdullah en Arabia Saudí, los tres realizados por Zaha Hadid, la Fundación Louis Vuitton en París (2014) de Frank Ghery, o el Museo Nacional de Qatar diseñado por Jean Nouvel. Por lo tanto, la arquitectura de formas complejas mediante paneles de GRC, requiere de métodos constructivos que puedan resolver las necesidades de fabricación, y ofrecer un nivel de precisión, calidad de acabado, resistencia elevados, y un precio asequible.

El GRC es una opción adecuada para cubrir dichos requisitos debido a que es un material con unas excelentes propiedades mecánicas, térmicas, de moldeabilidad, esbeltez y ligereza, además de tener la cualidad de adaptarse a una amplia gama de formas y con la que se pueden obtener diversos acabados superficiales.

En este sentido, el GRC es solo la mitad del proceso, ya que el molde o encofrado es el que determina en gran manera no sólo la forma del panel, sino también del precio. A este respecto debemos considerar que de manera habitual se recurre a un maestro artesano ebanista o escayolista, lo que incrementa el precio de la pieza en general, y si a eso añadimos que es una pieza única y singular, el precio del molde puede representar entre un 40-70 % del coste total del panel.

Las tecnologías accesibles de producción de paneles de GRC están limitadas por varios factores como el precio, pero sobre todo por materiales, la repetición, la precisión y las dimensiones del molde. No obstante, la incorporación de las tecnologías digitales en la industria de la construcción favorecen la creación de métodos o procesos que disminuyen o eliminan el uso de la mano de obra, sobre todo para aquellas con formas libres o de doble curvatura que requieren de encofrados complejos y que pueden requerir pocas piezas.

Además, tales métodos favorecen la reducción de residuos, mediante software de optimización y disposición del material (2).

Múltiples aplicaciones constructivas aprovechan el potencial del GRC en fachadas arquitectónicas, sobre todo por su adaptabilidad a las formas fluidas y curvilíneas (3). Por tanto, el presente artículo tiene como objetivo proporcionar una breve revisión del estado actual de la técnica y las innovaciones recientes en la fabricación de paneles de GRC de formas libres para fachadas arquitectónicas, con una especial atención en los procesos digitales que pueden ampliar el marco de desarrollo de la fabricación de paneles no sólo de GRC, sino de hormigón u otros materiales compuestos. Por esta razón se presenta una serie de métodos y tecnologías eficaces y fiables tanto en su precisión, como en los tiempos de ejecución y reducción de precios, exponiendo los avances tecnológicos y el posible desarrollo dentro de la investigación y la industria.

2. PANELES DE FACHADA DE GRC DE FORMA LIBRE

El proceso del hormigón reforzado con fibras de vidrio (GRC o GRFC) comienza con la fabricación del molde para posteriormente realizar una mezcla de cemento, agua y arena, a la cual se le agregan fibras de vidrio con un contenido de zirconia (ZrO2) que ronda el 19 % lo que permite ser resistente a la alcalinidad del cemento. La adición de dichas fibras (30mm aprox. de longitud) se hace mediante un proceso de pulverizado o de pre-mezclado.

Posteriormente se compacta el GRC recién pulverizado mediante rodillos, se inspecciona el espesor de la mezcla aplicada y una vez que ha alcanzado el valor de diseño y un periodo de curación adecuada, se puede retirar del molde. Para la protección superficial algunas empresas incorporan emulsiones inorgánicas (híbrido de silicona y acrilato) que durante el periodo de curación, libera un compuesto químico inorgánico el cual se instala en la superficie del panel formando una capa de revestimiento protectora (4).

Como regla general en la fabricación de paneles de fachada se utiliza el método de pulverizado. Dicha técnica, permite que el GRC sea mecánicamente más resistente que el pre-mezclado, ya que el contenido de fibra en el primero es de alrededor de 5 % al 6 %, y en el segundo ronda el 3 % al 3,5 %, además de que el GRC pulverizado contiene menos cantidad de agua que el pre-mezclado, fortaleciendo de esta manera la pieza.

Por tanto tiene una gran resistencia tanto a tracción como a flexión, debido a las fibras de vidrio, las cuales de acuerdo a la orientación de la fibra se puede determinar la resistencia a las cargas (5).

El GRC presenta mayores prestaciones de resistencia que un hormigón normal, y aplicado mediante pulverización con un espesor promedio de 10 a 15 mm (6), hace de este sistema una excelente opción para los paneles de fachada de formas libres.

2.1. Tipología de paneles

Los paneles de GRC habitualmente se fabrican con espesores que rondan los 10 mm, los cuales pueden ser trasdosados o cubiertos por su cara interior de aislante térmico o acústico para mejorar sus prestaciones. Se presentan a continuación una selección de los paneles más utilizados en el mercado de la construcción.

Tipología de paneles. a. Panel cáscara. b. Panel sándwich. c. Panel stud-frame. d. Panel de forma libre (fuente propia).

Panel cáscara (Fig 1a): es el más sencillo ya que consiste en una sola lámina de 10 mm de espesor, reforzada en algunos casos por nervios del mismo material que funcionan como travesaños y garantizan la rigidez del sistema. Peso medio 40 kg/m2 (7) .

Panel sándwich (Fig 1b): está compuesto por dos láminas de GRC de 10 mm de espesor cada una. Se coloca aislamiento térmico en el núcleo y de acuerdo a las necesidades se puede realizar un refuerzo mediante nervios huecos. Peso medio 70 kg/m2 (7).

Panel stud-frame (Fig 1c): actualmente es el sistema más utilizado ya que se pueden construir paneles de grandes dimensiones. Mediante una estructura auxiliar de acero se conectan las láminas de GRC y puede colocarse también aislante térmico entre los montantes del bastidor. Peso medio 50 kg/ m2 (7).

Otros (Fig 1d): se refieren a elementos ornamentales, de decoración, mobiliario urbano, elementos de formas complejas, como es el caso de paneles de doble curvatura o forma libre.

2.2. Tipo de moldes

Para la fabricación de los paneles de GRC, los moldes tienen una gran importancia debido a que son estos los que le dan la forma (8). A continuación, se detallarán los más importantes de acuerdo a la clasificación de Van Helvoirt, 2003 (9).

Los moldes estáticos son aquellas estructuras temporales a las cuales se vierte el GRC en estado líquido, y en el momento en que se ha conseguido la suficiente resistencia, el panel es retirado. Este tipo de molde es muy común y se fabrica normalmente en poliestireno (EPS) mediante una cortadora CNC, pero tiene el inconveniente de producir una gran cantidad de residuos. (10).

En el caso de los moldes reutilizables, se comercializaron en la primera década del siglo XX, especialmente los metálicos, los cuales fueron aprovechados para el encofrado modular de construcciones de hormigón. Este sistema evolucionó como se puede ver en el sistema Dominó de Le Corbusier, los prefabricados para el Palacio de los Deportes de los Juegos Olímpicos de Roma 1960 diseñados por Pier Luigi Nervi (11).

Dichos moldes suelen ser de madera, acero o aluminio, no obstante, tienen que estar bajo constante mantenimiento, ya que con el uso continuo se deterioran, generando pequeñas deformaciones al sacar la lámina.

En el caso de los moldes estáticos y reutilizables hablamos de sistemas ortogonales o planos, ya que si se requiere de algún tipo de forma curvada se complica su fabricación, lo que conlleva el encarecimiento del molde y por lo tanto la repercusión en el precio del panel. Tradicionalmente los moldes para piezas curvadas se realizaban en madera, pero solo se puede conseguir el curvado en un sentido, limitando el proceso. En algunos casos se suelen utilizar moldes de arena, barro o goma, que permiten la fabricación de formas complejas, además no generan tantos residuos (12) y pueden ser reutilizados.

Finalmente, el molde flexible se creó con el objetivo de producir paneles de doble curvatura a partir de un dibujo digital en 3D, con una alta calidad de acabado, de manera rápida y eficaz. El sistema pretende la fabricación de elementos únicos, de forma libre y que se puedan realizar en un solo molde. Existen varios estudios sobre el molde flexible como el encofrado mediante textiles de Kok de la Universidad de Delft (13), el de la tesis de West (14) que hace un estudio muy amplio del tema. También están los moldes neumáticos para superficies de pequeño espesor (15), o los moldes adaptativos, como las propuestas de Pronk (16), el FlexiMold de Boers (17), la propuesta de Eigenraam (18), la de Schipper (19), o la de Raun con su “Adaptive Mould” (20). El más utilizado es el molde adaptativo, el cual consiste en una cama de pistones que se ajustan manual o digitalmente en altura para crear la forma deseada (21).

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E. Castañeda, B. Lauret, G. Ovando, J.M. Lirola. (2018). Nuevos métodos de fabricación digital de paneles de GRC de forma libre. Informes de la Construcción, 70(551): e264. https://doi.org/10.3989/ic.16.161

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Información adicional

  • Fuente:: Informes de la Construcción, 70(551): e264. https://doi.org/10.3989/ic.16.161
  • Autor:: E. Castañeda, B. Lauret, G. Ovando, J.M. Lirola.
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