Edificios en 3D con tierra y fibras vegetales
El momento ha llegado: desde hace un par de años una impresora 3D puede imprimir una casa. Se trata de un brazo gigante y móvil que, con una mezcla fluida que sale por una boquilla, construye los muros por capas, en un proceso continuo.
La idea de usar una impresora 3D en edificios no es nueva. Bherokh Khoshnevis, el fundador de la pionera Contour Crafting Corporation, presentó sus primeras patentes ya en 1996. Desde entonces, muchas compañías han entrado en el sector. Por ejemplo Wasp y D-Shape de Italia, CyBe Construction de los Países Bajos, WinSun de China, Apis Cor de Rusia y 3D Potter en USA.
Pero es únicamente en los últimos dos años que se realizaron los primeros prototipos de edificios construidos in situ, con impresoras 3D del tamaño de una grúa.
En 2016 el Institute of Advanced Architecture of Catalonia (IAAC) realizó el primer puente impreso en 3D del mundo, en Alcobendas, Madrid. El tercer edificio en el mundo completamente impreso in situ fue realizado el pasado mes de marzo en el campus de la Universidad Politécnica de Valencia, por la startup BeMore3D.
Transición hacia materiales más ecológicos
Aunque la tecnología de estos prototipos sea muy avanzada, lamentablemente el material utilizado para imprimir es el “viejo” cemento. La producción del cemento es causante del 5% de las emisiones globales de CO2 , gas responsable del efecto invernadero y del cambio climático: la producción de cada tonelada de cemento emite 1 tonelada de CO2 a la atmósfera.
Es importante que las innovaciones tecnológicas fomenten la transición hacia materiales más ecológicos. En el caso de la startup valenciana BeMore3D, el impulso para pasar a utilizar materias primas sostenible vino de las autoridades locales, que encaran el problema de la eliminación de los desechos del cultivo de arroz. A raíz de esto BeMore3D empezó en 2018 la investigación sobre cómo imprimir edificios con tierra y fibras de arroz, una opción sostenible que en Italia ya es realidad.
Gaia, el primer edificio impreso con tierra
En octubre 2018 en Massa Lombarda, Italia, las empresas Wasp y Rice House inauguraron el primer prototipo de edificio impreso con una mezcla de tierra y fibras vegetales, bautizado Gaia, como la diosa que personifica la Tierra en la mitología griega.
Para este espacio diáfano de 30 m2, los muros fueron ejecutados en 10 días por unas máquinas que necesitan solo 2 operadores. La impresión utilizó la tierra de excavación de la cimentación y fibras de arroz cedidas gratuitamente, siendo desechos agrarios, así que el único coste a nivel de materiales fue el relacionado con el transporte y el troceado de la fibra de arroz, un total de 900 euros.
El diseño del prototipo integra huecos en el grosor de los muros impresos, algunos de los cuales están rellenos de fibra de arroz aislante, para proteger del frío y del ruido, mientras otros crean un sistema de ventilación natural, parecido al sistema exterior de una fachada ventilada, no estanca.
Según los cálculos de los proyectistas el diseño de los muros, cuyo grosor varía entre 45 a 35 cm, permitirá limitar la demanda energética para climatización a 5,46 kWh/m2 año, con un valor de transmitancia térmica de 0,249 W/m2K. Actualmente se están llevando a cabo mediciones con sensores que permitirán comprobar los valores calculados.
Por la parte interior del muro visto se realizó un enlucido de arcilla, cascarilla de arroz tratado con aceites de linaza. En la parte superior quedaron las capas de impresión vistas, “para que se entienda el principio constructivo del edificio”, comenta Francesco De Fabritiis, ingeniero de la empresa. Para resistir a los agentes atmosféricos y sin estar protegida por un enlucido, la tierra se ha estabilizado con un 7% de mortero de cal hidráulica.
Arquitectura bioclimática
El diseño del prototipo sigue los principios de la arquitectura bioclimática y aprovecha el sol mediante una gran ventana en el sur-oeste. La cimentación fue realizada con hormigón vertido al interior de un encofrado perdido impreso en 3D.
La normativa italiana no permite la construcción de edificios con estructura en tierra imprimida en 3D, así que los muros de tierra y fibra no son estructurales y ocho columnas de madera sujetan la cubierta y la estructura. La resistencia a compresión de los muros no se ha puesto a prueba todavía.
Actualmente esta impresora 3D puede imprimir hasta 3 metros de altura y en horizontal consigue cubrir un diámetro de 6,6 metros. Está concebida para trabajar en paralelo con otras impresoras, y construir, al mismo tiempo, diferentes partes de un edificio.
El proceso de impresión es rápido en sí, pero se tiene que interrumpir periódicamente para dejar secar la mezcla impresa. La altura de muro que se puede levantar antes de parar para el secado depende del clima, en la realización de Gaia, en el centro de Italia, la impresión ha parado cada 15-20 cm de muro levantado.
Foto: ©Wasp
Las fibras vegetales
Las fibras de arroz son desechos agrarios que se producen en buena cantidad cada año en Italia y en España.
En lugar de ser eliminadas, estas fibras pasan a tener un papel fundamental para la impresión: permiten minimizar la contracción del muro una vez seco, evitando fisuras, y le confieren resistencia mecánica.
La arquitecta Tiziana Monterisi, fundadora de Rice House, startup italiana que fabrica materiales para la construcción a base de fibras de arroz y que fue el partner en la realización del prototipo, explica: “Una hectárea de campo de arroz cultivado puede convertirse en un área construida con impresión 3D con tierra de 100 metros cuadrados”. Las mismas fibras, mezcladas con cal, han sido utilizadas para aislar la cubierta de madera y la solera.
La impresión 3D con tierra se podría hacer con muchos tipos de fibra natural y ya se están estudiando otras posibilidades. Por supuesto, es importante realizar pruebas del comportamiento de las fibras con relación al paso en los conductos y en las bombas que alimentan la impresora, y con relación a la reacción al agua. Un ejemplo, la cascarilla del arroz contiene mucho silicio, limita la absorción de agua e impide que esta fibra se hinche y se pudra.
Por otro lado, Rice House, Okambuva de Valencia y el Institute for Advanced Architecture of Catalonia (IAAC), junto con otros partner, en el marco de un proyecto europeo, investigan los superfluidificantes naturales: compuestos orgánicos que permiten fluidificar la tierra y utilizar una cantidad mínima de agua que reducirá las fisuras y la porosidad, aumentando la resistencia del muro impreso.
El prototipo
La construcción del prototipo ha dado buenos resultados en términos de impacto ambiental, pero no estará disponible por ahora. Wasp está optimizando la impresora y se ha propuesto entrar en el mercado con servicios de impresión 3D in situ.
A largo plazo, una tercera fase será comercializar las impresoras para que un promotor pueda imprimir autónomamente su edificio.
Su visión está clara: se trata de desplazar únicamente la impresora, el modelo actual cabe en una furgoneta, y utilizar exclusivamente los materiales disponibles in situ.
“Hasta la electricidad necesaria para la impresión podría ser energía eólica o solar producida localmente, porque no se necesitan altas potencias”, explica Gianluca Pugliese, distribuidor en la península ibérica.
La potencia de la impresora es de 1,1 kW y la del sistema de bombeo es de 2 kW. En el caso del prototipo Gaia, la energía necesaria para imprimir los muros fue de 290 kWh.
El sistema de construcción “para llevar” diseñado, está orientado a contextos de emergencia o de accesibilidad, en los que es importante construir con los materiales disponibles del lugar. Sin embargo, el prototipo Gaia ha despertado el interés de otros tipos de promotores, como los propietarios de centros de bienestar y hoteles gracias a las propiedades saludables de la tierra y a su agradable estética.
Mientras, continúa la experimentación en colaboración con el IAAC, investigando la conexión entre un muro impreso con tierra y la estructura de madera de un forjado y de una escalera.
Rociar tierra con drones
Si imprimir una casa con tierra os parece futurista, se investiga también cómo rociar la tierra con drones sobre encofrados de tela y fibras para crear estructuras ligeras o capas de aislamiento o de enlucido.
La técnica de aplicación de tierra por rocío se utiliza ya con óptimos resultados en enlucidos de edificios de paja.
Utilizar un dron con una manguera conectada a una bomba permitiría embarrar muy rápidamente estructuras o fachadas con geometrías y alturas problemáticas, eliminando las limitaciones debidas al transporte de las impresoras y a su alcance; actualmente con este sistema se puede llegar hasta 25 metros de altura.
La arquitecta Stephanie Chaltiel investiga las posibilidades de la tierra proyectada con drones en el marco de su doctorado en Barcelona, en colaboración con IAAC y UPC.
Esta técnica fue estrenada en Londres en el pasado mes de septiembre, en el marco del London Design Festival: un domo geodésico revestido con sacos de yute rellenos de paja fue recubierto con una serie de capas de barro, en este caso estabilizado con cal y jabón de aceite de oliva para resistir la lluvia.
Formas orgánicas
Esta investigación no está enfocada únicamente a los materiales, sino a la robótica para crear un sistema inteligente: drones que sepan controlar el grosor de la capa de tierra que reconozcan sus fisuras para arreglarlas y aprender de sus propios errores.
Aunque nos pueden parecer ciencia ficción, estas tecnologías ya se utilizan en la proyección de hormigón de cemento, shotcrete en inglés.
A nivel europeo, las empresas de impresión 3D se están movilizando para integrar esta técnica de construcción en las normas UNI. Si una nueva manera de construir está haciendo su entrada en la realidad de la construcción, ¿cuántas nuevas posibilidades se abrirán y qué impacto tendrá en las dinámicas de la construcción contemporánea?
A nivel estético, con la impresión 3D las formas orgánicas o fluidas de la arquitectura paramétrica se podrían difundir en la arquitectura a pequeña escala.
Una construcción más libre
No es casual que el primer edificio impreso con tierra sea de planta ligeramente elíptica: “Queríamos enseñar que podemos obtener cualquier forma” explica Monterisi. Y hay otros factores: por un lado, la impresión permite generar geometrías circulares, elípticas o poligonales sin que la puesta en obra sea más compleja.
Por otro lado, como explica Alexandre Dubor del IAAC, “con la impresión 3D realizar un muro curvo es más fácil que uno recto, porque es más estable en la fase de secado”. Con esta lógica predominante para una arquitectura impresa, es posible que los ángulos rectos modernistas dejen espacio a nuevas organizaciones del espacio.
Como ha dicho Marshall McLuhan, “el medio es el mensaje”: la forma de un medio, en este caso de la impresora 3D, se incrusta en cualquier mensaje que transmita, o sea en cualquier arquitectura impresa. “Esta nueva metodología de construir llevará necesariamente a una nueva expresión arquitectónica”, comenta Ronald Rael, arquitecto y profesor de la Universidad de Berkeley que también investiga la impresión con tierra.
En conclusión, esperamos que el ingreso de la impresión 3D en el sector de la construcción abra nuevas posibilidades para una construcción más libre en sus formas, más accesible y más ecológica en sus materiales.
Tierra de Texas: de los adobe a las impresoras 3D
La exposición “New Cities, future Ruins at the border” en la Universidad de Texas en El Paso, USA, muestra otra cara de la impresión 3D con tierra. Expone el trabajo “Zoquetes Fronterizos” (Mud Frontiers) del despacho Rael San Fratello y de su startup de impresión 3D Emerging Objects, en el que las nuevas tecnologías de la impresión 3D y fabricación digital se encuentran con las antiguas tradiciones de artesanía y cerámica de la región fronteriza entre Estados Unidos y México, haciendo de puente entre dos generaciones.
Se exponen 170 recipientes de cerámica impresos en 3D, con arcillas locales de la región de Juárez. El elemento principal de la exposición es un muro circular de tierra impreso en 3D a gran escala. Se trata del primer prototipo de este tipo realizado en occidente. Se realizó con una innovadora impresora portátil, desarrollada por la empresa 3D Potter y Emerging Objects. Esta impresora permite desplazarse e imprimir objetos y construcciones en cualquier lugar, utilizando los recursos naturales locales.
Mezcla de arcilla, arena y paja
Para los 2 m3 de muro del prototipo se utilizó la mezcla de tierra tradicionalmente utilizada para hacer adobes. Esta compuesta por arena, arcilla y paja sin ningún tipo de aditivo químico o cemento. Las obras duraron 5 días y se realizaron con tres trabajadores.
La investigación sobre el proyecto 3D Printing Adobe, explica Ronald Rael, nació hace once años cuando estaba escribiendo el libro “Muestra casa ecológica”, sobre la arquitectura contemporánea construida con tierra en el mundo. “En el último capítulo escribí que el futuro de construir con tierra sería con impresión 3D. Aunque el camino para imprimir con tierra fue muy largo, hoy queremos realizar viviendas que sean significativas, bellas, duraderas y que, homenajeando el patrimonio, reconozcan al mismo tiempo la época en la que vivimos. Un nuevo sistema de construir para el antropoceno, donde cultura, naturaleza y tecnología sean las mismas cosas”.
Prototipo “3D Printing adobe” (Rael – San Fratello Arquitectos) en la exposición “New Cities, future Ruins at the border”, en la Universidad de Texas en El Paso, USA. Foto: © Olalekan Jeyifous
Artículo publicado en la revista EcoHabitar nº 62 en verano de 2019
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