Diseño y Construcción de Vanguardia

Nuevos materiales de construcción, tales como hormigón auto-curado, aerogeles, y los nanomateriales, así como enfoques innovadores de construcción, tales como la impresión 3D y módulos pre ensamblados, puede reducir los costos y acelerar la construcción al tiempo que mejora la calidad y la seguridad.

Los materiales de construcción representan una industria global de $ 1 billón; los materiales por lo general representan más de la mitad del coste total de los proyectos. Los materiales tradicionales tales como hormigón, cemento, asfalto y constituyen la mayor parte de esta demanda. Pero nuevos y mejores materiales de construcción también son necesarios debido a varias tendencias:

• Construcción ecológica (verde). Existe un inmenso impulso para adoptar materiales y tecnologías con huellas de carbono más bajas. 
• Eficiencia de costo. Dadas las sustanciales presiones de costos , es necesario un cambio estructural en la elección de los materiales, además de los crecientes esfuerzos de esbeltez. 
• Agilidad de la cadena de suministro. El transporte de materiales y equipos pesados tiene implicaciones masivas en los costos y en el tiempo de la cadena de suministro, especialmente porque muchos proyectos nuevos se encuentran en áreas remotas o densas. 
• Mayor durabilidad y resistencia. Con el aumento de los costos de capital y la escasez de tierras en muchos mercados, los propietarios insisten en que los proyectos tengan una vida comercial más larga. 
• Construcción fuera de sitio. El ensamblaje de materiales más ligeros y fáciles de manejar fuera del sitio puede mejorar la eficiencia del proyecto, abordar las limitaciones de espacio en el sitio y crear las condiciones para que los empleados mejoren sus habilidades.

Ha habido una ola de innovación en los materiales de construcción en los últimos decenios, desarrollado con usos específicos en mente. Hay docenas; Aquí están algunos que son particularmente interesantes:

• Concreto de auto curado. Esta usa bacteria como un agente de curado para cerrar grietas en el concreto; este se encuentra actualmente en la fase de prueba de concepto. 
• Tela de concreto. Tome una capa de "tela de concreto", a continuación, añadir agua y dejar solidificar. Esta innovación normalmente se utiliza para desagües, canales y pasajes, y esta ahora disponible en el mercado. 
• Topmix permeable. Esta es una alternativa de cemento que puede absorber 4.000 litros de agua por minuto. Esta en la fase de adopción temprana. 
• Aerogel. Este material super transparente, super aislante, es 99,98 por ciento de aire; está disponible comercialmente. 
• Nanomateriales. Estos materiales ultralivianos, super fuertes, pueden eventualmente ser un sustituto de refuerzo de acero en las estructuras y cimientos, aunque todavía están en fase de investigación. 

Algunos de estos "materiales del futuro" podría redefinir cómo se conceptualizan diseñan y ejecutan los proyectos,. Sin embargo, la adopción ha sido lenta debido a una falta de conocimiento y familiaridad dentro de la comunidad de diseño e ingeniería, una cadena de suministro limitada y la falta de disponibilidad a gran escala, y la aversión al riesgo entre los promotores o contratistas.

A pesar de estar disponible para más de 30 años, por ejemplo, el etileno tetrafluoroetileno (ETFE) sólo ganó adopción generalizada después de que se utilizó para construir una parte del edificio acuática para los Juegos Olímpicos de Beijing en 2008. El ETFE pesa menos de 1 por ciento de un panel de vidrio equivalente y cuesta 24 a 70 por ciento menos para instalar.

Alrededor del 80 por ciento de todos los trabajos de construcción se sigue haciendo en el lugar, pero muchos desarrolladores y contratistas del proyecto están desplegando nuevos enfoques fuera de sitio que ayudan a mejorar la previsibilidad, consistencia y repetibilidad. Esto es especialmente crítico dada la realidad de la reducción del espacio de trabajo, la escasez de mano de obra, y más exigentes normas ambientales y de seguridad . La industria necesita ir más allá de prefabricación y vaciado previo de estructuras hacia la próxima generación de técnicas. Varias técnicas muestran potencial:

• Pre-ensamble. Estructuras relativamente simples, tales como fábricas y patios cubiertos, pueden utilizar ensamble en fábrica o en patio para una envolvente completa de construccion. Esta técnica también se puede adaptar para edificios modulares, tales como hoteles y condominios de presupuesto. submódulos completos de un edificio más grande se ponen juntos en una fábrica o en patio cercano antes del ensamble final en el lugar de construcción. 
• Técnicas tales como la construcción volumétrica prefabricada, preacabada (PPVC) integra las capacidades fuera de sitio para transformar el lugar de construcción en un sistema de fabricación. El resultado: una mayor eficiencia, menos residuos, y mejor seguridad. 
• Además, los materiales como la madera laminada cruzada (CLT) están surgiendo en respuesta a la necesidad de opciones de construcción más ecológicos. En el Reino Unido, un rascacielos de madera de 80 pisos ha recibido recientemente la aprobación preliminar. Las empresas están respondiendo. 
• Un promotor inmobiliario de Singapur está utilizando PPVC para varios nuevos proyectos de construcción de viviendas, después de que el gobierno llevó a cabo pilotos exitosos. Y dado el éxito de un proyecto residencial basada en la CLT, un promotor inmobiliario de Australia anunció recientemente sus planes de abrir una fábrica en Sydney dedicada a la fabricación de componentes de construcción prefabricados para futuros desarrollos. 
• Impresión 3D. Submódulos de impresión o estructuras completas de hormigón antes de ensamble y de trabajo interno podrían transformar la industria en cuanto a diseño, costo y tiempo. Sin embargo, la impresión 3D se encuentra todavía en las primeras etapas de su desarrollo y aún no se puede implementar en la escala y la velocidad requerida para grandes proyectos. 
• Construcción ensamblada por robot. Los proyectos de construcción son intrínsecamente no estructurados y con frecuencia impredecibles; también pueden estar situados en terrenos y entornos difíciles. Por estas razones, el uso de robots se ha limitado hasta ahora. Sin embargo, los robots están siendo utilizados de forma selectiva para las actividades repetitivas y predecibles, tales como enlosetado, albañilería, soldadura y fabricación de carrete, demolición y reciclaje de hormigón. 

Las empresas que han implementado con éxito estos enfoques han tenido que cambiar drásticamente sus procesos internos de planificación, diseño, compras y construcción. Ellos también tendrán que invertir en la automatización y una red troncal efectiva de la cadena de suministro para garantizar un transporte fluido y a tiempo de los materiales desde la fábrica hasta el sitio para su uso. Por último, las empresas que decidan integrar verticalmente sus cadenas de suministro tendrán que planificar para las inversiones relacionadas con la fabricación.

Extracto del artículo: Imagining Construction's Digital Future
Por Rajat Agarwal, Shankar Chandrasekaran, and Mukund Sridhar
McKinsey Company
Junio 2016

Concreto auto reparable usa la luz solar para arreglar sus grietas

Los enfoques previos de sistemas de concreto auto reparables se han centrado principalmente en restablecer la fuerza del concreto dañado, dice Chan Chung-Moon , profesor de química de polímeros en la Universidad de Yonsei en Corea del Sur, que dirigió la investigación. Su grupo decidió concentrarse en la protección de la superficie, donde las pequeñas grietas pueden permitir que el agua, ion cloruro de deshielo sal o agua de mar, y el dióxido de carbono penetren en la estructura, lo que puede conducir a un deterioro perjudicial.

Control de daños: Las estructuras de concreto podrían, algún día, ser capaces de  arreglar sus propias rajaduras.

El nuevo recubrimiento contiene microcápsulas de polímero, llena de una solución que, cuando se expone a la luz, se convierte en un sólido resistente al agua. La idea es que los daños en la superficie de concreto recubierto harían que las cápsulas se rompan y liberen la solución, que luego llenaría la grieta y se solidificarian a la luz del sol.

Los investigadores han desarrollado una serie de sistemas auto reparables a base de microcápsulas, en los últimos años. Generalmente, ellos consisten en un "agente curativo", a menudo un polímero combinado con un catalizador. Los sistemas están diseñados para que el daño haga que el agente de curación, originalmente en solución, entre en contacto con el catalizador, lo que provoca que el agente de curación se solidifique. Sin embargo, "hay limitaciones en este sistema", dice Chung, tales como la disponibilidad y el costo del catalizador. Dado que la luz solar induce la reacción clave en el nuevo recubrimiento de su grupo, este tiene la ventaja de estar "sin catalizador" y potencialmente de bajo costo, dice. Chung dice que el polímero que su grupo escogió como agente curativo es atractivo porque no se congela incluso a temperaturas muy bajas, y es considerado como amistoso para el medio ambiente.

Para demostrar la eficacia del recubrimiento, los investigadores lo rociaron sobre la superficie de las muestras de hormigón, y utilizaron hojas de afeitar para aplicarlo en pequeñas grietas. La microscopía electrónica de barrido confirmó que la hoja de afeitar origino que las microcápsulas liberaran su contenido, el cual lleno la zona dañada. Después de que los investigadores expusieron las muestras a la luz solar durante varias horas, la microscopía adicional mostró la cicatrización, mientras que las zonas dañadas en muestras de control permanecieron sin cubrir. Finalmente, los investigadores confirmaron que las muestras con el nuevo revestimiento fueron mucho menos vulnerables a la penetración de agua y iones cloruro que las muestras de control.

Chung dice que la siguiente tarea de su grupo es determinar la composición óptima del recubrimiento, y demostrar que se mantiene estable durante un tiempo prolongado. El dice que, hasta ahora, el grupo ha demostrado que el recubrimiento puede permanecer estable durante un año.

Mike Orcutt – Technology Rewiew
06 Marzo 2013