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Caracterización Reológica de Mezclas de Concreto para Impresión 3D y Normativas

Caracterización Reológica de Mezclas de Concreto para Impresión 3D y Normativas

Un aspecto primordial de la impresión 3D es el material para imprimir y el estudio de las mezclas de concreto para impresión 3D se hace imprescindible para el desarrollo de esta nueva tecnología. Si no se conoce el material para impresión 3D, es poco probable tener éxito en la construcción de un elemento o una vivienda con esta tecnología. Entre todas las propiedades a analizar, destacamos la forma en que se mueve una mezcla, como se desplaza en estado fresco y otras características como el tiempo de endurecimiento. A estas propiedades les denominamos reología de la mezcla.

Para evaluar las propiedades de las mezclas de Impresión 3D, estas se pueden someter a los ensayos convencionales, comúnmente realizados, como: ensayos de consistencia, temperatura, porcentaje de aire, masa unitaria y resistencia a compresión, realizados en base a las Normas Técnicas Guatemaltecas (NTG) de COGUANOR (Comisión Guatemalteca de Normas).

Sin embargo, es muy importante que adicionalmente, se realicen ensayos especiales, como el de resistencia a esfuerzo de corte a través del tiempo, con la finalidad de evaluar la reología de la mezcla. Estos procedimientos se realizan basados en documentos y experiencias obtenidas alrededor del mundo, correspondientes a estudios recientes para caracterizar este tipo de mezclas. Actualmente, no existen normativas específicas para evaluar las características físicas y propiedades mecánicas del material cementante que se utilizará para una impresión 3D.

Conclusión:  Progreso, siendo pionero en la Impresión 3D con concreto en la región, tendrá una participación preponderante en los Comités Técnicos a nivel nacional, regional y mundial, para tratar el tema específico de la caracterización de materiales cementantes para la construcción de edificaciones mediante la manufactura aditiva.

Progreso ha sido invitado a participar en el 1er Taller de Manufactura Avanzada con Concreto en América Latina, en cooperación con el Programa Global de Manufactura Avanzada de ASTM (Sociedad Americana de Ensayos y Materiales por sus siglas en inglés).  Es apenas el primer paso para consolidar el liderazgo que Progreso tiene, también en las normativas para manufactura aditiva.

Referencias.  [1] Maldonado Acevedo, Jorge Miguel: Caracterización Reólogica de Mezclas de Concreto para Impresión 3D. XI – XVII (2023).

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Plinio Estuardo Herrera

Investigación y Desarrollo
Cemento Progreso, S.A.

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Experiencias en Impresión 3D de Concreto en Guatemala

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Experiencias en Impresión 3D de Concreto en Guatemala

La tecnología de manufactura aditiva, o impresión 3D, utilizando materiales cementantes como principal insumo de impresión para construir elementos urbanos o soluciones habitacionales, ha cobrado relevancia en los últimos años. Para Progreso, incursionar en tecnologías o sistemas innovadores y disruptivos no es nada nuevo. Históricamente Progreso se ha distinguido por ser pionera en impulsar tecnologías en la región en diferentes campos. Por más de 120 años, ha aplicado tecnologías de punta en la producción de cemento, cal, concreto, agregados y otros materiales, en general, en soluciones para la industria de la construcción. Por esto mismo, a partir del año 2022, Progreso decidió adquirir una impresora de las dimensiones necesarias para poder imprimir un módulo de vivienda mínimo.

En relación a la impresora 3D de Progreso, es del tipo denominado “Gantry”, de la marca danesa COBOD y es la primera de esta marca operando en Latinoamérica. En general, permite construir objetos de pequeña y gran escala, con la capacidad y el potencial de construir geometrías especiales que no se logran con la colocación convencional de concreto utilizando moldes o formaletas. El área de impresión es de 7.04 m x 7.07 m x 5.62 m con capacidad de colocación hasta 3.6 m³/h; imprimiendo capas de 50 mm x 20 mm, no obstante, puede cambiar dependiente la boquilla que se utilice.

Con relación al material, se utiliza una “tinta” especial, básicamente un concreto de características ideales que permite la colocación de capas horizontales sobrepuestas, de tal manera que se construyen los objetos progresivamente, garantizando, además, buena adherencia e integridad en la construcción del elemento impreso, evitando que las capas colapsen o se deformen.

Dependiendo de la aplicación y el elemento o estructura que se esté imprimiendo, la dosificación puede variar para lograr la geometría deseada, siendo esta parte un requerimiento fundamental del proceso de manufactura. El procedimiento de optimización de la tinta es dinámico y no es extraño que con el tiempo se modifique, esto por la posible inclusión de otros materiales disponibles localmente que pueden ser de bajo costo u otras características congruentes con la construcción sostenible, como reducir la masa unitaria del material, lo que permitiría un manejo más fácil de los elementos de impresión, todo esto congruente con la visión de Progreso de dar pasos firmes hacia la Construcción Sostenible. Algunos de los factores importantes, relacionados a parámetros físicos y reológicos que se han considerado en el diseño de la mezcla son: tiempo de fraguado, consistencia, manejabilidad, tiempo del ciclo en el que se completa una capa, esfuerzo de corte y viscosidad, entre otros. Lo anterior, para lograr que la tinta pueda ser bombeada y que mantenga la forma con poca o nula deformación durante el proceso de extrusión.

Algunas ventajas asociadas al uso de este equipo de impresión, es que este tipo de tecnologías nos permite trabajar con mayor seguridad, generando menos ruido y menos desperdicios, contribuyendo con esto también a la Construcción Sostenible, que como se ha mencionado, es uno de los imperativos de Progreso. Además, su eficiencia es notable, ya que requiere de tres a cuatro personas para colocar 2 toneladas métricas por hora de material, dependiendo de las condiciones de impresión.

Conclusión:

Aunque Progreso ha avanzado en varios aspectos en el ámbito de la impresión 3D, debemos reconocer que esto apenas comienza y que hay mucho camino por delante. Esta solución constructiva está en pleno desarrollo, es una investigación en proceso, que, por supuesto pretende ser competitiva, pero es algo que no se logrará por arte de magia, y como todo lo que tiene que ver con el mundo de la construcción, es un tema que requiere planificación, esfuerzo y, ciertamente, cambiar varios de los paradigmas existentes en la construcción tradicional, para dar paso a la automatización y la industrialización.

¿La tecnología de impresión 3D vino para quedarse? La respuesta puede o no ser sencilla, pero esta pregunta no se puede responder hoy, se responderá a través del tiempo. En cualquier caso, para Progreso, es emocionante y retador lo que viene por delante en este fascinante mundo de la construcción con impresión 3D.

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Ariel Osorio

Asesor Técnico. - Investigación y Desarrollo Concreto

Manuel Ovalle

Analista de Diseño

Plinio Estuardo Herrera

Gerente de Investigación y Desarrollo

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