Industrialización de la envolvente opaca arquitectónica de forma librenueva alternativa de paneles de grc sin molde

Resumen

En la presente tesis se desarrolla la viabilidad de la industrialización de la envolvente opaca arquitectónica de forma libre mediante la utilización de paneles de GRC sin molde. Debido a que la automatización, la digitalización y los procesos controlados numéricamente por ordenador están cambiando la forma en la que diseñamos, proyectamos y construimos los edificios, estamos cada vez más cerca de conseguir dar solución a las demandas actuales de las envolventes de formas sinuosas a precios asequibles y de manera universal. Las nuevas tecnologías posibilitan afrontar la fabricación de retos formales como el Guggenheim de Bilbao, el Museo de Graz o las estaciones del funicular de Innsbruck, con técnicas digitales como las de sustracción, conformado y adición, ya que son métodos fiables que han sido utilizados durante varias décadas por industrias como la automovilística, la naviera y la de aviación. Casos concretos de fachadas de formas complejas han sido solucionados mediante dichas tecnologías. Este trabajo se centra especialmente en la búsqueda de un método que permita crear paneles sin molde, de una forma eficaz y asequible. Concretamente, mediante la Impresión 3D de Fabricación de Filamento Fundido (FFF), y la incorporación del GRC (Glass-fiber Reinforced Concrete). Se expone un nuevo sistema constructivo, el cual se evalúa mediante una metodología experimental y de simulación estructural para verificar su posible desarrollo industrial y su incorporación a la construcción. La tesis se divide en 9 capítulos. En los dos primeros capítulos se recogen la introducción, la hipótesis y los objetivos que inicialmente se establecen para desarrollar este trabajo de investigación. En el capítulo tres, se desglosan primeramente los antecedentes de la construcción de elementos de forma libre en la arquitectura, iniciando en las primeras décadas del siglo XX, hasta llegar a la actualidad. Posteriormente, en el estado de la técnica se desarrollan los programas informáticos, los elementos geométricos que permiten la creación de las formas complejas, así como la forma de optimización utilizada para racionalizar las envolventes arquitectónicas de una manera conveniente para su posterior fabricación. Después, se realiza una explicación detallada de todos los sistemas de fabricación existentes, sobre todo de aquellos que ya están activos industrialmente y que tienen cierta relevancia para ser aplicados dentro del sector de la construcción, como es el caso de los procesos sustractivos, de conformado, aditivos, entre otros. También en el capítulo tres se detalla el Estado de la Investigación, en la cual se hace un análisis pormenorizado de las publicaciones científicas, los centros de investigación, desarrollo e innovación, las tesis doctorales, los libros y las comunicaciones a congresos, así como las páginas web, que permiten apreciar lo que se ha hecho hasta el momento, relacionados con el tema en cuestión. Como último punto de este capítulo, se recopilan las conclusiones del estado de la técnica y de la investigación y, se propone de una manera conceptual, un nuevo sistema de fabricación de paneles de forma libre sin molde mediante la generación de una malla tridimensional impresa por Fabricación de Filamento Fundido, la cual le aporta la forma, para posteriormente ser reforzada por una capa de GRC. Esta nueva propuesta surge del análisis profundo del Estado de Arte y de la Investigación, basada en la necesidad real de dar solución a la creación de paneles de forma libre, con medios al alcance de todos. En el capítulo cuarto, se presentan los materiales y métodos aplicados para dar valor a la hipótesis planteada, los cuales se desglosan en tres partes. La primera es una metodología documental, en la cual se muestra la sistemática con la cual se ha realizado la búsqueda de información para conformar la base documental de este trabajo y, la justificación del porqué se ha buscado dicha documentación. La segunda, desarrolla toda la metodología experimental, en la cual se presenta el trabajo realizado con diversos ensayos y pruebas, así como la forma en que se pretende fabricar un prototipo a escala real, con el cual se busca el acercamiento al método de fabricación del nuevo sistema. En esta misma sección se elabora un ensayo a flexión de un panel tipo, el cual aporta los datos de elasticidad y deformación con pruebas no destructivas que sirven de base para el análisis mediante simulación. Finalmente en este capítulo, se lleva a cabo una metodología de investigación por simulación, la cual consiste en la exploración mediante modelos tridimensionales realizados en un programa por Elementos Finitos (FEM) para observar el comportamiento de un modelo similar al panel deformado en laboratorio, dentro de un ámbito digital, realizando unas pruebas a flexión para ver el comportamiento del panel y de sus elementos, especialmente para analizar la participación mecánica de la malla. En el capítulo quinto se discuten los resultados de las metodologías aplicadas. En el caso de la documental, se resaltan los puntos más importantes del estado de la técnica y de la investigación. En la metodología experimental se exponen los resultados de las pruebas de laboratorio, así como el conocimiento aportado gracias a dichos experimentos. En cuanto a la metodología de simulación, se presentan los gráficos resultantes después de aplicar los datos de la prueba a flexión en laboratorio en el programa FEM, así como una serie de pruebas alternativas respecto al grosor de la capa del GRC para analizar también la participación de la malla termoplástica. Se explican de una manera detallada los resultados específicos del prototipo a escala real y se realiza una descripción pormenorizada del proceso industrial que debería seguir el nuevo proceso de paneles de forma libre de GRC sin molde, con sus pros y contras del momento actual de la investigación. Las conclusiones se especifican en el capítulo sexto, en el cual se exponen las ideas y propuestas finales a las que se han llegado después de realizar toda la investigación, para finalmente demostrar si es viable o no la industrialización de los paneles de forma libre de GRC sin molde, así como aquellas líneas futuras de investigación que pueden llevarse a cabo a partir de este documento. En el capítulo siete se describen las actividades que se han llevado a cabo durante la realización de la tesis para difundir la presente investigación, que constan de varios artículos publicados en revistas científicas indexadas, así como comunicaciones a Congresos Internacionales, una patente y varios proyectos de investigación que están en marcha. En el capítulo ocho se detalla la bibliografía utilizada y en el nueve, la lista de figuras y tablas utilizadas durante todo el documento. En el décimo, se muestran los documentos anexos para aquellos temas en los que he querido incidir y detallar más a fondo sin enturbiar la tesis.