Muro de contención impreso en 3D instalado en el Reino Unido, completo con sensores y gemelo digital

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Por muy impresionantes que puedan ser las casas impresas en 3D, la construcción aditiva (AC) puede tener implicaciones mucho mayores más allá del campo de la vivienda. Esto es particularmente cierto dada la financiación de la tecnología mediante leyes como la Ley Bipartidista de Infraestructura, así como las necesidades generales de infraestructura frente al clima extremo exacerbado por el calentamiento global. Por lo tanto, proyectos como un muro de contención realizado recientemente por la Universidad de Cambridge en el Reino Unido son de especial importancia.

Investigadores de Cambridge, en colaboración con la empresa de ingeniería Versarien, instalaron un cabezal con sensores integrados en la autopista A30 en Cornualles. Estos muros de contención suelen estar hechos de hormigón prefabricado con encofrado y refuerzo de acero. Con AC, el grupo pudo imprimir en 3D un muro hueco curvo sin encofrado ni refuerzo de acero, ya que la geometría única del elemento le permite reforzarse. Con una altura de 2 m (6 pies 6 pulgadas) y 3 m (9 pies 9 pulgadas) de ancho, la pared se imprimió en solo una hora utilizando una impresora con brazo robótico en la sede de Versarien en Gloucestershire.

El profesor Abir Al-Tabbaa del Departamento de Ingeniería ha pasado los últimos seis años desarrollando sensores para monitorear el estado de la infraestructura, así como materiales de concreto autorreparables. En este proyecto, el equipo integró sensores en la pared que miden el calor, la humedad, la presión, la tensión, la resistividad eléctrica y el potencial electroquímico, lo que informará a los investigadores sobre la confiabilidad, robustez, precisión y longevidad de los sensores.

Sensores integrados en la pared durante la impresión.

Entre los dispositivos se encontraba un sensor piezocerámico de titanato de plomo-circonato (PZT) para medir la respuesta de impedancia electromecánica para indicar cómo el mortero impreso en 3D se endurece con el tiempo y la salud general de la estructura. Ocho de ellos se colocaron en las capas de la pared en diferentes puntos a lo largo de la impresión para rastrear la carga y la tensión a lo largo de la construcción y la vida útil.

Además, se utilizó un sistema LiDAR para escanear la estructura mientras se imprimía en un gemelo digital de la pared. Su equipo también suministró sensores para medir la temperatura durante la impresión para detectar posibles puntos críticos, gradientes térmicos o anomalías. Luego, esto se puede comparar con un perfil de imágenes térmicas para comprender el comportamiento térmico de la pared. El equipo también desarrolló un sistema inalámbrico de adquisición de datos para capturar datos de forma remota.

“Dado que para la impresión 3D se necesita un cemento de fraguado extremadamente rápido, también genera una enorme cantidad de calor. Integramos nuestros sensores en el muro para medir la temperatura durante la construcción y ahora recibimos datos de ellos mientras el muro está en el sitio”, dijo Al-Tabbaa. “Hacer el muro digital significa que puede hablar por sí mismo. Y podemos utilizar nuestros sensores para comprender mejor estas estructuras impresas en 3D y acelerar su aceptación en la industria. Este proyecto servirá como un laboratorio viviente, generando datos valiosos a lo largo de su vida. Los datos de los sensores y el 'gemelo digital' ayudarán a los profesionales de la infraestructura a comprender mejor cómo se puede utilizar y adaptar la impresión 3D para imprimir materiales a base de cemento más grandes y complejos para la red de carreteras estratégica".

Si bien se han explorado los gemelos digitales para la infraestructura impresa en 3D, aún no se han implementado ampliamente. De hecho, el único ejemplo que me viene a la mente es el puente metálico impreso en 3D de MX3D instalado en Ámsterdam. Sin embargo, con iniciativas como el programa de subvenciones para Sistemas Avanzados de Gestión de Construcción Digital del Departamento de Transporte de EE. UU., esperaríamos una serie de nuevos proyectos en vano de lo que la Universidad de Cambridge ha desarrollado, no sólo limitado a EE. UU., sino también en Europa. China e India también, donde las empresas de aire acondicionado están logrando avances significativos.

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